艾纳香种质资源表型性状遗传多样性分析

肖永锋，黄 梅，于福来 ，陈振夏，廖 丽，庞玉新

（1. 海南大学热带作物学院，海南 海口 570228；2. 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/海南省艾纳香工程技术研究中心，海南 海口 571101；3. 广东药科大学中药资源学院，广东 云浮 527500）

0 引言

【研究意义】艾纳香Blumea balsamifera（L.）DC.为菊科艾纳香属的多年生草本植物，广泛分布于我国海南、贵州、广东、云南等地区。艾纳香可全草入药，具有镇痛发汗、祛风除湿、祛痰止咳、通经止血等药效，同时艾纳香还是提取天然冰片的原料，广泛应用于医药行业[1]。研究种质资源的遗传多样性对种质的高效利用与创新研究具有重要意义，而表型性状多样性研究是进行种质遗传多样性研究中最基础最重要的内容[2]。【前人研究进展】目前，国内学者对艾纳香的研究多集中在左旋龙脑含量[3−5]、黄酮类成分[6−8]、提取工艺[9]等方面，但关于艾纳香种质资源遗传多样性方面的研究并不多。何元农等[10]对贵州省罗甸县艾纳香种群进行调查，发现艾纳香群体存在性状差异的多样性，为良种选育提供了丰富的材料。庞玉新等[11]采用RAPD技术对4个野生艾纳香种群进行克隆多样性研究，发现艾纳香种群克隆多样性水平较高。张影波等[12]采用常用的SRAP和AFLP分子标记法对35份艾纳香资源的遗传多样性进行对比分析，发现AFLP具有多样性位点多、分子标记指数高等优点，更适合于艾纳香的遗传多样性评估。植物表型多样性是遗传多样性与环境多样性的综合体现，采用表型多样性评价种质资源比分子评价更直观[13]。因此，许多国内学者，如黄莉娟[14]、赵孟良[15]、王黎明[16]等基于表型性状对植物进行遗传多样性分析，以期筛选出核心种质。【本研究切入点】前人对艾纳香种质资源遗传多样性的研究大多数基于分子层面，而基于表型性状评价艾纳香种质资源遗传多样性的研究少有报道。【拟解决的关键问题】通过对中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所艾纳香种质资源圃内159份不同来源艾纳香种质的22个表型性状进行研究，分析表型变异程度与多样性水平，以期为艾纳香种质资源研究和良种选育提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为课题组近年收集的159份不同来源的艾纳香种质资源，其中海南省74份、贵州省70份、广西15份，均保存于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所艾纳香种质资源圃。供试材料来源地详细信息见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 数量性状测量 在杈状分枝出现期，选取生长于植株中部的成熟且未衰老的叶片6片，分别测量叶片长度、叶片宽度、叶片厚度、叶柄长度，计算平均值；在杈状花枝出现期，对株高和冠幅进行测量；于盛花期对花枝数量、花枝长度及花枝开张角度进行测量。

1.2.2 质量性状观测 在处于营养生长期的一次分枝发生期进行茎皮、嫩叶边缘、嫩叶叶脉及嫩叶叶柄的花青苷显色强度调查，茎皮花青苷显色情况是观测植株上部未木质化的部分。叶片各部分花青苷显色是选取嫩叶进行观测。在营养生长期的杈状分枝期，对叶片绿色程度、叶片光滑度、叶片形状、叶基形状、叶片边缘缺刻程度、叶片边缘波状程度、叶侧脉明显程度等9个性状进行观测，均选取成熟的功能叶进行观测。在末花期调查植株的姿态及目测植株茎的伸展状态。表型性状详细信息见表2。

1.3 数据处理

利用EXCEL 2010软件处理试验数据，计算各性状的最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数和遗传多样性指数。将9个数量性状进行分级，1级≤x −2δ，10级＞2δ，中间级差0.5δ，x为各性状平均值，通过每级频率计算遗传多样性指数H'，计算公式为H'=−ΣP iLn P i，式中P i为某性状第i个级内材料份数占总份数的百分比[17−18]。质量性状遗传多样性指数计算公式同数量性状。利用SPSS 20.0进行表型性 状的相关分析、主成分分析以及聚类分析。

表 1 供试材料来源地Table 1 Source of germplasms

2 结果与分析

2.1 艾纳香种质资源数量性状遗传变异分析

对159份材料9个数量性状进行遗传变异分析，结果如表3所示，变异系数在3.46%～32.76%，其中花枝数量的变异系数最高（32.76%），除叶片厚度和花枝开张角度以外的7个数量性状变异系数均大于10%，说明供试材料间数量性状存在着较大程度的变异。

9个数量性状中遗传多样性指数（H'）变化范围为1.928～2.072，其中最大的是株高（2.072），最小的是花枝开张角度（1.928），从大到小的排序为株高＞冠幅＞叶片厚度＞花枝数量＞叶长＞花枝长度＞叶宽＞花枝开张角度。总的来说，艾纳香种质资源数量性状之间差异明显，遗传多样性丰富。

2.2 艾纳香种质资源质量性状遗传变异分析

对159份材料质量性状进行遗传变异分析，如表4所示，H'的变化范围为0.427～1.201，其中叶片形状的变异类型最为丰富且H'最高（1.201），频率分布以长卵形为主（占58.49%）；而H'最低的是叶基形状（0.427），频率分布以楔形为主（88.05%）。主茎花青苷显色强度以无或极弱为主，分布频率为73.58%；叶片绿色程度以中等为主，分布频率为72.33%；叶片光滑度以中等为主，分布频率为65.41%；叶片边缘花青苷显色强度以弱为主，分布频率为64.15%；叶片边缘缺刻程度以浅为主，分布频率为68.55%；叶缘波缘状程度以低和中为主，分布频率分别为49.69%和44.03%；叶脉花青苷显色强度以无或极弱为主，分布频率为76.10%；侧脉明显程度H'较低（0.557），以不明显为主，分布频率为75.47%；叶柄花青苷显色强度H'较低（0.536），以无或极弱为主，分布频率为81.76%；植株姿态H'较高（0.924），频率发布以直立为主（62.26%）；盛花期H' 较高（0.888），频率分布以中为主（64.15%）。

2.3 艾纳香种质资源表型性状间的相关分析

2.3.1 数量性状间相关分析 对159份艾纳香种质资源的9个数量性状进行相关性分析，结果如表5所示，株高与冠幅间的相关系数最大，为0.67（P＜0.01）；叶宽与株高、冠幅、叶长、叶片厚度、叶柄长度、花枝长度呈极显著正相关（P＜0.01）；花枝长度与花枝开张角度、冠幅、株高、叶柄长呈极显著正相关（P＜0.01）。

综上所述，叶片越宽，则叶片越长，叶片越厚，叶柄长度越长，株高越高，冠幅越大。即叶片越宽，则艾纳香植株的长势越好，生物产量越大。

2.3.2 质量性状间相关分析 对159份材料的13个质量性状进行相关性分析，结果如表6所示，叶脉花青苷显色强度与主茎花青苷显色强度、叶片边缘花青苷显色强度和叶柄花青苷显色强度呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.333、0.213、0.452；主茎花青苷显色强度与叶柄花青苷显色强度呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数为0.627,是质量性状之间相关系数的最大值，说明艾纳香各部位的显色强度存在显著相关性。此外，侧脉明显程度与主茎花青苷显色强度、叶脉花青苷显色强度和叶片形状呈极显著正相关（P＜0.01），与叶片光滑度呈极显著负相关（P＜0.01）；叶片光滑度还与叶片形状、植株姿态呈极显著负相关（P＜0.01）；盛花期与叶片边缘花青苷显色强度和叶脉花青苷显色强度呈极显著负相关（P＜0.01）。

2.4 艾纳香种质资源表型性状的主成分分析

为体现表型性状中起主导作用的综合指标，对其进行主成分分析，提取出特征值大于1的8个主成分，如表7所示，前8个主成分累积贡献率达64.32%，其中第1、2个主成分的贡献率较大，可基本反映总体情况，达到降维的目的。第1主成分特征值为2.922，贡献率最高，为13.28%，载荷较高的性状有冠幅（0.772）、叶宽（0.701）、株高（0.667）、花枝长度（0.677）和叶柄长度（0.594），载荷量较高的冠幅与叶宽、地上部生物产量有关，因而第1主成分可认为是产量因子。第2主成分的特征值为2.331，贡献率为10.59%，载荷较高的性状有叶柄花青苷显色强度（0.736）、叶脉花青苷显色强度（0.658）、主茎花青苷显色强度（0.732），这些性状均为显色性状，第2主成分可认为是显色因子。第3主成分中叶片光滑度的载荷绝对值最大，为0.555，可谓叶光滑度因子。第4主成分中载荷量绝对值较高的性状有叶缘波缘状程度（0.531）、叶片边缘花青苷显色强度（0.570），可认为是叶片边缘因子。第5主成分中特征向量绝对值较高的性状有叶长（0.591）、叶片形状（0.437）与叶宽（0.387），这些性状主要反映了叶片形状与大小，故第5主成分可认为是叶片形状因子。第6主成分与第7主成分中载荷绝对值最大的性状均为叶片绿色程度，故将两者合并为叶片绿色因子。第8主成分中载荷绝对值最大的性状是花枝开张角度（0.700），可谓花枝角度因子。

表 2 艾纳香表型性状评价指标Table 2 Evaluation criteria on phenotypes of B. balsamifera

表 3 159份艾纳香数量性状的遗传变异分析Table 3 Genetic variation on quantifiable traits of B. balsamifera

表 4 159份艾纳香质量性状的遗传变异分析Table 4 Genetic variation on quality traits of B. balsamifera

表 5 艾纳香9个数量性状的相关分析Table 5 Correlation among 9 quantifiable traits of B. balsamifera

表 6 艾纳香13个质量性状的相关分析Table 6 Correlation among 13 quality traits of B. balsamifera

表 7 表型性状主成分分析Table 7 Principal components of phenotypic traits

2.5 艾纳香种质资源表型性状的聚类分析

采用离差平方和法（Ward法）对159份艾纳香种质资源进行基于欧式遗传距离的聚类分析（图1），结果表明：在平方欧氏遗传距离D2=10处可将供试材料分为3个类群，每个类群的9个数量性状平均值以及13个质量性状的主要特征指标列于表8。

由表8看出，类群Ⅰ有39份材料，占总数的24.53%，其中贵州资源22份、海南资源14份、广西资源3份。该类群材料的性状表现为：叶片厚度较厚，侧脉明显，叶片形状以长卵形为主，其次是卵圆形，主茎花青苷显色强度无或极弱与弱的比例接近，叶缘波缘状程度多为中。

类群Ⅱ有38份样品，占总数的23.90%，其中贵州资源19份、海南资源12份、广西资源7份。该类群材料的性状表现为：株高、冠幅、叶柄长度、花枝长度、花枝开张角度的均值最大，植株姿态以披散为主，盛花期多为中。

类群Ⅲ有82份样品，是最大的一个类群，占总但含有中等强度的种质；叶片缺刻程度多为低。数的51.57%，其中海南资源48份、贵州资源29份、广西资源5份。该类群材料的性状表现为：叶长、叶宽与花枝数量的均值最大；叶片光滑度以中为主，其次是高；叶柄花青苷显色强度多为极弱，

图 1 159份种质资源WARD法聚类分析Fig. 1 Cluster analysis tree of 159 germplasms by WARD method

表 8 3个类群表型性状的平均值与特征Table 8 Mean and characteristics of phenotypic traits of 3 classified groups

3 讨论与结论

种质资源的遗传多样性是育种工作的基础，利用表型性状检测植物的遗传变异和多样性有利于在短时间内了解植物的遗传变异水平[19]。本研究对供试材料22个表型性状进行遗传多样性分析，H'范围为0.427～2.072，表明供试艾纳香种质存在丰富的遗传多样性。数量性状的变异系数为3.46%～32.76%，除了叶片厚度与花枝开张角度以外，其余性状的变异系数均大于10%，说明艾纳香不同种质间数量性状差异明显，这与罗夫来[20]对艾纳香形态指标比较的研究结果相似。此外，艾纳香在植株形态性状与叶片形态性状的变异类型较为丰富，其中叶片形状的变异类型最为丰富，为日后艾纳香良种选育工作提供材料基础。

相关性分析结果表明，叶宽是艾纳香种质重要的数量性状，与株高、冠幅、叶长、叶片厚度、叶柄长度和花枝长度呈极显著正相关，可作为艾纳香良种选育的目标性状。质量性状中，叶脉花青苷显色强度与主茎花青苷显色强度、叶片边缘花青苷显色强度和叶柄花青苷显色强度呈极显著正相关。

主成分分析结果得出前8个主成分累计贡献率达64.32%，说明前8个主成分基本可代表供试材料大部分信息。22个表型性状可归属为产量因子、显色因子、叶光滑度因子、叶片边缘因子、叶片形状因子、叶片绿色因子和花枝角度因子等7个因子，与罗夫来[20]等对艾纳香19个形态指标的分类归属结果不同，罗夫来等将艾纳香的19个形态指标归属于株型因子、叶片数量因子、叶面积因子、叶片重量因子、主干因子、叶形因子等6个主因子。因此，充分利用与叶片相关的表型性状特征，可尽早发现高产种质，进而选育优质高产的艾纳香栽培品种。

采用Ward法对159份艾纳香种质资源进行聚类分析，共分为3个类群，类群Ⅰ有39份材料，以贵州资源为主，类群的主要特征为叶片较厚以及侧脉明显；类群Ⅱ有38份样品，以贵州资源为主，类群的主要特征为植株高大，叶柄与花枝较长；类群Ⅲ有82份样品，以海南资源为主，种质数量最多，类群的主要 特征为叶长与叶宽的均值最大，叶片较光滑。聚类分析结果中各类群种质涵盖了不同地区，说明艾纳香不同种质的遗传差异性与其地理分布格局并没直接的相关性。

本研究基于表型性状对艾纳香种质资源的遗传多样性进行分析与评价，但表型性状易受到遗传和环境因素的双重影响。因此，本文仅基于表型性状对艾纳香种质资源进行初步遗传多样性研究和种质资源的划分，今后还有待结合分子技术，进一步对表型性状与品质性状之间的关系进行研究，以便更高效评价艾纳香种质资源的遗传多样性，找出表型性状与品质性状间的相关性与核心要素，更好地指导艾纳香种质资源的利用与良种选育。