菖蒲種質(zhì)資源表型性狀的多樣性

魏桂民，王少銘，羅莉斯，冷家歸，侯穎輝，李晉華，李德文*

(1.貴州省香料研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006； 2.貴州省油料研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006)

0 引言

【研究意義】菖蒲屬(Acorus)是天南星科(Araceae)多年生常綠草本植物，根莖匍匐，肉質(zhì)，分枝，細(xì)胞含芳香油，有香味，既是一種傳統(tǒng)藥材，又是一種天然香料。菖蒲作為常用中藥，具有多種藥理及生理作用[1-2]，其味辛、苦，性溫，能開(kāi)竅化痰、辟穢殺蟲(chóng)、益智和活血等，主治痰涎壅閉、神識(shí)不清、慢性氣管炎、腹脹腹痛、食欲不振和外用敷瘡疥等病癥[3-4]。此外，石菖蒲還具有鎮(zhèn)靜催眠、抗驚厥、鎮(zhèn)咳平喘和抗腫瘤等功效，其在中樞神經(jīng)、心腦血管、消化、呼吸等系統(tǒng)的相關(guān)疾病中均顯現(xiàn)良好的藥理學(xué)活性[5-9]，在醫(yī)藥保健領(lǐng)域蘊(yùn)含巨大的應(yīng)用潛力。評(píng)價(jià)植物資源形態(tài)多樣性是研究植物多樣性的途徑之一[10-12]，研究分析菖蒲種質(zhì)資源形態(tài)多樣性，對(duì)菖蒲種質(zhì)資源的保護(hù)、合理開(kāi)發(fā)利用及新品種選育具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】菖蒲屬在我國(guó)資源豐富，其中研究報(bào)道最多的是石菖蒲、水菖蒲和金錢(qián)蒲3個(gè)品種[13-15]。李吉來(lái)等[16-17]對(duì)石菖蒲揮發(fā)油的化學(xué)成分進(jìn)行了GC-MS分析。何愛(ài)玲等[18]從性狀特征、顯微特征、理化鑒別3個(gè)方面對(duì)石菖蒲和水菖蒲進(jìn)行了比較鑒別。趙超等[19]對(duì)金錢(qián)蒲揮發(fā)油的化學(xué)成分及其抑菌活性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)油對(duì)多種細(xì)菌有一定的抑制活性。RYUK等[20]利用SCAR分子標(biāo)記鑒別石菖蒲、金錢(qián)蒲和菖蒲，發(fā)現(xiàn)SCAR分子標(biāo)記可作為區(qū)分天南星科根莖的分子依據(jù)。舒航等[21]對(duì)西南少數(shù)民族藥食兩用植物“茴香菖蒲”不同部位的揮發(fā)油成分研究發(fā)現(xiàn)，其葉片更具有開(kāi)發(fā)利用前景。魏桂民等[22]對(duì)貴州菖蒲種質(zhì)資源形態(tài)性狀的遺傳多樣性研究結(jié)果表明，貴州菖蒲種質(zhì)資源遺傳變異十分豐富。【研究切入點(diǎn)】目前，國(guó)內(nèi)外多集中于研究菖蒲的藥理作用、化學(xué)成分等，并從形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、顯微結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和性能功效等方面對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)和鑒別。有關(guān)菖蒲種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性研究鮮見(jiàn)報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以59份菖蒲種質(zhì)材料為研究對(duì)象，測(cè)定其葉長(zhǎng)、葉寬、穂長(zhǎng)等6個(gè)主要表型性狀，并對(duì)其進(jìn)行遺傳多態(tài)性、相關(guān)性、主成分和聚類(lèi)分析，以期為菖蒲種質(zhì)資源的保護(hù)、利用及新品種選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試菖蒲種質(zhì)材料(表1)共59份，種植于貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所試驗(yàn)地。

表1 59份菖蒲種質(zhì)資源的基本信息

1.2 性狀觀測(cè)

對(duì)59份供試材料進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組編號(hào)，田間管理同常規(guī)大田。移栽1.5年后每份菖蒲種質(zhì)材料在不同生育期隨機(jī)選取10株進(jìn)行統(tǒng)一性狀觀測(cè)，3次重復(fù)。田間調(diào)查和觀測(cè)指標(biāo)包括葉長(zhǎng)、葉寬、穂長(zhǎng)、花序柄長(zhǎng)、葉狀佛焰苞長(zhǎng)和穗粗等性狀。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2007、SPSS 22.0和DPS 15.10對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 菖蒲種質(zhì)資源的表型性狀

從表2看出，菖蒲葉長(zhǎng)為27.13～57.17 cm，葉寬為0.39～1.45 cm，穗長(zhǎng)為3.30～8.40 cm，穗粗為3.05～8.84 mm，花序柄長(zhǎng)為3.25～14.60 cm，葉狀佛焰苞長(zhǎng)為2.40～20.40 cm。變異系數(shù)依次為葉狀佛焰苞長(zhǎng)>花序柄長(zhǎng)>穗粗>葉寬>穗長(zhǎng)>葉長(zhǎng)，其中以葉狀佛焰苞長(zhǎng)最大，為42.13%。表明，菖蒲表型性狀間差異較大，遺傳變異豐富。

表2 59份菖蒲種質(zhì)資源的表型性狀

2.2 菖蒲種質(zhì)資源表型性狀間的相關(guān)性

從表3可知，葉長(zhǎng)與葉寬和葉狀佛焰苞長(zhǎng)、葉寬與葉狀佛焰苞長(zhǎng)、穗長(zhǎng)與花序柄長(zhǎng)、穗粗與葉狀佛焰苞長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.713、0.570、0.561、0.336和0.350。葉長(zhǎng)與穗長(zhǎng)、葉寬與穗長(zhǎng)和穗粗、穗粗與花序柄長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.324、0.265、0.271、0.321。

表3 59份菖蒲種質(zhì)資源表型性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.3 菖蒲種質(zhì)資源表型性狀的主成分分析

從表4看出，59份菖蒲形態(tài)性狀的前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.20%，能較好地反應(yīng)大部分遺傳差異信息。主成分1的特征值為2.63，貢獻(xiàn)率為43.82%，決定主成分1的主要是葉寬、葉長(zhǎng)和葉狀佛焰苞長(zhǎng)，貢獻(xiàn)值分別為0.52、0.51和0.47；主成分2的特征值為1.19，貢獻(xiàn)率為19.80%，決定主成分2的主要是花序柄長(zhǎng)和穗長(zhǎng)，貢獻(xiàn)值分別為0.72和0.43；主成分3的特征值為0.93，貢獻(xiàn)率為15.58%，決定主成分3的主要是穗粗，貢獻(xiàn)值為0.70。

表4 59份菖蒲種質(zhì)資源表型性狀的主成分分析

2.4 菖蒲種質(zhì)資源表型性狀的聚類(lèi)分析

由圖1可知，在歐式距離14.0處可將59份菖蒲種質(zhì)資源分為3個(gè)類(lèi)群。類(lèi)群Ⅰ為中葉型，共22份種質(zhì)材料，編號(hào)分別為9、10、11、12、13、14、15、17、18、21、22、23、26、27、40、42、43、45、47、48、53和54，主要特點(diǎn)是葉片寬度中等，植株高度中等；類(lèi)群Ⅱ?yàn)榧?xì)葉型，共15份種質(zhì)材料，編號(hào)分別為2、3、4、5、6、35、36、37、38、39、41、44、52、56和57，主要特點(diǎn)是葉片較細(xì)，植株較矮小；類(lèi)群Ⅲ為寬葉型，共22份種質(zhì)材料，編號(hào)分別為1、7、8、16、19、20、24、25、28、29、30、31、32、33、34、46、49、50、51、55、58和59，主要特點(diǎn)是葉片較寬，植株較高大。

圖1 59份菖蒲種質(zhì)資源表型性狀的聚類(lèi)

3 討論

評(píng)價(jià)植物資源形態(tài)多樣性是研究植物多樣性的途徑之一。研究結(jié)果表明，59份菖蒲資源葉狀佛焰苞長(zhǎng)的變異系數(shù)最大，為42.13%，葉長(zhǎng)的變異系數(shù)最小，為19.29%，與魏桂民等[22]的研究結(jié)果基本一致，表明菖蒲葉狀佛焰苞長(zhǎng)受基因型和環(huán)境影響最大，葉長(zhǎng)受基因型和環(huán)境影響最小。

經(jīng)相關(guān)性分析，葉長(zhǎng)與葉寬和葉狀佛焰苞長(zhǎng)、葉寬與葉狀佛焰苞長(zhǎng)、穗長(zhǎng)與花序柄長(zhǎng)、穗粗與葉狀佛焰苞長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)。葉長(zhǎng)與穗長(zhǎng)、葉寬與穗長(zhǎng)、葉寬與穗粗、穗粗與花序柄長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，與魏桂民等[22]的研究結(jié)果存在差異，可能是由于樣本數(shù)量不同所致，樣本量越大，相關(guān)性反而變小。經(jīng)主成分分析，菖蒲6個(gè)表型性狀可綜合為3個(gè)主要成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.20%；決定第一主成分的主要是葉寬、葉長(zhǎng)和葉狀佛焰苞長(zhǎng)，貢獻(xiàn)率為43.82%；決定第二主成分的主要是花序柄長(zhǎng)和穗長(zhǎng)，貢獻(xiàn)率為19.80%；決定第三主成分的主要是穗粗，貢獻(xiàn)率為15.58%。

經(jīng)聚類(lèi)分析，在歐式距離14.0處可將59份國(guó)內(nèi)菖蒲資源分為3個(gè)類(lèi)群。類(lèi)群Ⅰ為中葉型，類(lèi)群Ⅱ?yàn)榧?xì)葉型，類(lèi)群Ⅲ為寬葉型，與魏桂民等[22]研究貴州省28份菖蒲資源的形態(tài)性狀聚類(lèi)結(jié)果一致。

4 結(jié)論

59份菖蒲資源的表型性狀差異較大，葉長(zhǎng)為27.13～57.17 cm，葉寬為0.39～1.45 cm，穗長(zhǎng)為3.30～8.40 cm，穗粗為3.05～8.84 mm，花序柄長(zhǎng)為3.25～14.60 cm，葉狀佛焰苞長(zhǎng)為2.40～20.40 cm，變異系數(shù)以狀佛焰苞長(zhǎng)度最大，為42.13%，葉長(zhǎng)最小，為19.29%；葉長(zhǎng)與葉寬和葉狀佛焰苞長(zhǎng)、葉寬與葉狀佛焰苞長(zhǎng)、穗長(zhǎng)與花序柄長(zhǎng)、穗粗與葉狀佛焰苞長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，葉長(zhǎng)與穗長(zhǎng)、葉寬與穗長(zhǎng)和穗粗、穗粗與花序柄長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)；59份菖蒲資源分為中葉型、細(xì)葉型和寬葉型3個(gè)類(lèi)群。