温州山药表型性状多样性研究

吴志刚，魏余煌，冷春鸿，陶正明，李 林，季志仙

(1.浙江省亚热带作物研究所，浙江 温州 325005;2.广州中医药大学，广东 广州 510006;3.浙江省瑞安市农林局，浙江 瑞安 325200;4.浙江省农业科学院，浙江 杭州 310021)

山药为薯蓣属 (Dioscorea)类重要的经济作物，该类植物因富有粘液质、氨基酸及有益人体的微量元素等物质，具有很高的营养保健、药用价值，深受人们的欢迎［1］。我国大面积生产利用的薯蓣属植物有薯蓣 (Dioscorea opposite)、参薯 (Dioscorea alata)、褐苞薯蓣 (Dioscorea persimilis)、山薯(Dioscorea fordii)等4种，长江以北以主产薯蓣为主，而长江以南各省则以参薯、褐苞薯蓣、山薯为主［2］。温州历来有种植山药的传统，栽培历史长远，当地老百姓俗称“温州山药”［3］。当前产区种植的山药品种较为混乱，有薯蓣属的多种植物，同物异名、异物同名、栽培变异大，对山药的规范生产和合理开发利用带来了不利的影响。因此，在研究温州山药种质资源遗传多样性基础上，培育区域特色的山药品种是今后的发展方向。而以形态学或植物表型性状来研究植物遗传变异是最直接且有效的方法［4］，有关温州山药在此方面的研究鲜见报道。为此，在温州全境范围内对山药资源 (栽培)进行调查，观察和测量温州山药各性状表型指标，揭示温州山药表型性状遗传变化规律，为今后开展温州山药优良品种的选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 栽培类型确定与个体取样

2006年9月至2007年5月，我们对温州山药栽培群体进行了资源调查，确定10个表型性状差异显著的温州山药栽培类型，并压制植物标本，原植物经江苏省中国科学院植物研究所鉴定 (表1)。2008年以3个栽培群体收集的山药栽培类型为材料，分别在各自群体建立3个种质资源圃 (各地种质不进行异地种植)，采用统一的田间管理措施。每个群体每个栽培类型分别选择20个个体(植株)进行观察测量。

1.2 性状观测

性状测量方法:茎粗、叶长、叶宽、叶面积、块茎重等数值型性状指标分别用电子游标卡尺、直尺、叶面积仪、托盘称测量，叶片选择具代表性的中叶，茎粗为离地3 cm处直径;质量性状如地上茎特征、叶颜色、块茎性状等采用二元性状方法肉眼观察。

1.3 数据处理

按照巢式设计的方差分析对温州山药表型性状变异进行分解，线性模型为:Yijk=μ+τi+δj(i)+εk(ij)，Yijk为第 i群体第 j个家系第 k个观测值，μ为总平均，τi为群体间效应值，δj(i)为群体内家系效应值，εk(ij)为随机误差［5］。依据葛颂等［6］定义的表型分化系数 (Vst)对温州山药群体表型分化特征进行描述，为群体间的方差分量，σ2s为群体内的方差分量。利用变异系数 (CV)表示表型性状的离散程度，CV运用 Ntsys-pc(version2.10e)软件对温州山药资源二元性状进UPGMA(非加权配对算术平均法)聚类。数据采用统计软件SPSS进行分析。

表1 温州山药个体抽样情况

2 结果与分析

2.1 表型性状的变异特征

对温州山药6个数值型表型性状进行方差分析，结果 (表2)显示，叶长、叶宽、叶长宽比等6个表型性状在群体内均存在极显著差异，群体间只有叶面积和单个块茎重有显著差异。表3为3个栽培群间植株表型性状的多重比较，更详细说明了温州山药形态特征在群体间的差异不明显。

2.2 群体间的表型分化

巢式设计将各表型性状的变异分解为群体间、群体内、个体内变异3部分，通过各层次上的方差分量百分比来分析表型性状变异的来源。从表4可以看出，温州山药群体间6个表型性状的平均分化系数为9.043 3%，表明群体间变异占总变异的9.043 3%，而群体内则贡献91.956 7%的变异，群体内的变异大于群体间。

表2 温州山药栽培群体间/群体内表型性状的方差分析结果

表3 温州山药栽培群体间表型性状的多重比较结果

表4 温州山药表型性状的方差分量及群间表型分化系数

2.3 群体内表型性状的变异特征

变异系数表示性状值的离散特征，变异系数越大，则性状离散值越大。温州山药3个栽培群体6个表型性状的变异系数见表5。从表5可以看出，6个性状变异系数在温州山药栽培群体间差异较小;而在群体内部各性状变异系数相差明显，单个块茎重平均变异系数最大为72.15%，其次为叶面积 (49.77%)，叶长宽比平均变异系数最小为13.46%，说明群体内叶长宽比性状稳定。

上述分析看出，温州山药资源植物形态特征差异性主要存在于群体内部。为此，对初步划分的10个栽培类型进行表型性状多重比较，结果 (表6)表明，10个栽培类型的6个表型性状差异明显;茎粗和叶长均以 wsy05最粗或最长，wsy02、wsy04其次，wsy09最细或最短;叶宽wsy05最宽，wsy02其次，wsy10最窄;叶长宽比则表现为wsy10最大，wsy01其次，wsy09最小;叶面积为 wsy05最大，wsy02其次，wsy09最小;单个块茎重为wsy05最重，wsy04其次，wsy9最轻。

2.4 主要形态特征的聚类分析

表7结果可见，温州山药表型性状的多样性不仅在茎粗、叶长、叶宽等方面存在差异，在叶片颜色、茎有无棱翅、块茎断面颜色等也表现出较大的异同性。

表5 温州山药群体表型性状的变异系数

表6 温州山药群体内表型性状的多重比较

表7 温州山药10个栽培类型的二元表型性状观察结果

按照10个二元性状观察结果进行聚类，结果(图1)断面颜色为白色 wsy01、wsy02、wsy03、wsy04、wsy05的参薯栽培类型被聚为一类，属于褐苞薯蓣wsy09与断面呈白色参薯栽培类型表型相似;断面为紫红色 wsy06、wsy07、wsy08的参薯栽培类型则聚为另一类;wsy10山薯栽培与其它山药栽培类型相比表型差异大，单独聚为一类。

图1 10个温州山药栽培类型二元性状的聚类树

3 小结与讨论

3.1 温州山药表型性状变异

栽培变异大是山药类植物资源的一个重要的特征。通过对3个栽培群体的温州山药的表型性状分析表明，温州山药丰富的表型变异主要存在群体内部，群体内的变异占总变异的91.956 7%。6个表型性状测量值在群体内差异显著，平均变异系数13.46%～72.15%，单个块茎重最大为72.17%，叶面积其次为49.77%，叶长宽比最小为13.46%。10个表型观察性状也表明温州山药群体内在植物器官形状、颜色特征方面存在丰富的差异，10个栽培类型可聚类为3类，Ⅰ类为地上茎呈棱形地下块茎为白色的栽培类型，Ⅱ类为地上茎呈棱形地下块茎为紫红色或紫白色的栽培类型，Ⅲ类为地上茎呈圆柱形的类型。

利用植物生殖器官变异来研究植物遗传多样性是首选的手段［7－8］。但温州山药多采用块茎营养繁殖，很少有开花结果现象，很难开展此项研究。本研究利用6个测量和10个观察的非生殖性状同样反映出温州山药群体内有着丰富的表型变异，而这些群体内表型变异往往是由群体内多种基因型种质的变异造成的。因此，在DNA分子水平上分析遗传多样性将是进一步明确温州山药资源遗传背景特征的重要手段，本研究组已经开展此方面的研究。

3.2 温州山药遗传改良前景

温州山药群体内表型变异大一定程度上反映其遗传多样性，具有很好的植物遗传改良的前景。10个温州山药栽培类型表型性状的多重比较表明，各个类型在茎粗、叶片形状与大小、块茎重量等表型性状方面均存在显著的差异，10个栽培类型均具有各自特征。如wsy05茎粗、叶长宽、叶面积、单个块茎重均最大，块茎呈现多支根、扁型、白色肉质等特点;而wsy08则呈叶片长宽比较小、叶形较钝、块茎规则呈圆柱形、肉质紫白色等特点。目前，产区山药世代种植，各种表型性状的种质均被保留，为新品种的选育提供很好的素材。因此，利用温州山药群体丰富的表型变异，开展优良品种选育，培育特色的温州山药新品种将具有广阔的前景。

［1］袁书林.山药的化学成分和生物活性作用研究进展 ［J］.食品研究与开发，2008，29(3):176－179.

［2］温州市医药志编纂委员会.温州市医药志 ［M］.天津:天津大学出版社，1996:25－27.

［3］何海玲，单承莺，张卫明，等.山药研究进展 ［J］.中国野生植物资源，2006，25(6):1－6.

［4］玉光惠，方宣钧.表型组学的概念及植物表型组学的发展［J］.分子植物育种，2009，7(4):639－645.

［5］李斌，顾万春，卢宝明.白皮松天然群体种实性状表型多样性研究 ［J］.生物多样性，2002，10(2):181－188.

［6］葛颂，王明麻，陈岳武.用同工酶研究马尾松群体的遗传结构 ［J］.林业科学，1988，24(4):399－409.

［7］王娅丽，李毅.祁连山青海云杉天然群体的种实性状表型多样性 ［J］.植物生态学报，2008，32(2):355－362.

［8］辜云杰，王启和，罗建勋.四川桤木天然群体果实表型多样性研究 ［J］.四川林业科技，2009，30(2):19－22.