不同种源栝楼种子性状分析

郑雷， 王化东， 崔丽， 梁雪兰*

（1.四川中医药高等专科学校药学院，四川 绵阳 621000； 2.巴中巴人农业科技有限公司，四川 巴中 635600）

栝楼（Trichosanthes kirilowiiMaxim.）为葫芦科（Cucurbitaceae）栝楼属（Trichosanthes）多年生中药材，其果实、种子、瓜皮、块根均可入药，为我国常用的中药瓜蒌、瓜蒌子、瓜蒌皮和天花粉，具有较高的药用价值和经济价值。近年来，随着瓜蒌子休闲食品及栝楼保健品等的开发利用，其需求量逐年增加。为提高产量和质量，目前已开展栝楼栽培技术研究[1-3]，并取得一定成效。优质种源是生产优质药材的源头，然而当前栝楼种源混杂、退化，优质种源缺乏等问题日益突出，显著制约其产业化发展。因此，亟需开展栝楼优质种源筛选工作，为新品种选育奠定基础。种子是植物器官的延存和繁殖体，其性状亦是植物形态学分类的主要依据[4]。种子性状不仅受环境条件的影响，更受遗传控制，是遗传物质与生长环境共同作用的结果[5-6]。由于地理阻隔和不同自然环境的长期作用，不同种源植物种子性状可能存在较大差异，研究不同种源植物种子性状可揭示植物的地理变异规律[7]，亦可作为筛选优良种质的依据，为植物新品种选育奠定基础[8]。本研究以不同种源栝楼种子为试验材料，对不同种源栝楼种子性状进行分析，以期明确栝楼种子性状变异，为优良种质筛选提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

不同种源栝楼种子采集于河南周口、南阳，山东泰安、临沂、济南，河北保定，湖南怀化、常德，安徽滁州，四川巴中、绵阳、广安等栝楼产区，共12份样品，经四川中医药高等专科学校王化东副教授鉴定均为栝楼（T. kirilowii）种子，具体采集信息如表1 所示。栝楼种子取自成熟后果实，用清水洗净，自然晾干备用。

表1 不同种源栝楼种子基本信息Table 1 Basic information of T.kirilowii from different provenances

1.2 指标测量

采用卡尺测量12个种源栝楼种子长度（X1）、种子宽度（X2）、种子厚度（X3）、种子长宽比（X4）、种仁长度（X5）、种仁宽度（X6）、种仁厚度（X7）、种仁长宽比（X8），每个种源随机选取30粒种子或种仁进行测定，重复3 次；采用500 粒法[9]对12 个种源栝楼种子千粒重（X9）、种仁千粒重（X10）、种仁千粒重/种子千粒重（X11）进行测定，每个种源随机选取500粒种子或种仁进行测定，重复2次。

1.3 数据处理

采用 Excel 2010 进行数据整理和分析，采用SPSS 25.0 软件进行方差分析、相关性分析、聚类分析及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同种源栝楼种子性状方差及变异分析

对12 个种源栝楼种子性状进行方差分析，结果（表2）表明，栝楼种子长度、种子宽度、种子厚度、种子长宽比、种仁长度、种仁宽度、种仁厚度、种仁长宽比、种子千粒重、种仁千粒重、种仁千粒重/种子千粒重11 个性状均在种源间存在极显著差异(P<0.01)。不同种源栝楼平均种子长度、种子宽度、种子厚度、种子长宽比、种仁长度、种仁宽度、种仁厚度、种仁长宽比、种子千粒重、种仁千粒重和种仁千粒重/种子千粒重分别为13.95 mm、9.03 mm、3.58 mm、1.56、11.63 mm、6.77 mm、2.37 mm、1.73、206.99 g、119.14 g和57.80%。

表2 不同种源栝楼种子性状方差及变异分析Table 2 Variance and variation analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

对不同种源栝楼种子性状变异结果进行分析可知，12 个种源栝楼种子性状变异系数在6.76～28.89 之间。种子千粒重变异系数最大，为28.89，变幅在139.48（种源6）～290.26 g（种源3）之间；其次为种仁千粒重(27.94)，变幅在70.99（种源6）～184.72 g（种源3）之间；变异系数最小的是种子长度，为6.76%，变幅在12.64（种源5）～15.48 mm（种源8）之间，其余8个栝楼种子性状变异系数均在9%～16%之间。表明不同种源栝楼种子性状存在丰富的变异，利于优良种质筛选。

2.2 不同种源栝楼种子性状相关性分析

对栝楼种子的11 个性状进行相关性分析，结果如表3所示。种子长度（X1）与种仁长度（X5）呈极显著正相关，相关系数为0.832。种子宽度（X2）与种子厚度（X3）、种仁宽度（X6）、种子千粒重（X9）和种仁千粒重（X10）呈极显著正相关，相关系数分别为0.792、0.944、0.923和0.941；与种子长宽比（X4）呈极显著负相关，相关系数为-0.821。种子厚度（X3）与种仁厚度（X7）呈极显著正相关，相关系数为0.809；与种子长宽比（X4）呈极显著负相关，相关系数为-0.813。种子长宽比（X4）与种仁长宽比（X8）呈极显著正相关，相关系数为0.838；与种仁宽度（X6）呈极显著负相关，相关系数为-0.755。种仁宽度（X6）与种子千粒重（X9）和种仁千粒重（X10）呈极显著正相关，相关系数为0.896 和0.880。种仁厚度（X7）与种仁千粒重（X10）呈极显著正相关，相关系数为0.765。种子千粒重（X9）与种仁千粒重（X10）呈极显著正相关，相关系数为0.937。

表3 不同种源栝楼种子性状相关性分析Table 3 Correlation analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

2.3 不同种源栝楼种子性状聚类分析

对12 个种源栝楼种子性状进行系统聚类分析，结果如图1 所示。12 个种源栝楼种子性状在阈值5 处可划分为3 个类群：类群Ⅰ包括种源5、种源6、种源1、种源7、种源4 和种源12 共6 个种源；类群Ⅱ仅有种源2；类群Ⅲ包括种源10、种源11、种源8、种源9和种源3共5个种源。

图1 不同种源栝楼种子性状聚类分析Fig.1 Cluster analysis on seed traits of T.kirilowii among different provenances

对不同类群栝楼种子性状进行方差分析和多重比较（表4）表明，不同类群栝楼种子性状存在差异。种子宽度、种仁宽度、种子千粒重和种仁千粒重在不同类群间存在极显著差异，种子厚度、种子长宽比和种仁厚度在不同类群间存在显著差异，种子长度、种仁长度、种仁长宽比、种仁千粒重/种子千粒重则在不同类群间差异不显著。类群Ⅰ种子千粒重和种仁千粒重最小，种子长宽比最大，此类群种子个体小，种子外形呈长椭圆形；类群Ⅲ种子千粒重和种仁千粒重最大，种子长宽比最小，此类群种子个体大，种子外形偏圆形；类群Ⅱ种子性状介于类群Ⅰ和类群Ⅲ之间，此类群种子个体较大，种子外形偏圆形。结果表明不同类群栝楼种子性状存在显著差异，其中类群Ⅲ栝楼种子综合性状较优，可作为优良种质筛选的群体。

表4 不同类群栝楼种子性状特征Table 4 Characteristics on seed traits of various T.kirilowii groups

2.4 不同种源栝楼种子性状主成分分析

对12 个种源栝楼种子的 11 个性状进行主成分分析 (表5)，提取前3 个主成分，累计贡献率为91.09%，包含了大部分主要指标信息。第1 主成分在种子宽度、种仁宽度、种子千粒重和种仁千粒重上有较大荷载，即主要反映种子宽度和质量性状，贡献率为58.88%；第2主成分在种子长度和种仁长度上有较大荷载，即主要反映种子长度性状，贡献率为21.35%；第3 主成分在种仁千粒重/种子千粒重上有较大荷载，贡献率为10.86%。

表5 不同种源栝楼种子性状主成分分析Table 5 Principal component analysis on seed traits of T.kirilowii from different provenances

对12 个种源栝楼种子性状进行综合评价，结果如表6所示。提取不同种源栝楼前3个主成分的特征值，计算特征向量。前3个主成分得分如下。

表6 不同种源栝楼种子性状综合评价Table 6 Comprehensive evaluation on seed traits of T.kirilowii from different provenances

式中，ZXi为各性状Xi的标准化值。

将各性状主成分得分乘以方差贡献率并求和，即可得到各种源种子性状的综合得分。

由不同种源栝楼种子性状综合得分（表6）可知，种源3 得分最高，为0.87，综合性状优良，可作为优良种质用于品种选育，而种源6 得分最低，综合性状较差。

3 讨论

3.1 不同种源栝楼种子性状的差异性

种子为植物重要的繁殖器官，对物种延续起着重要的作用，其性状较植物的根、茎、叶性状更为稳定，同时不同种源种子性状因地理阻隔和环境差异会存在变异，因而种子性状常用于植物多样性研究及优质种源筛选[10-13]。本研究中12 个种源栝楼种子的11 个性状在不同种源间存在极显著差异，具有丰富的遗传变异和巨大的遗传改良潜力，可为优质种源筛选提供有利条件，该研究结果与前人在梭梭[12]、铁橡栎[13]、花榈木[14]及掌叶木[15]等种子上的研究结果类似。性状变异是种源选择和良种选育的重要基础[15]，本研究表明在栝楼种子的11 个性状中种子千粒重变异系数（28.89%）最大，并且种子千粒重与种子宽度、种仁宽度呈极显著相关，与种子厚度和种仁厚度呈显著正相关，表明种子千粒重可作为栝楼优良种质资源筛选的重要指标。同时，聚类分析表明12个种源栝楼可分为3 个类群，其中类群Ⅲ种子千粒重最大，种子个体大，可作为优良种质筛选的群体。因此，利用不同种源筛选栝楼优良种质具有较强的可操作性，在筛选时可重点关注种子千粒重较大的种源群体。种子性状不仅受遗传因素影响，亦与生态环境及栽培措施密切相关，本研究中12 个栝楼种源样品来自全国不同产地，各自形成的气候条件、土壤条件及肥水管理等外因差异亦会对种子的性状指标产生影响，可进一步开展研究。

3.2 不同种源栝楼种子性状综合评价

优质种源是中药材生产的物质基础，亦是生产稳定可控药材的前提，对种源进行筛选、综合评价及利用是提高中药材质量及品种选育的有效途径[9]。对种源进行科学合理的评价需要对各项指标进行综合分析，主成分分析可将多个性状指标转化成彼此相互独立的且个数较少的主成分，综合反映原来多个性状指标的主要信息，使得综合评价更加科学准确，目前已广泛用于种源综合评价中[14-15]。本研究选取栝楼种子的11 个性状作为评价不同种源栝楼种子综合性状的指标，通过主成分分析将11 个性状指标转换成3 个主成分指标，并对综合得分进行排名，研究结果表明种源3栝楼种子综合性状最优，可作为优良种质开展进一步选育。