不同益智种质资源表型性状分析

陈卫明，曾庆钱，黄 勇，郑 艳，吴江祝，黄意成，郑良豹

（广东省中药研究所，广东 广州 510640）

益智为姜科植物益智Alpinia oxyphyllaMiq.的干燥成熟果实，是我国著名的四大南药之一，具有暖肾固精缩尿、温脾止泻摄唾的功效[1]。现代药理学研究表明，益智具有抗衰老、抗痴呆、抗过敏、抗癌、提高学习能力以及镇静催眠等作用[2]。作为药食同源物质，益智不仅是多种中成药和保健品的主要原料，也被广泛应用于食品行业，具有重要的经济价值[3-4]。根据考证，益智的产地比较集中在广东、广西、海南、云南等地。岭南一带生境气候适宜益智生长[5]，益智在岭南各省虽有悠久的种植历史，但种苗大多为自繁自留或采用野生资源，导致质量和产量无法保障。目前，益智优良品种培育滞后，仅海南省报道1 个益智新品种[6]。因此，对现有的益智种质进行评价和多样性分析,对于益智种质创新和新品种选育具有重要意义。

通过植株形态特征进行比较，分析各种质间的遗传多样性，据此将不同益智种质进行分类，明确其亲缘关系。从广东、海南、云南、广西四省区的益智主产地收集22 份具有代表性的材料，对益智14 个表型性状及种子挥发油含量指标进行分析，了解供试种质的表型变异程度，并采用主成分分析及相关性分析等方法分析与产量关系密切的主要表型特征，以此为益智优良株系筛选和新品种选育提供研究依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

22 份供试材料来源于国内不同益智主产区，经广东省中药研究所曾庆钱副主任中药师鉴定为正品，见表1。22 份供试材料种植于广东省中药研究所种苗保存圃。每个小区共种植10 个单丛，每个种质种植 3 个小区 (视为 3 个重复)，共30 丛。2021 年5月20 日测定益智植株各性状指标，并采集成熟果实带回实验室测定相关数据。田间管理与常规大田管理相同。

表1 益智供试材料来源地信息Tab. 1 Source information of A. oxyphylla test materials

1.2 实验方法

1.2.1 农艺性状数据测定 农艺性状指标测量方法参照潘坤等研究[7]，测定益智种质资源的14 个农艺性状指标。从单丛中随机选取20 株测量其株高、茎粗、叶长、叶宽、叶片数，取平均值；从单丛中随机选择20 株的带果穗植株，样品株数不足20 株的以实际测量数量为准。利用游标卡尺测定新鲜果实横径、果实纵径、穗柄直径；用直尺测定新鲜果实的果穗长度；利用百分之一电子天平称取单果重、种子千粒重。

1.2.2 种子挥发油含量测定 益智种子挥发油含量测定方法参照2020 年版《中国药典》（通则2204）挥发油测定法进行测定[8]。

1.2.3 数据处理 采用SPSS statistics 22 统计软件进行变异性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同种质益智性状分析

益智种质资源主要农艺性状和果实性状变异差别较大。除果实横径的变异系数为8.33%，小于10%以外，株高、茎粗、叶片数量、叶长、叶宽、纵径、单果重、单果种子数量、种子千粒重、单穗果实数量、果穗长度、单穗果实重量、穗柄直径变异系数均高于10%，其中，单穗果实数量和种子挥发油含量的变异系数分别达到30.32%、30.00%，极差比最小值分别高2.6 倍、3.2 倍，见表2。

表2 不同种质益智性状的变异情况Tab. 2 Variation of A. oxyphylla traits in different germplasms

2.2 不同种质益智主要性状相关性分析

不同种质益智农艺性状与产量、种子挥发油含量的相关性差异较大。叶宽与叶长、茎粗呈显著正相关；果实纵茎与叶长呈显著正相关；果实横径与株高、叶长呈显著正相关；单果重与叶长、果实纵径、果实横径、叶宽呈显著正相关；种子千粒重与叶宽、果实横径、单果重、叶长呈显著正相关；单穗果实数量与果实纵径、种子千粒重呈显著负相关；单穗果重量与单穗果数量、叶长、果穗长度呈显著正相关；穗柄直径与株高、叶宽呈显著正相关；种子挥发油含量与叶宽、茎粗、叶长呈显著负相关，详见表3。

表3 不同种质益智主要性状相关性分析Tab. 3 Correlation analysis of main traits of different germplasm A. oxyphylla

2.3 不同种质益智主要性状主成分分析

22 个益智材料15 个指标的主成分特征值和贡献率见表4。由表4 可看出，在主成分性状分析中，贡献率最大的为前5 个主成分，其累积贡献率为78.178%。主成分1 贡献率最大，为31.537%；其次是主成分2、主成分3 和主成分4，贡献率分别为16.464%、11.711%、11.333%；主成分5 贡献率最小，为7.134%。

表4 主成分特征值与累计贡献率Tab. 4 Principal component eigenvalues and cumulative contribution rate

特征向量是对供试材料各农艺性状对主成分贡献大小的衡量指标，见表5。从表5 可知，单果重比值最大，其次为种子千粒重、横径、叶宽、叶长、纵径，是对主成分1 影响较大的特征向量，可将主成分1 称作生育因子，其中，种子挥发油含量、单穗果实数量为负值，说明种子挥发油含量、单穗果实数量与其它指标的变化趋势相反；在主成分2 的特征向量中，单穗果实数量系数最大，其次为单穗果重量、单穗长度、穗柄直径，故主成分2 为产量因子；主成分3的特征向量中，种子挥发油系数最大，故称主成分3为有效成分因子；主成分4 的特征向量中，单果种子数量系数最大，故称主成分4 为结实因子；主成分5的特征向量中，株高系数最大，故称主成分5 为植株因子。

表5 各性状的特征根与特征向量Tab. 5 Eigenvalues and eigenvectors of traits

2.4 不同种质益智主要性状聚类分析

采用SPSS 22 统计软件中的欧氏距离平均法，对22 个益智种质的9 个指标的数据进行系统聚类分析。聚类分析结果见图1，22 份益智种质资源在欧氏距离d= 10.00 的水平上，可划分为3 大类群，说明益智种质资源具有遗传多样性的表现。第1 类群包括PP11、GD2、PP7、GD1、PP1、PP15、CT3、SHS、GL、CT1、CT2 共11 份材料，占50.00%；第2 类群包括PP4、PP14、PP18、PP19、PP22、PP13、PP10、PP3、PP8、PP5 共10 份材料，占45.45%；第3 类群包括PP12 共1 份材料，占4.55%。

图1 不同种质益智主要性状聚类树形图Fig. 1 Cluster tree of A. oxyphylla germplasm resources

由表6 可知，第1 类群的材料，果穗长，种子千粒重大，株高、茎粗、叶片数量、叶宽、果实纵径、果实横径、单果重适中，为高杆、籽重、长穗、细柄类型；第2 类群的材料，茎粗数值大，叶片数量多，叶片长，叶宽明显，果实横径、纵径大，单果、种子千粒重数值大，果穗长。单穗果重量和穗柄直径适中，单穗果实数量少，种子挥发油含量少，为高杆、粗茎、长叶、宽叶、多果、大果、籽重、少油类型；第3 类群的材料，单穗果实数量多，单穗果重，穗柄直径粗，种子挥发油含量高，单果种子数量多，株高数值小，茎细，叶短且窄，果穗长度短，果实横径、纵径小，单果重量小，为矮杆、细茎、叶短窄、粗穗柄、短穗、多果、小果、多籽、多油类型。

表6 各类群15 个性状的平均值Tab. 6 Average values of 15 traits in groups

3 讨论

遗传变异分析能够判定植物群体在生长区内变异可能性的大小，变异系数则是用于评价变异水平和多样性的程度。种质资源主成分分析中主成分能够代表原始变量的大部分信息，避免重复信息的影响。在主成分分析的基础上进行聚类分析，能有效地剔除一些非关键因子，使结果更准确。主成分对信息量的浓缩和聚类分析剔除非关键因子的作用，可使农艺性状和有效成分指标在育种学上的意义得以诠释，为品种选育提供参考依据[9-10]。性状多样性是遗传多样性的体现，通过性状指标的变异率，相关性分析、主成分分析和聚类分析综合了解种质资源的多样性。本研究的变异性和相关性结果表明，通过测量22份益智种质14个表型性状并测定种子挥发油含量，其中，有14 个指标的变异系数10%以上，单穗果实数量和种子挥发油含量变异系数超过30%，表明益智种质资源在国内主产区有着丰富的遗传多样性，且株高、茎粗、叶长、叶宽、果穗长度变异系数，以及茎粗与茎粗的呈显著正相关等结果与晏小霞研究结果基本一致[11]，但其它指标的相关性存在差异，可能与益智品种采集地有关系。本研究采用主成分分析法，将国内不同益智主产区收集的22 份种质资源，对其15指标简化为5 个综合指标，即生育因子、产量因子、有效成分因子、结实因子、植株因子。前5 个主成分累计贡献率为78.178%，而生育因子的贡献率最高，为31.537%，为益智高产、优质新品种选育提供了理论支撑。

聚类分析结果将22 份益智种质资源划分为3 大类群：第1 类群为高杆、籽重、长穗、细柄类型；第2 类群为高杆、粗茎、长叶、宽叶、多果、大果、籽重、少油类型；第3 类群为矮杆、细茎、短窄叶、粗穗柄、短穗、多果、小果、多籽、多油类型。第2 类群的植株种子挥发油含量少，果实数量多且果实大，因其挥发油含量低，不易达到2020 年版《中国药典》标准，适合加工益智凉果，使价值最大化。第3 类群仅有PP12 一份材料，且各项综合指标较好，适合作为益智育种的优良单株。益智是四大南药之一，同时益智凉果是广式凉果中极具代表性的产品之一，但广东省内关于益智药用和食用品种选育研究比较滞后，仅见禹玉华等[12]在观赏花卉品种选育上有相关研究，在益智药用和食用品种选育上有待进一步研究。

4 结论

国内益智主产区收集的22 份益智种质资源主要农艺性状和果实性状变异差别较大，可划分为三大类群。15 个性状指标可简化为生育因子、产量因子、有效成分因子、结实因子、植株因子5 个综合指标，为益智高产、优质新品种的选育提供理论参考。