梵净山堇菜属植物引种驯化的灰色关联分析及适应性评价

2018-05-03付素静姚琦馥高宇琼李建新

铜仁学院学报 2018年3期

付素静，邱岚，姚琦馥，高宇琼，李建新

（ 1．铜仁学院农林工程与规划学院，贵州铜仁 554300；2．贵州省梵净山特色动植物资源重点实验室，贵州铜仁 554300 ）

0．引言

灰色关联分析方法，是根据因素之间发展趋势的相似程度，即“灰色关联度”，作为衡量因素间关联程度的一种方法[1]。本文以引种后几种堇菜各性状评分满分即最优性状构设引种适应性最强的理想种，通过关联度系数比较梵净山堇菜属 8种植物与理想种的相似程度，关联度越高相似程度越高，说明其引种适应性越强。

堇菜属（Viola）隶属于堇菜科，全球共有 500多种，主要分布在北半球温带地区，中国约有 111种[2]。堇菜属植物有良好的园林观赏价值，植物植株矮小，株型可爱，花色以白、紫、黄居多，花型像蝴蝶，叶的形态别致多样，还具有花期和绿期长等特点，是优良的园林地被材料[3]。此外，堇菜属植物不少种类可供药用，具有清热解毒、止血、散瘀消肿的作用，还可用于治疗风热咳嗽、肺痨、哮喘、鼻炎、角膜炎、风湿等病[4]。除了具有药用价值和绿化价值，还可作为餐桌上的鲜美野味，如紫花地丁V. philippica[5]、蔓茎堇菜V. diffusa[6]等，兼具药食功能。但长期过量采集野生资源将会加快环境破坏及野生资源数量急剧减少，所以，野生资源的引种驯化研究显得尤为重要。

梵净山国家级自然保护区自然条件独特，其内野生资源丰富。本研究旨在对梵净山几种常见堇菜属植物进行引种研究，探索影响8种堇菜属植物如意草V. hamiltoniana、蔓茎堇菜V. diffusa、紫花地丁V. philippica、庐山堇菜V. acuminata、柔毛堇菜V. principis、荁V. moupinensis、浅圆齿堇菜V.schneideri、小尖堇菜V. mucronulifera等引种适应性的重要因素，为进一步种养植提供可行性依据和理论基础，为堇菜属植物作为中草药、野菜开发，规模化种植提供参考。

1．材料与方法

1．1．材料

2014—2015年在梵净山桃花源、快场等地实地调查堇菜属植物的资源分布、生境条件等，并收集到8种共74株野生堇菜属植物，带回试验地做异地栽培引种试验，栽培一年以上后调查各性状。

1．2．引种栽培与管理方法

引种栽培试验地点为贵州省铜仁市川硐镇铜仁学院育种实验室内，海拔441 m，8种堇菜属植物采集地海拔848～2320 m，采集地气候湿润凉爽。

栽培基质采用富含有机质的壤土，夏季每天上午10点前浇水1次，冬季每3天浇水1次，春秋季隔天浇水1次。

1．3．指标与方法

引种一年后进行观测，分别测量相关指标。

（1）平均叶长测定：测量植株基生第三片叶的长度，取其平均值。

（2）平均叶宽测定：测量植株基生第三片叶最宽处宽度，取其平均值。

（3）无性繁殖系数测定：分走茎数（蔓生种）或分蘖数（直立种）/引种总株数。

（4）种子繁殖情况考虑显花期种子量、闭锁花期种子量及由种子萌发幼苗的数量。

（5）移栽成活率测定：成活株数/引种总株数*100%。

（6）开花期测定：植株的始花期和末花期，计算开花期。

（7）开花率测定：开花的植株数量/引种总株数*100%。

（8）生长状况评价：将生长状况分为五个等级，分别用不同数量的“+”来表示，“+”越多代表越强壮。+++++表示生长茂盛、有新芽可分株，无病虫害；++++表示长势较茂盛且有新芽，无病虫害；+++表示长势良好，偶有新芽，少量叶片泛黄；++表示长势一般，无新芽，叶上有病斑；+表示长势较差，无新芽，叶片部分枯死。

（9）越冬能力评价：将越冬能力分为五个等级，分别用不同数量的“+”来表示，“+”越多代表越冬能力越强。

（10）越夏能力评价：将越夏能力分为五个等级，分别用不同数量“+”来表示，“+”越多代表越夏能力越强。

1．4．适应性评价

参考其他植物引种适应性评价标准[7-9]，根据堇菜引种栽培的实际生长情况，制定堇菜属植物适应性的指标及其评分标准（表3），包括叶长、叶宽、无性繁殖情况、有性繁殖情况、移栽成活率、开花期、开花率、越冬能力、越夏能力、生长状况等10个指标，并对其数据进行无量纲化处理。

根据评价标准，请5人于每月10～15日对堇菜的生长状况、越冬能力、越夏能力分别进行评价，取其5人年平均值作为分值；

叶长：（栽培植株基生第三片叶的长度平均值/野生植株的基生第三片叶的长度平均值）*5。

叶宽：（栽培植株基生第三片叶的最宽处宽度平均值/野生植株的基生第三片叶的最宽处宽度平均值）*5。

其他指标通过计算，并参照评价标准得到分值，保留小数点后1位。

1．5．数据处理

利用Excel 2010进行数据统计与分析，采用灰色关联分析方法[7,9]对堇菜的引种栽培适应性进行评价。以理想种作为参考序列，其他种为比对序列，计算8种堇菜与理想种的关联系数及关联度，相关计算公式如下：

式中ρ为分辨系数，取ρ=0.5，n为调查指标数量（n=8）。其中ξi为关联系数，ri为关联度，r'i为加权关联度。

2．结果与分析

2．1．堇菜属植物在迁移地的生长状况

引种栽培一年以后，对各个性状进行观测（表1）。由表1可知，不同种堇菜植物生长状况差异较大，就无性繁殖系数而言，除紫花地丁不能产生匍匐茎或直立茎外，其他七种差异大，如意草无性系数最高达3.7，因其匍匐茎细而长，一条匍匐茎上有多个节，将每节与母株分离种植即可进行繁殖；庐山堇菜具有直立茎，有时直立茎斜生，将直立茎剪成含2～3节的茎段可进行扦插繁殖；除紫花地丁靠分株、庐山堇菜具有直立茎可扦插外，其他六种堇菜均具有匍匐茎，可依靠匍匐茎进行分生繁殖。

2．2．建立理想种和对比种的各项性状

根据堇菜属植物引种适应性评价标准（表2），用5人的年平均值作为最后的各项性状的分值，理想种各项性状分值为满分5分，堇菜属8种植物各项性状值如表3所示。

表1 堇菜属植物引种栽培各性状Tab.1 The characteristics of 8 Viola species growing in cultivation place

2．3．数据标准化处理

根据灰色理论要求，为保证各性状因素具有等效性和同序性，需对原始数据进行无量纲化处理，本研究采用理想种值对原始数据进行标准化处理，得到一个新数列，即Xi/X0，这样就得到0～1的数值组成的新数列。应用公式（4）计算各点的绝对差。应用公式（5）和（6）找出极差最大值为1，极差最小值为0。

2．4．关联度系数与关联度排序

根据公式（1）计算，取ρ=0.5，得到理想种与比较种的灰色关联系数，结果见表4。

2．5．计算加权关联度

等权关联度只在各性状同等重要的情况下，才能用于评价适应能力的强弱，事实上，反映堇菜引种适应性各形状的重要性不同，应根据其重要性程度给予不同的权重系数wi，可根据公式（7）计算各性状对应的权值。结果为 w1=0.1055，w2=0.1149，w3=0.0691，w4=0.1060，w5=0.1073，w6=0.0898，w7=0.0903，w8=0.1073，w9=0.1100，w10=0.0997，说明各性状在评价系统中所占的权重顺序为叶宽〉越冬能力〉生长状况=移栽成活率>有性繁殖情况>叶长>越夏能力>开花率>开花期>无性繁殖情况。根据权重可建立堇菜属植物的引种适应性综合评价模型为：Zk=w1x1+w2x2+……+w10x10，根据加权关联度公式(3)计算各堇菜的加权关联度值，见表5。

表2 堇菜属植物引种适应性评价标准Tab.2 Evaluation criteria for introduction adaptability of Viola

表3 理想种与对比种的各项性状评分Tab.3 The characteristic scores of both ideal and contrasted species

表4 各堇菜属植物与理想种的灰色关联系数Tab.4 Grey correlation coefficients of tested species

根据加权关联度分析原则[9-10]，加权关联度值可真实的反映引种物种与理想种的差异大小，关联度大表明该种与理想种相似度高，即引种适应性强，反之则适应性差。由表5可知，从梵净山引种栽培的几种堇菜属植物，引种适应性为紫花地丁>柔毛堇菜>蔓茎堇菜>庐山堇菜>如意草>荁>小尖堇菜>浅圆齿堇菜，引种适应性最强的是紫花地丁、柔毛堇菜，适应性最差的是浅圆齿堇菜、小尖堇菜。

表5 各种加权关联度Tab.5 Weighted relevancy values of tested species

3．讨论

3．1．引种适应性比较

灰色关联分析法是根据各因素变化曲线几何形状的相似度，来判断因素之间关联程度的方法[1]。本研究结果表明，采用灰色系统理论对8种堇菜属植物的引种适应性进行评价，其结果与其实际生长观测情况基本一致，能客观的反映不同堇菜属植物的引种适应性，在实践中具有较强的可行性，对其他植物的引种栽培也有推广价值。

梵净山地区几种堇菜属植物的引种适应性的灰色关联分析结果表明，紫花地丁因为其分布范围广，适应能力强，综合排名最前，浅圆齿堇菜由于繁殖性能差等原因综合排名最后，这与实际观察结果一致，适应性最强的紫花地丁与适应性最差的浅圆齿堇菜与理想种的关联度相差0.4532，说明堇菜属不同种类引种适应性差异大。分析原因可能是因为紫花地丁为广布种，主要表现在地理分布上，在由南至北、由西向东的各省区均有分布[2,11]，另外也体现在生境的多样性上，具有耐寒[12]、耐盐碱[13]、抗水分胁迫能力强[14]、耐阴[15]，且种子数量多，二型种子对环境条件适应性强[16]等特征；柔毛堇菜喜阴湿的环境，而引种环境正好在室内，在光照强度上与原生境有相似之处；蔓茎堇菜喜生长在路边贫瘠处，对环境的适应能力强，开花期长、结实率高，且种子萌发能力强，这也是其引种适应性高的原因之一。据调查，以上三种适应性较强的种类在引种地附近的六龙山有野生分布，说明引种地在以上三种堇菜的分布区内，只是由于局部环境条件的改变使得堇菜属植物的分布范围缩减，数量减少，这也验证了李秀玲[7]引种适应性和种源分布有关的观点，如果加入人为措施进行栽培更容易获得成功。

引种适应性较差的是浅圆齿堇菜和小尖堇菜，这两种堇菜在保护区的分布呈小斑块状，仅在一些生境保存完好的森林入口、边缘存在。从实验可知，其适应性差主要表现在越夏能力弱，喜欢冷凉环境，在繁殖上，其走茎发生率较低，开花率低，种子萌发率也低，诸多原因使浅圆齿堇菜和小尖堇菜的引种适应性差，不适合异地引种。但以上原因尤其是繁殖性能差可能致其种群数量显著减少，尤其现在生态环境破坏加剧，适合它们生长的小环境日趋缩小，对于它们的保护刻不容缓，在保护生态环境的同时，可以在生境附近增加一些人为措施，如采种播种、分株等，帮助恢复种群数量。

3．2．各指标权重比较

用灰色关联分析法分析植物引种栽培的适应性，可以在信息量比较模糊的情况下以理想种为标准，比较种与理想种关联度越高，说明适应性越强。引种适应性评价可用叶长、叶宽、无性繁殖情况、有性繁殖情况、移栽成活率、开花期、开花率、生长状况、越冬、越夏能力等指标来评估[7,9]。根据权重比较结果可知，叶宽、越冬能力、生长状况和移栽成活率是影响引种适应性的重要因素，权重相差仅0.0076。

在常规引种中，气候条件相似与否是引种成功的重要制约因素，其中温度是限制因子[17]，在本研究中，越冬能力的权重比越夏能力权重大，是因为夏季室内温度低于气温，而冬季室内温度与气温相差不大，且夏季气温高仅影响堇菜属植物的生长状况（叶枯黄、病虫害等），一旦气温降低生长恢复，而冬季地上部分容易冻死，形成不可逆转的冻害。如果冬季气温较低，在引种时可考虑实施保护地栽培，比如冬季覆盖地膜以提高温度保证顺利越冬，夏季则进行遮阴处理降低温度。有些种类如浅圆齿堇菜和小尖堇菜可能因为越夏能力弱且无繁殖更新导致适应能力差，可为其选择夏季凉爽的中西部地区进行异地引种栽培。

3．3．研究不足及展望

由于部分种类如小尖堇菜、浅圆齿堇菜在调查过程中发现分布区域局限，数量较少，为保护该物种，引种数量受到限制，影响数据的准确性。且以上指标在量化过程中加入了人为因素，加之所选性状指标还不全面，观察时间较短等原因导致对长期结果有误差，在后续的研究中应尽量量化性状指标，如光照强度、培养温度、营养物质含量等，减少人为因素带来误差。

从观察结果来看，蔓茎堇菜、柔毛堇菜闭锁花期长，即不经过开花过程就能结实，从6月到10月都有种子产生，增加了种子数量，另外庐山堇菜、荁也能通过闭锁花产生种子，但闭锁花期和数量上远不如前两种。通过闭锁花产生种子进行补充繁殖是堇菜属植物应对不良环境的生殖策略。这也是这群物种值得持续关注的点。

4．结论

应用灰色关联度分析方法对几种堇菜属植物的10种生物学性状进行综合评价可知，引种适应性最强的是紫花地丁、柔毛堇菜、蔓茎堇菜，其次为庐山堇菜、荁，引种适应性最差的是浅圆齿堇菜和小尖堇菜。综上所述，可根据选择适应性较强和经济价值较高的紫花地丁、柔毛堇菜、蔓茎堇菜、庐山堇菜在铜仁乃至贵州省东部各地区进行栽培推广，改善我省农业生产格局。

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