陳衛(wèi)明，曾慶錢，黃 勇，鄭 艷，吳江祝，黃意成，鄭良豹

（廣東省中藥研究所，廣東 廣州 510640）

益智為姜科植物益智Alpinia oxyphyllaMiq.的干燥成熟果實，是我國著名的四大南藥之一，具有暖腎固精縮尿、溫脾止瀉攝唾的功效[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，益智具有抗衰老、抗癡呆、抗過敏、抗癌、提高學(xué)習(xí)能力以及鎮(zhèn)靜催眠等作用[2]。作為藥食同源物質(zhì)，益智不僅是多種中成藥和保健品的主要原料，也被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)，具有重要的經(jīng)濟價值[3-4]。根據(jù)考證，益智的產(chǎn)地比較集中在廣東、廣西、海南、云南等地。嶺南一帶生境氣候適宜益智生長[5]，益智在嶺南各省雖有悠久的種植歷史，但種苗大多為自繁自留或采用野生資源，導(dǎo)致質(zhì)量和產(chǎn)量無法保障。目前，益智優(yōu)良品種培育滯后，僅海南省報道1 個益智新品種[6]。因此，對現(xiàn)有的益智種質(zhì)進行評價和多樣性分析,對于益智種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育具有重要意義。

通過植株形態(tài)特征進行比較，分析各種質(zhì)間的遺傳多樣性，據(jù)此將不同益智種質(zhì)進行分類，明確其親緣關(guān)系。從廣東、海南、云南、廣西四省區(qū)的益智主產(chǎn)地收集22 份具有代表性的材料，對益智14 個表型性狀及種子揮發(fā)油含量指標進行分析，了解供試種質(zhì)的表型變異程度，并采用主成分分析及相關(guān)性分析等方法分析與產(chǎn)量關(guān)系密切的主要表型特征，以此為益智優(yōu)良株系篩選和新品種選育提供研究依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

22 份供試材料來源于國內(nèi)不同益智主產(chǎn)區(qū)，經(jīng)廣東省中藥研究所曾慶錢副主任中藥師鑒定為正品，見表1。22 份供試材料種植于廣東省中藥研究所種苗保存圃。每個小區(qū)共種植10 個單叢，每個種質(zhì)種植 3 個小區(qū) (視為 3 個重復(fù))，共30 叢。2021 年5月20 日測定益智植株各性狀指標，并采集成熟果實帶回實驗室測定相關(guān)數(shù)據(jù)。田間管理與常規(guī)大田管理相同。

表1 益智供試材料來源地信息Tab. 1 Source information of A. oxyphylla test materials

1.2 實驗方法

1.2.1 農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)測定 農(nóng)藝性狀指標測量方法參照潘坤等研究[7]，測定益智種質(zhì)資源的14 個農(nóng)藝性狀指標。從單叢中隨機選取20 株測量其株高、莖粗、葉長、葉寬、葉片數(shù)，取平均值；從單叢中隨機選擇20 株的帶果穗植株，樣品株數(shù)不足20 株的以實際測量數(shù)量為準。利用游標卡尺測定新鮮果實橫徑、果實縱徑、穗柄直徑；用直尺測定新鮮果實的果穗長度；利用百分之一電子天平稱取單果重、種子千粒重。

1.2.2 種子揮發(fā)油含量測定 益智種子揮發(fā)油含量測定方法參照2020 年版《中國藥典》（通則2204）揮發(fā)油測定法進行測定[8]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS statistics 22 統(tǒng)計軟件進行變異性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種質(zhì)益智性狀分析

益智種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀和果實性狀變異差別較大。除果實橫徑的變異系數(shù)為8.33%，小于10%以外，株高、莖粗、葉片數(shù)量、葉長、葉寬、縱徑、單果重、單果種子數(shù)量、種子千粒重、單穗果實數(shù)量、果穗長度、單穗果實重量、穗柄直徑變異系數(shù)均高于10%，其中，單穗果實數(shù)量和種子揮發(fā)油含量的變異系數(shù)分別達到30.32%、30.00%，極差比最小值分別高2.6 倍、3.2 倍，見表2。

表2 不同種質(zhì)益智性狀的變異情況Tab. 2 Variation of A. oxyphylla traits in different germplasms

2.2 不同種質(zhì)益智主要性狀相關(guān)性分析

不同種質(zhì)益智農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、種子揮發(fā)油含量的相關(guān)性差異較大。葉寬與葉長、莖粗呈顯著正相關(guān)；果實縱莖與葉長呈顯著正相關(guān)；果實橫徑與株高、葉長呈顯著正相關(guān)；單果重與葉長、果實縱徑、果實橫徑、葉寬呈顯著正相關(guān)；種子千粒重與葉寬、果實橫徑、單果重、葉長呈顯著正相關(guān)；單穗果實數(shù)量與果實縱徑、種子千粒重呈顯著負相關(guān)；單穗果重量與單穗果數(shù)量、葉長、果穗長度呈顯著正相關(guān)；穗柄直徑與株高、葉寬呈顯著正相關(guān)；種子揮發(fā)油含量與葉寬、莖粗、葉長呈顯著負相關(guān)，詳見表3。

表3 不同種質(zhì)益智主要性狀相關(guān)性分析Tab. 3 Correlation analysis of main traits of different germplasm A. oxyphylla

2.3 不同種質(zhì)益智主要性狀主成分分析

22 個益智材料15 個指標的主成分特征值和貢獻率見表4。由表4 可看出，在主成分性狀分析中，貢獻率最大的為前5 個主成分，其累積貢獻率為78.178%。主成分1 貢獻率最大，為31.537%；其次是主成分2、主成分3 和主成分4，貢獻率分別為16.464%、11.711%、11.333%；主成分5 貢獻率最小，為7.134%。

表4 主成分特征值與累計貢獻率Tab. 4 Principal component eigenvalues and cumulative contribution rate

特征向量是對供試材料各農(nóng)藝性狀對主成分貢獻大小的衡量指標，見表5。從表5 可知，單果重比值最大，其次為種子千粒重、橫徑、葉寬、葉長、縱徑，是對主成分1 影響較大的特征向量，可將主成分1 稱作生育因子，其中，種子揮發(fā)油含量、單穗果實數(shù)量為負值，說明種子揮發(fā)油含量、單穗果實數(shù)量與其它指標的變化趨勢相反；在主成分2 的特征向量中，單穗果實數(shù)量系數(shù)最大，其次為單穗果重量、單穗長度、穗柄直徑，故主成分2 為產(chǎn)量因子；主成分3的特征向量中，種子揮發(fā)油系數(shù)最大，故稱主成分3為有效成分因子；主成分4 的特征向量中，單果種子數(shù)量系數(shù)最大，故稱主成分4 為結(jié)實因子；主成分5的特征向量中，株高系數(shù)最大，故稱主成分5 為植株因子。

表5 各性狀的特征根與特征向量Tab. 5 Eigenvalues and eigenvectors of traits

2.4 不同種質(zhì)益智主要性狀聚類分析

采用SPSS 22 統(tǒng)計軟件中的歐氏距離平均法，對22 個益智種質(zhì)的9 個指標的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)聚類分析。聚類分析結(jié)果見圖1，22 份益智種質(zhì)資源在歐氏距離d= 10.00 的水平上，可劃分為3 大類群，說明益智種質(zhì)資源具有遺傳多樣性的表現(xiàn)。第1 類群包括PP11、GD2、PP7、GD1、PP1、PP15、CT3、SHS、GL、CT1、CT2 共11 份材料，占50.00%；第2 類群包括PP4、PP14、PP18、PP19、PP22、PP13、PP10、PP3、PP8、PP5 共10 份材料，占45.45%；第3 類群包括PP12 共1 份材料，占4.55%。

圖1 不同種質(zhì)益智主要性狀聚類樹形圖Fig. 1 Cluster tree of A. oxyphylla germplasm resources

由表6 可知，第1 類群的材料，果穗長，種子千粒重大，株高、莖粗、葉片數(shù)量、葉寬、果實縱徑、果實橫徑、單果重適中，為高桿、籽重、長穗、細柄類型；第2 類群的材料，莖粗數(shù)值大，葉片數(shù)量多，葉片長，葉寬明顯，果實橫徑、縱徑大，單果、種子千粒重數(shù)值大，果穗長。單穗果重量和穗柄直徑適中，單穗果實數(shù)量少，種子揮發(fā)油含量少，為高桿、粗莖、長葉、寬葉、多果、大果、籽重、少油類型；第3 類群的材料，單穗果實數(shù)量多，單穗果重，穗柄直徑粗，種子揮發(fā)油含量高，單果種子數(shù)量多，株高數(shù)值小，莖細，葉短且窄，果穗長度短，果實橫徑、縱徑小，單果重量小，為矮桿、細莖、葉短窄、粗穗柄、短穗、多果、小果、多籽、多油類型。

表6 各類群15 個性狀的平均值Tab. 6 Average values of 15 traits in groups

3 討論

遺傳變異分析能夠判定植物群體在生長區(qū)內(nèi)變異可能性的大小，變異系數(shù)則是用于評價變異水平和多樣性的程度。種質(zhì)資源主成分分析中主成分能夠代表原始變量的大部分信息，避免重復(fù)信息的影響。在主成分分析的基礎(chǔ)上進行聚類分析，能有效地剔除一些非關(guān)鍵因子，使結(jié)果更準確。主成分對信息量的濃縮和聚類分析剔除非關(guān)鍵因子的作用，可使農(nóng)藝性狀和有效成分指標在育種學(xué)上的意義得以詮釋，為品種選育提供參考依據(jù)[9-10]。性狀多樣性是遺傳多樣性的體現(xiàn)，通過性狀指標的變異率，相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析綜合了解種質(zhì)資源的多樣性。本研究的變異性和相關(guān)性結(jié)果表明，通過測量22份益智種質(zhì)14個表型性狀并測定種子揮發(fā)油含量，其中，有14 個指標的變異系數(shù)10%以上，單穗果實數(shù)量和種子揮發(fā)油含量變異系數(shù)超過30%，表明益智種質(zhì)資源在國內(nèi)主產(chǎn)區(qū)有著豐富的遺傳多樣性，且株高、莖粗、葉長、葉寬、果穗長度變異系數(shù)，以及莖粗與莖粗的呈顯著正相關(guān)等結(jié)果與晏小霞研究結(jié)果基本一致[11]，但其它指標的相關(guān)性存在差異，可能與益智品種采集地有關(guān)系。本研究采用主成分分析法，將國內(nèi)不同益智主產(chǎn)區(qū)收集的22 份種質(zhì)資源，對其15指標簡化為5 個綜合指標，即生育因子、產(chǎn)量因子、有效成分因子、結(jié)實因子、植株因子。前5 個主成分累計貢獻率為78.178%，而生育因子的貢獻率最高，為31.537%，為益智高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)新品種選育提供了理論支撐。

聚類分析結(jié)果將22 份益智種質(zhì)資源劃分為3 大類群：第1 類群為高桿、籽重、長穗、細柄類型；第2 類群為高桿、粗莖、長葉、寬葉、多果、大果、籽重、少油類型；第3 類群為矮桿、細莖、短窄葉、粗穗柄、短穗、多果、小果、多籽、多油類型。第2 類群的植株種子揮發(fā)油含量少，果實數(shù)量多且果實大，因其揮發(fā)油含量低，不易達到2020 年版《中國藥典》標準，適合加工益智涼果，使價值最大化。第3 類群僅有PP12 一份材料，且各項綜合指標較好，適合作為益智育種的優(yōu)良單株。益智是四大南藥之一，同時益智涼果是廣式?jīng)龉袠O具代表性的產(chǎn)品之一，但廣東省內(nèi)關(guān)于益智藥用和食用品種選育研究比較滯后，僅見禹玉華等[12]在觀賞花卉品種選育上有相關(guān)研究，在益智藥用和食用品種選育上有待進一步研究。

4 結(jié)論

國內(nèi)益智主產(chǎn)區(qū)收集的22 份益智種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀和果實性狀變異差別較大，可劃分為三大類群。15 個性狀指標可簡化為生育因子、產(chǎn)量因子、有效成分因子、結(jié)實因子、植株因子5 個綜合指標，為益智高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)新品種的選育提供理論參考。