吉林东部不同东北刺人参种群种实表型性状变异规律

李黎明,吴生海,王玉莹,张 一,李茂珏,孙 华,沈永春,杜凤国,4

(1.北华大学林学院,吉林 吉林 132013;2.长白县林业局,吉林 白山 134400;3.桦甸市农业农村局,吉林 桦甸 132400;4.长白山特色森林资源保育与高效利用国家林业和草原局重点实验室,吉林 吉林 132013)

东北刺人参(OplopanaxelatusNakai)为五加科(Araliaceae)刺人参属(OplopanaxMiq.)落叶灌木[1],我国二级珍稀濒危保护植物,是一种具有开发前景的野生植物资源。东北刺人参叶可用于治疗皮肤癣菌[2]、低血压[3],茎可治疗关节炎[4]等多种疾病,具有极高的药用价值。目前,东北刺人参研究主要集中在适生区预测[5]、播种育苗[6-8]、组培育苗[9]、黄酮提取工艺[10]、挥发油成分及分析[11-12]、药理及利用[2,4,13-17]等方面,而种实表型性状研究未见报道。作为植物遗传变异的重要器官,果实和种子可直观反映植物的性状变异[18-19]。优良的种实性状是优树选择的重要考虑因素[20-21]。基于此,本文通过测定、分析吉林东部5个不同东北刺人参种群的种实性状,揭示不同种群间的表型性状差异,筛选优良种群,为选育良种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

以长白朝鲜族自治县泡子涯小沟、冷沟子林场、十五道沟,临江市东小山林场,集安市大顶子村5个不同东北刺人参种群为研究对象,每个种群选取间距10 m以上的30株东北刺人参采集果实并编号,自然干燥保存,测量种子和果实的相关指标。种群自然概况见表1。

表1 东北刺人参果实采集地点自然概况Tab.1 Natural overview of Oplopanax elatus fruit collection sites

1.2 研究方法

1.2.1 种实性状测定

分别将5个东北刺人参种群的果实混合,各自分为3等份,每份随机选取30粒,测定果实指标;去掉果皮,测定种子相关指标。使用数显游标卡尺测量种实表型性状,包括果柄长、果柄直径、种子长和果实纵径(顶部至基部长)、种子宽和果实横径(最宽处宽)。果形系数=果实长/果实直径;种形系数=种子长/种子直径。采用万分之一电子天平称重,计算单果质量,称量、计算种子千粒重,重复3次。

1.2.2 数据整理与分析

采用Excel 2021对数据进行初步整理与计算,使用SPSS 24.0对种实表型性状进行方差分析、相关性分析、主成分分析及综合评价。

2 结果与分析

2.1 东北刺人参种实表型性状

2.1.1 果实性状

由表2可知:东北刺人参果柄最长的是P4种群(9.51 mm),最短的是P1种群(7.06 mm);果柄直径最大的是P3种群(0.45 mm),最小的是P1种群(0.19 mm);果实纵径最大的是P5种群(6.43 mm),最小的是P2种群(5.51 mm);果实横径最大的是P3种群(5.53 mm),最小的是P1种群(4.97 mm);果形系数最大的是P5种群(1.25),最小的是P2和P3种群(1.06);单果质量最大的是P3和P4种群(0.09 g),最小的是P2种群(0.03 g)。方差分析结果显示:不同东北刺人参种群间果柄长、果柄直径、果实纵径、果实横径、果形系数和单果质量存在极显著差异。

P2种群的果柄长和果柄直径变异系数最大,分别为37.62%和51.46%;P3种群的果实纵径和果实横径变异系数最大,分别为16.59%和15.08%;P5种群的单果质量变异系数最大,为68.51%;P4种群的果形系数变异系数最大,为20.98%。

2.1.2 种子性状

由表2可知:种子最长的是P5种群(4.93 mm),最短的是P3种群(4.39 mm);种子最宽的是P3种群(2.46 mm),最窄的是P1种群(2.09 mm);种形系数最大的是P5种群(2.24),最小的是P3种群(1.86);种子千粒重最大的是P4种群(4.81 g),最小的是P5种群(3.16 g)。

P3种群的种子长和种子宽变异系数最大,分别为14.86%和14.72%;P4种群的种形系数变异系数最大,为15.40%;P2种群的种子千粒重变异系数最大,为32.09%。

东北刺人参种群间种实性状变异系数的平均值(28.30%)大于种群内(20.63%),说明吉林东部东北刺人参种实性状变异主要来源于种群间。

2.2 东北刺人参种实性状相关性

由表3可知:东北刺人参种实性状有27对为极显著正相关,具体为果柄长与果柄直径、果柄直径与果实纵径、果实纵径与果实横径、果实横径与单果质量、果形系数与种子长、种子宽与种子千粒重等;有8对性状为显著或极显著负相关,分别为果柄长与果形系数、种形系数,果实横径与果形系数、种形系数,果形系数与单果质量、种子宽,单果质量与种形系数,种子宽与种形系数;有10对性状的相关性不显著,分别为果柄长与果实纵径,果柄直径与果形系数、种子长、种形系数、种子千粒重,果实纵径与种子千粒重,果实横径与种子长,果形系数与种子千粒重,单果质量与种子长,种形系数与种子千粒重。

表3 不同东北刺人参种群种实性状相关系数Tab.3 Correlation coefficient of seed-fruit traits in different populations of Oplopanax elatus

2.3 东北刺人参种实性状主成分分析

东北刺人参种实性状主成分分析结果见表4。选取3个主成分Y1、Y2、Y3,累计贡献率达到60.95%,其中,第1主成分的主导因子为果实横径和单果质量;第2主成分的主导因子为果实纵径和种子长;第3主成分的主导因子为种子千粒重。结果表明:果实横径、果实纵径、单果质量、种子长和种子千粒重代表了东北刺人参种实性状的绝大部分信息。

2.4 东北刺人参种实性状综合评价

参照“权重系数=(对应主成分特征向量/对应主成分特征值的算术平方根)×对应主成分的贡献率”[22]计算得出东北刺人参果柄长、果柄直径、果实纵径、果实横径、果形系数、单果质量、种子长、种子宽、种形系数、种子千粒重的权重系数分别为0.231、0.132、0.180、0.250、-0.045、0.157、0.260、0.203、0.091、0.232。根据表型性状权重系数构建的综合得分方程为yi=0.231xi1+0.132xi2+0.18xi3+0.25xi4-0.045xi5+0.157xi6+0.26xi7+0.203xi8+0.091xi9+0.232xi10,式中:yi为第i个东北刺人参种群的种实性状综合得分;xi1～xi10分别为第i个东北刺人参种群10个种实性状的标准化数值,见表5。

表5 东北刺人参种实性状标准化数值Tab.5 Standardized values of seed-fruit traits of Oplopanax elatus

基于上述方程和表5的标准化数值,经计算得出不同东北刺人参种群种实性状综合得分,见表6。由表6可知:不同东北刺人参种群种实性状的综合得分由高到低依次为P3种群(0.411)>P4种群(0.370)>P5种群(0.038)>P2种群(-0.304)>P1种群(-0.514)。

表6 东北刺人参种实性状综合评价得分Tab.6 Comprehensive evaluation of seed-fruit traits of Oplopanax elatus

3 结论与讨论

吉林省东部不同东北刺人参种群间的种实性状变异丰富。表型性状变异能直接反映群体生物遗传信息[23]。不同东北刺人参种群间种实性状存在极显著差异,表明东北刺人参种实性状发生了明显变异,这为筛选优质东北刺人参种群奠定了基础。变异系数反映种质差异的范围和程度,是种质的固有特征,决定着资源的选择范围[24]。通过比较可知,东北刺人参种群间种实性状中果柄直径、单果质量和种子千粒重的平均变异系数较大,可为后期东北刺人参的良种选育提供依据。东北刺人参不同种群间种实性状变异系数大于种群内,变异主要来源于种群间,这与于忠亮等[25]对兴安杜鹃(RhododendrondauricumLinn.)、郭松等[22]对掌叶木(Handeliodendronbodinieri(Lévl.) Rehd.)研究得出的种实性状变异主要来源于种群间的结论一致。

东北刺人参多数种实性状间相关性显著。通过性状间相关性分析确定不同性状间关系,可以在选择某一性状的同时预测其对其他性状可能产生的影响[26]。有学者[27-29]研究表明,在相关性极强的性状间进行选择改良时,会影响其他性状。千粒重是衡量种子质量优劣的重要性状,种子千粒重越大说明种子内含有的营养物质越多,越有利于种子萌发和幼苗生长[30]。在进行东北刺人参种实性状选择时,由于种子千粒重与果柄长、果实横径、单果质量、种子长和种子宽的相关性极显著,因此,可以通过选择果柄长、果实横径、单果质量、种子长和种子宽等性状达到选择优良种子千粒重性状的目的。

长白朝鲜族自治县十五道沟东北刺人参种群种实性状最优。本研究对5个不同东北刺人参种群的种实性状进行了综合评价,结果发现,长白朝鲜族自治县十五道沟东北刺人参种群种实性状综合得分最高,为0.411,该种群为最优种群。其中,果实横径、果实纵径、单果质量、种子长和种子千粒重代表了东北刺人参种实性状的绝大部分信息。东北刺人参药用价值高,对生境要求苛刻,野生种群数量稀少。为更好地保育这一濒危物种,在进行东北刺人参品种选育时,建议首选长白朝鲜族自治县十五道沟东北刺人参种群。