华重楼的形态多样性及其与单株产量和质量的关系

童凯　孙旭　姜美杰　李昭玲　王钰　胡晓艳　吕明亮　田孟良

[摘要] 華重楼药材供应不足问题已严重制约下游产业的可持续发展。选育高产品种是生产上扩大华重楼药材供给的重要途径。合理株型是作物高产品种的生育基础和形态特征，也是品种选育的重要方向。该研究对99份华重楼野生种质资源的主要植物形态特征和根茎干重及其重楼皂苷含量进行考察分析，结果表明：①华重楼野生种质资源存在广泛的形态变异，变异幅度由高到低依次为皂苷含量、根茎干重、叶柄长、茎长、花瓣长、花梗长、萼片长、叶宽、叶长、萼片宽、叶片数、雄蕊数、花瓣数；②华重楼各形态性状之间存在较强的相关性，主成分分析显示其大体上综合反映了华重楼的光合部位发育和生殖部位发育特征；③重楼皂苷Ⅶ，Ⅵ，Ⅱ，Ⅰ总量介于0.02%～0.87%，平均0.13%，与其他各农艺性状无显著相关性。④华重楼高产选育应当重视具有大叶片、大萼片、高茎秆特征的种质资源的利用。

[关键词] 华重楼； 农艺性状； 单株产量； 重楼皂苷； 相关分析； 回归分析； 主成分分析

Diversity of agronomic traits of Paris polyphylla var. chinensis and

their correlation with rhizome yield and active compositions

TONG Kai1， SUN Xu1， JIANG Meijie1， LI Zhaoling2， WANG Yu1，

HU Xiaoyan1， LV Mingliang1， TIAN Mengliang1，3*

（1.College of Agronomy， Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， China；

2.Maize Research Institute， Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， China；

3. Institute for New Rural Development， Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， China）

[Abstract] The supply deficiency of crude medicinal plant of Paris polyphylla var. chinensis has become a bottleneck for related medicinal industry. An important approach to increase herbal production is to breed highyield cultivated variety， which characterized ideal plant morphology. In the present study， we collected 99 wild germplasm resources of P. polyphylla and then measured their 12 main agronomic traits and contents of polyphyllin Ⅶ，Ⅵ，Ⅱ，Ⅰ. Followed analyses were used to characterize those traits and explore the potential connection with herbal yield or quality. The results showed that： ①There was ample morphological diversity in wild P. polyphylla， whose variation of agronomic traits reduced according to followed order： content of polyphyllin， weight of dry rhizome， petiole length， stem length， petal length， pedicel length， sepal length， leaf width， leaf length， sepal width， leaf number， stamen number， petal number. ② Most of those traits were significantly correlated to each other and generally represented the characterization of photosynthetic organs or reproductive organ. ③The total content of polyphyllin Ⅶ，Ⅵ，Ⅱ，Ⅰvaried between 0.02% and 0.87% and averagedat 0.13%， which showed no significant correlation with any agronomic trait. ④Plant breeders should play more attention on those germplasm resources with large leaves， large sepals and high stem.

[Key words] Paris polyphylla； agronomic traits； rhizome yield； polyphyllin； correlation analysis； regression analysis； PCA

华重楼Paris polyphylla Smith var. chinensis是《中国药典》收载的“重楼”药材的正品基原之一，具有清热解毒，消肿止痛，凉肝定惊的功效，是云南白药、抗病毒颗粒等著名中成药的配方原料[1]。近20年来，重楼药材一直处于供小于求的状态，且市场缺口有逐年加大的趋势，进而导致药材价格大幅上涨，以及非法定品种的掺杂销售，给下游制药企业带来极大的成本压力和质量隐患[2]。

发展华重楼人工栽培是解决华重楼药材供应困境，实现华重楼资源可持续发展的必需途径[3]。而目前人工栽培的华重楼尚无审定品种，人工繁育的种苗亦未形成规模。各栽培基地仍然主要依靠野生采集的种源。四川地区邛崃山脉一带是华重楼的主要分布区，境内野生资源储量较大，遗传多样性丰富，为华重楼高产品种选育提供了宽阔的潜在空间[45]。

华重楼以地下根茎部位入药，其地下器官的生长发育与地上器官的生长发育是协调统一的整体。合理株型是高产品种的生育基础和形态特征，也是品种选育的主要方向。因此，本研究收集并考察了99株野生华重楼的地下根茎地上部分主要农艺性状并分析其间的相关关系，以期为华重楼的品种选育提供指导。此外，為消除不同野生居群表型变异中的环境因素，本研究采用同质园实验，即将来源于不同居群的全部野生材料引种栽培于同一园地1年后再采集农艺性状数据，以消除不同种质材料间的环境影响因素后，重点考察各植株间的遗传效应[6]。

1 材料

1.1 药材 野生华重楼P. polyphylla var. chinensis植株于2015年采集自四川邛崃山脉一带，经四川农业大学田孟良教授鉴定筛选后，统一栽培于四川省雅安市天全县四川农业大学校县科技合作基地。

1.2 仪器 高效液相色谱仪Agilent1200，美国安捷伦（Agilent）科技有限公司；数显恒温水浴锅HH8，常州国华电器有限公司；1/1万电子天平CP224S，德国赛多利斯（Sartorius）公司；电热恒温鼓风干燥箱DHG91013SA，上海三发科学仪器有限公司；高速多功能粉碎机BJ100型，浙江爱雪厨房设备有限公司。

1.3 试剂 甲醇、乙腈、乙醇、磷酸均为色谱级，购买自赛默飞世尔科技（中国）有限公司和天津市科密欧化学试剂有限公司；超纯水由密理博公司MilliQ Bi℃el型超纯水生产系统制备。重楼皂苷Ⅶ、重楼皂苷Ⅵ、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷Ⅰ对照品购自于北京索莱宝（Solarbio）科技有限公司。

2 方法

2.1 性状考察 野生华重楼植株按照株行距30 cm×50 cm完全随机栽培，尔后随机选取99株健康植株，依次编号1～99，分别于2016年5月、7月、8月期间，分3次于田间实地考察各形态指标。最后一次考察完毕后，采集所有材料回实验室，取根茎部位，洗尽泥沙，除去须根，于70 ℃恒温烘干测量根茎干重。

2.2 含量测定 精密称取重楼皂苷Ⅶ、重楼皂苷Ⅵ、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷Ⅰ适量配制成甲醇溶液，然后等体积混匀即得对照品溶液，其中各皂苷质量浓度依次为0.33，0.35，0.33，0.35 g·L-1。另精密称取重楼干燥粉末1 g，加入20 mL乙醇，80 ℃水浴提取30 min，冷却定容后即得供试品溶液。按照如下色谱条件上机测定：色谱柱：Agilent Zorbax Eclipse XDBC18（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流速 0.6 mL·min-1；柱温 30 ℃；检测波长 203 nm；流动相 0.1%磷酸乙腈；梯度程序 0～40 min，30%～70%乙腈；40～50 min，70%～30%乙腈。

2.3 数据处理 色谱流出曲线保留时间及峰面积由安捷伦化学工作站软件分析，数据的汇总和整理使用Excel软件完成，各农艺性状相关描述统计量的计算以及主成分分析、相关分析、回归分析均采用SPSS软件完成。

3 结果与分析

3.1 华重楼主要农艺性状的变异特点 分别考察99份华重楼13个农艺性状的极小值、极大值、平均值、标准差、变异系数等描述统计量。结果显示，13个农艺性状的变异系数界于22.33%～115.95%，以华重楼的总皂苷含量的变异幅度相对最大（93.91%），其次根茎干重（93.91%），叶柄长（91.63%）和茎长（55.43%），以花瓣数变异幅度相对最小（22.33%）。宽阔的变异幅度，说明上述农艺性状有潜力作为育种选择的目标性状进行遗传改良，见表1。

3.2 华重楼主要农艺性状主成分分析 简单相关分析表明，华重楼上述农艺性状中绝大数性状之间都存在或强或弱的相关性（P<0.05）。为了更好地简化变量并综合解释群体方差的主要来源，对上述99份材料的地上农艺性状数据采用主成分分析。结果显示，以特征根值大于1为标准，一共可提取出2个主成分，方差累计贡献率71.14%，说明提取出的2个主成分可以基本代表原始数据的变异水平。根据各性状的因子载荷图可知，主成分1的取值主要受影响于叶数、叶柄长、叶宽、叶长、萼片宽、萼片长、花梗长、茎长等性状，主要反映了华重楼叶部、茎部以及萼片等绿色光合部位特征，而主成分2的取值主要受影响于花瓣长、雄蕊数、花瓣数等性状，主要反映了华重楼花部的生殖发育特征，见表2，图1。

3.3 华重楼主要有效成分的含量测定 为了解各样本药材的质量情况，本研究参照《中国药典》2015年版要求，采用高效液相色谱法检测药材中重楼皂苷Ⅶ、重楼皂苷Ⅵ、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷Ⅰ的总含量。结果显示，该99份野生华重楼材料总皂苷介于0.02%～0.87%，平均质量分数0.13%。按照药典中合格药材中总皂苷含量不低于0.6%的标准，符合规定的样品仅有3株。相关分析则表明，总皂苷含量与其他各项农艺性状均未表现出显著性相关。这说明仅仅通过华重楼地上部分的生长发育特征来预测其地下根茎中总皂苷含量情况是困难的。

3.4 华重楼根茎干重与其主要农艺性状的回归分析 为探讨华重楼地上器官农艺性状对地下根茎干重的影响程度，拟对二者进行回归分析。考虑到各农艺性状间存在明显的相关性，为避免变量之间的共线性对建模带来的影响，故采用主成分回归分析方法建模。结果显示该模型的决定系数R2为0.706，主成分1标准化后偏回归系数为0.84，主成分2标准化后的偏回归系数为0.035。说明华重楼根茎干重主要决定于主成分1（即光合部位发育），而受主成分2（即生殖器官发育）的影响较弱。根茎干重（Y）与标准化后的主成分（Z主成分1，Z主成分2）回归方程为，Y=0.840Z主成分1+0.035Z主成分2。根据主成分与原变量的线性关系，将上述主成分回归方程还原为原始变量标化后（Z）的回归方程可得，Y=0.775Z花梗长+0.758Z叶长+0.755Z茎长+0.716Z萼片长+0.677Z叶柄长+0.621Z叶宽+0.614Z萼片宽+0.541Z叶数+0.373Z花瓣数+0.308Z雄蕊数-0.205Z花瓣长。比较各性状标准化后偏回归系数大小可知，与华重楼干重关系最为密切的农艺性状依次是花梗长、叶长、茎长、萼片长、叶柄长、叶宽、萼片宽、叶数、花瓣数、雄蕊数、花瓣长，见表3。

4 讨论

从本实验结果来看，绝大多数华重楼的总皂苷含量均难以满足药典要求，总体质量不容乐观。前人大量研究表明，重楼药材中皂苷含量变异幅度极大，最高含量与最低含量的差异甚至可以达到数百倍以上[3]，而这与植物品种、采收时间、生长年限、贮藏期限、药材部位、光照、温度、海拔、土壤、肥力等多种因素密切相关[711]。考虑到本研究中所收集的99份药材样品均采集自四川邛崃山脉地区，而且从茎痕判断多数为5年以内的小苗。因此，综合前人研究结果推测本研究中华重楼皂苷含量偏低可能主要由于药材生长年限不足所致。

另一方面，本研究考察了华重楼地上主要农艺性状与其地下根茎中总皂苷含量的相关性，尽管相关系数无统计学意义，但是值得注意的是，均表现出一定的负相关趋势。根据黄璐琦等提出的药材道地性形成的“逆境效應”假设，强调了环境胁迫对于药材品质形成的重要性[1213]。而本实验中华重楼样本自野外采集后于已实验基地进行人工管理1年，其地上部分整体上生长较为茂盛，可能由于相对的“顺境”更利于产量的形成，而缺乏了重楼皂苷积累的环境诱发条件。这在未来进行华重楼规范化栽培措施优化时应当充分注意。

从本研究结果来看，影响华重楼产量（根茎干重）的农艺性状主要围绕光合部位发育情况，次相关于生殖部位发育情况。按照植物生产的源库流理论[14]，可以推测华重楼高产栽培的主要措施应考虑如何加强“源”的供应，即努力提高栽培群体的光合效率，比如通过使用叶片抗衰剂或生育后期辅助搭架防倒苗以增加华重楼的叶片持绿期，促进光合产物的合成和积累。从具体的形态特征上看，与华重楼产量最密切相关的性状分别是花梗长、叶长、茎长、萼片长等，因此未来华重楼品种选育或株型调控的方向应该重视培养大叶片、大萼片、高茎秆的形态类型。

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[责任编辑 吕冬梅]