山药种质资源的分类及综合分析

许念芳，岳林旭，刘少军，臧传江，姚甜甜，舒 锐，李晓龙，付在秋，焦 健，孙亚玲

(山东省轻工农副原料研究所，山东 高密 261500)

东亚是山药的起源中心之一，栽培历史悠久，种质资源丰富，特别是中国、日本、韩国等地，山药种质资源较多。中国有50多个品种，引自日本的有十几个品种，由于山药的地域性较强，在长期的栽培过程中形成了较多的地方品种[1]。但目前山药的品种命名比较乱，没有科学规范的命名方法，很多山药品种名称混乱，有的一个品种有几个名字，有的一个名字对应几个品种，对山药的引种和研究造成了诸多不便，如何科学的鉴别，完成品种的分类便显得尤为重要。山药的分类研究较多[2-4]，但是对“种”以内的分类研究较少[5]，特别是对那些引种改良形成的地方特色品种的分类鉴定较少。在品种资源的分类研究中，形态学遗传变异分析是遗传多样性分析和分类命名最重要的手段，也是最简易和直观的方法[6]。本研究以国内和引自日本的30份山药特色品种资源为材料，对它们的主要形态特征进行差异性和聚类分析，通过综合分析进行分类鉴别，旨在为东亚山药的品种鉴别、分类及种质保存提供参考，进一步丰富山药种质资源，从而加快山药的育种进程。

1 材料与方法

1.1 材料和试验地

供试的30份山药种质资源于2015—2016年分别从日本以及我国的山东、河南、河北、浙江、四川等地收集而来 ，品种名称和来源地见表1。试验材料种植在山东省轻工农副原料研究所呼家庄试验基地，该地为沙壤土，肥力中等，灌溉方便，交通便利。

1.2 试验方法

供试山药种栽分别于2016年和2017年4月中旬种植，挑选生长健壮、色泽鲜艳、无病虫害、未受冻的山药芦头或茎段作为种栽，大小为100 g左右，种栽切口用代森锰锌原粉蘸封。采用开沟器开沟，结合整地，施入腐熟的的有机肥和三元复合肥，施肥量为每亩有机肥4 000 kg，三元复合肥100 kg，生长过程中再分三次追施40 kg三元复合肥。采用起垄双行覆膜种植，株距0.2 m，行距0.8 m，小区面积为4.8 m2。将30份山药种质资源分别种植在试验地内，各种质资源之间留出1 m的间隔，有零余子的品种之间用没有零余子的品种间隔种植，防止种质资源混杂，做好田间管理和病虫害防治工作。

1.3 形态特征指标调查

根据山药的生物学特性，在山药各生长时期，观察、测定山药植株的地上部和地下部形态特征指标。参照周生茂[7]、黄姗[8]和黄玉仙[9]的测定方法，地上部茎蔓和叶的观测部位以15～20节为准。观察16个地上部形态特征指标和7个地下部形态指标，其形态指标描述与赋值见表2。每小区随机抽取10株，测量其数值，取2016年和2017年两年的平均值；非数据型形态指标每株观测记录一个数值。

1.4 数据分析

用Excel表格对原始数据进行整理，SPSS数据处理软件进行数据分析。变异系数=(标准差/平均值)×100%。

表1 供试山药品种及来源

表2 山药形态指标描述与赋值

2 结果与分析

2.1 山药种质资源形态学指标的差异性分析

对30份山药种质资源的数量性状指标和质量性状指标分别进行了测量和赋值，数据汇总结果见表3和表4，30份山药种质资源除具有茎蔓旋性为右旋，叶片质地为纸质，叶脉数为7等共同特征外，其它形态特征上均有差异，其中叶的缺裂、叶基部形状、零余子形状、块茎形状差异较大。由表5可以看出，30份山药种质资源之间的主要形态指标均存在着一定的变异，变异系数在16.41%～64.19%之间。其中零余子形状变异系数最大，达到64.19%，块茎形状次之，叶宽变异系数最小，为16.41%。

表3 山药种质资源地上部形态指标值

表4 山药种质资源地下部形态指标值

表5 山药种质资源形态特征表现及变异度

2.2 山药种质资源形态指标的聚类分析

聚类分析采用组间联接方法，平方欧氏距离对30份山药种质资源进行了系统聚类。由图2可知，在遗传距离为25处，30份山药种质资源可以分为2类，6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26、4、8、7、23共26个品种聚为一类，该类中除了野山药外，山药品种均为北方山药和日本山药，茎截面形状为圆形，没有棱翼，叶先端渐尖，叶长较短，开花，块茎内皮层颜色为黄白色，肉色为白色；15、29、27、30共4个品种聚为一类，该类中山药品种均为南方山药，茎截面形状为方形，有棱翼，叶全缘，叶先端尾尖，叶长较长，不开花，无零余子。当遗传距离在7处，30份山药种质资源可以分为5类，第I类包括6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26共22个品种，该类群中山药品种茎蔓颜色、叶柄颜色和叶柄两端颜色均为紫色；第II类包括4、8、7共三个品种，该类群中山药品种茎蔓颜色、叶柄颜色和叶柄两端颜色均为绿色；第III类包括23，该类为野山药，叶形为卵形，块茎形状棒状，外表皮颜色为黄褐色；第IV类包括15和29，该类群为紫山药，有棱翼，叶形为三角形，块茎纺锤形或块状，块茎外表皮颜色为黑褐色，内皮层颜色为紫色，肉色为紫色；第V类包括27、30，该类群山药品种均为块状，肉色为白色或淡黄色，属于大薯类。

2.3 综合分类分析

供试材料除了日本品种外，大多是国内地方特色品种，何海玲等[10]和梁任繁[11]等调查研究认为，我国商品山药的品种资源根据生态区域(以长江为界)的不同，可以划分为北方山药群和南方山药群。30份山药种质资源中，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、28共15份山药品种资源引自北方，其特点为叶片较小，长势一般，生育期较短，地下块茎均属于长山药，归为北方山药品种资源群；16、17、18、19、20、21、22、24、25、26共10份山药品种资源引自日本，其特点为出苗早，长势较强，产量较高，归为日本山药品种资源群；15、23、27、29、30共5份山药品种资源引自南方，其特点为叶片较大，长势很强，地下块茎水分含量大，不耐储存，归为南方山药品种资源群。由图1可知，在遗传距离25处，30份山药品种资源聚为两类，除23野山药外，所有南方山药聚为一类，野山药与北方山药、日本山药聚为一类，但是野山药与北方山药、日本山药遗传距离也超过8以上；日本山药与北方山药遗传距离较近。这说明山药遗传变异受生态环境的影响较大，但随着各地品种资源的频繁交流，减少了生态区域对亲缘关系的影响。通过对引种地的走访考察发现，同一山药品种资源在不同的生态区域形态特征也会稍有差异，特别是数量型性状差异较大，这为山药异地引种的品种改良提供了可能。

图1 30份山药种质资源聚类树形图

3 讨 论

3.1 山药种质资源的形态特征差异性分析

由23个形态特征的变异系数可以看出，各山药品种的变异系数均超过了10%，这说明各山药品种资源的23个形态特征的个体间差异较大[12-13]，为山药品种的遗传改良提供了可能。其中，叶的缺裂、叶基部形状、零余子形状、块茎形状的变异系数均达到50%以上，这说明这四项指标的差异性明显，零余子形状和块茎形状对山药生产的意义较大，可为选育满足某一专门用途的山药遗传改良提供参考。由此可见， 30份山药品种资源之间的形态指标具有一定的多样性和差异性，变异系数较大，在山药品种资源的鉴定和遗传改良方面具有重要的意义。

3.2 山药种质资源形态指标的聚类分析

山药品种资源的23个形态指标差异明显，说明30份山药品种资源来源广泛，定量分析较难，因此本研究通过聚类分析进行数量分类法分析[14]。由30份山药品种资源的聚类树形图可知，在遗传距离25处，聚为I和II类，即茎截面方形，有棱翼与茎截面圆形，无棱翼两大类，这与生态区域分类结果一致。在遗传距离为6处，第I类中又可聚为4类，长山药、扁山药、棍山药、棒山药；第II类中聚为紫肉山药、白肉山药、淡黄肉山药。在长山药群中，又可以分为粉山药、糯山药、脆山药。这与蔡金辉等[5]山药品种资源分类研究基本一致。因此运用数量分类法的聚类分析对山药品种资源，特别是种以下的品种分类和遗传改良具有重要的指导意义。

3.3 综合分类分析

山药的地域性较强，不同的生态区域对山药的生长和形态特征影响较大。在聚类分析中发现一般同一生态区域的山药品种聚为一类，但是也有列外，本研究中野山药与其它南方山药品种在遗传距离25处不能聚到一类，这说明山药品种引种的生态区域不是亲缘关系远近的评判依据，这也与各地不同山药品种之间的基因广泛交流有关。这与徐鑫[15]研究结论相似。研究同时发现，同一山药品种在不同生态区域的形态特征有差异。因此，在植物学分类或园艺学分类中，山药的形态特征与生态特性应综合考虑。本研究结合形态特征的聚类分析和生态区域综合分析，对30份山药品种资源进行了分类鉴定，为当地山药品种资源的丰富和遗传改良提供了参考。

4 结 论

(1)30份山药品种资源的形态指标具有一定的多样性和差异性，23个形态指标之间变异系数均较高，变异系数在16.41%-64.19%之间。其中零余子形状变异系数最大，达到64.19%，块茎形状次之，叶宽变异系数最小，为16.41%。变异系数对山药品种资源的遗传改良具有一定的参考价值。

(2)30份山药品种资源利用系统聚类法进行聚类分析，在遗传距离25处，聚为2类，6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26、4、8、7、23共26个品种聚为一类；15、29、27、30共4个品种聚为一类。遗传距离在7处聚为5类，第I类包括6、11、12、1、9、10、14、25、13、19、21、18、20、3、24、17、16、2、28、5、22、26共22个品种；第II类包括4、8、7共三个品种；第III类包括23；第IV类包括15和29；第V类包括27、30。

(3)山药品种资源受生态区域影响较大，根据起源生态区域可划分为北方山药、日本山药和南方山药，这与聚类分析结果基本一致，但山药品种引种的生态区域不是亲缘关系远近的评判依据，同一山药品种在不同生态区域的形态特征有差异。因此，在山药的植物学分类或园艺学分类中，应综合考虑山药的形态特征和生态特性。