三桠乌药天然群体种子表型多样性研究

赵永军 鲁仪增 刘立江 杨海平 吴府胜 翟利

摘要：为提高三桠乌药种质资源保护与利用成效，以河南、山东天然分布的7個三桠乌药群体的种子为材料，对其5个表型性状进行方差分析、相关分析及聚类分析。方差分析结果表明，三桠乌药种子表型性状在群体间和群体内均存在丰富变异，MP1天然群体种子的长度、宽度、体积和表面积与其它6个天然群体的相应性状均存在差异，且达到极显著水平；LS群体与MP1、MP2群体，MP1群体与其它6个群体的种子体积也均存在极显著差异。相关性分析结果表明，7个三桠乌药天然群体种子的5个表型性状与其采集地的海拔、经纬度、年均温和年降水量均存在一定相关性。聚类分析结果表明，在距离为2时，可以明显将7个群体分成4组：第一组包括MP1，第二组包括LS，第三组包括QX、MP2和MP3，第四组包括ZY和LC。昆嵛山MP1和崂山LS天然群体资源对整个三桠乌药种质资源的保护和创新利用具有重要价值。

关键词：三桠乌药；种子；天然群体；表型多样性

中图分类号：S792.230.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）02-0019-05

Abstract To improve the efficiency of conservation and utilization of the germplasm resources of Lindera obtusiloba，the variance analysis， correlation analysis and cluster analysis were carried out on five phenotypic traits of the seeds of 7 L.obtusilobanatural populations distributed in Henan and Shandong provinces. The analysis of variance showed that there was abundant variation in the phenotypic traits of seeds between and within populations. The length， width， volume and surface area of MP1 seeds were extremely significantly different from those of the other six natural populations. The seed volume of LS was significantly different from that of MP1 and MP2， and that of MP1 was also significantly different from that of the other six natural populations. The correlation analysis showed that the five phenotypic traits of the seven natural populations of L. obtusiloba had certain correlations with altitude， latitude and longitude， annual mean temperature and annual precipitation. The cluster analysis showed that the seven populations could be divided into four groups at the distance value of 2： the first one included MP1， the second one included LS， the third one consisted of QX，MP2 and MP3，and the fourth one included ZY and LC. The natural populations of MP1 from Kunyu Mountain and LS from Laoshan Mountain have important values for conservation and innovation of L. obtusiloba germplasm resources.

Keywords Lindera obtusiloba；Seed；Natural population；Phenotypic diversity

三桠乌药（Lindera obtusiloba）为樟科（Lauraceae）山胡椒属（Lindera）落叶灌木或小乔木，分布于我国辽宁、陕西、甘肃、河南、安徽、江苏、浙江、福建、江西、湖北、湖南、四川、西藏等省（自治区），朝鲜、日本也有，是樟科植物中分布最北界的物种[1]。其在山东主要分布于青岛、临沂、济南、潍坊、泰安、日照、烟台、威海等地，多散生于海拔200～1 000 m山坡、山沟中的阴湿处，由于干旱、人为滥挖利用等原因，致使其处于近危状态，是山东重要的珍稀树种之一[2，3]。其在樟科植物地理分布和演化方面具有重要意义[1，4，5]，也是重要的野生油料、芳香油、药用树种及材用树种等[1-3]。

多年来，国内外学者对三桠乌药给予了广泛关注，众多研究主要集中在种质资源调查[6]、群落结构[7-10]、耐阴性[11]、遗传多样性[12]、种子萌发特性及繁育[13，14]、药用价值开发[15-20]、水分生理生态特性[21]等方面。但尚无天然群体种子表型多样性研究。表型多样性通常作为遗传变异的表征揭示遗传多样性水平，无论天然群体还是栽培群体，采用遗传学上较为稳定以及不易受环境影响的性状进行研究，对揭示天然群体遗传变异规律具有重要意义，对于种质资源的保护与利用具有重要参考价值[22-24]。本试验以河南、山东两省7个天然群体的三桠乌药种子为研究对象，开展其表型多样性研究，以期为三桠乌药种质资源的保护与利用提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2016年8—9月，調查了山东省、河南省的5个三桠乌药种源，完成了7个群体的种子混合采集，每个群体采集15～20个单株，每个采样单株间距50 m以上。7个群体分别位于河南栾川县老君山（LC）和山东青岛市崂山（LS）、招远市罗山（ZY）、栖霞市牙山（QX）、烟台牟平区昆嵛山（MP1、MP2、MP3）。详细信息见表1。

1.2 试验方法

参照文献[25]，利用加拿大Regent Instrument公司WinSeedle软件结合Epson4990型平面扫描仪，获得种子长、种子宽、种子体积、种子表面积和种子形状指数（种子长宽比）等指标。每家系分析30粒种子。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2010进行数据统计，利用SPSS 19.0进行数据分析，用Duncans法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 三桠乌药7个群体种子性状变异特征

三桠乌药种子在WinSeedle分析系统中的成像如图1。

7个三桠乌药天然群体种子的长、宽、体积、表面积以及种子形状指数等性状的测量结果见表2。各天然群体的种子形状指数均接近1，且天然群体间不存在显著差异，说明三桠乌药种子的成像面形状均为近圆形。

7个三桠乌药天然群体的种子长均值为5.170～6.633 mm，种子宽均值为4.953～6.320 mm，种子体积的均值为67.217～144.796 mm3，种子表面积的均值为64.237～105.027 mm2，其中种子长、种子宽、种子体积和种子表面积均以LS天然群体的指标最大，MP1天然群体的相应指标为最小；种子形状指数为1.023～1.060，其中QX天然群体种子形状指数最大，其次为MP2、LS、LC、MP3和MP1，ZY的最小。以上综合说明，三桠乌药各天然群体种子的表型性状的变化基本趋势一致。

三桠乌药的种子长、种子宽、种子体积、种子表面积和种子形状指数在群体间均存在差异，其中MP1天然群体种子的长度、宽度、体积和表面积与其它6个天然群体的相应性状均存在极显著差异。另外，LS群体与MP1、MP2群体，MP1群体与其它6个群体的种子体积也均存在极显著差异。

2.2 三桠乌药7个群体种子表型变异分析

三桠乌药天然群体种子表型性状在群体间和群体内均存在丰富变异（表3）。其中，群体间的种子表型性状变异系数为5.957%～16.427%，以LS天然群体种子表型性状的变异最大，其次分别为LC、ZY、MP1、QX和MP3，MP2的变异最小。在5个表型性状中变异最大的是种子体积，其群体间变异系数为11.496%～23.493%，平均变异系数为14.129%，以LS天然群体种子体积的变异最大，其次为MP1、LC、ZY、QX和MP3，MP2的变异最小；其次为种子表面积（从大到小依次为LS、LC、MP1、ZY、QX、MP3和MP2天然群体）、种子长（从大到小依次为LS、LC、ZY、MP1、QX、MP3和MP2天然群体）和种子宽（从大到小依次为LS、LC、ZY、QX、MP3、MP1和MP2天然群体）。4个表型性状的变异系数均值都超过7%，其中种子长、种子宽变异系数较为接近，分别为7.323%和7.021%。综合分析表明，LS、LC天然群体的种子长、种子宽、种子体积和种子表面积性状的变异系数均大，其次为ZY、QX天然群体的种子性状，MP1、MP2和MP3天然群体较小。这说明不同天然群体的种子表型变异存在一定差异，同一天然群体种子的表型变异也存在一定差异，其性状间变异趋势基本一致。

种子形状指数的变异最小，其变异系数为0.553%～3.402%，其变异趋势与上述4个性状指标存在一定差异，以QX天然群体的变异系数最大，其次分别为LC、MP2、MP3、ZY和LS，MP1的变异系数最小，平均变异系数为1.747%。LC、QX的种子形状存在较为丰富的变异。

2.3 三桠乌药种子表型与地理气候条件的相关性

7个三桠乌药天然群体种子的5个表型性状与其采集地的海拔、经纬度、年均温和年降水量均存在一定相关性，但未达到显著水平（表4）。

种子长、种子宽、种子体积和种子表面积这4个表型性状与其采集地的海拔、纬度、经度、年降水量呈现负相关关系，且其变化趋势基本一致。其中4个表型性状均受年降水量影响较大，种子长和种子宽受海拔的影响较大，种子体积和种子表面积受纬度影响较大，说明在7个调查天然群体中，自东北向西南方向，三桠乌药种子有变大趋势，且随年降水量减少、海拔降低，其种子也趋于变大；随着年均温升高，种子发育生长期可能越长，种子体积和表面积随其有增大趋势，但相关性较弱。种子形状指数与纬度呈负相关、与年降水量呈正相关，与海拔呈弱负相关、与经度和年均温呈弱正相关。说明三桠乌药群体分布越靠北、年降水量越低，其种子形状指数变异越小，形状越趋于圆球形。

2.4 聚类分析

利用7个天然群体的5个种子表型性状数据，以Minkowski距离、组间联接法进行聚类分析（图2）。结果表明，在距离为2时，可以明显将7个群体分成4组：第一组包括MP1天然群体；第二组包括LS天然群体；第三组包括QX、MP2和MP3天然群体，其种子表型性状具有较大相似性；第四组包括ZY和LC天然群体，其种子表型性状具有较大相似性。

3 讨论与结论

3.1 三桠乌药天然群体种子表型性状在群体间和群体内均存在丰富的变异。其中，群体间的种子表型性状变异系数为5.957%～16.427%，以LS天然群体种子表型性状变异最大，其次分别为LC、ZY、MP1、QX和MP3，MP2的变异最小。在5个表型性状中，LS、LC天然群体的种子长、种子宽、种子体积和种子表面积性状的变异系数均大，其次为ZY、QX天然群体，MP1、MP2和MP3天然群体较小。MP1天然群体种子的长度、宽度、体积和表面积与其它6个天然群体的相应性状均存在极显著差异。另外，LS群体与MP1、MP2群体，MP1群体与其它6个群体的种子体积也均存在极显著差异。

3.2 7个三桠乌药天然群体种子的5个表型性状与其采集地的海拔、经纬度、年均温和年降水量均存在一定相关性，但未达到显著水平。

3.3 在距离为2时，可以明显将7个群体分成4组，其中，第一组包括MP1天然群体，第二组包括LS天然群体，第三组包括QX、MP2和MP3天然群体，其种子表型性状具有较大相似性；第四组包括ZY和LC天然群体，其种子表型性状也具有较大相似性。

3.4 开展烟台市牟平区昆嵛山MP1群体、青岛市崂山LS群体种质资源收集保护对其保护和创新利用具有极为重要的意义。WinSeedle系统能够获取高清晰图像，将种子表型指标数字化，并对测量数据做简单分析处理，提高了数据精度，简化了数据获取的步骤，降低了人工工作量，提高了工作效率。本研究对三桠乌药部分天然群体种子的部分表型性状做了相关研究分析，为三桠乌药种质资源的收集保护与研究利用提供了重要信息，但参试种源少、范围较窄、性状指标较少，且未对母树相关表型性状变异进行观测分析，无法系统分析研究三桠乌药天然群体种子的地理变异情况以及种子性状变异与母树变异存在的联系，今后还需要扩大种源范围和表型性状开展更系统深入的研究。

参 考 文 献：

[1] 李法曾，李文清，樊守金. 山东木本植物志（上卷）[M]. 北京：科学出版社，2016：274.

[2] 李文清，臧德奎，解孝满，等. 山东珍稀濒危保护树种[M]. 北京：科学出版社，2016：61.

[3] 臧德奎. 山东珍稀濒危植物[M]. 北京：中国林业出版社，2017：166-167.

[4] Ye J W，Bai W N，Bao L，et al. Sharp genetic discontinuity in the aridity-sensitive Lindera obtusiloba（Lauraceae）：solid evidence supporting the Tertiary floral subdivision in East Asia[J]. Journal of Biogeography，2017，44（9）：2082-2085.

[5] 贺怡娴. 5种山胡椒属植物的地理分布模拟及主导气候因子分析[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2015.

[6] 张勇杰. 山东省三桠乌药种质资源调查与评价[D]. 泰安：山东农业大学，2014.

[7] 陈云，王婷，李培坤，等. 河南木札岭温带落叶阔叶林群落特征及主要乔木空间分布格局[J]. 植物生态学报，2016，40（11）：1179-1188.

[8] 藏亚静. 宝天曼国家级自然保护区固定样地森林群落点格局分析[D]. 福州：福建农林大学，2016.

[9] 张勇杰，梁婷婷，臧德奎，等. 崂山三桠乌药群落组成和结构分析[J]. 农学学报，2014，4（4）：60-63，74.

[10]孟艳，赖雨，杨文嘉，等. 江苏云台山三桠乌药群落研究[J]. 生物学杂志，2016，33（6）：68-72.

[11]刘庆超，刘庆华，马宗骧，等. 三桠乌药耐阴性研究[J]. 草业学报，2013，22（6）：93-99.

[12]张勇杰，朱鸿菊，任莹，等. 基于SRAP分子标记的三桠乌药遗传多样性分析[J]. 林业科技开发，2013，27（6）：17-20.

[13]马宗骧，刘庆超，王奎玲，等. 三桠乌药种子休眠及萌发特性[J]. 西北农业学报，2011，20（8）：139-141.

[14]穆艳娟，刘丹，王磊，等. 关于青岛市三桠乌药与法国冬青温室育苗发芽时间的研究[J]. 山东林业科技，2014，44（1）：25-27.

[15]刘泽坤，陈海霞. 三桠乌药叶片中挥发油成分及抑菌活性研究[J]. 中国实验方剂学杂志，2011，17（22）：164-167.

[16]刘泽坤，陈海霞. 三桠乌药树皮及茎枝中揮发油成分GC-MS分析[J]. 安徽农业科学，2011，39（24）：14639-14641.

[17]党东雨. 三桠乌药的特性与其开发利用[J]. 北京林业大学学报，2001，23（增刊）：134.

[18]彭强. 肉桂混淆品——三桠乌药树皮的生药鉴定[J]. 中药材，1991，14（12）：15-17.

[19]Choi H G，Choi Y H，Kim J H，et al. A new neolignan and lignans from the stems of Lindera obtusiloba Blume and their anti-allergic inflammatory effects[J]. Archives of Pharmacal Research，2014，37（4）：467-472.

[20]Lim D W，Lee M S，Her S，et al. Antidepressant-like effects of Lindera obtusiloba extracts on the immobility behavior of rats in the forced swim test[J]. Molecules，2016，21（3）：277-286.

[21]陈志成. 不同条件下树木死亡的水力失衡和碳饥饿机制[D]. 北京：中国林业科学研究院，2016.

[22]周淑香，符亚茹，王超，等. 西藏光核桃果实及种子表型性状变异研究[J]. 北方园艺，2013（23）：38-40.

[23]张亚琦，王宁，赵越，等. 青海高原西伯利亚白刺天然居群表型多样性研究[J]. 北方园艺，2013（9）：64-67.

[24]魏海斌，朱春云，刘小利，等. 青海核桃种质资源表型多样性研究[J]. 北方园艺， 2015（12）：20-23.

[25]谭好国，鲁仪增，刘立江，等. 毒豆半同胞家系种子表型特征研究[J]. 山东林业科技，2016，46（5）：59-61.