桔梗种质资源的综合评价及与皂苷D含量的灰色关联分析

樊桓均， 金冬雪， 宋子叶， 具红光， 严一字， 金江山

(延边大学农学院，吉林 延吉 133002)

桔梗(Platycodongrandiflornm(Jacq.) A.DC)别名道拉基、铃铛花、苦梗等，为桔梗科桔梗属多年生草本植物。桔梗主要分布在中国东北部、朝鲜半岛、日本和西伯利亚东部。其根味苦、辛、性平，具有宣肺、祛痰、利咽、排脓之功效[1]，桔梗既是一种资源植物，又是药、食、赏兼用的经济植物。近几年来，桔梗在药用和食用方面用量越来越大，野生资源不能满足其需求[2]，因此，在各地进行人工栽培。目前，国内已通过审定十余个桔梗新品种[3-8]，且没有在生产上推广，而在吉林地区仅有“吉梗1号”1个品种。因此，在吉林地区要发展桔梗产业，迫切需要培育出产量高，外观品质好，有效成分含量高的桔梗新品种。种质资源是育种必不可少的材料，若要培育出优良品种，就要从种质资源的收集开始，在此基础上对其进行鉴定和评价是育种工作的前提。前人对桔梗种质资源的研究不多，且缺乏综合评价。部分研究者[9-11]进行了主要农艺性状的比较研究，但仅限于对各个性状指标进行单独比较，没有对每个种质资源的每个性状进行量化后的综合评价。而隶属函数法可以对多个指标进行综合分析，从而更科学地对植物的农艺性状做出综合评价，此方法已经在众多植物中应用[12-14]。

基于此，该研究拟对新收集的桔梗种质资源和培育的延梗系列品系共21份材料的农艺性状和桔梗皂苷D含量进行了方差分析，在此基础上采用隶属函数法和灰色关联分析法，对21份桔梗种质资源在本地的表现进行综合评价，同时探究皂苷D含量与各个农艺性状的关联程度关系，结果对探讨提高桔梗药用成分含量的途径，以及对今后北方寒冷地区桔梗新品种选育都具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料及来源

供试材料为21份桔梗种质资源，编号及来源见表1。

表1 供试材料及来源

注：文中及表中所注16种种质资源名称均以购入地或销售商所述种质资源来源地(品种名)命名，均为暂定名。

1.2 方法

1.2.1种植方法

试验地土壤为粘壤土，养分含量：有机质53.11 g/kg，pH值7.25，全氮1.76 g/kg，速效磷113.6 mg/kg，全磷12.4 g/kg，有效磷167.5 mg/kg，全钾16.43 g/kg及速效钾169.5 mg/kg。

试验连续2年在延边大学农学院教学实践基地种植，试验地做成1.2 m宽的畦，采用随机区组设计，3次重复，10行区，行距为20 cm，株距为5 cm，常规管理。

1.2.2 取样调查方法

于9月初桔梗收获时进行取样，每个小区在中间2行连续取10株进行调查，调查项目有株高、茎粗、茎叶鲜重、根径、侧根数、根长、单根鲜重共7个性状，测定方法同徐芳芳[12]。然后分别洗净晾干后，取块根切碎，自然晾干，用粉碎机粉碎成粉，过60目筛备用。

1.2.3 桔梗皂苷测定方法

桔梗皂苷D含量的测定按照《中华人民共和国药典》中的方法测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行试验数据处理分析，用Duncan新复极差法进行显著性分析。采用隶属函数法[12-14]综合分析21份不同种质资源间的差异。

2 结果与分析

通过比较21份种质资源的地上部性状和根部性状及皂苷D含量之间的差异(表2)表明：21份桔梗种质资源间地上部性状和根部性状及皂苷D含量的F值均达到极显著水平。

表2 21份种质资源地上部性状地上部性状和根部性状及皂苷D含量的比较

2.1 不同桔梗种质资源主要农艺性状的比较

13号的株高最高，且极显著高于其它种质；其次株高大于100.00 cm的还有7号、8号和12号，且显著高于其它种质资源；16号和19号的茎粗最大，两者均极显著地大于其它种质资源；而1号的茎粗最小。2号的茎叶鲜重最重，且极显著大于其它种质资源；而1号和21号的茎叶鲜重最轻。

16号的根长最长，且极显著大于其它种质；而1号、3号、8号、10号、11号、13号、14号和21号的根长最小。3号、19号和16号的根径最大，且极显著大于其它种质资源，而1号、2号、16号、19号和21号的根径最小。3号、4号和20号的侧根数最多，且极显著大于其它种质，16号和18号的侧根数最少。4号的单根鲜重最大，且极显著大于其它种质； 21号单根鲜重最小。

2.2 不同桔梗种质资源桔梗皂苷D含量的比较

由图1可知,桔梗标准品出峰时间是30.423 min，峰面积积分值为620 784。图2是21份桔梗种质资源其中1次重复的桔梗皂苷D含量。结合图1，2和表2综合分析可知，21份桔梗种质资源的桔梗皂苷D含量除了3、4、5、7号种质资源外其它种质资源均在0.10%以上，达到了《中华人民共和国药典》2015年版的标准。在1%显著水平上，6号和10号的皂苷D含量最大(0.489 3%～0.504 1%)，且极显著大于其它种质资源；其次是14号，1号、2号和11号3者之间的皂苷D含量仅次于14号；而3号、4号、5号、7号、8号、13号、16号和17号的皂苷D含量最小。

图1 桔梗标准品皂苷D的HPLC图

图2 21份桔梗种质资源的皂苷D色谱图

2.3 21份桔梗种质资源主要农艺性状的综合评价

根据以上试验结果，采用隶属函数法，将对桔梗产量和品质影响比较大的5个主要农艺性状和皂苷D含量的平均值换算成隶属函数值，取各指标隶属度的平均值和排序，综合评价21份桔梗种质资源(表4)。

根径、根长、单根鲜重、桔梗皂苷D含量采用隶属函数公式计算其函数值，株高和侧根数采用反隶属函数公式计算其函数值。根据隶属函数平均值的大小对21份种质资源进行排序，其中，16号、18号、6号、10号4个种质资源的排序在审定品种太桔1号之前。

16号的综合评价最好，其根长最长，根径最粗，侧根数最少，单根鲜重较大，但其皂苷D含量稍低，但还是超过了《中华人民共和国药典》2015年版的标准，适于做食用桔梗品种；其次是18号，它的根长较长，根径较粗，侧根数较少，单根鲜重较大，其皂苷D含量较高，因此，18号(延梗0410)既可适于做药用品种也适于做食用品种；排名第3和第4的是6号和10号，其综合表现较好，但桔梗皂苷D含量非常高，可以对其进行个别性状的改良后，培育成药用桔梗新品种，也可以作为药用桔梗品种选育时的杂交亲本；表现最差的是20号，隶属函数值大多在平均水平以下。

表4 21份不同来源的桔梗种质资源隶属度综合评价

2.4 桔梗根部皂苷D含量与各农艺性状的灰色关联分析

利用灰色关联分析的方法探究桔梗根部的皂苷D含量与农艺性状之间的关联关系(表5)，关联系数越大则与该性状的相关越密切。

由表5可知，各个性状与皂苷D含量关联程度由大到小依次为：侧根数>茎粗>茎叶鲜重>株高>根长>单根鲜重>根径。其中，皂苷D含量与侧根数的关联系数是0.724，是所有农艺性状中最大的一项，因此，皂苷D含量与侧根数的关联程度最密切。

表5 皂苷D含量与各个农艺性状的关联分析

3 讨论与结论

目前，桔梗种质资源的评价采用的研究方法有方差分析法、相关和通径分析法、聚类分析法等，但这些方法的共同点是没有对各个种质资源进行量化的综合评价。而隶属函数法可以对每个材料的多个性状指标进行量化，从而将这些指标综合起来，最终对每一份材料进行综合分析。隶属函数法因其方法简便、直观，评价结果能准确、全面的反映品种的综合特性，已经应用于山药、葛根、石竹属等多种植物种质资源的综合评价[12-14]。在该研究中采用隶属函数法对21份桔梗种质资源在的农艺性状和药用成分的表现进行了综合评价，对今后北方寒冷地区桔梗新品种选育提供了参考依据。

在桔梗根部皂苷D含量分析研究中，赵志新等[15]分析商洛种植的2年生桔梗根不同部位的桔梗皂苷D含量，比较结果为须根(0.410%)>韧皮部(0.182%)>木质部(0.039%)。陈明明等[16]研究2年生桔梗皂苷D 含量在根各部位中的分布情况，结果为主根外皮>侧根及须根>芦头>主根，且侧根及须根含量超过了0.6%，远远高于主根。郭丽等[17]对桔梗不同部位的桔梗皂苷D含量测定结果显示各个部位中均含有该有效成分，其中以侧根和须根的含量最高。与该研究分析得出皂苷D含量与侧根数的关联程度最密切，即桔梗根的侧根数越多，桔梗根的皂苷D含量越高，这可能是因为侧根的比表面积大而皂苷D是桔梗根部重要的苦味次生代谢产物，聚积于根表皮具有抵御土壤致病微生物侵染与地下害虫啃食的重要作用。由于桔梗的主要利用部位是桔梗根，在做切片和食用的时候要求去皮，侧根数多则去皮困难、费工费时，因此，在市场上是不受欢迎的。因此，今后在桔梗品种选育时，不能片面追求侧根数少这一育种目标，而是应该根据品种的不同用途灵活掌握。即在进行食用桔梗品种选育时，可以将侧根数少作为重要的育种目标(食用桔梗皂苷含量太高，则因太苦而影响口感)；而在药用桔梗品种选育时，如果是做饮品可以适当放宽对侧根数的要求，如果是从中提取皂苷D，可选择侧根数多的材料。

通过对21份桔梗种质资源的方差分析、隶属函数分析和灰色关联分析得出如下结论。

1) 在21份种质资源中延梗0303、延梗0410、河北承德2、亳州1和太桔1号的综合表现较好，其中延梗0303、延梗0410的农艺性状表现特别好，但桔梗皂苷D含量不是很高，适于做食用桔梗育种材料或培育成品种，河北承德2和亳州1的皂苷D含量特别高，但农艺性状表现不是特别突出，适于做药用桔梗的育种材料或对个别性状加以改进后培育成药用桔梗新品种。

2) 各个性状与皂苷D含量关联程度由大到小依次为：侧根数>茎粗>地上部鲜重>株高>根长>单根鲜重>根径。