不同種源栝樓種子性狀分析

鄭雷， 王化東， 崔麗， 梁雪蘭*

（1.四川中醫藥高等專科學校藥學院，四川 綿陽 621000； 2.巴中巴人農業科技有限公司，四川 巴中 635600）

栝樓（Trichosanthes kirilowiiMaxim.）為葫蘆科（Cucurbitaceae）栝樓屬（Trichosanthes）多年生中藥材，其果實、種子、瓜皮、塊根均可入藥，為我國常用的中藥瓜蔞、瓜蔞子、瓜蔞皮和天花粉，具有較高的藥用價值和經濟價值。近年來，隨著瓜蔞子休閑食品及栝樓保健品等的開發利用，其需求量逐年增加。為提高產量和質量，目前已開展栝樓栽培技術研究[1-3]，并取得一定成效。優質種源是生產優質藥材的源頭，然而當前栝樓種源混雜、退化，優質種源缺乏等問題日益突出，顯著制約其產業化發展。因此，亟需開展栝樓優質種源篩選工作，為新品種選育奠定基礎。種子是植物器官的延存和繁殖體，其性狀亦是植物形態學分類的主要依據[4]。種子性狀不僅受環境條件的影響，更受遺傳控制，是遺傳物質與生長環境共同作用的結果[5-6]。由于地理阻隔和不同自然環境的長期作用，不同種源植物種子性狀可能存在較大差異，研究不同種源植物種子性狀可揭示植物的地理變異規律[7]，亦可作為篩選優良種質的依據，為植物新品種選育奠定基礎[8]。本研究以不同種源栝樓種子為試驗材料，對不同種源栝樓種子性狀進行分析，以期明確栝樓種子性狀變異，為優良種質篩選提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

不同種源栝樓種子采集于河南周口、南陽，山東泰安、臨沂、濟南，河北保定，湖南懷化、常德，安徽滁州，四川巴中、綿陽、廣安等栝樓產區，共12份樣品，經四川中醫藥高等專科學校王化東副教授鑒定均為栝樓（T. kirilowii）種子，具體采集信息如表1 所示。栝樓種子取自成熟后果實，用清水洗凈，自然晾干備用。

表1 不同種源栝樓種子基本信息Table 1 Basic information of T.kirilowii from different provenances

1.2 指標測量

采用卡尺測量12個種源栝樓種子長度（X1）、種子寬度（X2）、種子厚度（X3）、種子長寬比（X4）、種仁長度（X5）、種仁寬度（X6）、種仁厚度（X7）、種仁長寬比（X8），每個種源隨機選取30粒種子或種仁進行測定，重復3 次；采用500 粒法[9]對12 個種源栝樓種子千粒重（X9）、種仁千粒重（X10）、種仁千粒重/種子千粒重（X11）進行測定，每個種源隨機選取500粒種子或種仁進行測定，重復2次。

1.3 數據處理

采用 Excel 2010 進行數據整理和分析，采用SPSS 25.0 軟件進行方差分析、相關性分析、聚類分析及主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同種源栝樓種子性狀方差及變異分析

對12 個種源栝樓種子性狀進行方差分析，結果（表2）表明，栝樓種子長度、種子寬度、種子厚度、種子長寬比、種仁長度、種仁寬度、種仁厚度、種仁長寬比、種子千粒重、種仁千粒重、種仁千粒重/種子千粒重11 個性狀均在種源間存在極顯著差異(P<0.01)。不同種源栝樓平均種子長度、種子寬度、種子厚度、種子長寬比、種仁長度、種仁寬度、種仁厚度、種仁長寬比、種子千粒重、種仁千粒重和種仁千粒重/種子千粒重分別為13.95 mm、9.03 mm、3.58 mm、1.56、11.63 mm、6.77 mm、2.37 mm、1.73、206.99 g、119.14 g和57.80%。

表2 不同種源栝樓種子性狀方差及變異分析Table 2 Variance and variation analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

對不同種源栝樓種子性狀變異結果進行分析可知，12 個種源栝樓種子性狀變異系數在6.76～28.89 之間。種子千粒重變異系數最大，為28.89，變幅在139.48（種源6）～290.26 g（種源3）之間；其次為種仁千粒重(27.94)，變幅在70.99（種源6）～184.72 g（種源3）之間；變異系數最小的是種子長度，為6.76%，變幅在12.64（種源5）～15.48 mm（種源8）之間，其余8個栝樓種子性狀變異系數均在9%～16%之間。表明不同種源栝樓種子性狀存在豐富的變異，利于優良種質篩選。

2.2 不同種源栝樓種子性狀相關性分析

對栝樓種子的11 個性狀進行相關性分析，結果如表3所示。種子長度（X1）與種仁長度（X5）呈極顯著正相關，相關系數為0.832。種子寬度（X2）與種子厚度（X3）、種仁寬度（X6）、種子千粒重（X9）和種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關，相關系數分別為0.792、0.944、0.923和0.941；與種子長寬比（X4）呈極顯著負相關，相關系數為-0.821。種子厚度（X3）與種仁厚度（X7）呈極顯著正相關，相關系數為0.809；與種子長寬比（X4）呈極顯著負相關，相關系數為-0.813。種子長寬比（X4）與種仁長寬比（X8）呈極顯著正相關，相關系數為0.838；與種仁寬度（X6）呈極顯著負相關，相關系數為-0.755。種仁寬度（X6）與種子千粒重（X9）和種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關，相關系數為0.896 和0.880。種仁厚度（X7）與種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關，相關系數為0.765。種子千粒重（X9）與種仁千粒重（X10）呈極顯著正相關，相關系數為0.937。

表3 不同種源栝樓種子性狀相關性分析Table 3 Correlation analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

2.3 不同種源栝樓種子性狀聚類分析

對12 個種源栝樓種子性狀進行系統聚類分析，結果如圖1 所示。12 個種源栝樓種子性狀在閾值5 處可劃分為3 個類群：類群Ⅰ包括種源5、種源6、種源1、種源7、種源4 和種源12 共6 個種源；類群Ⅱ僅有種源2；類群Ⅲ包括種源10、種源11、種源8、種源9和種源3共5個種源。

圖1 不同種源栝樓種子性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis on seed traits of T.kirilowii among different provenances

對不同類群栝樓種子性狀進行方差分析和多重比較（表4）表明，不同類群栝樓種子性狀存在差異。種子寬度、種仁寬度、種子千粒重和種仁千粒重在不同類群間存在極顯著差異，種子厚度、種子長寬比和種仁厚度在不同類群間存在顯著差異，種子長度、種仁長度、種仁長寬比、種仁千粒重/種子千粒重則在不同類群間差異不顯著。類群Ⅰ種子千粒重和種仁千粒重最小，種子長寬比最大，此類群種子個體小，種子外形呈長橢圓形；類群Ⅲ種子千粒重和種仁千粒重最大，種子長寬比最小，此類群種子個體大，種子外形偏圓形；類群Ⅱ種子性狀介于類群Ⅰ和類群Ⅲ之間，此類群種子個體較大，種子外形偏圓形。結果表明不同類群栝樓種子性狀存在顯著差異，其中類群Ⅲ栝樓種子綜合性狀較優，可作為優良種質篩選的群體。

表4 不同類群栝樓種子性狀特征Table 4 Characteristics on seed traits of various T.kirilowii groups

2.4 不同種源栝樓種子性狀主成分分析

對12 個種源栝樓種子的 11 個性狀進行主成分分析 (表5)，提取前3 個主成分，累計貢獻率為91.09%，包含了大部分主要指標信息。第1 主成分在種子寬度、種仁寬度、種子千粒重和種仁千粒重上有較大荷載，即主要反映種子寬度和質量性狀，貢獻率為58.88%；第2主成分在種子長度和種仁長度上有較大荷載，即主要反映種子長度性狀，貢獻率為21.35%；第3 主成分在種仁千粒重/種子千粒重上有較大荷載，貢獻率為10.86%。

表5 不同種源栝樓種子性狀主成分分析Table 5 Principal component analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

對12 個種源栝樓種子性狀進行綜合評價，結果如表6所示。提取不同種源栝樓前3個主成分的特征值，計算特征向量。前3個主成分得分如下。

表6 不同種源栝樓種子性狀綜合評價Table 6 Comprehensive evaluation on seed traits of T.kirilowii from different provenances

式中，ZXi為各性狀Xi的標準化值。

將各性狀主成分得分乘以方差貢獻率并求和，即可得到各種源種子性狀的綜合得分。

由不同種源栝樓種子性狀綜合得分（表6）可知，種源3 得分最高，為0.87，綜合性狀優良，可作為優良種質用于品種選育，而種源6 得分最低，綜合性狀較差。

3 討論

3.1 不同種源栝樓種子性狀的差異性

種子為植物重要的繁殖器官，對物種延續起著重要的作用，其性狀較植物的根、莖、葉性狀更為穩定，同時不同種源種子性狀因地理阻隔和環境差異會存在變異，因而種子性狀常用于植物多樣性研究及優質種源篩選[10-13]。本研究中12 個種源栝樓種子的11 個性狀在不同種源間存在極顯著差異，具有豐富的遺傳變異和巨大的遺傳改良潛力，可為優質種源篩選提供有利條件，該研究結果與前人在梭梭[12]、鐵橡櫟[13]、花櫚木[14]及掌葉木[15]等種子上的研究結果類似。性狀變異是種源選擇和良種選育的重要基礎[15]，本研究表明在栝樓種子的11 個性狀中種子千粒重變異系數（28.89%）最大，并且種子千粒重與種子寬度、種仁寬度呈極顯著相關，與種子厚度和種仁厚度呈顯著正相關，表明種子千粒重可作為栝樓優良種質資源篩選的重要指標。同時，聚類分析表明12個種源栝樓可分為3 個類群，其中類群Ⅲ種子千粒重最大，種子個體大，可作為優良種質篩選的群體。因此，利用不同種源篩選栝樓優良種質具有較強的可操作性，在篩選時可重點關注種子千粒重較大的種源群體。種子性狀不僅受遺傳因素影響，亦與生態環境及栽培措施密切相關，本研究中12 個栝樓種源樣品來自全國不同產地，各自形成的氣候條件、土壤條件及肥水管理等外因差異亦會對種子的性狀指標產生影響，可進一步開展研究。

3.2 不同種源栝樓種子性狀綜合評價

優質種源是中藥材生產的物質基礎，亦是生產穩定可控藥材的前提，對種源進行篩選、綜合評價及利用是提高中藥材質量及品種選育的有效途徑[9]。對種源進行科學合理的評價需要對各項指標進行綜合分析，主成分分析可將多個性狀指標轉化成彼此相互獨立的且個數較少的主成分，綜合反映原來多個性狀指標的主要信息，使得綜合評價更加科學準確，目前已廣泛用于種源綜合評價中[14-15]。本研究選取栝樓種子的11 個性狀作為評價不同種源栝樓種子綜合性狀的指標，通過主成分分析將11 個性狀指標轉換成3 個主成分指標，并對綜合得分進行排名，研究結果表明種源3栝樓種子綜合性狀最優，可作為優良種質開展進一步選育。