不同海拔生态区移栽唐古特大黄株系性状表现

熊 丰，李春喜，席杏媛，周国英,

(1.中国科学院 西北高原生物研究所/中国科学院 藏药研究重点实验室，西宁 810008；2.中国科学院 西北高原生物研究所/中国科学院 高原生物适应与进化重点实验室，西宁 810001；3.青海省青藏高原特色生物资源重点实验室，西宁 810008；4.中国科学院大学，北京 100049)

大黄是应用广泛的重要中药材之一，也是中医常用药物，《神农本草经》、《伤寒杂病论》及《本草纲目》中已有记载。大黄为多年生草本，药用部分为干燥根和根茎[1]。有解毒，清热泻火，通经逐瘀，凉血止血等多种功效，是“将军”之药，一直以来具有巨大的市场需求。唐古特大黄(Rh.tanguticumMaxim.ex Balf)，隶属于石竹目(Caryophyllales)，蓼科(Polygonaceae)，大黄属(RheumL.)，主要分布于青海、西藏、四川、甘肃海拔1600～4400m的高海拔地区[2-5]，是大黄的主要生药来源之一。而唐古特大黄及相关药物生产一直依赖野生资源，大量采挖致使野生大黄日益减少，天然资源近于枯竭[6-8]。因此对唐古特大黄资源的保护显得尤为重要[9-10]。青海省唐古特大黄以其疗效著称，受到历来医家的青睐，称“西宁大黄”，为青海省重要的道地药材。其良好的药效品质与青海省较高的海拔和特殊的气候条件形成的优良种质可能有一定的关系[11-12]。

长期以来，对唐古特大黄的化学成分和药理作用研究较多[13-18]。尽管大黄的人工栽培历史可以追溯到20世纪60年代[19]，近年来，青海省人工栽培唐古特大黄的田间管理也有了较为深入的研究[5, 20-21]。但优质唐古特大黄的适宜种植海拔及品系(品种)选育的工作还需要更多关注，如甘肃省栽培掌叶大黄由于缺乏良种选育而存在种质退化[22]。为了探讨唐古特大黄在青海地区的适宜的移栽种植海拔区，同时选育出优良的唐古特大黄品系(品种)，于2017年7月大黄盛花期野外考察并确定综合性状表现较好的单株，2017年10月-2018年5月温室育苗，2018年6月移栽到海拔2016～3763m不同生态区，考察唐古特大黄当年的生长性状表现，为选育品种和推广种植提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在青海省乐都县、民和县、大通县、互助县和果洛州玛沁县5地开展，分别编号为A1、A2、A3、A4和A5，样地海拔分别为2 016 m、 2 180 m、2 409 m、2 971 m和3 763 m，其中 A1～A3为灌淤型沙土，A4～A5为高寒草甸土，随海拔升高，五处试验地的年均气温呈显著的下降趋势。移栽前土壤背景列于表1。

1.2 试验方法

1.2.1 试验材料 2017年7月大黄盛花期，分别在果洛州玛沁县大武镇野生样地和互助县东沟乡纳卡村人工种植4 a田中各选50株编号挂标签，测株高、茎中部粗、最大叶片长、宽、最大叶片叶裂数、叶裂深、基生脉数、叶柄长、基部叶片数、茎生叶片数、花色、花序分枝数，7月底单株收集种子，晾干，测单株种子质量、种子数、千粒质量； 9-10月人工挖出地下根茎洗净，测根茎长、主根茎粗、根茎数、根茎总鲜质量；并进行综合评价，各选出10株(共20株)，用种子进行株系温室育苗。

1.2.2 育 苗 2017-10-10在海东生态农业试验智能温室进行株系育苗，用无纺布育苗袋，袋高30 cm，直径10 cm，用森林土装袋27 cm，放入种子3粒，苗高10 cm，4～5叶间苗，保留1株，育苗数满足田间移栽试验需求。2018年4月底测苗高、叶片数、根茎长、根中部粗、根分枝数，进行综合评价，各选出5株系(共10株系),移栽田间试验。野外采集时10株系性状表现见表2，其中果洛株系为L1～L5，互助株系为L6～L10。

1.2.3 试验布置 在5个不同海拔试验地，从2018年5月8日-6月6日依次移栽，试验小区面积5 m×4 m=20 m2，每平方米移栽4株，每小区80株，每公顷4.00万株，随机排列，重复3次。移栽前整地，挖穴，穴深30 cm，直径25～30 cm，将无纺布袋底部剪去，整袋放入挖好的穴中，埋土1/3，底肥按照磷酸二铵225 kg/hm2和尿素225 kg/hm2混合，每穴施入11.25 g，再埋土与地 面平。

1.3 指标观测

2018年9月取样测数据。小区两边第2行为样段区，数据均在样段区内取得。

1.3.1 植株田间评价 各试验点移栽15 d后，整个小区内观测成活数，计算移栽成活率，并进行补栽，2018年8月统计补栽后成活率，观测植株株型及田间整齐度。

1.3.2 植株地上性状 9月采样观测，在样段内连续测10株，统计叶片数，用钢卷尺测株高、最大叶片的叶长、叶宽、叶柄长、叶裂长和叶裂宽，计算叶裂占比。

1.3.3 植株地下性状 测完地上数据后，挖出对应地下根，冲洗干净，用钢卷尺测根长，用游标卡尺测最大根直径，现场在DT-502电子天平上称根茎鲜质量，记录侧根数。

1.3.4 鲜质量产量 用根茎鲜质量×每公顷有效株数为每公顷根茎鲜质量产量。

1.4 数据处理

采用SPSS V20.0统计软件对测定数据进行差异显著性和多重比较，利用R软件(R version 3.5.1)结合“Nisus-Liu/GRA”包进行灰色关联度分析，采用OriginPro 2018进行作图。灰色关联度分析采用不同株系的平均株高、叶片数、最大叶的叶长、叶宽、叶柄长、叶裂长、叶裂宽、叶裂占比以及侧根数、根长、根直径、根鲜质量和产量，共计13个性状参数组成数据集合，以各性状的最优值为参考序列，以各株系平均值为对比序列，计算各株系与参考序列的灰色关联度，并进行排序。

2 结果与分析

2.1 不同海拔株系间田间评价

不同海拔样点，移栽成活率和补栽成活率均显著不同(P<0.01)，A4样点移栽和补栽成活率均为最高，分别为87.32%和97.33%，其次为A5样点，分别为85.89%和93.79%。A1样点移栽成活率高于A2、A3样点，达83.50%，但由于补栽后发生根腐病，其补栽成活率低于A2与A3样点，仅为80.83%。

各试验点不同株系间移栽后成活率差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)(表3)，株系间移栽成活率从高到低依次为L8>L9>L7>L6>L10>L1>L2>L3>L5>L4，移栽后株系与试验点间互作成活率F=2.52>F0.01=1.79，差异极显著(P<0.01)；补栽成活率株系间差异不显著，仅A1样点因部分株系出现根腐病导致株系间差异显著(P<0.01)，补栽后株系与试验点间互作成活率F=1.14

不同株系间株型和田间整齐度也有显著差异(表3)，A1、A2和A3样点的株型L1、L2、L3、L5、L6、L7号株系表现为直立，L4、L8、L9、L10号表现为半直立，A4和A5样点所有株系均表现为半直立。田间整齐度除L4外，其他均表现为整齐或较整齐。

2.2 不同海拔间植株性状差异

植株各项性状表现均随海拔增大而呈现显著降低趋势(P<0.01)。唐古特大黄所有性状在A1样点(乐都)均表现最佳(图1)，平均株高 61.30 cm，叶片数9.46叶，侧根数4.67条(图1-A)，最大叶的叶长、叶宽、叶柄长、叶裂长、叶裂宽及叶裂占比分别为58.92 cm，51.44 cm，37.05 cm，18.29 cm，7.79 cm和92.30%(图1-B和1-C)，平均根长、根直径、根鲜质量分别为32.01 cm，4.81 cm和444.10 g(图1-D)，根据单位面积有效植株数计算出A1样点鲜质量产量为 14 473.78 kg/hm2。与之相反，A5样点(果洛)表现最差，平均株高仅11.84 cm，叶片数平均为 4.06片，侧根数2.37条，其最大叶的叶长、叶宽、叶柄长、根长、根直径分别为15.85 cm、13.82 cm、 6.21 cm、14.92 cm和1.51 cm，且A5样点叶片没有发生叶裂，同时，相比A1样点，A5样点的根鲜质量和产量分别降低了425.34 g和 13 766.81 kg/hm2。A4样点(互助)仅侧根数与A5没有显著差异，其他性状均显著(P<0.01)优于A5样点。同时，A4样点除根长与A3样点没有显著差异外，其他性状均显著(P<0.01)低于A3样点。

而A2样点(民和)可能由于移栽前1个月使用了“玉米思”除草剂(玉米田专用)，对大黄地上部分的生长造成影响，株高、叶长、叶宽、叶柄长以及叶裂长、叶裂宽的表现反而低于A3样点(大通),A2与A3点的株高、叶长、叶宽、叶柄长叶裂长和叶裂宽分别为39.75 cm与57.68 cm，36.00 cm与45.71 cm，31.21 cm与37.63 cm，27.40 cm与31.71 cm，11.07 cm与14.00 cm和4.47 cm与7.11 cm；A2样点叶片数(7.03)略低与A3样点(7.48)，但差异不显著，同样，植株的侧根数(3.80与3.81)和叶裂占比(73.00%与68.01%)在A2与A3样点间差异不显著；而地下性状如根长、根直径、根鲜重和产量均服从随海拔升高而降低的趋势，在A2和A3样点间差异显著，其值分别为30.19 cm与25.22 cm，3.96 cm与3.42 cm，270.69 g与176.22 g和10 013.56 kg/hm2与6 509.60 kg/hm2。

2.3 株系间植株性状的灰色关联分析

将10个株系的13个性状指标组成一个灰色系统，10个株系分别为L1～L10，13个性状指标分别为C1～C13，同时以所有株系中各性状的最优值构成一个理想株系L0，L0和L1～L10的各项指标均列于表4中。基于灰色系统中数据应为无量纲化数据，采用min-max归一化方法(正向指标)对表4数据进行无量纲化处理，即x′= (x-min)/(max-min),归一化后，L0各项指标均为1。利用R包“GRA”中的函数GRA，求出各比较株系与参考株系的灰色关联程度及其排序(表5)，关联程度越高的株系即越接近理想株系，为本次试验的较优株系。本试验中株系排序依次为L2、L9、L1、L10、L5、L3、L6、L8、L4、L7。采用最短距离法对10个株系进行系统层次聚类，得到结果如图2所示。根据聚类结果，L2、L9、L1、L10和L5可以聚为一类，说明这5个株系表现较优，具有进一步研究的潜力，L3、L6、L8其次，可以作为备择选项。

图中相同图案柱状图或点线图上标注的不同字母表示同一性状在不同海拔之间有显著差异(P<0.05)。

表4 各株系13个性状平均表现及参考株系性状均值Table 4 Average values of 13 traits in 10 lines and values of 13 traits in reference line

表5 各株系灰色关联系数及排序结果Table 5 Grey relational coefficient and ranking of 10 lines

3 结论与讨论

青海省的自然条件和农业自然资源具有过渡性特点并表现出明显的垂直地域差异等多种类型的生态区域，地形地貌和气候等自然条件的垂直变化十分明显。本研究结果表明海拔高度对唐古特大黄育苗移栽后成活率、生长性状、产量等指标影响极大。海拔对于唐古特大黄移栽苗的生长和成活率表现出二元化的影响。

图2 灰色关联分析株系间聚类结果Fig.2 Cluster results of grey relational analysis in 10 lines

一方面，低海拔移栽样地带给唐古特大黄移栽苗的生长益处是显而易见的。海拔低，气温高，生长速度快，生长量大，反之生长速度慢，生长量小[23]。海拔2 016 m～2 409 m地区年均气温 4.7～7.8 ℃，生长量高，如唐古特大黄药用部分根茎性状，单株根鲜质量176.22～444.10 g，根鲜质量产量6 509.60～ 14 473.78 kg/hm2，海拔 2 971～3 763 m以上地区年均气温2.0～0.6 ℃，生长量低，单株根鲜质量仅18.76～91.04 g，根鲜质量产量仅706.97 ～3 556.60 kg/hm2，最低海拔根鲜重和产量相比最高海拔分别增加了22.67倍和19.47倍。同时，在A4、A5两个样点，所有株系株型均表现为半直立状态，而低海拔的A1、A2、A3样点，则多数株系表现为直立株型，这也与低海拔样点较高气温带来的快速生长相关。

另一方面，海拔对移栽苗的成活率呈现出不同的影响模式。该试验中移栽种苗在A4和A5样点成活率最高，即在其种源地具有较好的成活率，这说明其对于种源生境的适应较好。这与针对竹子的相关研究结果类似[24]，而其余3处海拔较低样点移栽成活率在海拔最低的A1样点成活率最高，可能与低海拔地区较为温暖的气候条件相关，但同时此气候条件可能也会导致病害发生概率的增加，如A1样点在补栽后发生根腐病。对于种源生境为较高海拔地区的唐古特大黄而言，由于长期适应环境，其具有较优秀的抗寒抗冻能力，但高海拔地区病害发生率较低，可能导致唐古特大黄缺乏相应的抗病机制。因而在后期新品种的大规模推广中，应注意病虫害的防治及避免暖湿生境。

有研究表明，高海拔大黄中几种有效成分的含量都显著高于低海拔大黄[25]，意味着高海拔栽培大黄可能具有更优品质。但同时，也有研究表明栽培唐古特大黄的品质与种植年限显著相关[5, 26]。因此，考虑到产量、质量及总收益，适宜的唐古特大黄栽培海拔范围还需要对多年数据进行进一步的分析。

灰色关联分析是用于分析多因素系统的重要方法，因而在选种育种的工作中被广泛应用[27]。本研究中，综合分析了唐古特大黄的13个性状，需要同时评价10个株系表现，因此选用灰色关联分析可以很好的反映不同株系间的综合差异。通过设置理想的参考株系L0，计算其他株系与参考株系的关联程度，可以得到与参考株系最为相近的株系，即表现最优的株系。从本年度植株性状表现的结果综合分析，L1、L2、L5、L9和L10号株系表现优良，其中L1、L2、L5均为果洛株系，说明原产地为果洛的株系可能具有更优的遗传背景。

本研究为选育真正的唐古特大黄优良品种积累了经验和数据，运用灰色关联分析方法，为唐古特大黄新品种的选育提供了可靠思路，同时，研究样地涉及海拔2 016～3 763 m，共5个梯度，这也为未来新品种的推广范围提供了理论依据。本试验为移栽后第1年结果，更长时间的试验观测仍需要进一步开展。