河北省青龍地區北蒼術葉型變異模式初探

郭欣慰，喬旭，李艾蓮

（中國醫學科學院藥用植物研究所，北京 100193）

北蒼術 （Atractylodes chinensis （DC.） Koidz.） 為菊科蒼術屬多年生草本植物，其野生資源分布于中國華北、東北和西北地區，目前主產區為內蒙古自治區、河北省、吉林省和遼寧省等。以4～5 a 生的根莖入藥，與主要分布于中國長江以南的茅蒼術的干燥根莖 （Atractylodes lancea（Thunb.）DC.） 同為 《中華人民共和國藥典》 （2020 版） 〔以下簡稱“《藥典》（2020 版）”〕蒼術基源[1]。目前北蒼術在中國市場占有量較高，具有燥濕健脾、祛風散寒、明目的功效，也是防治呼吸道系統疾病的大宗中藥材[1，2]。

蒼術在中國種植歷史悠久，最早以“術”記載于東漢的《神農本草經》。長期以來，蒼術嚴重依賴野生資源，但作為異花授粉植物，其種子結實率較低，長期過度采挖導致華北、東北等地的北蒼術資源蘊藏量急劇下降，蒼術價格逐年攀升。近年來，各地陸續開展了北蒼術“野變家”研究，初步建立了分根繁殖與種子繁殖相結合的“無性+有性”馴化措施，但目前推廣面積有限，人工栽培產區仍以種子直播為主[2]。長期有性繁殖致使北蒼術像很多菊科植物一樣，具有高度雜合的遺傳背景和異常豐富的表型變異[3]，同時也伴隨著品種退化和抗逆性降低等問題。梳理北蒼術不同變異類型以及變異模式是篩選優良野生資源進行家種馴化的重要基礎工作。

在北蒼術表型變異的相關研究中，葉型被首先提出作為劃分北蒼術不同變異的標志性狀。在《東北植物志》 （劉慎諤，1959）和《東北藥用植物志》 （中國科學院林業土壤研究所，1959）中，根據葉型的變異將蒼術的北方分支劃分了4 個變種——赤峰蒼術（A. chinensis var. quinqueloba）、朝鮮蒼術 （A. chinensis var. koreana）、遼東蒼術 （A. chinensis var.liaotungensia）和全葉蒼術（A. chinensis var. simplicifolia）[4，5]。林镕和石鑄于 1987 年修訂 《中國植物志》時亦提出北蒼術在葉型、葉分裂與否以及葉分裂的程度和葉質地的厚薄上存在極大變異，在同一群體中分裂葉和不分裂葉同時存在的現象十分常見[6]。相關學者還開展了不同蒼術種葉表皮特征和葉表皮細胞特征的研究，但結果均顯示其不是北蒼術的特有變異性狀[7，8]。我們前期對河北省北蒼術調研時也發現，北蒼術形態（葉、莖和花色）變異中葉型和裂葉程度變異非常豐富。但目前有關北蒼術葉型變異模式的研究尚少，制約了對不同葉型北蒼術種質資源的認識與開發利用。

河北省青龍滿族自治縣的北蒼術朱砂點密、香氣濃郁，蒼術素含量顯著高于《藥典》 （2015 版）標準，2019 年入選河北省區域道地藥材公用品牌[9]。以該縣北蒼術為研究對象，從葉片形態入手，從葉型變異的角度初步探索北蒼術優良野生資源的篩選方向，可為北蒼術優良野生資源的開發利用提供線索與理論依據。

1 材料與方法

2019 年6 月在河北省北蒼術主產區之一的秦皇島市青龍滿族自治縣頭道溝村和楊樹林子（北緯40.40°，東經118.95°），隨機選取生長正常、無病蟲害的裂葉型和葉完整型健康北蒼術各40 株進行調查。試材經中國醫學科學院藥用植物研究所李艾蓮研究員鑒定均為菊科蒼術屬北蒼術〔Atractylodes chinensis（DC.） Koidz.〕，株齡均為 3 a。

在每株株高1/2 處取完整的成熟葉片3 片，用直尺測量每個葉片的葉長和葉寬。對于裂葉型葉片，用直尺分別測量次裂片1 和次裂片2 的次裂深和次裂長（圖1）。

圖1 裂葉型北蒼術次裂片相關參數測定示意圖Fig.1 Sketch map of secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

采用EXCEL 軟件，分別計算葉片長寬比和次裂深度比；采用SPSS 13.0 軟件進行影響裂葉型次裂深度比的各因素相關性分析、通徑分析和趨勢分析。

2 結果與分析

2.1 北蒼術不同葉型的調查結果

調查發現，北蒼術葉片以葉完整型（橢圓形）為主，伴有多種次裂變異類型，個別植株甚至出現植株頂部葉型與底部葉型不一致的情況。

為便于梳理，本研究首先選擇全株葉型一致的植株作為調查對象（圖2）。結果顯示，北蒼術裂葉型可分為淺裂型和深裂型兩類，以深裂型為主。由于各類型均存在較多變異，因此葉長、葉寬和葉形指數變異系數的變幅均達到2～4 倍甚至更高，其中裂葉型的整體變幅更大（表1）。裂葉型由于葉寬的顯著增加，導致葉形指數極顯著低于葉完整型。

圖2 不同葉型的北蒼術幼葉和成熟葉（標尺=3.0 cm）Fig.2 Young leaf and mature leaf of different leaf types of A. chinensis

表1 不同葉型的北蒼術葉形參數Table 1 Leaf shape parameters of different leaf types of A. chinensis

2.2 影響北蒼術裂葉程度的各因素相關性分析

為探明北蒼術裂葉型的變異模式，我們對裂葉型植株進行了9 個葉形參數的相關性分析。結果（表2）顯示，除葉形指數與葉長相關不顯著（r=0.02） 外，其它各參數之間的相關性均達到了極顯著水平。與各次裂參數相關性最高的2 個因素是葉形指數和葉寬。葉寬與所有次裂參數均呈極顯著正相關，與2 個次裂的深度和長度的相關程度均較高（與次裂1 深度、長度的r 分別為0.83 和0.89，與次裂2 深度、長度的r分別為0.81 和0.80）；而葉形指數與所有次裂參數均呈極顯著負相關。各次裂的深度與長度均呈極顯著正相關（次裂1 深度與長度的r 為0.89，次裂2 深度與長度的r 為0.88），與調查樣本中深裂型較多、淺裂型較少有關。

表2 裂葉型北蒼術不同葉片參數的相關系數Table 2 Correlation coefficient of leaf parameters of lace leaf type of A. chinensis

2.3 影響北蒼術裂葉程度的各因素通徑分析

由于北蒼術次裂1 與次裂2 的深度比正相關值（r=0.78）較高，因此以次裂1 為例，通過通徑分析進一步揭示相關葉形參數對次裂1 深度比的作用。葉形指數對次裂1 深度比的直接作用最高，直接作用系數達到1.18；而葉長和葉寬的直接作用較小，直接作用系數僅分別為0.19 和0.36（表3）。表明北蒼術裂葉形成可能是以增加葉寬為主的葉形指數變異所致，通徑分析結果與相關性分析結果吻合。次裂1 長度對次裂1 深度比的直接作用甚微（直接作用系數為-0.07），而次裂2 長度對次裂1 深度比的直接作用系數達到0.33，表明與葉片中部寬度的增加相比，葉片基部寬度的增加更易促進次裂程度的加深。而只要葉片形成了2 個次裂片，則二者的次裂程度高度相關（次裂2深度比的直接作用系數為0.82）。

表3 北蒼術主要葉片性狀與次裂1 深度比的通徑分析Table 3 Path analysis between the main leaf traits and the ratio of depth to length of the 1st secondary lace of A. chinensis

2.4 葉寬和葉形指數對裂葉型北蒼術次裂深度的影響

為進一步揭示葉形指數和葉寬對次裂程度的影響，以所有裂葉型植株的葉形指數、葉寬和次裂深度比數據（表4，此處以次裂1 為例）做點圖進行分析。結果（圖3 和4）顯示，葉形指數的數據分布相對于葉寬更為集中；趨勢分析也顯示葉形指數對次裂1 深度比的作用更為顯著，與通徑分析結果吻合。隨著葉形指數的提高，所有次裂參數均減小，次裂1 深度比呈降低和分布范圍擴大的趨勢；隨著葉寬的增加，所有次裂參數均增大，次裂1 深度比的分布則逐漸集中并提高。可以看出，葉形指數提高、葉寬變小后，裂葉型北蒼術的次裂程度將逐漸降低，葉片將由深裂轉為淺裂。

圖3 葉型指數對裂葉型北蒼術次裂1 深度比的影響Fig.3 Effect of leaf shape index on the 1st secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

表4 葉形指數和葉寬對裂葉型北蒼術次裂程度的影響Table 4 Effects of leaf shape index and leaf width on lace leaf type of A. chinensis

3 結論與討論

綜合本研究和相關研究結果，推測北蒼術的葉型變異主要源自遺傳因素導致的穩定差異；而北蒼術的葉型變異規律可能與其生境干旱程度等環境因素有關。

3.1 北蒼術葉型的變異類型

葉片的形態變異受內外多種因素的影響。一些植物的葉型隨生長發育階段的變化而變化，如胡楊從幼苗到成年樹，為適應植株所需養分的逐漸增多，葉型由披針形的柳樹葉變成以卵圓形的楊樹葉為主，光合效率和抗旱性均隨之顯著提高[10]。另一些植物的葉型多樣性則源自種質差異，這種差異通常在幼苗期即已顯示，且穩定性較高，可作為鑒別不同品種或種內變異的表型依據。如葫蘆科重要的經濟作物西瓜，與多種抗逆性相關的裂刻葉特征在第3 片真葉出現后即可區分，在第6 片真葉期達到顯著差異，是苗期快速篩選優良品種的重要輔助手段[11]；對于菊科品種繁多的切花菊，由于花型和花色種類較少，依據變異較多的葉型進行品種鑒別可顯著提高鑒定效率、降低鑒定成本[12]。

本研究所調查的北蒼術樣本具有幼葉與成熟葉葉型一致的特征，且不同葉型的樣本均來自同地區、同海拔的向陽山坡，整體生境相近。前人報道也顯示同一地塊中北蒼術葉型常常不同[6]。因此推測，本研究中不同葉型的北蒼術應屬于長期進化形成的穩定種質差異。

3.2 北蒼術葉型的變異模式

在本次調查的北蒼術中，發現了葉完整型、裂葉型以及大量的過渡型葉型。相關研究顯示，茅蒼術也有圓葉和裂葉之分，如鄧哲等[13]對湖北省英山地區茅蒼術的調研中共發現了尖葉、尖裂葉、圓葉、圓裂葉和扁莖5 種類型；桑小花等[14]對茅蒼術的調研中共發現了鋸齒葉、橢圓葉、長橢圓葉和尖葉4 種葉型。表明同屬《藥典》 （2015 版）蒼術基源的北蒼術和茅蒼術葉型變異均較多，且以裂葉程度的變異最為豐富。

植物表型變異是長期自然選擇的結果，葉緣裂刻或裂葉型是植物適應環境，特別是干旱、病蟲害、強風和寒冷等多種逆境的一種表現[11]。內蒙古自治區赤峰市等極端干旱地區的北蒼術表現為植株矮小，葉片強烈分裂；遼寧省南部（長海市與旅順市）的植株則因干燥山坡環境，在葉形、葉緣和葉脈等方面產生了一定的變異[4]。而徐海嬌等[15]對遼寧省北蒼術病害的研究結果顯示，感病北蒼術均為葉完整型。胡世林等[16]發現，北蒼術在向陽山坡的疏林下和少見陽光的密林下均可生長，但生境不同會導致葉片的分裂程度和薄厚出現明顯差異。本研究調查地區河北省青龍滿族自治縣地處河北省東北部燕山山脈東麓，氣候冷涼，為暖溫帶亞濕潤氣候區，在北蒼術分布區中不屬于干旱地區，我們調查發現該縣的北蒼術葉型以葉完整型為主。由此推測，北蒼術裂葉型的形成可能與逆境有關。

對于出現上述現象的原因，本研究從北蒼術葉型變異模式的角度進行了進一步解析。相關性分析和通徑分析結果表明，以葉寬增加為主的葉形指數變異是導致裂葉型和葉完整型兩類種質產生葉型差異的主要原因。對金花茶的研究也顯示，在主成分分析中，葉寬在越南北部和中國廣西南部不同金花茶品種各項葉形指標中的載荷量最大，是區別不同品種的標志性狀[17]。

本調查環境條件下，對北蒼術葉型變異模式的研究結果表明，隨著葉寬增加、葉形指數降低，葉片呈現由葉完整型向淺裂型、最終向深裂型變異的模式，其中葉片基部寬度的增加可能是裂葉型形成的最初誘因或基礎，調查也發現僅葉片基部淺裂的植株（圖4）。葉寬較大、葉形指數較低的深裂型和葉寬較小、葉型指數較高的葉完整型是北蒼術葉型變異的2 個極端類型，淺裂型屬于中間類型。結合上述分析和北蒼術葉型變異與環境的相關研究，初步推測：當逆境脅迫程度加劇時，北蒼術葉片啟動了以葉寬增加為主的葉形指數變異，由葉片基部開始逐漸變寬并出現裂葉，最終形成深裂型。推測深裂型是北蒼術潛在優勢抗逆種質資源。

圖4 葉寬對裂葉型北蒼術次裂1 深度比的影響Fig.4 Effect of leaf width on the 1st secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

圖4 北蒼術葉型變異模式假說（標尺=1.0 cm）Fig.4 Hypnosis of leaf type variation model of A. chinensis

綜上分析，本研究初步提出，逆境下北蒼術可能啟動了由葉完整型向深裂型過渡的葉型變異模式，裂葉程度可能與逆境脅迫程度呈正相關；推測葉片深裂型是北蒼術潛在優異抗逆種質資源，應加強保護與開發。