梵凈山堇菜屬植物引種馴化的灰色關聯分析及適應性評價

付素靜，邱 嵐，姚琦馥，高宇瓊，李建新

（ 1．銅仁學院 農林工程與規劃學院，貴州 銅仁 554300；2．貴州省梵凈山特色動植物資源重點實驗室，貴州 銅仁 554300 ）

0．引言

灰色關聯分析方法，是根據因素之間發展趨勢的相似程度，即“灰色關聯度”，作為衡量因素間關聯程度的一種方法[1]。本文以引種后幾種堇菜各性狀評分滿分即最優性狀構設引種適應性最強的理想種，通過關聯度系數比較梵凈山堇菜屬 8種植物與理想種的相似程度，關聯度越高相似程度越高，說明其引種適應性越強。

堇菜屬（Viola）隸屬于堇菜科，全球共有 500多種，主要分布在北半球溫帶地區，中國約有 111種[2]。堇菜屬植物有良好的園林觀賞價值，植物植株矮小，株型可愛，花色以白、紫、黃居多，花型像蝴蝶，葉的形態別致多樣，還具有花期和綠期長等特點，是優良的園林地被材料[3]。此外，堇菜屬植物不少種類可供藥用，具有清熱解毒、止血、散瘀消腫的作用，還可用于治療風熱咳嗽、肺癆、哮喘、鼻炎、角膜炎、風濕等病[4]。除了具有藥用價值和綠化價值，還可作為餐桌上的鮮美野味，如紫花地丁V. philippica[5]、蔓莖堇菜V. diffusa[6]等，兼具藥食功能。但長期過量采集野生資源將會加快環境破壞及野生資源數量急劇減少，所以，野生資源的引種馴化研究顯得尤為重要。

梵凈山國家級自然保護區自然條件獨特，其內野生資源豐富。本研究旨在對梵凈山幾種常見堇菜屬植物進行引種研究，探索影響8種堇菜屬植物如意草V. hamiltoniana、蔓莖堇菜V. diffusa、紫花地丁V. philippica、廬山堇菜V. acuminata、柔毛堇菜V. principis、荁V. moupinensis、淺圓齒堇菜V.schneideri、小尖堇菜V. mucronulifera等引種適應性的重要因素，為進一步種養植提供可行性依據和理論基礎，為堇菜屬植物作為中草藥、野菜開發，規模化種植提供參考。

1．材料與方法

1．1．材料

2014—2015年在梵凈山桃花源、快場等地實地調查堇菜屬植物的資源分布、生境條件等，并收集到8種共74株野生堇菜屬植物，帶回試驗地做異地栽培引種試驗，栽培一年以上后調查各性狀。

1．2．引種栽培與管理方法

引種栽培試驗地點為貴州省銅仁市川硐鎮銅仁學院育種實驗室內，海拔441 m，8種堇菜屬植物采集地海拔848～2320 m，采集地氣候濕潤涼爽。

栽培基質采用富含有機質的壤土，夏季每天上午10點前澆水1次，冬季每3天澆水1次，春秋季隔天澆水1次。

1．3．指標與方法

引種一年后進行觀測，分別測量相關指標。

（1）平均葉長測定：測量植株基生第三片葉的長度，取其平均值。

（2）平均葉寬測定：測量植株基生第三片葉最寬處寬度，取其平均值。

（3）無性繁殖系數測定：分走莖數（蔓生種）或分蘗數（直立種）/引種總株數。

（4）種子繁殖情況考慮顯花期種子量、閉鎖花期種子量及由種子萌發幼苗的數量。

（5）移栽成活率測定：成活株數/引種總株數*100%。

（6）開花期測定：植株的始花期和末花期，計算開花期。

（7）開花率測定：開花的植株數量/引種總株數*100%。

（8）生長狀況評價：將生長狀況分為五個等級，分別用不同數量的“+”來表示，“+”越多代表越強壯。+++++表示生長茂盛、有新芽可分株，無病蟲害；++++表示長勢較茂盛且有新芽，無病蟲害；+++表示長勢良好，偶有新芽，少量葉片泛黃；++表示長勢一般，無新芽，葉上有病斑；+表示長勢較差，無新芽，葉片部分枯死。

（9）越冬能力評價：將越冬能力分為五個等級，分別用不同數量的“+”來表示，“+”越多代表越冬能力越強。

（10）越夏能力評價：將越夏能力分為五個等級，分別用不同數量“+”來表示，“+”越多代表越夏能力越強。

1．4．適應性評價

參考其他植物引種適應性評價標準[7-9]，根據堇菜引種栽培的實際生長情況，制定堇菜屬植物適應性的指標及其評分標準（表3），包括葉長、葉寬、無性繁殖情況、有性繁殖情況、移栽成活率、開花期、開花率、越冬能力、越夏能力、生長狀況等10個指標，并對其數據進行無量綱化處理。

根據評價標準，請5人于每月10～15日對堇菜的生長狀況、越冬能力、越夏能力分別進行評價，取其5人年平均值作為分值；

葉長：（栽培植株基生第三片葉的長度平均值/野生植株的基生第三片葉的長度平均值）*5。

葉寬：（栽培植株基生第三片葉的最寬處寬度平均值/野生植株的基生第三片葉的最寬處寬度平均值）*5。

其他指標通過計算，并參照評價標準得到分值，保留小數點后1位。

1．5．數據處理

利用Excel 2010進行數據統計與分析，采用灰色關聯分析方法[7,9]對堇菜的引種栽培適應性進行評價。以理想種作為參考序列，其他種為比對序列，計算8種堇菜與理想種的關聯系數及關聯度，相關計算公式如下：

式中ρ為分辨系數，取ρ=0.5，n為調查指標數量（n=8）。其中ξi為關聯系數，ri為關聯度，r'i為加權關聯度。

2．結果與分析

2．1．堇菜屬植物在遷移地的生長狀況

引種栽培一年以后，對各個性狀進行觀測（表1）。由表1可知，不同種堇菜植物生長狀況差異較大，就無性繁殖系數而言，除紫花地丁不能產生匍匐莖或直立莖外，其他七種差異大，如意草無性系數最高達3.7，因其匍匐莖細而長，一條匍匐莖上有多個節，將每節與母株分離種植即可進行繁殖；廬山堇菜具有直立莖，有時直立莖斜生，將直立莖剪成含2～3節的莖段可進行扦插繁殖；除紫花地丁靠分株、廬山堇菜具有直立莖可扦插外，其他六種堇菜均具有匍匐莖，可依靠匍匐莖進行分生繁殖。

2．2．建立理想種和對比種的各項性狀

根據堇菜屬植物引種適應性評價標準（表2），用5人的年平均值作為最后的各項性狀的分值，理想種各項性狀分值為滿分5分，堇菜屬8種植物各項性狀值如表3所示。

表1 堇菜屬植物引種栽培各性狀Tab.1 The characteristics of 8 Viola species growing in cultivation place

2．3．數據標準化處理

根據灰色理論要求，為保證各性狀因素具有等效性和同序性，需對原始數據進行無量綱化處理，本研究采用理想種值對原始數據進行標準化處理，得到一個新數列，即Xi/X0，這樣就得到0～1的數值組成的新數列。應用公式（4）計算各點的絕對差。應用公式（5）和（6）找出極差最大值為1，極差最小值為0。

2．4．關聯度系數與關聯度排序

根據公式（1）計算，取ρ=0.5，得到理想種與比較種的灰色關聯系數，結果見表4。

2．5．計算加權關聯度

等權關聯度只在各性狀同等重要的情況下，才能用于評價適應能力的強弱，事實上，反映堇菜引種適應性各形狀的重要性不同，應根據其重要性程度給予不同的權重系數wi，可根據公式（7）計算各性狀對應的權值。結果為 w1=0.1055，w2=0.1149，w3=0.0691，w4=0.1060，w5=0.1073，w6=0.0898，w7=0.0903，w8=0.1073，w9=0.1100，w10=0.0997，說明各性狀在評價系統中所占的權重順序為葉寬〉越冬能力〉生長狀況=移栽成活率>有性繁殖情況>葉長>越夏能力>開花率>開花期>無性繁殖情況。根據權重可建立堇菜屬植物的引種適應性綜合評價模型為：Zk=w1x1+w2x2+……+w10x10，根據加權關聯度公式(3)計算各堇菜的加權關聯度值，見表5。

表2 堇菜屬植物引種適應性評價標準Tab.2 Evaluation criteria for introduction adaptability of Viola

表3 理想種與對比種的各項性狀評分Tab.3 The characteristic scores of both ideal and contrasted species

表4 各堇菜屬植物與理想種的灰色關聯系數Tab.4 Grey correlation coefficients of tested species

根據加權關聯度分析原則[9-10]，加權關聯度值可真實的反映引種物種與理想種的差異大小，關聯度大表明該種與理想種相似度高，即引種適應性強，反之則適應性差。由表5可知，從梵凈山引種栽培的幾種堇菜屬植物，引種適應性為紫花地丁>柔毛堇菜>蔓莖堇菜>廬山堇菜>如意草>荁>小尖堇菜>淺圓齒堇菜，引種適應性最強的是紫花地丁、柔毛堇菜，適應性最差的是淺圓齒堇菜、小尖堇菜。

表5 各種加權關聯度Tab.5 Weighted relevancy values of tested species

3．討論

3．1．引種適應性比較

灰色關聯分析法是根據各因素變化曲線幾何形狀的相似度，來判斷因素之間關聯程度的方法[1]。本研究結果表明，采用灰色系統理論對8種堇菜屬植物的引種適應性進行評價，其結果與其實際生長觀測情況基本一致，能客觀的反映不同堇菜屬植物的引種適應性，在實踐中具有較強的可行性，對其他植物的引種栽培也有推廣價值。

梵凈山地區幾種堇菜屬植物的引種適應性的灰色關聯分析結果表明，紫花地丁因為其分布范圍廣，適應能力強，綜合排名最前，淺圓齒堇菜由于繁殖性能差等原因綜合排名最后，這與實際觀察結果一致，適應性最強的紫花地丁與適應性最差的淺圓齒堇菜與理想種的關聯度相差0.4532，說明堇菜屬不同種類引種適應性差異大。分析原因可能是因為紫花地丁為廣布種，主要表現在地理分布上，在由南至北、由西向東的各省區均有分布[2,11]，另外也體現在生境的多樣性上，具有耐寒[12]、耐鹽堿[13]、抗水分脅迫能力強[14]、耐陰[15]，且種子數量多，二型種子對環境條件適應性強[16]等特征；柔毛堇菜喜陰濕的環境，而引種環境正好在室內，在光照強度上與原生境有相似之處；蔓莖堇菜喜生長在路邊貧瘠處，對環境的適應能力強，開花期長、結實率高，且種子萌發能力強，這也是其引種適應性高的原因之一。據調查，以上三種適應性較強的種類在引種地附近的六龍山有野生分布，說明引種地在以上三種堇菜的分布區內，只是由于局部環境條件的改變使得堇菜屬植物的分布范圍縮減，數量減少，這也驗證了李秀玲[7]引種適應性和種源分布有關的觀點，如果加入人為措施進行栽培更容易獲得成功。

引種適應性較差的是淺圓齒堇菜和小尖堇菜，這兩種堇菜在保護區的分布呈小斑塊狀，僅在一些生境保存完好的森林入口、邊緣存在。從實驗可知，其適應性差主要表現在越夏能力弱，喜歡冷涼環境，在繁殖上，其走莖發生率較低，開花率低，種子萌發率也低，諸多原因使淺圓齒堇菜和小尖堇菜的引種適應性差，不適合異地引種。但以上原因尤其是繁殖性能差可能致其種群數量顯著減少，尤其現在生態環境破壞加劇，適合它們生長的小環境日趨縮小，對于它們的保護刻不容緩，在保護生態環境的同時，可以在生境附近增加一些人為措施，如采種播種、分株等，幫助恢復種群數量。

3．2．各指標權重比較

用灰色關聯分析法分析植物引種栽培的適應性，可以在信息量比較模糊的情況下以理想種為標準，比較種與理想種關聯度越高，說明適應性越強。引種適應性評價可用葉長、葉寬、無性繁殖情況、有性繁殖情況、移栽成活率、開花期、開花率、生長狀況、越冬、越夏能力等指標來評估[7,9]。根據權重比較結果可知，葉寬、越冬能力、生長狀況和移栽成活率是影響引種適應性的重要因素，權重相差僅0.0076。

在常規引種中，氣候條件相似與否是引種成功的重要制約因素，其中溫度是限制因子[17]，在本研究中，越冬能力的權重比越夏能力權重大，是因為夏季室內溫度低于氣溫，而冬季室內溫度與氣溫相差不大，且夏季氣溫高僅影響堇菜屬植物的生長狀況（葉枯黃、病蟲害等），一旦氣溫降低生長恢復，而冬季地上部分容易凍死，形成不可逆轉的凍害。如果冬季氣溫較低，在引種時可考慮實施保護地栽培，比如冬季覆蓋地膜以提高溫度保證順利越冬，夏季則進行遮陰處理降低溫度。有些種類如淺圓齒堇菜和小尖堇菜可能因為越夏能力弱且無繁殖更新導致適應能力差，可為其選擇夏季涼爽的中西部地區進行異地引種栽培。

3．3．研究不足及展望

由于部分種類如小尖堇菜、淺圓齒堇菜在調查過程中發現分布區域局限，數量較少，為保護該物種，引種數量受到限制，影響數據的準確性。且以上指標在量化過程中加入了人為因素，加之所選性狀指標還不全面，觀察時間較短等原因導致對長期結果有誤差，在后續的研究中應盡量量化性狀指標，如光照強度、培養溫度、營養物質含量等，減少人為因素帶來誤差。

從觀察結果來看，蔓莖堇菜、柔毛堇菜閉鎖花期長，即不經過開花過程就能結實，從6月到10月都有種子產生，增加了種子數量，另外廬山堇菜、荁也能通過閉鎖花產生種子，但閉鎖花期和數量上遠不如前兩種。通過閉鎖花產生種子進行補充繁殖是堇菜屬植物應對不良環境的生殖策略。這也是這群物種值得持續關注的點。

4．結論

應用灰色關聯度分析方法對幾種堇菜屬植物的10種生物學性狀進行綜合評價可知，引種適應性最強的是紫花地丁、柔毛堇菜、蔓莖堇菜，其次為廬山堇菜、荁，引種適應性最差的是淺圓齒堇菜和小尖堇菜。綜上所述，可根據選擇適應性較強和經濟價值較高的紫花地丁、柔毛堇菜、蔓莖堇菜、廬山堇菜在銅仁乃至貴州省東部各地區進行栽培推廣，改善我省農業生產格局。

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