吉林東部不同東北刺人參種群種實表型性狀變異規律

李黎明,吳生海,王玉瑩,張 一,李茂玨,孫 華,沈永春,杜鳳國,4

(1.北華大學林學院,吉林 吉林 132013;2.長白縣林業局,吉林 白山 134400;3.樺甸市農業農村局,吉林 樺甸 132400;4.長白山特色森林資源保育與高效利用國家林業和草原局重點實驗室,吉林 吉林 132013)

東北刺人參(OplopanaxelatusNakai)為五加科(Araliaceae)刺人參屬(OplopanaxMiq.)落葉灌木[1],我國二級珍稀瀕危保護植物,是一種具有開發前景的野生植物資源。東北刺人參葉可用于治療皮膚癬菌[2]、低血壓[3],莖可治療關節炎[4]等多種疾病,具有極高的藥用價值。目前,東北刺人參研究主要集中在適生區預測[5]、播種育苗[6-8]、組培育苗[9]、黃酮提取工藝[10]、揮發油成分及分析[11-12]、藥理及利用[2,4,13-17]等方面,而種實表型性狀研究未見報道。作為植物遺傳變異的重要器官,果實和種子可直觀反映植物的性狀變異[18-19]。優良的種實性狀是優樹選擇的重要考慮因素[20-21]?；诖?本文通過測定、分析吉林東部5個不同東北刺人參種群的種實性狀,揭示不同種群間的表型性狀差異,篩選優良種群,為選育良種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

以長白朝鮮族自治縣泡子涯小溝、冷溝子林場、十五道溝,臨江市東小山林場,集安市大頂子村5個不同東北刺人參種群為研究對象,每個種群選取間距10 m以上的30株東北刺人參采集果實并編號,自然干燥保存,測量種子和果實的相關指標。種群自然概況見表1。

表1 東北刺人參果實采集地點自然概況Tab.1 Natural overview of Oplopanax elatus fruit collection sites

1.2 研究方法

1.2.1 種實性狀測定

分別將5個東北刺人參種群的果實混合,各自分為3等份,每份隨機選取30粒,測定果實指標;去掉果皮,測定種子相關指標。使用數顯游標卡尺測量種實表型性狀,包括果柄長、果柄直徑、種子長和果實縱徑(頂部至基部長)、種子寬和果實橫徑(最寬處寬)。果形系數=果實長/果實直徑;種形系數=種子長/種子直徑。采用萬分之一電子天平稱重,計算單果質量,稱量、計算種子千粒重,重復3次。

1.2.2 數據整理與分析

采用Excel 2021對數據進行初步整理與計算,使用SPSS 24.0對種實表型性狀進行方差分析、相關性分析、主成分分析及綜合評價。

2 結果與分析

2.1 東北刺人參種實表型性狀

2.1.1 果實性狀

由表2可知:東北刺人參果柄最長的是P4種群(9.51 mm),最短的是P1種群(7.06 mm);果柄直徑最大的是P3種群(0.45 mm),最小的是P1種群(0.19 mm);果實縱徑最大的是P5種群(6.43 mm),最小的是P2種群(5.51 mm);果實橫徑最大的是P3種群(5.53 mm),最小的是P1種群(4.97 mm);果形系數最大的是P5種群(1.25),最小的是P2和P3種群(1.06);單果質量最大的是P3和P4種群(0.09 g),最小的是P2種群(0.03 g)。方差分析結果顯示:不同東北刺人參種群間果柄長、果柄直徑、果實縱徑、果實橫徑、果形系數和單果質量存在極顯著差異。

P2種群的果柄長和果柄直徑變異系數最大,分別為37.62%和51.46%;P3種群的果實縱徑和果實橫徑變異系數最大,分別為16.59%和15.08%;P5種群的單果質量變異系數最大,為68.51%;P4種群的果形系數變異系數最大,為20.98%。

2.1.2 種子性狀

由表2可知:種子最長的是P5種群(4.93 mm),最短的是P3種群(4.39 mm);種子最寬的是P3種群(2.46 mm),最窄的是P1種群(2.09 mm);種形系數最大的是P5種群(2.24),最小的是P3種群(1.86);種子千粒重最大的是P4種群(4.81 g),最小的是P5種群(3.16 g)。

P3種群的種子長和種子寬變異系數最大,分別為14.86%和14.72%;P4種群的種形系數變異系數最大,為15.40%;P2種群的種子千粒重變異系數最大,為32.09%。

東北刺人參種群間種實性狀變異系數的平均值(28.30%)大于種群內(20.63%),說明吉林東部東北刺人參種實性狀變異主要來源于種群間。

2.2 東北刺人參種實性狀相關性

由表3可知:東北刺人參種實性狀有27對為極顯著正相關,具體為果柄長與果柄直徑、果柄直徑與果實縱徑、果實縱徑與果實橫徑、果實橫徑與單果質量、果形系數與種子長、種子寬與種子千粒重等;有8對性狀為顯著或極顯著負相關,分別為果柄長與果形系數、種形系數,果實橫徑與果形系數、種形系數,果形系數與單果質量、種子寬,單果質量與種形系數,種子寬與種形系數;有10對性狀的相關性不顯著,分別為果柄長與果實縱徑,果柄直徑與果形系數、種子長、種形系數、種子千粒重,果實縱徑與種子千粒重,果實橫徑與種子長,果形系數與種子千粒重,單果質量與種子長,種形系數與種子千粒重。

表3 不同東北刺人參種群種實性狀相關系數Tab.3 Correlation coefficient of seed-fruit traits in different populations of Oplopanax elatus

2.3 東北刺人參種實性狀主成分分析

東北刺人參種實性狀主成分分析結果見表4。選取3個主成分Y1、Y2、Y3,累計貢獻率達到60.95%,其中,第1主成分的主導因子為果實橫徑和單果質量;第2主成分的主導因子為果實縱徑和種子長;第3主成分的主導因子為種子千粒重。結果表明:果實橫徑、果實縱徑、單果質量、種子長和種子千粒重代表了東北刺人參種實性狀的絕大部分信息。

2.4 東北刺人參種實性狀綜合評價

參照“權重系數=(對應主成分特征向量/對應主成分特征值的算術平方根)×對應主成分的貢獻率”[22]計算得出東北刺人參果柄長、果柄直徑、果實縱徑、果實橫徑、果形系數、單果質量、種子長、種子寬、種形系數、種子千粒重的權重系數分別為0.231、0.132、0.180、0.250、-0.045、0.157、0.260、0.203、0.091、0.232。根據表型性狀權重系數構建的綜合得分方程為yi=0.231xi1+0.132xi2+0.18xi3+0.25xi4-0.045xi5+0.157xi6+0.26xi7+0.203xi8+0.091xi9+0.232xi10,式中:yi為第i個東北刺人參種群的種實性狀綜合得分;xi1～xi10分別為第i個東北刺人參種群10個種實性狀的標準化數值,見表5。

表5 東北刺人參種實性狀標準化數值Tab.5 Standardized values of seed-fruit traits of Oplopanax elatus

基于上述方程和表5的標準化數值,經計算得出不同東北刺人參種群種實性狀綜合得分,見表6。由表6可知:不同東北刺人參種群種實性狀的綜合得分由高到低依次為P3種群(0.411)>P4種群(0.370)>P5種群(0.038)>P2種群(-0.304)>P1種群(-0.514)。

表6 東北刺人參種實性狀綜合評價得分Tab.6 Comprehensive evaluation of seed-fruit traits of Oplopanax elatus

3 結論與討論

吉林省東部不同東北刺人參種群間的種實性狀變異豐富。表型性狀變異能直接反映群體生物遺傳信息[23]。不同東北刺人參種群間種實性狀存在極顯著差異,表明東北刺人參種實性狀發生了明顯變異,這為篩選優質東北刺人參種群奠定了基礎。變異系數反映種質差異的范圍和程度,是種質的固有特征,決定著資源的選擇范圍[24]。通過比較可知,東北刺人參種群間種實性狀中果柄直徑、單果質量和種子千粒重的平均變異系數較大,可為后期東北刺人參的良種選育提供依據。東北刺人參不同種群間種實性狀變異系數大于種群內,變異主要來源于種群間,這與于忠亮等[25]對興安杜鵑(RhododendrondauricumLinn.)、郭松等[22]對掌葉木(Handeliodendronbodinieri(Lévl.) Rehd.)研究得出的種實性狀變異主要來源于種群間的結論一致。

東北刺人參多數種實性狀間相關性顯著。通過性狀間相關性分析確定不同性狀間關系,可以在選擇某一性狀的同時預測其對其他性狀可能產生的影響[26]。有學者[27-29]研究表明,在相關性極強的性狀間進行選擇改良時,會影響其他性狀。千粒重是衡量種子質量優劣的重要性狀,種子千粒重越大說明種子內含有的營養物質越多,越有利于種子萌發和幼苗生長[30]。在進行東北刺人參種實性狀選擇時,由于種子千粒重與果柄長、果實橫徑、單果質量、種子長和種子寬的相關性極顯著,因此,可以通過選擇果柄長、果實橫徑、單果質量、種子長和種子寬等性狀達到選擇優良種子千粒重性狀的目的。

長白朝鮮族自治縣十五道溝東北刺人參種群種實性狀最優。本研究對5個不同東北刺人參種群的種實性狀進行了綜合評價,結果發現,長白朝鮮族自治縣十五道溝東北刺人參種群種實性狀綜合得分最高,為0.411,該種群為最優種群。其中,果實橫徑、果實縱徑、單果質量、種子長和種子千粒重代表了東北刺人參種實性狀的絕大部分信息。東北刺人參藥用價值高,對生境要求苛刻,野生種群數量稀少。為更好地保育這一瀕危物種,在進行東北刺人參品種選育時,建議首選長白朝鮮族自治縣十五道溝東北刺人參種群。