赫雯琳, 盤鑫海, 王 肖, 葛璐瑤, 杜勤輝, 曾艷玲

(中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長沙 410004)

山梔(GardeniajasminoidesEllis)為茜草科梔子屬常綠灌木植物[1],原產(chǎn)中國,主產(chǎn)于川、湘、鄂、贛、浙、閩等南部省份[2-4]。我國梔子屬植物包括山梔子、水梔子、大黃梔子、大花梔子、重瓣梔子、雀舌梔子、海南梔子、狹葉梔子、匙葉梔子和花葉梔子等[5]。山梔子為常用清熱類中藥,除藥用外還用于食品或工業(yè)染色[6]。山梔喜光耐蔭、較耐高溫,喜壤質(zhì)肥沃、排水性良好的酸性砂壤土,山地、丘陵均可生長[7],其果實(shí)入藥,具有瀉火除煩,清熱利尿,涼血解毒等功效[8],作為一種藥食兩用的植物資源,本身具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,加上其對生長環(huán)境要求低,成活率高,目前已成為許多林場以及農(nóng)戶種植的先鋒經(jīng)濟(jì)樹種,山梔為異花授粉植物,基因型差異明顯,表現(xiàn)型千差萬別,在自然群體中存在較多變異類型,目前很多人工栽培的山梔種源都是未經(jīng)選育的野生實(shí)生植株,這不僅導(dǎo)致山梔品質(zhì)參差不齊,而且會(huì)破壞山梔野生資源的多樣性[9]。為促進(jìn)我國梔子產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展,需要充分有效地利用優(yōu)良種質(zhì)資源[10]。優(yōu)良種質(zhì)的確定則需深入了解不同山梔種質(zhì)性狀表現(xiàn),通過評價(jià)生長特性、農(nóng)藝性狀、品質(zhì)特征等綜合指標(biāo),結(jié)合當(dāng)?shù)厮撂匦约傲⒌貤l件,進(jìn)行全面系統(tǒng)的鑒定[11]。

表型性狀是植物基因型與環(huán)境因素共同作用的結(jié)果[12],當(dāng)樣本容量足夠大時(shí),幾乎可以代表其變異及遺傳多樣性[13]。費(fèi)曜等[14]對9個(gè)不同產(chǎn)地梔子的多個(gè)表型性狀及活性成分等進(jìn)行研究,將樣品分為五個(gè)類型;鄧紹勇等[3]以9個(gè)省25個(gè)野生山梔居群為研究對象,分析其葉片和果實(shí)表型性狀,揭示了野生山梔豐富的表型是基因型和環(huán)境因子共同作用的結(jié)果;劉若楠[15]研究發(fā)現(xiàn),梔子果實(shí)多個(gè)指標(biāo)在各品種間存在顯著差異,其中單果重變異幅度最大。

本研究遵循“湖南省全覆蓋,周邊省市參比”的原則,對24個(gè)縣、市野生山梔居群種質(zhì)資源8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行多樣性、相關(guān)性、主成分及聚類分析等,通過綜合評價(jià),以期為山梔優(yōu)良品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)于2022年10—12月在湖南省長沙市中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)林實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試的24個(gè)不同居群野生型山梔果實(shí)材料分別收集于湖南省及周邊省份24個(gè)縣、市(表1、圖1),每份供試材料選取生長發(fā)育良好且長勢基本一致的3株野生型山梔成熟果,封于保鮮袋內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。

1.2 方 法

每份供試材料隨機(jī)挑選10顆飽滿、光滑、健康的果實(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)測量,包括果實(shí)縱徑(x1)、百粒重(x2)、果實(shí)橫徑(x3)、出仁率(x4)、果仁折干率(x5)、萼片長度(x6)、出油率(x7)、果形指數(shù)(x8)等8個(gè)果實(shí)性狀。其中果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、萼片長度用電子游標(biāo)卡尺測量,百粒重用電子分析天平稱重,使用索氏提油法對果實(shí)提油并計(jì)算果實(shí)出油率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010軟件計(jì)算各性狀的最大值(Ximax)、最小值(Ximin)、極差(R)、平均值(Xi)、標(biāo)準(zhǔn)差(σ)和變異系數(shù)(CV)。使用IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析、聚類分析及綜合得分計(jì)算,使用Origin 2021軟件制作相關(guān)熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 24份山梔種質(zhì)資源多性狀變異特征分析

變異系數(shù)反映了品種的固有特征及品種間的個(gè)體差異,其系數(shù)大小直接反映了性狀遺傳的多樣性[16]。如表2、圖2所示,24份山梔資源8個(gè)數(shù)值型性狀變異系數(shù)范圍在9.14%～47.33%之間,百粒重變異系數(shù)最大(47.33%),其次為出油率(33.01%),說明百粒重及出油率變異幅度較大。果實(shí)縱徑的變異系數(shù)為18.53%,果仁折干率的變異系數(shù)為16.37%,果實(shí)橫徑、萼片長度、出仁率的變異系數(shù)分別為14.56%、14.06%、14.41%,果形指數(shù)變異系數(shù)最小,為9.14%,說明其變異幅度較小,遺傳較為穩(wěn)定。由此可見,24份山梔種質(zhì)資源各性狀間遺傳差異較為明顯,為篩選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源提供了條件[17]。

圖2 24個(gè)不同居群野生型山梔8個(gè)數(shù)值型性狀及產(chǎn)地經(jīng)緯度斯皮爾曼相關(guān)性熱圖Fig.2 Spearman correlation heat maps of 8 numerical characters and latitude and longitude of 24 different populations of wild Gardenia jasminoides

表2 24個(gè)不同居群野生型山梔8個(gè)數(shù)值型性狀變異分析Table 2 Variation analysis of 8 numerical characters from 24 different populations of wild type Gardenia jasminoides

2.2 相關(guān)性分析

對24份山梔種質(zhì)材料8個(gè)數(shù)值型性狀及各產(chǎn)地所在位置經(jīng)緯度進(jìn)行斯皮爾曼相關(guān)性分析(表3、圖1),結(jié)果表明,果實(shí)縱徑與果實(shí)橫徑、果形指數(shù)、百粒重呈極顯著正相關(guān),果實(shí)橫徑與百粒重呈極顯著正相關(guān),百粒重與出仁率呈顯著正相關(guān),果仁折干率與出油率呈顯著正相關(guān)。

表3 24個(gè)不同居群野生型山梔8個(gè)數(shù)值型性狀及產(chǎn)地經(jīng)緯度相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of 8 numerical traits and producing area latitude and longitude of Gardenia jasminoides in 24 different populations

2.3 主成分分析與綜合評價(jià)

對24份山梔資源8個(gè)性狀原始變量進(jìn)行KMO和Bartlett球形檢驗(yàn),結(jié)果顯示,KMO值大于0.5,可進(jìn)行主成分分析,結(jié)果如表4所示。前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)77.805%,解釋了全部指標(biāo)的大部分信息,第1主成分(y1)貢獻(xiàn)率最大,為42.078%,反映果實(shí)質(zhì)量指標(biāo)(橫徑、縱徑、百粒重、出仁率);第2主成分(y2)貢獻(xiàn)率為22.497%,反映果實(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)值(果仁折干率、出油率);第3主成分(y3)貢獻(xiàn)率為13.231%,解釋了果實(shí)形狀(果形指數(shù))。根據(jù)特征值及特征向量對24份山梔資源進(jìn)行綜合評價(jià),公式如下:

表4 主成分得分系數(shù)矩陣及方差貢獻(xiàn)率Table 4 Component score coefficient matrix and variance contribution rate

y1=0.524x1+0.486x2+0.477x3+0.392x4+0.027x5+0.115x6+0.074x7+0.296x8;

y2=-0.013x1+0.048x2-0.022x3-0.334x4+0.597x5+0.516x6+0.511x7+0.039x8;

y3=0.122x1-0.139x2-0.359x3-0.035x4+0.349x5-0.293x6-0.193x7+0.768x8。

利用y=42.078%×y1+22.497%×y2+13.231%×y3計(jì)算主成分綜合得分,綜合得分及排序見表5。

表5 24個(gè)居群綜合得分及排名Table 5 Comprehensive scores and rankings of 24 populations

2.4 聚類分析

基于主成分分析結(jié)果對24份山梔資源8個(gè)數(shù)值型性狀采用系統(tǒng)聚類分析,平方歐式距離為5時(shí)進(jìn)行分類。如圖2所示,可分為五大類,不同類群特征平均值如表6。第Ⅰ類群由重慶市南川區(qū)三泉鎮(zhèn)居群構(gòu)成,平均綜合得分最高,為5.95,該類群各方面表現(xiàn)最為突出,果實(shí)最大,果形呈卵形,平均單果重最重,出仁率最高;第Ⅱ類群包括湖南省湘潭市岳塘區(qū)昭山鎮(zhèn)居群、湖南省岳陽市岳陽縣黃家屋居群、湖南省湘西土家族苗族自治州保靖縣居群、湖南省長沙市岳麓區(qū)居群,平均綜合得分最低,為-3.02,其果形呈卵形,平均單果重最小;第Ⅲ類群包括湖南省長沙市望城區(qū)居群、湖南省株洲市夷陵市居群、湖南省岳陽市岳陽縣古太村居群、湖南省邵陽市邵陽縣居群,平均綜合得分-1.96,該類群果實(shí)大小最小,果形呈卵形,出油率最低;第Ⅳ類群包括四川省宜賓市高縣文江鎮(zhèn)居群、湖南省張家界市武陵源區(qū)居群、湖北省黃岡市蘄春縣獅子鎮(zhèn)花園村居群,平均綜合得分3.18,該類群果實(shí)較大,果形呈橢圓形,萼片最長,平均單果重較第Ⅰ類群次之,但整體較高,果仁折干率最高,出仁率及出油率較高;第Ⅴ類群包括湖南省婁底市居群、廣東省韶關(guān)市南雄市界址鎮(zhèn)居群、湖南省長沙市長沙縣白鶴塘居群、湖南省懷化市會(huì)同縣居群、湖南省常德市澧縣大堰垱鎮(zhèn)居群、湖南省瀏陽市沙市鎮(zhèn)友助村居群、湖南省岳陽市汨羅市弼時(shí)鎮(zhèn)居群、江西省吉安市泰和縣居群、湖南省永州市藍(lán)山縣居群、湖南省郴州市臨武縣居群、湖南省益陽市赫山區(qū)居群以及湖南省瀏陽市石塘居群,平均綜合得分0.37,該類群果形呈卵圓形,萼片較長,出仁率及出油率較高。

表6 不同類群特征平均值Table 6 Average values of characteristics form different groups

圖3 24個(gè)不同居群野生型山梔系統(tǒng)聚類分析Fig.3 System clustering analysis of 24 different populations of wild Gardenia jasminoides

3 討 論

遺傳多樣性分析是種質(zhì)資源創(chuàng)新的基礎(chǔ)[18],性狀評價(jià)是研究種質(zhì)資源遺傳多樣性最基本、最直接的方法[19]。張悅等[20]對260份柿種質(zhì)資源9個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行多樣性分析,將供試材料劃分為五個(gè)類群;呂正鑫等[21]對66份獼猴桃種質(zhì)資源的19個(gè)表型性狀進(jìn)行分析,結(jié)果表明,10個(gè)描述性狀最豐富變異類型為果形;鄭思宇等[22]對48份青蘿卜種質(zhì)資源的33個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)9個(gè)數(shù)量性狀均有不同程度的變異,其中單株質(zhì)量變異系數(shù)最大,對48份供試材料進(jìn)行聚類分析,共可劃分為三個(gè)類群。

本研究結(jié)果表明,山梔資源8個(gè)性狀變異系數(shù)范圍在9.14%～47.33%之間,百粒重及出油率變異幅度較大,說明變異大,果形指數(shù)變異幅度最小,說明果形遺傳較為穩(wěn)定,各類果形以卵圓形分布頻率最高,為79.20%。果實(shí)橫、縱徑與果實(shí)百粒重分別呈極顯著正相關(guān),果實(shí)百粒重與出仁率呈顯著正相關(guān),果仁折干率與出油率呈顯著正相關(guān),說明在良種選育過程中可以從果實(shí)橫縱徑預(yù)判果重和出仁率,根據(jù)果仁折干率估計(jì)其含油率高低。本研究中,經(jīng)緯度與8個(gè)性狀無顯著相關(guān)性,可能是由于果實(shí)的大小、形態(tài)等表型性狀受遺傳和多重環(huán)境因素協(xié)同調(diào)節(jié)[23],緯度變化主要導(dǎo)致溫度因子的變化,經(jīng)度變化主要反映水分狀況的變化[3],除經(jīng)緯度調(diào)控的氣候條件外,梔子果實(shí)還可能與各地土壤環(huán)境條件及立地條件息息相關(guān),長期大面積的跨省、跨區(qū)域引種栽培也可能對此產(chǎn)生影響。

根據(jù)8個(gè)性狀對24份山梔資源進(jìn)行聚類分析,平方歐式距離為5時(shí)可分為五類,同一類群形態(tài)學(xué)特性較為顯著,而不同類群間差異較為明顯。其中第Ⅰ類群整體表現(xiàn)最優(yōu),果實(shí)最大,果形呈卵形,平均單果重最重,出仁率最高,第Ⅳ類群果實(shí)較大,果形呈橢圓形,萼片最長,平均單果重較第Ⅰ類群次之,但整體較高,果仁折干率高,出仁率及出油率較高。主成分分析法在遺傳多樣性典型性狀的篩選中被廣泛應(yīng)用[20]。本研究對24份山梔資源的8個(gè)性狀原始變量進(jìn)行KMO和Bartlett球形檢驗(yàn),檢測得到KMO值為0.521,說明可進(jìn)行主成分分析,共提取到3個(gè)主成分,前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為77.805%,解釋了8個(gè)性狀原始變量的大部分信息,第1主成分主要反映果實(shí)質(zhì)量,第2主成分反映了果實(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)值,第3主成分反映了果實(shí)形狀。基于主成分分析對24個(gè)野生居群進(jìn)行綜合評價(jià),綜合得分最高為重慶市南川區(qū)三泉鎮(zhèn)居群,其次為四川省宜賓市高縣文江鎮(zhèn)居群、湖南省張家界市武陵源區(qū)居群、湖南省婁底市居群、湖北省黃岡市蘄春縣獅子鎮(zhèn)居群。

目前,山梔種質(zhì)資源研究主要集中在種質(zhì)資源的調(diào)查、栽培和保護(hù)方面,對其分布區(qū)域、生長習(xí)性及形態(tài)特征已有較為全面的認(rèn)知,但在新品種和優(yōu)良品種選育等方面尚未形成完善的體系。果實(shí)作為山梔的重要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物,是種質(zhì)篩選的最佳評價(jià)指標(biāo),本研究以24個(gè)野生居群山梔果實(shí)的8個(gè)表型及經(jīng)濟(jì)性狀為對象進(jìn)行比較,可以為山梔種質(zhì)資源的類別劃分和甄別利用提供參考。