河北省青龙地区北苍术叶型变异模式初探

郭欣慰，乔旭，李艾莲

（中国医学科学院药用植物研究所，北京 100193）

北苍术 （Atractylodes chinensis （DC.） Koidz.） 为菊科苍术属多年生草本植物，其野生资源分布于中国华北、东北和西北地区，目前主产区为内蒙古自治区、河北省、吉林省和辽宁省等。以4～5 a 生的根茎入药，与主要分布于中国长江以南的茅苍术的干燥根茎 （Atractylodes lancea（Thunb.）DC.） 同为 《中华人民共和国药典》 （2020 版） 〔以下简称“《药典》（2020 版）”〕苍术基源[1]。目前北苍术在中国市场占有量较高，具有燥湿健脾、祛风散寒、明目的功效，也是防治呼吸道系统疾病的大宗中药材[1，2]。

苍术在中国种植历史悠久，最早以“术”记载于东汉的《神农本草经》。长期以来，苍术严重依赖野生资源，但作为异花授粉植物，其种子结实率较低，长期过度采挖导致华北、东北等地的北苍术资源蕴藏量急剧下降，苍术价格逐年攀升。近年来，各地陆续开展了北苍术“野变家”研究，初步建立了分根繁殖与种子繁殖相结合的“无性+有性”驯化措施，但目前推广面积有限，人工栽培产区仍以种子直播为主[2]。长期有性繁殖致使北苍术像很多菊科植物一样，具有高度杂合的遗传背景和异常丰富的表型变异[3]，同时也伴随着品种退化和抗逆性降低等问题。梳理北苍术不同变异类型以及变异模式是筛选优良野生资源进行家种驯化的重要基础工作。

在北苍术表型变异的相关研究中，叶型被首先提出作为划分北苍术不同变异的标志性状。在《东北植物志》 （刘慎谔，1959）和《东北药用植物志》 （中国科学院林业土壤研究所，1959）中，根据叶型的变异将苍术的北方分支划分了4 个变种——赤峰苍术（A. chinensis var. quinqueloba）、朝鲜苍术 （A. chinensis var. koreana）、辽东苍术 （A. chinensis var.liaotungensia）和全叶苍术（A. chinensis var. simplicifolia）[4，5]。林镕和石铸于 1987 年修订 《中国植物志》时亦提出北苍术在叶型、叶分裂与否以及叶分裂的程度和叶质地的厚薄上存在极大变异，在同一群体中分裂叶和不分裂叶同时存在的现象十分常见[6]。相关学者还开展了不同苍术种叶表皮特征和叶表皮细胞特征的研究，但结果均显示其不是北苍术的特有变异性状[7，8]。我们前期对河北省北苍术调研时也发现，北苍术形态（叶、茎和花色）变异中叶型和裂叶程度变异非常丰富。但目前有关北苍术叶型变异模式的研究尚少，制约了对不同叶型北苍术种质资源的认识与开发利用。

河北省青龙满族自治县的北苍术朱砂点密、香气浓郁，苍术素含量显著高于《药典》 （2015 版）标准，2019 年入选河北省区域道地药材公用品牌[9]。以该县北苍术为研究对象，从叶片形态入手，从叶型变异的角度初步探索北苍术优良野生资源的筛选方向，可为北苍术优良野生资源的开发利用提供线索与理论依据。

1 材料与方法

2019 年6 月在河北省北苍术主产区之一的秦皇岛市青龙满族自治县头道沟村和杨树林子（北纬40.40°，东经118.95°），随机选取生长正常、无病虫害的裂叶型和叶完整型健康北苍术各40 株进行调查。试材经中国医学科学院药用植物研究所李艾莲研究员鉴定均为菊科苍术属北苍术〔Atractylodes chinensis（DC.） Koidz.〕，株龄均为 3 a。

在每株株高1/2 处取完整的成熟叶片3 片，用直尺测量每个叶片的叶长和叶宽。对于裂叶型叶片，用直尺分别测量次裂片1 和次裂片2 的次裂深和次裂长（图1）。

图1 裂叶型北苍术次裂片相关参数测定示意图Fig.1 Sketch map of secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

采用EXCEL 软件，分别计算叶片长宽比和次裂深度比；采用SPSS 13.0 软件进行影响裂叶型次裂深度比的各因素相关性分析、通径分析和趋势分析。

2 结果与分析

2.1 北苍术不同叶型的调查结果

调查发现，北苍术叶片以叶完整型（椭圆形）为主，伴有多种次裂变异类型，个别植株甚至出现植株顶部叶型与底部叶型不一致的情况。

为便于梳理，本研究首先选择全株叶型一致的植株作为调查对象（图2）。结果显示，北苍术裂叶型可分为浅裂型和深裂型两类，以深裂型为主。由于各类型均存在较多变异，因此叶长、叶宽和叶形指数变异系数的变幅均达到2～4 倍甚至更高，其中裂叶型的整体变幅更大（表1）。裂叶型由于叶宽的显著增加，导致叶形指数极显著低于叶完整型。

图2 不同叶型的北苍术幼叶和成熟叶（标尺=3.0 cm）Fig.2 Young leaf and mature leaf of different leaf types of A. chinensis

表1 不同叶型的北苍术叶形参数Table 1 Leaf shape parameters of different leaf types of A. chinensis

2.2 影响北苍术裂叶程度的各因素相关性分析

为探明北苍术裂叶型的变异模式，我们对裂叶型植株进行了9 个叶形参数的相关性分析。结果（表2）显示，除叶形指数与叶长相关不显著（r=0.02） 外，其它各参数之间的相关性均达到了极显著水平。与各次裂参数相关性最高的2 个因素是叶形指数和叶宽。叶宽与所有次裂参数均呈极显著正相关，与2 个次裂的深度和长度的相关程度均较高（与次裂1 深度、长度的r 分别为0.83 和0.89，与次裂2 深度、长度的r分别为0.81 和0.80）；而叶形指数与所有次裂参数均呈极显著负相关。各次裂的深度与长度均呈极显著正相关（次裂1 深度与长度的r 为0.89，次裂2 深度与长度的r 为0.88），与调查样本中深裂型较多、浅裂型较少有关。

表2 裂叶型北苍术不同叶片参数的相关系数Table 2 Correlation coefficient of leaf parameters of lace leaf type of A. chinensis

2.3 影响北苍术裂叶程度的各因素通径分析

由于北苍术次裂1 与次裂2 的深度比正相关值（r=0.78）较高，因此以次裂1 为例，通过通径分析进一步揭示相关叶形参数对次裂1 深度比的作用。叶形指数对次裂1 深度比的直接作用最高，直接作用系数达到1.18；而叶长和叶宽的直接作用较小，直接作用系数仅分别为0.19 和0.36（表3）。表明北苍术裂叶形成可能是以增加叶宽为主的叶形指数变异所致，通径分析结果与相关性分析结果吻合。次裂1 长度对次裂1 深度比的直接作用甚微（直接作用系数为-0.07），而次裂2 长度对次裂1 深度比的直接作用系数达到0.33，表明与叶片中部宽度的增加相比，叶片基部宽度的增加更易促进次裂程度的加深。而只要叶片形成了2 个次裂片，则二者的次裂程度高度相关（次裂2深度比的直接作用系数为0.82）。

表3 北苍术主要叶片性状与次裂1 深度比的通径分析Table 3 Path analysis between the main leaf traits and the ratio of depth to length of the 1st secondary lace of A. chinensis

2.4 叶宽和叶形指数对裂叶型北苍术次裂深度的影响

为进一步揭示叶形指数和叶宽对次裂程度的影响，以所有裂叶型植株的叶形指数、叶宽和次裂深度比数据（表4，此处以次裂1 为例）做点图进行分析。结果（图3 和4）显示，叶形指数的数据分布相对于叶宽更为集中；趋势分析也显示叶形指数对次裂1 深度比的作用更为显著，与通径分析结果吻合。随着叶形指数的提高，所有次裂参数均减小，次裂1 深度比呈降低和分布范围扩大的趋势；随着叶宽的增加，所有次裂参数均增大，次裂1 深度比的分布则逐渐集中并提高。可以看出，叶形指数提高、叶宽变小后，裂叶型北苍术的次裂程度将逐渐降低，叶片将由深裂转为浅裂。

图3 叶型指数对裂叶型北苍术次裂1 深度比的影响Fig.3 Effect of leaf shape index on the 1st secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

表4 叶形指数和叶宽对裂叶型北苍术次裂程度的影响Table 4 Effects of leaf shape index and leaf width on lace leaf type of A. chinensis

3 结论与讨论

综合本研究和相关研究结果，推测北苍术的叶型变异主要源自遗传因素导致的稳定差异；而北苍术的叶型变异规律可能与其生境干旱程度等环境因素有关。

3.1 北苍术叶型的变异类型

叶片的形态变异受内外多种因素的影响。一些植物的叶型随生长发育阶段的变化而变化，如胡杨从幼苗到成年树，为适应植株所需养分的逐渐增多，叶型由披针形的柳树叶变成以卵圆形的杨树叶为主，光合效率和抗旱性均随之显著提高[10]。另一些植物的叶型多样性则源自种质差异，这种差异通常在幼苗期即已显示，且稳定性较高，可作为鉴别不同品种或种内变异的表型依据。如葫芦科重要的经济作物西瓜，与多种抗逆性相关的裂刻叶特征在第3 片真叶出现后即可区分，在第6 片真叶期达到显著差异，是苗期快速筛选优良品种的重要辅助手段[11]；对于菊科品种繁多的切花菊，由于花型和花色种类较少，依据变异较多的叶型进行品种鉴别可显著提高鉴定效率、降低鉴定成本[12]。

本研究所调查的北苍术样本具有幼叶与成熟叶叶型一致的特征，且不同叶型的样本均来自同地区、同海拔的向阳山坡，整体生境相近。前人报道也显示同一地块中北苍术叶型常常不同[6]。因此推测，本研究中不同叶型的北苍术应属于长期进化形成的稳定种质差异。

3.2 北苍术叶型的变异模式

在本次调查的北苍术中，发现了叶完整型、裂叶型以及大量的过渡型叶型。相关研究显示，茅苍术也有圆叶和裂叶之分，如邓哲等[13]对湖北省英山地区茅苍术的调研中共发现了尖叶、尖裂叶、圆叶、圆裂叶和扁茎5 种类型；桑小花等[14]对茅苍术的调研中共发现了锯齿叶、椭圆叶、长椭圆叶和尖叶4 种叶型。表明同属《药典》 （2015 版）苍术基源的北苍术和茅苍术叶型变异均较多，且以裂叶程度的变异最为丰富。

植物表型变异是长期自然选择的结果，叶缘裂刻或裂叶型是植物适应环境，特别是干旱、病虫害、强风和寒冷等多种逆境的一种表现[11]。内蒙古自治区赤峰市等极端干旱地区的北苍术表现为植株矮小，叶片强烈分裂；辽宁省南部（长海市与旅顺市）的植株则因干燥山坡环境，在叶形、叶缘和叶脉等方面产生了一定的变异[4]。而徐海娇等[15]对辽宁省北苍术病害的研究结果显示，感病北苍术均为叶完整型。胡世林等[16]发现，北苍术在向阳山坡的疏林下和少见阳光的密林下均可生长，但生境不同会导致叶片的分裂程度和薄厚出现明显差异。本研究调查地区河北省青龙满族自治县地处河北省东北部燕山山脉东麓，气候冷凉，为暖温带亚湿润气候区，在北苍术分布区中不属于干旱地区，我们调查发现该县的北苍术叶型以叶完整型为主。由此推测，北苍术裂叶型的形成可能与逆境有关。

对于出现上述现象的原因，本研究从北苍术叶型变异模式的角度进行了进一步解析。相关性分析和通径分析结果表明，以叶宽增加为主的叶形指数变异是导致裂叶型和叶完整型两类种质产生叶型差异的主要原因。对金花茶的研究也显示，在主成分分析中，叶宽在越南北部和中国广西南部不同金花茶品种各项叶形指标中的载荷量最大，是区别不同品种的标志性状[17]。

本调查环境条件下，对北苍术叶型变异模式的研究结果表明，随着叶宽增加、叶形指数降低，叶片呈现由叶完整型向浅裂型、最终向深裂型变异的模式，其中叶片基部宽度的增加可能是裂叶型形成的最初诱因或基础，调查也发现仅叶片基部浅裂的植株（图4）。叶宽较大、叶形指数较低的深裂型和叶宽较小、叶型指数较高的叶完整型是北苍术叶型变异的2 个极端类型，浅裂型属于中间类型。结合上述分析和北苍术叶型变异与环境的相关研究，初步推测：当逆境胁迫程度加剧时，北苍术叶片启动了以叶宽增加为主的叶形指数变异，由叶片基部开始逐渐变宽并出现裂叶，最终形成深裂型。推测深裂型是北苍术潜在优势抗逆种质资源。

图4 叶宽对裂叶型北苍术次裂1 深度比的影响Fig.4 Effect of leaf width on the 1st secondary lace of lace leaf type of A. chinensis

图4 北苍术叶型变异模式假说（标尺=1.0 cm）Fig.4 Hypnosis of leaf type variation model of A. chinensis

综上分析，本研究初步提出，逆境下北苍术可能启动了由叶完整型向深裂型过渡的叶型变异模式，裂叶程度可能与逆境胁迫程度呈正相关；推测叶片深裂型是北苍术潜在优异抗逆种质资源，应加强保护与开发。