濒危药用植物金毛狗形态分化研究

刘光华 ，胡 伟

（1.怀化学院生物与食品工程学院，湖南怀化 418008；2.怀化学院民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室，湖南怀化 418008）

0 引言

金毛狗（Cibotium barometz）属真蕨亚门、蚌壳蕨科多年生高大树状蕨类植物，我国仅1属1种，为国家Ⅱ级保护植物[1]和著名的药用植物[2]，具有补肝肾、强筋骨、舒经络、除湿痛及利尿的功能，用于腰腿酸痛、手足麻木、半身不遂、白带遗精、血崩等症，其毛茸外用治疗外伤出血，为历代常用中药，也是我国重要出口药材之一。在国内，陈晓端等人[3]进行了孢子微形态学的研究；许重远，颜莉等人[4-5]对金毛狗的化学成分、生药及理化性质进行了详细的研究。Hisakazu Yamane等人[6]对金毛狗属的其他种有研究。研究拟通过对金毛狗形态分化的分析，探究珍稀蕨类植物的濒危原因，为金毛狗的有效保护及开发利用提供一定的理论基础。

1 研究方法

1.1 样地选取

对金毛狗生长集中的湖南通道县及广西三江县进行野外调查。选取了4个乡镇共6个金毛狗居群木脚溪上（A）、木脚龙底（B）、坪阳龙洞滩（C）、广西木架山（D）、甘溪沟六田坪（E）、甘溪六田坪（F）作为研究对象。

1.2 数据处理

选取6个居群的51株金毛狗个体，以41个形态特征作为特征向量，运用SPSS软件中的单因素方差One-Way程序进行分析[7]，再利用 Hierarchical cluster程序，选取不同的方法进行个体水平上的聚类分析[8]。

将金毛狗个体的41个形态特征定义为Y1～Y41，将其环境因子定义为X1～X6，用SPSS软件对达到显著或极显著的形态特征与环境因子进行偏相关分析，得到环境因子与各项形态形状之间的偏相关系数，揭示环境因子对金毛狗生长的作用，进一步分析金毛狗形态分化与环境因子的关系。

2 结果与分析

2.1 环境特征

6个居群环境特征见表1。

2.2 形态特征差异

金毛狗41个形态特征在个体水平差异的显著性检验见表2。

表1 6个居群环境特征

表2 金毛狗41个形态特征在个体水平差异的显著性检验

续表2

从表2可见，①具极显著性差异（Sig.值＜0.01）的形态特征包括叶片宽、叶柄基部宽、一回羽片数、二回羽片数、基部三回羽片的第一二羽片间距、基部三回羽片尖端角、根状茎长等10项，占24.39%；②具显著性差异（Sig.值＜0.05） 的形态特征包括叶片长、基部一回羽片第一二羽片间距、基部一回羽片尖端角、基部二回羽片的尖端角和夹角、基部三回羽片叶脉夹角等8项，占19.51%；③具差异不显著（Sig.值＞0.05） 的形态特征包括叶长、叶柄长、基部一回羽片的长和宽、基部一回羽片叶柄长、基部一回羽片夹角、基部二回羽片的长和宽、基部二回羽片叶柄长、基部二回羽片第一二羽片间距、三回羽片数、基部三回羽片的长和宽、基部三回羽片侧脉夹角、根状茎直径等23项，占56.10%；④营养器官形态特征中一回羽片和二回羽片的显著性差异都各有5个形态指标达到显著或极显著，三回羽片的特征差异显著性次之，有4个形态指标达到显著或极显著。

由此可知，在所有形态特征中，差异显著或极显著的有18项性状指标，占43.90%，表明大多数性状在个体及居群间都有较大的变异，营养器官的变异较大。

2.3 形态分化的方差分析

金毛狗41个形态特征向量总描述见表3，金毛狗形态特征变异系数见图1。

表3 金毛狗41个形态特征向量总描述

续表3

图1 金毛狗形态特征变异系数

由表3及图1的变异系数可初步得知，叶的长、宽、叶柄长、夹角等叶的形态特征变异很大，在4.36%～39.62%；其中基部二回羽片叶柄长的变异系数达到了39.62%，这与调查中发现的有些金毛狗个体在一回羽片上的基部二回羽片尺寸极小，而其他二回羽片尺寸非常大的现象相符合。另外，在观察中发现，有的金毛狗基部三回羽片长、基部三回羽片第一二羽片间距、基部三回羽片尖端角的变化也很大。这3项形态特征的变异系数也很大，分别为20.47%，25.00%，24.04%。一回羽片夹角变异系数相对最小，仅为4.36%；基部一回羽片宽的变异系数也小，为5.89%。

2.4 金毛狗的聚类分析

2.4.1 个体水平上相似系数距离的聚类分析

金毛狗形态特征的个体间相似系数距离的聚类分析见图2。

图2 金毛狗形态特征的个体间相似系数距离的聚类分析

采用组间连线Between-Group Linkage对6个居群51株金毛狗个体进行聚类，得到如图2的聚类树形图。在相似系数距离15水平上进行划分得到I，II，III 3个表征群，I表征群包括了6个居群的82.35%的42株个体；II表征群由4株个体组成，分别来自C，D，F的3个居群；而III表征群有5株个体，来自B，E，F居群。

从表征群上看，大居群内又形成一些小群体，如F居群的43号个体聚集在第III表征群，48号，49号个体聚集在第II表征群，其他的个体则聚集在第I表征群；在亚表征群上，E居群的39号，F居群的43号，47号，49号个体形成独立的表征群，金毛狗的形态特征在个体及居群的水平上已表现出了一定的分化。

2.4.2 个体水平上平方欧式距离的聚类分析

金毛狗个体水平上平方欧式距离的聚类分析见图3。

图3 金毛狗个体水平上平方欧式距离的聚类分析

从图3中的不同水平的划分标准可知，在平方欧式距离为5，10和20时，均有多个表征群含有所有6个居群的个体，也即同一居群的个体并不完全聚在一起，而是分散到不同的表征群中，这说明金毛狗居群内的个体间出现了一定的分化。在平方欧式距离为5和10时，均有表征群只含某一居群的单株个体，这说明极少数个体与其他个体的分化比较大。

2.4.3 居群水平上相似系数距离的聚类分析

金毛狗6个居群的相似系数距离的聚类分析见图4。

图4 金毛狗6个居群的相似系数距离的聚类分析

由图4可知，在空间距离的相关性中，坪阳龙洞滩（C） 居群在空间距离上离甘溪沟（E） 居群最近，却与相对较远的广西木架山（D）居群最先聚到一起。甘溪沟（E） 和甘溪六田坪（F） 居群在空间距离上接近，却在相似系数距离为5时各自形成1个独立的聚类群。木脚溪上（A） 居群与木脚龙底（B）居群在空间距离上也近，但表现出极其不相似的形态分化特性。总的看来，生态环境相似的居群首先聚在了一起，生态环境差异大的相似系数距离也较大，这说明形态分化与空间距离间没有明显的相关关系，金毛狗的形态分化受环境的影响较大。

2.4.4 形态分化与环境因子的偏相关分析

将6个居群的41个形态特征定义为Y1～Y41，将其环境因子定义为X1～X6，对达到显著或极显著的形态特征与环境因子进行偏相关分析，得到主要环境因子与达到显著或极显著各形态特征之间的偏相关系数。

形态分化与环境因子的偏相关分析见表4。

表4 形态分化与环境因子的偏相关分析

将表4中6个环境因子对金毛狗形态性状的影响程度按大小排列（取前5个形态性状）：

X1：Y33＞Y3＞Y23＞Y7＞Y5

X2：Y25＞Y15＞Y17＞Y27＞Y18

X3：Y17＞Y15＞Y25＞Y37＞Y27

X4：Y13＞Y5＞Y7＞Y8＞Y26

X5：Y34＞Y14＞Y37＞Y35＞Y8

X6：Y40＞Y3＞Y25＞Y33＞Y35

从以上排序可看出，每一环境因子对金毛狗的形态性状的影响程度是不同的。如乔木层透光率（X1）对基部三回羽片第一二羽片间距（Y33）的影响程度最大，为0.871，还对叶柄基部宽、叶片的长和宽有较大的影响。而土壤厚度（X6）对根状茎长（Y40）有较大的影响，为0.820，对其他形态性状的影响次之。总之，每个环境因子对各个形态性状的影响程度不同，它可能对某一个性状起主要作用，但不可能对所有的性状都起绝对支配的作用，所以金毛狗的外部形态是各环境因子作用的共同结果。

就每一个形态性状而言，不同的环境因子对其的影响程度几乎都是不同的。由以上的统计排序可知，在所选的18个形态性状中，乔木层透光率（X1）、坡度（X2）、海拔（X3）、土壤pH值（X4）、土壤水分（X5）、土壤厚度（X6）是第一影响因子的个数分别是4，0，3，6，4，1，这说明土壤pH值、土壤水分和乔木透光率在金毛狗的形态分化过程中作用较大，这与金毛狗为蕨类植物，对水分需求较多，对土壤pH值和光照有严格的要求有关，这与野外调查的实际情况一致。其他环境因子对金毛狗的形态分化也起到了一定的综合作用。

3 结论

在个体水平上，金毛狗的形态特征在居群内呈现小聚类群分化现象，在亚表征群水平出现明显的个体分化现象，在更小的距离上个体分化现象更加明显。金毛狗在居群水平上表现出的多样性分化与地理空间距离间没有明显的相关关系，生态环境相似的居群间表现出相近的多样性分化。

金毛狗无论在居群内部还是在居群间都出现一定的分化，且分化主要受其环境的影响，土壤pH值、土壤水分和乔木层透光率对金毛狗形态分化的影响较大。对珍稀濒危植物金毛狗实行就地保护较好，特别是需将金毛狗的野生生态环境保护起来，严禁采挖，使金毛狗野生居群能够恢复到大居群状态，以提高居群内和居群间的基因流水平。另外，迁地保护及驯化金毛狗对逆境的耐受能力，使金毛狗快速分化，利于形成新的亚种或品种，也是保护利用金毛狗的有效方法。

[1]中华人民共和国国务院.国务院关于《国家重点保护野生植物名录（第一批）》的批复 [S].1999-08-04.

[2]南京中医药大学.中药大辞典 [M].上海：上海科学技术出版社，2014：3 020.

[3]陈晓端，周云龙，常崇艳.中国3种重点保护蕨类植物孢子的扫描电镜观察 [J].北京师范大学学报，2002，38 （2）：250-254.

[4]许重远，陈志良，张琨，等.金毛狗氨基酸及无机元素含量测定 [J].时针国医国药，2001，12（1）：23.

[5]颜莉，赵吉寿.云南临沧金毛狗的生药及理化性质的研究 [J].云南中医中药杂志，2000，21（6）：31-32.

[6]Hisakazu Yamane，Shozo Fujioka，Clive R Spray.Endogenous gibberellins from sporophytes of two tree ferns， Cibotium glaucum and Dicksonia antarctica[J].Plant Physiol，1998 （3）：857-862.

[7]张力.SPSS13.0在生物统计中的应用 [M].厦门：厦门大学出版社，2006：42-120.

[8]白厚义.试验方法及统计分析 [M].北京：中国林业出版社，2005：224-255.◇