艾納香種質資源表型性狀遺傳多樣性分析

肖永鋒，黃 梅，于福來 ，陳振夏，廖 麗，龐玉新

（1. 海南大學熱帶作物學院，海南 ?？?570228；2. 中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所/海南省艾納香工程技術研究中心，海南 海口 571101；3. 廣東藥科大學中藥資源學院，廣東 云浮 527500）

0 引言

【研究意義】艾納香Blumea balsamifera（L.）DC.為菊科艾納香屬的多年生草本植物，廣泛分布于我國海南、貴州、廣東、云南等地區。艾納香可全草入藥，具有鎮痛發汗、祛風除濕、祛痰止咳、通經止血等藥效，同時艾納香還是提取天然冰片的原料，廣泛應用于醫藥行業[1]。研究種質資源的遺傳多樣性對種質的高效利用與創新研究具有重要意義，而表型性狀多樣性研究是進行種質遺傳多樣性研究中最基礎最重要的內容[2]?！厩叭搜芯窟M展】目前，國內學者對艾納香的研究多集中在左旋龍腦含量[3?5]、黃酮類成分[6?8]、提取工藝[9]等方面，但關于艾納香種質資源遺傳多樣性方面的研究并不多。何元農等[10]對貴州省羅甸縣艾納香種群進行調查，發現艾納香群體存在性狀差異的多樣性，為良種選育提供了豐富的材料。龐玉新等[11]采用RAPD技術對4個野生艾納香種群進行克隆多樣性研究，發現艾納香種群克隆多樣性水平較高。張影波等[12]采用常用的SRAP和AFLP分子標記法對35份艾納香資源的遺傳多樣性進行對比分析，發現AFLP具有多樣性位點多、分子標記指數高等優點，更適合于艾納香的遺傳多樣性評估。植物表型多樣性是遺傳多樣性與環境多樣性的綜合體現，采用表型多樣性評價種質資源比分子評價更直觀[13]。因此，許多國內學者，如黃莉娟[14]、趙孟良[15]、王黎明[16]等基于表型性狀對植物進行遺傳多樣性分析，以期篩選出核心種質。【本研究切入點】前人對艾納香種質資源遺傳多樣性的研究大多數基于分子層面，而基于表型性狀評價艾納香種質資源遺傳多樣性的研究少有報道?！緮M解決的關鍵問題】通過對中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所艾納香種質資源圃內159份不同來源艾納香種質的22個表型性狀進行研究，分析表型變異程度與多樣性水平，以期為艾納香種質資源研究和良種選育提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為課題組近年收集的159份不同來源的艾納香種質資源，其中海南省74份、貴州省70份、廣西15份，均保存于中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所艾納香種質資源圃。供試材料來源地詳細信息見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 數量性狀測量 在杈狀分枝出現期，選取生長于植株中部的成熟且未衰老的葉片6片，分別測量葉片長度、葉片寬度、葉片厚度、葉柄長度，計算平均值；在杈狀花枝出現期，對株高和冠幅進行測量；于盛花期對花枝數量、花枝長度及花枝開張角度進行測量。

1.2.2 質量性狀觀測 在處于營養生長期的一次分枝發生期進行莖皮、嫩葉邊緣、嫩葉葉脈及嫩葉葉柄的花青苷顯色強度調查，莖皮花青苷顯色情況是觀測植株上部未木質化的部分。葉片各部分花青苷顯色是選取嫩葉進行觀測。在營養生長期的杈狀分枝期，對葉片綠色程度、葉片光滑度、葉片形狀、葉基形狀、葉片邊緣缺刻程度、葉片邊緣波狀程度、葉側脈明顯程度等9個性狀進行觀測，均選取成熟的功能葉進行觀測。在末花期調查植株的姿態及目測植株莖的伸展狀態。表型性狀詳細信息見表2。

1.3 數據處理

利用EXCEL 2010軟件處理試驗數據，計算各性狀的最大值、最小值、平均值、標準差、變異系數和遺傳多樣性指數。將9個數量性狀進行分級，1級≤x ?2δ，10級＞2δ，中間級差0.5δ，x為各性狀平均值，通過每級頻率計算遺傳多樣性指數H'，計算公式為H'=?ΣP iLn P i，式中P i為某性狀第i個級內材料份數占總份數的百分比[17?18]。質量性狀遺傳多樣性指數計算公式同數量性狀。利用SPSS 20.0進行表型性 狀的相關分析、主成分分析以及聚類分析。

表 1 供試材料來源地Table 1 Source of germplasms

2 結果與分析

2.1 艾納香種質資源數量性狀遺傳變異分析

對159份材料9個數量性狀進行遺傳變異分析，結果如表3所示，變異系數在3.46%～32.76%，其中花枝數量的變異系數最高（32.76%），除葉片厚度和花枝開張角度以外的7個數量性狀變異系數均大于10%，說明供試材料間數量性狀存在著較大程度的變異。

9個數量性狀中遺傳多樣性指數（H'）變化范圍為1.928～2.072，其中最大的是株高（2.072），最小的是花枝開張角度（1.928），從大到小的排序為株高＞冠幅＞葉片厚度＞花枝數量＞葉長＞花枝長度＞葉寬＞花枝開張角度?？偟膩碚f，艾納香種質資源數量性狀之間差異明顯，遺傳多樣性豐富。

2.2 艾納香種質資源質量性狀遺傳變異分析

對159份材料質量性狀進行遺傳變異分析，如表4所示，H'的變化范圍為0.427～1.201，其中葉片形狀的變異類型最為豐富且H'最高（1.201），頻率分布以長卵形為主（占58.49%）；而H'最低的是葉基形狀（0.427），頻率分布以楔形為主（88.05%）。主莖花青苷顯色強度以無或極弱為主，分布頻率為73.58%；葉片綠色程度以中等為主，分布頻率為72.33%；葉片光滑度以中等為主，分布頻率為65.41%；葉片邊緣花青苷顯色強度以弱為主，分布頻率為64.15%；葉片邊緣缺刻程度以淺為主，分布頻率為68.55%；葉緣波緣狀程度以低和中為主，分布頻率分別為49.69%和44.03%；葉脈花青苷顯色強度以無或極弱為主，分布頻率為76.10%；側脈明顯程度H'較低（0.557），以不明顯為主，分布頻率為75.47%；葉柄花青苷顯色強度H'較低（0.536），以無或極弱為主，分布頻率為81.76%；植株姿態H'較高（0.924），頻率發布以直立為主（62.26%）；盛花期H' 較高（0.888），頻率分布以中為主（64.15%）。

2.3 艾納香種質資源表型性狀間的相關分析

2.3.1 數量性狀間相關分析 對159份艾納香種質資源的9個數量性狀進行相關性分析，結果如表5所示，株高與冠幅間的相關系數最大，為0.67（P＜0.01）；葉寬與株高、冠幅、葉長、葉片厚度、葉柄長度、花枝長度呈極顯著正相關（P＜0.01）；花枝長度與花枝開張角度、冠幅、株高、葉柄長呈極顯著正相關（P＜0.01）。

綜上所述，葉片越寬，則葉片越長，葉片越厚，葉柄長度越長，株高越高，冠幅越大。即葉片越寬，則艾納香植株的長勢越好，生物產量越大。

2.3.2 質量性狀間相關分析 對159份材料的13個質量性狀進行相關性分析，結果如表6所示，葉脈花青苷顯色強度與主莖花青苷顯色強度、葉片邊緣花青苷顯色強度和葉柄花青苷顯色強度呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數分別為0.333、0.213、0.452；主莖花青苷顯色強度與葉柄花青苷顯色強度呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數為0.627,是質量性狀之間相關系數的最大值，說明艾納香各部位的顯色強度存在顯著相關性。此外，側脈明顯程度與主莖花青苷顯色強度、葉脈花青苷顯色強度和葉片形狀呈極顯著正相關（P＜0.01），與葉片光滑度呈極顯著負相關（P＜0.01）；葉片光滑度還與葉片形狀、植株姿態呈極顯著負相關（P＜0.01）；盛花期與葉片邊緣花青苷顯色強度和葉脈花青苷顯色強度呈極顯著負相關（P＜0.01）。

2.4 艾納香種質資源表型性狀的主成分分析

為體現表型性狀中起主導作用的綜合指標，對其進行主成分分析，提取出特征值大于1的8個主成分，如表7所示，前8個主成分累積貢獻率達64.32%，其中第1、2個主成分的貢獻率較大，可基本反映總體情況，達到降維的目的。第1主成分特征值為2.922，貢獻率最高，為13.28%，載荷較高的性狀有冠幅（0.772）、葉寬（0.701）、株高（0.667）、花枝長度（0.677）和葉柄長度（0.594），載荷量較高的冠幅與葉寬、地上部生物產量有關，因而第1主成分可認為是產量因子。第2主成分的特征值為2.331，貢獻率為10.59%，載荷較高的性狀有葉柄花青苷顯色強度（0.736）、葉脈花青苷顯色強度（0.658）、主莖花青苷顯色強度（0.732），這些性狀均為顯色性狀，第2主成分可認為是顯色因子。第3主成分中葉片光滑度的載荷絕對值最大，為0.555，可謂葉光滑度因子。第4主成分中載荷量絕對值較高的性狀有葉緣波緣狀程度（0.531）、葉片邊緣花青苷顯色強度（0.570），可認為是葉片邊緣因子。第5主成分中特征向量絕對值較高的性狀有葉長（0.591）、葉片形狀（0.437）與葉寬（0.387），這些性狀主要反映了葉片形狀與大小，故第5主成分可認為是葉片形狀因子。第6主成分與第7主成分中載荷絕對值最大的性狀均為葉片綠色程度，故將兩者合并為葉片綠色因子。第8主成分中載荷絕對值最大的性狀是花枝開張角度（0.700），可謂花枝角度因子。

表 2 艾納香表型性狀評價指標Table 2 Evaluation criteria on phenotypes of B. balsamifera

表 3 159份艾納香數量性狀的遺傳變異分析Table 3 Genetic variation on quantifiable traits of B. balsamifera

表 4 159份艾納香質量性狀的遺傳變異分析Table 4 Genetic variation on quality traits of B. balsamifera

表 5 艾納香9個數量性狀的相關分析Table 5 Correlation among 9 quantifiable traits of B. balsamifera

表 6 艾納香13個質量性狀的相關分析Table 6 Correlation among 13 quality traits of B. balsamifera

表 7 表型性狀主成分分析Table 7 Principal components of phenotypic traits

2.5 艾納香種質資源表型性狀的聚類分析

采用離差平方和法（Ward法）對159份艾納香種質資源進行基于歐式遺傳距離的聚類分析（圖1），結果表明：在平方歐氏遺傳距離D2=10處可將供試材料分為3個類群，每個類群的9個數量性狀平均值以及13個質量性狀的主要特征指標列于表8。

由表8看出，類群Ⅰ有39份材料，占總數的24.53%，其中貴州資源22份、海南資源14份、廣西資源3份。該類群材料的性狀表現為：葉片厚度較厚，側脈明顯，葉片形狀以長卵形為主，其次是卵圓形，主莖花青苷顯色強度無或極弱與弱的比例接近，葉緣波緣狀程度多為中。

類群Ⅱ有38份樣品，占總數的23.90%，其中貴州資源19份、海南資源12份、廣西資源7份。該類群材料的性狀表現為：株高、冠幅、葉柄長度、花枝長度、花枝開張角度的均值最大，植株姿態以披散為主，盛花期多為中。

類群Ⅲ有82份樣品，是最大的一個類群，占總但含有中等強度的種質；葉片缺刻程度多為低。數的51.57%，其中海南資源48份、貴州資源29份、廣西資源5份。該類群材料的性狀表現為：葉長、葉寬與花枝數量的均值最大；葉片光滑度以中為主，其次是高；葉柄花青苷顯色強度多為極弱，

圖 1 159份種質資源WARD法聚類分析Fig. 1 Cluster analysis tree of 159 germplasms by WARD method

表 8 3個類群表型性狀的平均值與特征Table 8 Mean and characteristics of phenotypic traits of 3 classified groups

3 討論與結論

種質資源的遺傳多樣性是育種工作的基礎，利用表型性狀檢測植物的遺傳變異和多樣性有利于在短時間內了解植物的遺傳變異水平[19]。本研究對供試材料22個表型性狀進行遺傳多樣性分析，H'范圍為0.427～2.072，表明供試艾納香種質存在豐富的遺傳多樣性。數量性狀的變異系數為3.46%～32.76%，除了葉片厚度與花枝開張角度以外，其余性狀的變異系數均大于10%，說明艾納香不同種質間數量性狀差異明顯，這與羅夫來[20]對艾納香形態指標比較的研究結果相似。此外，艾納香在植株形態性狀與葉片形態性狀的變異類型較為豐富，其中葉片形狀的變異類型最為豐富，為日后艾納香良種選育工作提供材料基礎。

相關性分析結果表明，葉寬是艾納香種質重要的數量性狀，與株高、冠幅、葉長、葉片厚度、葉柄長度和花枝長度呈極顯著正相關，可作為艾納香良種選育的目標性狀。質量性狀中，葉脈花青苷顯色強度與主莖花青苷顯色強度、葉片邊緣花青苷顯色強度和葉柄花青苷顯色強度呈極顯著正相關。

主成分分析結果得出前8個主成分累計貢獻率達64.32%，說明前8個主成分基本可代表供試材料大部分信息。22個表型性狀可歸屬為產量因子、顯色因子、葉光滑度因子、葉片邊緣因子、葉片形狀因子、葉片綠色因子和花枝角度因子等7個因子，與羅夫來[20]等對艾納香19個形態指標的分類歸屬結果不同，羅夫來等將艾納香的19個形態指標歸屬于株型因子、葉片數量因子、葉面積因子、葉片重量因子、主干因子、葉形因子等6個主因子。因此，充分利用與葉片相關的表型性狀特征，可盡早發現高產種質，進而選育優質高產的艾納香栽培品種。

采用Ward法對159份艾納香種質資源進行聚類分析，共分為3個類群，類群Ⅰ有39份材料，以貴州資源為主，類群的主要特征為葉片較厚以及側脈明顯；類群Ⅱ有38份樣品，以貴州資源為主，類群的主要特征為植株高大，葉柄與花枝較長；類群Ⅲ有82份樣品，以海南資源為主，種質數量最多，類群的主要 特征為葉長與葉寬的均值最大，葉片較光滑。聚類分析結果中各類群種質涵蓋了不同地區，說明艾納香不同種質的遺傳差異性與其地理分布格局并沒直接的相關性。

本研究基于表型性狀對艾納香種質資源的遺傳多樣性進行分析與評價，但表型性狀易受到遺傳和環境因素的雙重影響。因此，本文僅基于表型性狀對艾納香種質資源進行初步遺傳多樣性研究和種質資源的劃分，今后還有待結合分子技術，進一步對表型性狀與品質性狀之間的關系進行研究，以便更高效評價艾納香種質資源的遺傳多樣性，找出表型性狀與品質性狀間的相關性與核心要素，更好地指導艾納香種質資源的利用與良種選育。