苗药红禾麻表型性状遗传多样性研究

(贵州中医药大学药学院， 贵阳 550025)

红禾麻又称“红活麻”，来源于荨麻科珠芽艾麻(Laporteabulbifera(Sieb.et Zucc.) Wedd.)的新鲜或干燥全草，始载于《贵州草药》，亦为《贵州省中药材民族药材质量标准》收载的重要苗药，具有祛风除湿、活血化瘀等功效，用于治疗风湿麻木，跌扑损伤，骨折[1-4]。研究表明，红禾麻含有丰富的香豆素类和总黄酮类成分[5-6]，具有较好的镇痛抗炎、免疫抑制作用及抗氧化作用[7-10]。贵州是红禾麻的主要分布区域，除作为苗药应用外，在各产区亦被入药使用。红禾麻为贵州特色民族药“润燥止痒胶囊”的主要原料之一，有着较高的开发与研究价值。魏升华教授领衔的课题组在资源调查、引种栽培与质量控制等方面开展了栽培与繁殖技术、采收与加工技术等大量研究工作，取得了卓越成果，为后续研究奠定了良好基础[11-13]。齐维娜等对红禾麻种质资源的形态性状分析结果显示，红禾麻形态变异丰富，居群间与居群内个体性状均有显著差异[14]。邹淑涵等[15-17]应用灰度关联分析方法对红禾麻多糖、黄酮类成分含量与环境因子进行了相关性分析表明，红禾麻多糖与黄酮类成分含量与土壤N、K含量、年均降水量、温度、日照等环境因子具有一定的相关性，初步揭示了红禾麻药材品质与环境的相互作用机制，为种质资源筛选提供了参考。

遗传多样性是种质资源评估与筛选、引种栽培、良种培育与种质资改良等研究的重要手段，对资源的保护与开发利用具有重要意义。其中，药用植物表型性状多样性是遗传与环境相互作用的综合表现，与药材的产量和质量密切相关。目前，红禾麻药材主要来源于野生资源，其相关研究主要集中在化学成分、药理药效等方面，在引种驯化、栽培与繁育技术方面鲜有报道。据前期研究发现，不同种源与栽培条件下红禾麻性状、产量和质量指标均有较为丰富的遗传分化，为红禾麻优良品种选育提供了物质基础。本研究在前期工作基础上，应用通过主成分分析和聚类分析方法，综合分析引种栽培的红禾麻种质资源根、茎、叶等性状，产量和质量指标的遗传多样性，为红禾麻种质筛选与栽培管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料收集自贵州修文、松桃、雷山、龙里等红禾麻主要分布区域，经贵州中医药大学魏升华教授鉴定，凭证标本存于贵州中医药大学中药栽培与加工研究所。

1.2 田间试验与农艺性状测量

试验于2016年8月在修文县红禾麻基地进行(海拔1 354 m，经纬度26°34′39″；106°43′10″)。观测60份样本单株主茎数、株高、茎杆颜色、块根数、块根粗、块根长、一级分枝数、主茎粗、茎节数、叶片数等主要性状，测定各单株地上、地下生物量鲜重和总生物量鲜重与干重，测定各样品浸出物与总黄酮含量。每个试验设置3个重复，详见表1。

表1 红禾麻农艺性状测定性状和标准

性状记载标准单株主茎数每株植株基部发出的主茎数株高最高主茎基部到顶端的高度一级分枝数最高主茎发出的分枝数主茎粗最高主茎基部的直径茎节数最高主茎地上茎节数叶片数最高主茎叶片数叶长最高主茎10片最大叶的平均长度叶宽最高主茎10片最大叶的平均宽度茎杆颜色该株植株茎的颜色有“绿色=1”,“紫色=2”块根数该株植株的地下根茎发出的块根数块根粗每株植株10颗最大块根最粗处直径的平均值块根长每株植株10颗最大块根主根(不含须根)长度平均值

1.3 总黄酮含量、浸出物含量

本实验参考邹舒涵等[16]的方法，采用分光光度法测定总黄酮含量。采用热浸法测定浸出物的含量[6]。

总黄酮含量(%)=[(A-0.0283)/28.03(m-m水)]×100%

式中：A为供试品的吸光度；m为样品质量(g)；m水为样品含水质量(g)；

浸出物含量(%)=[浸出物重/(m-m水)]×100%。

1.4 数据分析

应用Excel，SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，用DPS 7.0软件进行种质间遗传距离和聚类分析。将所有材料划分为10个等级，按第1级[XiX+2s]，每0.5 s为1级，每1级的相对频率(Pi)用于计算Shannon-Weiner多样性指数(H′)：H′=-∑Pi×lnPi，式中Pi为某一性状第i级别材料份数占总份数的比例，Xi为第i级中的数据，详见表2。

表2红禾麻数值型性状值等级划分

等级 性状值 等级 性状值 1Xi

2 结果与分析

2.1 红禾麻叶部性状多样性分析

红禾麻个体间叶部性状存在丰富的遗传变异，多样性指数最高的是叶长宽比(2.375 9)，最低的是最大展幅面积(1.928 0)；变异系数最大为最大展幅面积(54.92%)，最小的是叶长宽比(10.74%)，详见表3。

表3 红禾麻叶部性状的遗传多样性分析(n=60)

性状 平均值标准差极差变异系数/%遗传多样性指数H'最大展幅长/cm84.6822.04105.7024.032.0143最大展幅宽/cm53.0618.7976.5035.411.9869最大展幅面积/cm24727.642596.5210952.1154.921.9280叶片数100.1344.93197.0044.872.3111叶长/cm15.892.148.9113.472.0211叶宽/cm6.600.924.2813.942.0544叶长宽比2.420.261.2010.742.3759

2.2 红禾麻根、茎性状多样性分析

8个根、茎性状遗传多样性指数依次为：一级分枝数(2.104 6)>根粗(2.094 5)>茎粗(2.083 8)>株高(2.070 3)>块根长(2.044 7)>茎节数(1.984 6)>块根数(1.942 7)>单株主茎数(1.880 1)。其中，变异系数最大的是单株主茎数(49.91%)，变异幅度为2～13；株高的变异系数最小(12.73%)，详见表4。

表4 红禾麻茎部及根部性状的遗传多样性分析(n=60)

性状平均值标准差极差变异系数/%遗传多样性指数H'株高/cm167.6621.3490.0012.732.0703单株主茎数5.752.8711.0049.911.8801一级分枝数9.334.2522.0045.552.1046茎粗/mm15.002.4410.9016.272.0838茎节数31.935.0734.0015.881.9846块根数68.2228.91137.0042.381.9427根粗/mm9.611.667.0117.272.0945根长/cm9.782.8415.5329.042.0447

2.3 红禾麻产量及质量多样性分析

红禾麻8个药材产量和质量指标多样性分析结果表明，总黄酮含量的遗传多样性指数最高(2.046 4)，总生物量干重多样性指数最低(1.807 5)；地上生物量干重变异系数最大(50.00%)，浸出物含量变异系数最小(10.28%)，详见表5。

表5 红禾麻产量及质量的遗传多样性分析(n=60)

性状 平均值标准差极差变异系数/%遗传多样性指数H'地上生物量鲜重/g560.25264.981111.6447.301.8218地上生物量干重/g117.2158.60251.2350.001.8727地下生物量鲜重/g197.1786.23325.0843.731.9884地下生物量干重/g56.6126.9393.8347.571.9080总生物量鲜重/g757.42333.941412.3944.091.8697总生物量干重/g173.8380.48339.4846.301.8075总黄酮含量/%1.250.321.1725.602.0464浸出物含量/%22.862.3511.6010.282.0287

2.4 红禾麻性状主成分分析

对红禾麻种质资源22个主要农艺性状进行主成分分析，结果表明，取贡献值大于6的主成分有4个，分别为第一至第四主成分，贡献率分别为33.287%、14.452%、12.124%、6.561%，前4主成分累计贡献率达66.424%，见表5。

其中，第一主成分特征值为7.989，贡献率最大，载荷数值包括了单株主茎数、展幅、总生物量鲜重与干重等22个重要性状，与产量紧密联系，因此称为“产量因子”。第二主成分特征值为3.468，贡献率为14.452%，载荷数值有株高、茎粗、主茎数、叶的长、宽等13个性状，主要反映了茎叶的情况，称为“茎叶因子”。第三主成分特征值为2.910，贡献率为12.124%，主要反映叶片数，称为“叶片数因子”。第四主成分特征值为1.575，贡献率为6.561%，载荷数值主要有浸出物含量(0.620)、总黄酮含量(0.426)等质量性状，反映浸出物含量和总黄酮含量，因此分称为“质量因子”，详见表6。

表6 红禾麻主要农艺性状的主成分分析(n=60)

性状 因子1因子2因子3因子4株高0.3190.5590.145-0.228单株主茎数0.596-0.332-0.468-0.252茎杆颜色0.035-0.3290.516-0.250最大展幅长0.5670.1630.4160.259最大展幅宽0.5940.1840.4630.413最大展幅面积0.6280.2350.4910.414一级分枝数0.184-0.3080.614-0.167茎粗0.0570.7720.0350.093茎节数0.1650.1160.449-0.358叶片数0.327-0.1150.721-0.184叶长0.0880.763-0.1770.277叶宽0.4010.5470.0490.004叶长宽比-0.3780.246-0.2910.343块根数0.615-0.435-0.1470.074根粗0.1850.089-0.5750.030根长0.711-0.051-0.151-0.098地上生物量鲜重0.9340.199-0.105-0.076地上生物量干重0.9480.108-0.0840.010地下生物量鲜重0.867-0.304-0.243-0.039地下生物量干重0.820-0.331-0.2230.013总生物量鲜重0.9650.079-0.146-0.070总生物量干重0.965-0.032-0.1350.012总黄酮含量0.025-0.5980.1150.426浸出物含量-0.038-0.5870.0420.620特征值7.9893.4682.9101.575贡献率/%33.28714.45212.1246.561累计贡献率/%33.28747.73959.86366.424

表7 红禾麻4个聚类群的形态性状特征表(n=60)

性状 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 平均值变异系数/%平均值变异系数/%平均值变异系数/%平均值变异系数/%株高/cm167.4213.16160.6413.09167.7512.00187.758.84单株主茎数4.5447.366.4149.305.9651.515.6739.68最大展幅长/cm58.8215.2779.3516.1294.4816.54116.6016.50最大展幅宽/cm32.0819.3044.4416.7260.7513.4092.209.20最大展幅面积/cm21884.4722.523460.2212.395680.3415.5110668.0612.51一级分枝数6.2372.7110.2442.9710.2525.469.8363.48茎粗/mm15.4218.5514.1815.5114.8716.1416.926.50茎节数31.3122.0430.2910.9932.6714.2635.0015.54叶片数79.0065.8589.5942.43108.2134.96143.5031.27叶长/cm16.7211.4214.8611.8415.9014.4016.9812.07叶宽/cm6.349.466.3015.716.7914.147.2610.74叶长宽比2.647.952.389.242.358.942.3718.57块根数50.5437.3866.5941.9077.0838.1975.6746.94根粗/mm9.7518.4610.1119.399.1715.709.6410.17根长/cm8.3222.249.8425.619.9226.6112.1938.72地上生物量鲜重/g388.1437.75467.4542.59631.9538.29909.3137.90地上生物量干重/g77.0228.4697.7139.03132.6740.66197.7042.28地下生物量鲜重/g137.7237.20201.8741.04210.2039.68260.6043.20地下生物量干重/g41.1343.2057.7743.1459.4347.0175.6344.31总生物量鲜重/g525.8527.54669.3239.83842.1436.301169.9138.58总生物量干重/g118.1526.06155.4938.45192.1040.07273.3241.35总黄酮含量/%1.1724.791.3127.481.2825.001.1726.50浸出物含量/%22.459.3522.9712.3623.0210.0322.807.89

2.5 红禾麻种质聚类分析

根据22个性状在60份红禾麻种质资源间的不同表现，以欧氏距离为遗传距离，聚类分析采用离差平方和法，在遗传距离13 179处将供试材料聚为四大类群，各种质类群的特征。

第Ⅰ类群包含13份样本，整体性状变异系数较大，平均值比较小。一级分枝数变异系数最大，为72.71%，一级分枝数、叶片数、最大展幅面积、茎节数、最大展幅宽、茎粗、株高变异系数显著大于其余种质群；第Ⅱ类群包含17份样本，整体性状变异系数和平均值都较小，单株主茎数变异系数最大，为49.30%，地上生物量鲜重、总生物量鲜重、根粗、叶宽和总黄酮、浸出物含量变异系数较其余3个种质群大；Ⅲ类群包含24份样本，整体性状变异系数和平均值较高，单株主茎数变异系数最大，为51.51%，单株主茎数、最大展幅长、叶长变异系数在4个种质群中最大；第Ⅳ类群包含6份样本，整体性状变异系数较适中，一级分枝数变异系数最大为63.48%，块根数、地下生物量干重、地下生物量鲜重、地上生物量干重、总生物量干重、块根长和叶长宽比等性状的变异系数大于其余种质群，详见图1，表7。

3 讨 论

种质资源遗传多样性分析是育种工作的基础与基本途径。中药材作为特殊的作物，其产量和质量(有效成分含量)是良种选育必备的指标与目标，丰富的遗传性状、药材产量及质量遗传变异是中药材良种选育的直接物质基础。

本研究应用统计分析方法，对贵州道地特色苗药红禾麻表型性状进行了多样性分析。红禾麻表型性状的遗传多样性指数为(1.807 5～2.375 9)，叶长宽比、一级分枝数、株高、总黄酮含量、浸出物含量、最大展幅长等12个重要的质量与产量性状多样性指数高于2.0；各性状的变异系数中，最大展幅面积、地上生物量、单株主茎数、地下生物量、总生物量干重、一级分枝数等11个性状的变异系数较高(≥40%)，表明红禾麻表型性状的遗传多样变化丰富，性状选择范围较大，具有优质、高产种质筛选潜力。

60份红禾麻种质资源的主成分分析结果显示，前4个主成分反映了22个性状的茎叶性状、叶片数、产量、浸出物含量和总黄酮含量等重要信息，累计贡献率达66.424%。因此，在红禾麻优质高产的种源筛选时，依据第一至四主成分，具体分析与全面评价亲本材料较为合理，简便易行。

图1 基于22个性状的红禾麻种质资源聚类图(n=60)

聚类分析结果显示，同质园栽培下红禾麻性状、产量与质量指标分化多样，60份种质资源样本聚为四大类群，第Ⅱ类群具有优越的产量与质量指标，为优质选育材料；第Ⅳ类群成分体现了红禾麻相关高产性状，为优质的高产选育材料；第Ⅲ类群具有产量与质量的综合潜力，为较好的种植资源保存材料；第Ⅰ类群性状属性较差，不宜作为选育材料。

本研究进行红禾麻表型性状多样性分析，对其种质材料的筛选具有重要的指导意义。但表型性状受自然环境和人为干扰较大、信息有限等不足，因此，在后续研究中还需进一步对红禾麻种质资源进行分子水平研究，结合性状多样性分析，以更为全面、准确的把握遗传多样性本质，为贵州道地特色苗药红禾麻优质、高产种质的引种与选育提供参考。