溫州山藥表型性狀多樣性研究

吳志剛，魏余煌，冷春鴻，陶正明，李 林，季志仙

(1.浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005;2.廣州中醫藥大學，廣東 廣州 510006;3.浙江省瑞安市農林局，浙江 瑞安 325200;4.浙江省農業科學院，浙江 杭州 310021)

山藥為薯蕷屬 (Dioscorea)類重要的經濟作物，該類植物因富有粘液質、氨基酸及有益人體的微量元素等物質，具有很高的營養保健、藥用價值，深受人們的歡迎［1］。我國大面積生產利用的薯蕷屬植物有薯蕷 (Dioscorea opposite)、參薯 (Dioscorea alata)、褐苞薯蕷 (Dioscorea persimilis)、山薯(Dioscorea fordii)等4種，長江以北以主產薯蕷為主，而長江以南各省則以參薯、褐苞薯蕷、山薯為主［2］。溫州歷來有種植山藥的傳統，栽培歷史長遠，當地老百姓俗稱“溫州山藥”［3］。當前產區種植的山藥品種較為混亂，有薯蕷屬的多種植物，同物異名、異物同名、栽培變異大，對山藥的規范生產和合理開發利用帶來了不利的影響。因此，在研究溫州山藥種質資源遺傳多樣性基礎上，培育區域特色的山藥品種是今后的發展方向。而以形態學或植物表型性狀來研究植物遺傳變異是最直接且有效的方法［4］，有關溫州山藥在此方面的研究鮮見報道。為此，在溫州全境范圍內對山藥資源 (栽培)進行調查，觀察和測量溫州山藥各性狀表型指標，揭示溫州山藥表型性狀遺傳變化規律，為今后開展溫州山藥優良品種的選育提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 栽培類型確定與個體取樣

2006年9月至2007年5月，我們對溫州山藥栽培群體進行了資源調查，確定10個表型性狀差異顯著的溫州山藥栽培類型，并壓制植物標本，原植物經江蘇省中國科學院植物研究所鑒定 (表1)。2008年以3個栽培群體收集的山藥栽培類型為材料，分別在各自群體建立3個種質資源圃 (各地種質不進行異地種植)，采用統一的田間管理措施。每個群體每個栽培類型分別選擇20個個體(植株)進行觀察測量。

1.2 性狀觀測

性狀測量方法:莖粗、葉長、葉寬、葉面積、塊莖重等數值型性狀指標分別用電子游標卡尺、直尺、葉面積儀、托盤稱測量，葉片選擇具代表性的中葉，莖粗為離地3 cm處直徑;質量性狀如地上莖特征、葉顏色、塊莖性狀等采用二元性狀方法肉眼觀察。

1.3 數據處理

按照巢式設計的方差分析對溫州山藥表型性狀變異進行分解，線性模型為:Yijk=μ+τi+δj(i)+εk(ij)，Yijk為第 i群體第 j個家系第 k個觀測值，μ為總平均，τi為群體間效應值，δj(i)為群體內家系效應值，εk(ij)為隨機誤差［5］。依據葛頌等［6］定義的表型分化系數 (Vst)對溫州山藥群體表型分化特征進行描述，為群體間的方差分量，σ2s為群體內的方差分量。利用變異系數 (CV)表示表型性狀的離散程度，CV運用 Ntsys-pc(version2.10e)軟件對溫州山藥資源二元性狀進UPGMA(非加權配對算術平均法)聚類。數據采用統計軟件SPSS進行分析。

表1 溫州山藥個體抽樣情況

2 結果與分析

2.1 表型性狀的變異特征

對溫州山藥6個數值型表型性狀進行方差分析，結果 (表2)顯示，葉長、葉寬、葉長寬比等6個表型性狀在群體內均存在極顯著差異，群體間只有葉面積和單個塊莖重有顯著差異。表3為3個栽培群間植株表型性狀的多重比較，更詳細說明了溫州山藥形態特征在群體間的差異不明顯。

2.2 群體間的表型分化

巢式設計將各表型性狀的變異分解為群體間、群體內、個體內變異3部分，通過各層次上的方差分量百分比來分析表型性狀變異的來源。從表4可以看出，溫州山藥群體間6個表型性狀的平均分化系數為9.043 3%，表明群體間變異占總變異的9.043 3%，而群體內則貢獻91.956 7%的變異，群體內的變異大于群體間。

表2 溫州山藥栽培群體間/群體內表型性狀的方差分析結果

表3 溫州山藥栽培群體間表型性狀的多重比較結果

表4 溫州山藥表型性狀的方差分量及群間表型分化系數

2.3 群體內表型性狀的變異特征

變異系數表示性狀值的離散特征，變異系數越大，則性狀離散值越大。溫州山藥3個栽培群體6個表型性狀的變異系數見表5。從表5可以看出，6個性狀變異系數在溫州山藥栽培群體間差異較小;而在群體內部各性狀變異系數相差明顯，單個塊莖重平均變異系數最大為72.15%，其次為葉面積 (49.77%)，葉長寬比平均變異系數最小為13.46%，說明群體內葉長寬比性狀穩定。

上述分析看出，溫州山藥資源植物形態特征差異性主要存在于群體內部。為此，對初步劃分的10個栽培類型進行表型性狀多重比較，結果 (表6)表明，10個栽培類型的6個表型性狀差異明顯;莖粗和葉長均以 wsy05最粗或最長，wsy02、wsy04其次，wsy09最細或最短;葉寬wsy05最寬，wsy02其次，wsy10最窄;葉長寬比則表現為wsy10最大，wsy01其次，wsy09最小;葉面積為 wsy05最大，wsy02其次，wsy09最小;單個塊莖重為wsy05最重，wsy04其次，wsy9最輕。

2.4 主要形態特征的聚類分析

表7結果可見，溫州山藥表型性狀的多樣性不僅在莖粗、葉長、葉寬等方面存在差異，在葉片顏色、莖有無棱翅、塊莖斷面顏色等也表現出較大的異同性。

表5 溫州山藥群體表型性狀的變異系數

表6 溫州山藥群體內表型性狀的多重比較

表7 溫州山藥10個栽培類型的二元表型性狀觀察結果

按照10個二元性狀觀察結果進行聚類，結果(圖1)斷面顏色為白色 wsy01、wsy02、wsy03、wsy04、wsy05的參薯栽培類型被聚為一類，屬于褐苞薯蕷wsy09與斷面呈白色參薯栽培類型表型相似;斷面為紫紅色 wsy06、wsy07、wsy08的參薯栽培類型則聚為另一類;wsy10山薯栽培與其它山藥栽培類型相比表型差異大，單獨聚為一類。

圖1 10個溫州山藥栽培類型二元性狀的聚類樹

3 小結與討論

3.1 溫州山藥表型性狀變異

栽培變異大是山藥類植物資源的一個重要的特征。通過對3個栽培群體的溫州山藥的表型性狀分析表明，溫州山藥豐富的表型變異主要存在群體內部，群體內的變異占總變異的91.956 7%。6個表型性狀測量值在群體內差異顯著，平均變異系數13.46%～72.15%，單個塊莖重最大為72.17%，葉面積其次為49.77%，葉長寬比最小為13.46%。10個表型觀察性狀也表明溫州山藥群體內在植物器官形狀、顏色特征方面存在豐富的差異，10個栽培類型可聚類為3類，Ⅰ類為地上莖呈棱形地下塊莖為白色的栽培類型，Ⅱ類為地上莖呈棱形地下塊莖為紫紅色或紫白色的栽培類型，Ⅲ類為地上莖呈圓柱形的類型。

利用植物生殖器官變異來研究植物遺傳多樣性是首選的手段［7－8］。但溫州山藥多采用塊莖營養繁殖，很少有開花結果現象，很難開展此項研究。本研究利用6個測量和10個觀察的非生殖性狀同樣反映出溫州山藥群體內有著豐富的表型變異，而這些群體內表型變異往往是由群體內多種基因型種質的變異造成的。因此，在DNA分子水平上分析遺傳多樣性將是進一步明確溫州山藥資源遺傳背景特征的重要手段，本研究組已經開展此方面的研究。

3.2 溫州山藥遺傳改良前景

溫州山藥群體內表型變異大一定程度上反映其遺傳多樣性，具有很好的植物遺傳改良的前景。10個溫州山藥栽培類型表型性狀的多重比較表明，各個類型在莖粗、葉片形狀與大小、塊莖重量等表型性狀方面均存在顯著的差異，10個栽培類型均具有各自特征。如wsy05莖粗、葉長寬、葉面積、單個塊莖重均最大，塊莖呈現多支根、扁型、白色肉質等特點;而wsy08則呈葉片長寬比較小、葉形較鈍、塊莖規則呈圓柱形、肉質紫白色等特點。目前，產區山藥世代種植，各種表型性狀的種質均被保留，為新品種的選育提供很好的素材。因此，利用溫州山藥群體豐富的表型變異，開展優良品種選育，培育特色的溫州山藥新品種將具有廣闊的前景。

［1］袁書林.山藥的化學成分和生物活性作用研究進展 ［J］.食品研究與開發，2008，29(3):176－179.

［2］溫州市醫藥志編纂委員會.溫州市醫藥志 ［M］.天津:天津大學出版社，1996:25－27.

［3］何海玲，單承鶯，張衛明，等.山藥研究進展 ［J］.中國野生植物資源，2006，25(6):1－6.

［4］玉光惠，方宣鈞.表型組學的概念及植物表型組學的發展［J］.分子植物育種，2009，7(4):639－645.

［5］李斌，顧萬春，盧寶明.白皮松天然群體種實性狀表型多樣性研究 ［J］.生物多樣性，2002，10(2):181－188.

［6］葛頌，王明麻，陳岳武.用同工酶研究馬尾松群體的遺傳結構 ［J］.林業科學，1988，24(4):399－409.

［7］王婭麗，李毅.祁連山青海云杉天然群體的種實性狀表型多樣性 ［J］.植物生態學報，2008，32(2):355－362.

［8］辜云杰，王啟和，羅建勛.四川榿木天然群體果實表型多樣性研究 ［J］.四川林業科技，2009，30(2):19－22.