不同产地箭叶淫羊藿生长与种实形态性状变异研究

张玉荣，王旭军，曹展硕，李 琪，谢慧敏

箭叶淫羊藿（Epimedium sagittatum (Sieb.et Zucc.) Maxim.）为小檗科（Berberidaceae）淫羊藿属（Epimedium L.）多年生草本植物，是我国传统的重要药用植物之一，早在汉代《神农本草经》就已有记载，传统用于补肾阳、强筋骨、祛风湿，临床上也被用于治疗骨质疏松、 更年期综合征、高血压、冠心病和抑制肿瘤等疾病［1-4］。目前，关于箭叶淫羊藿的研究主要集中在其活性成分、分类、抗逆性、光合生理、物候特征等方面［5-24］，而关于箭叶淫羊藿遗传变异的研究比较少见。已有研究表明，不同产地箭叶淫羊藿活性成分差异较大，质量极不稳定［13,22,25-29］。因此，本研究以湖南自然分布区 5 个不同产地的箭叶淫羊藿为材料，比较其生长、叶片形态及种实形状在不同产地间的差异，并探索其在产地水平上的遗传变异规律，以期为箭叶淫羊藿良种选育提供科学依据。

1 试验区概况

试验地位于湖南省林业科学院杜家冲试验林场，地理座标为 113°01′30′′ E，28°06′40′′ N，海拔在 60～80 m 之间，且地势比较平缓。该区气候温和湿润，季节变化明显，冬寒夏热，四季分明；春秋短促，冬夏绵长，为典型的亚热带大陆性季风气候；年均气温 17.2 ℃，年均降雨量1 411.4 mm，全年无霜期 272 天。试验地土壤的成土母岩为第四纪网纹层母质，土壤为地带性第四纪红壤，土层深厚，砾石含量较多，pH 值在4.5～5.5 之间；林分为枫香、木荷成年混交林，郁闭度为 0.8～0.9。

2 材料与方法

2.1 试验材料

供试的箭叶淫羊藿于 2015 年 12 月分别采集于其湖南省自然分布区的 5 个不同产地（见表1）。采挖时挖取全株，去除泥土，尽量保留须根部分，且从开始采挖到定植完毕全程控制在 1 个星期以内，定植时将野生母株分割成大小较为均一的子株。

表1 箭叶淫羊藿不同产地环境因子表Tab.1 The environmental factors of E.sagittatum among different provenances

于 2015 年 8—10 月按地形和箭叶淫羊藿栽植行距开梯，梯宽 1.5～3.0 m 不等、长 10 m，并将地深翻 50 cm 以上，碎土、过筛后将大块砾石筛除，并按照 30 000 kg/hm2的标准施入由湖南省森林植物园定制的有机肥，耙平。定植株行距为 30 cm×30 cm，定植深度 5 cm。定植后常规田间管理。

2.2 测定方法

2016 年 5 月，在箭叶淫羊藿生长比较稳定，且种子成熟时测定其当年生植株的生长、叶片形态及种实形态等性状。株高用直尺测定（精确到 0.1 cm），地径用游标卡尺测定（精确到 0.01 cm）。考虑到箭叶淫羊藿顶叶性状相对较稳定的原因，叶片形态性状只测定其顶叶，其叶面积、叶长、叶宽等形态性状则采用 Li-3000C 便携式叶面积仪测定。每个产地测定 10 个单株，重复3 次。

种子形态性状用游标卡尺测定其种子长度、宽度（精确到 0.01 cm），每个产地测定 50 粒种子，并用百粒重法测定其千粒重，重复 3 次。

2.3 数据分析方法

用 EXCEL 软件对数据进行处理和计算，用SPSS 19.0 数据处理系统对数据进行方差分析、相关性分析等。各遗传参数的计算公式参见文献［30］。

3 结果与分析

3.1 不同产地箭叶淫羊藿生长及种实形态性状差异性

由表 2 可以看出，箭叶淫羊藿生长和种实形态性状在不同产地间的差异程度并不一致，其中地径、叶宽的差异均达极显著，株高、种子千粒重的差异均达显著，而叶面积、叶长、叶最大宽度、种子长和种子宽等的差异均不显著。

表2 不同产地箭叶淫羊藿生长与种实形态性状方差分析表Tab.2 The variance analysis of growth and morphological characters of E.sagittatum among different provenances

3.2 不同产地箭叶淫羊藿生长及种实形态比较

由表 3 可以看出：箭叶淫羊藿平均株高为23.16 cm，地径为 0.07 cm，其株高仅为野生植株的一半左右。这些与孙超的研究结果比较一致［31］。株高、地径的变异系数分别达到 21.07% 和26.14%，说明箭叶淫羊藿的株高、地径在产地间变异较大，具有较大的选择潜力。不同产地间比较，株型最高的为沅陵产箭叶淫羊藿；株高最矮的为桑植产箭叶淫羊藿，其株高为 19.80 cm，仅为沅陵产地的 72.8%。地径最大的为沅陵产地的，其次为城步产地的；最小的为宜章产地的，其地径仅为沅陵和城步产地的 50% 左右。叶面积最大的为城步产地的，其叶面积达 35.72 cm2；其次为沅陵产地的，为 33.74 cm2；最小的是新宁产地的，为 22.62 cm2，仅为城步产地的 63.3%。这说明沅陵和城步产箭叶淫羊藿株型均较高、茎均较粗，叶面积均较大，均具有较大的生物量。沅陵和城步为湖南箭叶淫羊藿的优良产地。

由表 3 还可以看出：箭叶淫羊藿叶长 9.33 cm，叶宽为 2.95 cm，叶最大宽度为 4.53 cm，且其变异系数也分别达 17.90%、19.19% 和 17.33%。说明箭叶淫羊藿叶片性状受环境的影响很大，也进一步证实了“叶片是植物对环境变化比较敏感，且可塑性较大的器官，环境变化导致叶的长、宽、面积和重量的变化”［32］。不同产地间比较，叶长最大的为沅陵产地的，其次为城步产地的，最小的为新宁产地的；叶宽最大的为城步产地的，其次为沅陵产地的，最小的为桑植产地的。叶面积最大的为城步产地的箭叶淫羊藿，其叶宽也为最大；叶面积其次的为沅陵产地产的，其叶长为最大。这些进一步证实了叶面积主要影响因子为叶片长、宽等因子。

表3 不同产地的箭叶淫羊藿生长和种实形态性状比较Tab.3 Comparison of growth and seed morphological characters of E.sagittatum among different provenances

表 3 显示：箭叶淫羊藿种子长为 5.29 mm，种子宽为 2.86 mm，千粒重为 19 g，其变异系数分别为 4.62%、5.08% 和 3.50%，均低于 10%，远远小于株高、地径和叶面积等的变异系数。这说明箭叶淫羊藿种子形态性状比较稳定，产地间变幅较小，也进一步证实了“植物种子形态属一种较为稳定的性状，它比植物的根、茎、叶稳定性高”［33］。不同产地间比较，种子长最大的为桑植产地的，为 5.40 mm；其次为宜章产地的，为 5.39 mm；最小的为新宁产地的，仅为5.13 mm。种子宽最大的为城步和沅陵产地的，均为 2.90 mm；最小的为新宁和宜章产地的，均为 2.83 mm。千粒重最大的为城步产地的，达19.48 g；其次为桑植产地的，为 19.38 g；最小的为新宁产地的，仅为 18.36 g。

3.3 箭叶淫羊藿生长及种实形态相关分析

相关分析（表 4）表明：箭叶淫羊藿各生长性状中，株高与地径、叶宽均呈极显著正相关，与叶面积和叶片最大宽度均呈显著正相关，与叶长呈正相关，但未达显著水平；地径与叶宽呈极显著正相关，与叶面积呈显著正相关；叶面积与叶长、叶宽及叶片最大宽度都呈极显著正相关；叶长与叶宽也呈极显著正相关。这说明箭叶淫羊藿叶面积越大，其生产的光合产物就越多，从而使箭叶淫羊藿长得更高、更粗。这也意味着选育出生长更旺盛、叶面积更大的优良箭叶淫羊藿品种很有可能。由表 4 还可以看出，箭叶淫羊藿种子长、宽、千粒重之间均无显著性相关，且除千粒重与叶片最大宽度呈显著正相关外，其种实性状与生长性状间均未达显著性相关水平。这暗示着箭叶淫羊藿的营养生长性状与生殖生长性状可能由不同的遗传因素控制。

表4 箭叶淫羊藿生长及种实形态相关分析表Tab.4 Correlation analysis between growth and seed morphology of E.sagittatum

3.4 箭叶淫羊藿生长及种实形态与生态环境因子相关分析

由表 5 可以看出：箭叶淫羊藿株高、地径和叶面积等生长性状与海拔、1 月均温、7 月均温均呈负相关。这意味着随着海拔的升高，箭叶淫羊藿生长变弱；较高的环境温度能促进箭叶淫羊藿的生长。株高、地径、叶面积等生长性状与经度、年降雨量等也呈均负相关关系，且随着经度的增加，年降雨量也减少。这暗示着较大的降雨量可能促进箭叶淫羊藿的生长，也可以由箭叶淫羊藿一般生长在比较阴湿的环境中得到验证。种子长、宽和千粒重等种实性状与经度、纬度、海拔等环境因子的相关性表现出与株高、地径等生长性状相似的趋势，但生长、种实等性状与环境因子的相关均未达显著水平。这可能与箭叶淫羊藿产地较少的原因有关，需要加大样本数量来进一步验证。

表5 箭叶淫羊藿生长及种实形态与生态环境因子相关分析Tab.5 Correlation between growth and seed morphology and ecological environment factors of E.sagittatum

3.5 箭叶淫羊藿生长及种实形态遗传变异参数

利用形态性状来研究物种遗传变异是简便而易行的手段，可以直接利用野外采集的样本来进行分析。表型多样性是遗传多样性与环境多样性的综合体现，对植物表型性状进行研究不仅能初步了解种群遗传变异的大小，又有助于了解生物适应和进化的方式［32］。从表 6 可以看出，除地径外，箭叶淫羊藿株高、叶面积、叶长、叶宽及种子长、宽、千粒重等性状的遗传方差均小于其环境方差，遗传方差分量所占百分比均较少，说明箭叶淫羊藿生长与种实形态性状受环境的影响均很大，不能稳定地遗传，也间接说明了“箭叶淫羊藿是淫羊藿属中分布最广、形态变异最大的种”这一事实。

表6 箭叶淫羊藿生长和种实性状的遗传变异参数Tab.6 Genetic variation parameters of growth and seed morphological characters of E.sagittatum

遗传力是指亲代传递其遗传特性的相对能力，是表型变异受遗传因素影响的比例。遗传力的大小说明了性状受遗传控制的强弱。箭叶淫羊藿株高、地径和叶宽的广义遗传力分别为 0.47、0.68 和 0.55，说明这些性状均受到中等程度以上的遗传控制，都能够比较稳定地遗传给后代；但其他性状遗传力均比较低，说明这些性状的变异受生态环境的影响均比较大。特别是种子宽的遗传力表现为负值，似乎失去了生物学意义，这可能是样本数量较少的缘故［15］。

遗传变异系数是性状的遗传型标准差与总平均值的比，是衡量群体性状遗传变异潜力的重要参数，遗传变异系数大，说明该群体遗传潜力大。除地径外，箭叶淫羊藿株高、叶面积、叶长、叶宽、叶最大宽度、种子长、种子宽和千粒重等性状的遗传变异系数均较小，也均小于各性状相应的表型变异系数，说明这些性状的遗传潜力均比较低。

4 结论与讨论

箭叶淫羊藿平均株高为 23.16 cm，地径为0.07 cm，株高仅为野生植株的一半左右，这可能是试验林地与原产地相比郁闭度相对过高，导致叶片光合产物减少所致。箭叶淫羊藿株高、地径的变异系数分别达到 21.07% 和 26.14%，说明箭叶淫羊藿的株高、地径在不同产地间变异均较大，都具有较大的选择潜力。沅陵、城步产地的箭叶淫羊藿株型均较高，茎也均较粗，叶面积也均较大，而淫羊藿的主要药用部位是叶片。因此，沅陵和城步产地的箭叶淫羊藿均为湖南箭叶淫羊藿的优良种质资源。对于种质资源的评价，药用植物学家关心的是化学成份的变异，并以有效成分含量和比例作为评价药材质量和筛选核心种质的主要依据［34］。因此，本研究只考虑到不同产地箭叶淫羊藿生物量的差异，没有比较其药用活性成份的差异，这是下一步值得深入研究的内容。

相关分析表明，箭叶淫羊藿的株高、地径和叶面积相互间呈极显著或显著正相关关系。这说明箭叶淫羊藿叶面积越大，其生产的光合产物就越多，从而使其长得更高、更粗。这也意味着选育出生长更旺盛、叶面积更大的优良箭叶淫羊藿品种很有可能，并且可以考虑以测定相对比较直观的株高作为间接指标来选择箭叶淫羊藿优良种质资源或优异产地。

箭叶淫羊藿株高、叶面积、叶长、叶宽及种子长、宽、千粒重等性状的遗传方差均小于其环境方差，遗传方差分量所占百分比均较少，说明箭叶淫羊藿生长与种实形态性状受环境的影响均很大，都不能稳定地遗传。箭叶淫羊藿株高、地径和叶宽的广义遗传力分别为 0.47、0.68 和 0.55，说明这些性状均受到中等程度以上的遗传控制，都能够比较稳定地遗传给后代。此外，除地径外，箭叶淫羊藿株高、叶面积、叶长、叶宽、叶最大宽、种子长、种子宽和千粒重等性状的遗传变异系数均较小，均小于各性状相应的表型变异系数，说明箭叶淫羊藿这些性状的遗传潜力比较低。

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