菖蒲种质资源表型性状的多样性

魏桂民，王少铭，罗莉斯，冷家归，侯颖辉，李晋华，李德文*

(1.贵州省香料研究所，贵州 贵阳 550006； 2.贵州省油料研究所，贵州 贵阳 550006)

0 引言

【研究意义】菖蒲属(Acorus)是天南星科(Araceae)多年生常绿草本植物，根茎匍匐，肉质，分枝，细胞含芳香油，有香味，既是一种传统药材，又是一种天然香料。菖蒲作为常用中药，具有多种药理及生理作用[1-2]，其味辛、苦，性温，能开窍化痰、辟秽杀虫、益智和活血等，主治痰涎壅闭、神识不清、慢性气管炎、腹胀腹痛、食欲不振和外用敷疮疥等病症[3-4]。此外，石菖蒲还具有镇静催眠、抗惊厥、镇咳平喘和抗肿瘤等功效，其在中枢神经、心脑血管、消化、呼吸等系统的相关疾病中均显现良好的药理学活性[5-9]，在医药保健领域蕴含巨大的应用潜力。评价植物资源形态多样性是研究植物多样性的途径之一[10-12]，研究分析菖蒲种质资源形态多样性，对菖蒲种质资源的保护、合理开发利用及新品种选育具有重要意义。【前人研究进展】菖蒲属在我国资源丰富，其中研究报道最多的是石菖蒲、水菖蒲和金钱蒲3个品种[13-15]。李吉来等[16-17]对石菖蒲挥发油的化学成分进行了GC-MS分析。何爱玲等[18]从性状特征、显微特征、理化鉴别3个方面对石菖蒲和水菖蒲进行了比较鉴别。赵超等[19]对金钱蒲挥发油的化学成分及其抑菌活性进行研究，发现其挥发油对多种细菌有一定的抑制活性。RYUK等[20]利用SCAR分子标记鉴别石菖蒲、金钱蒲和菖蒲，发现SCAR分子标记可作为区分天南星科根茎的分子依据。舒航等[21]对西南少数民族药食两用植物“茴香菖蒲”不同部位的挥发油成分研究发现，其叶片更具有开发利用前景。魏桂民等[22]对贵州菖蒲种质资源形态性状的遗传多样性研究结果表明，贵州菖蒲种质资源遗传变异十分丰富。【研究切入点】目前，国内外多集中于研究菖蒲的药理作用、化学成分等，并从形态学、细胞学、显微结构、化学成分和性能功效等方面对其进行评价和鉴别。有关菖蒲种质资源表型性状的遗传多样性研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以59份菖蒲种质材料为研究对象，测定其叶长、叶宽、穂长等6个主要表型性状，并对其进行遗传多态性、相关性、主成分和聚类分析，以期为菖蒲种质资源的保护、利用及新品种选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试菖蒲种质材料(表1)共59份，种植于贵州省农业科学院油料研究所试验地。

表1 59份菖蒲种质资源的基本信息

1.2 性状观测

对59份供试材料进行随机区组编号，田间管理同常规大田。移栽1.5年后每份菖蒲种质材料在不同生育期随机选取10株进行统一性状观测，3次重复。田间调查和观测指标包括叶长、叶宽、穂长、花序柄长、叶状佛焰苞长和穗粗等性状。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2007、SPSS 22.0和DPS 15.10对试验数据进行统计分析与制图。

2 结果与分析

2.1 菖蒲种质资源的表型性状

从表2看出，菖蒲叶长为27.13～57.17 cm，叶宽为0.39～1.45 cm，穗长为3.30～8.40 cm，穗粗为3.05～8.84 mm，花序柄长为3.25～14.60 cm，叶状佛焰苞长为2.40～20.40 cm。变异系数依次为叶状佛焰苞长>花序柄长>穗粗>叶宽>穗长>叶长，其中以叶状佛焰苞长最大，为42.13%。表明，菖蒲表型性状间差异较大，遗传变异丰富。

表2 59份菖蒲种质资源的表型性状

2.2 菖蒲种质资源表型性状间的相关性

从表3可知，叶长与叶宽和叶状佛焰苞长、叶宽与叶状佛焰苞长、穗长与花序柄长、穗粗与叶状佛焰苞长呈极显著正相关，相关系数分别为0.713、0.570、0.561、0.336和0.350。叶长与穗长、叶宽与穗长和穗粗、穗粗与花序柄长呈显著正相关，相关系数分别为0.324、0.265、0.271、0.321。

表3 59份菖蒲种质资源表型性状间的相关系数

2.3 菖蒲种质资源表型性状的主成分分析

从表4看出，59份菖蒲形态性状的前3个主成分累计贡献率为79.20%，能较好地反应大部分遗传差异信息。主成分1的特征值为2.63，贡献率为43.82%，决定主成分1的主要是叶宽、叶长和叶状佛焰苞长，贡献值分别为0.52、0.51和0.47；主成分2的特征值为1.19，贡献率为19.80%，决定主成分2的主要是花序柄长和穗长，贡献值分别为0.72和0.43；主成分3的特征值为0.93，贡献率为15.58%，决定主成分3的主要是穗粗，贡献值为0.70。

表4 59份菖蒲种质资源表型性状的主成分分析

2.4 菖蒲种质资源表型性状的聚类分析

由图1可知，在欧式距离14.0处可将59份菖蒲种质资源分为3个类群。类群Ⅰ为中叶型，共22份种质材料，编号分别为9、10、11、12、13、14、15、17、18、21、22、23、26、27、40、42、43、45、47、48、53和54，主要特点是叶片宽度中等，植株高度中等；类群Ⅱ为细叶型，共15份种质材料，编号分别为2、3、4、5、6、35、36、37、38、39、41、44、52、56和57，主要特点是叶片较细，植株较矮小；类群Ⅲ为宽叶型，共22份种质材料，编号分别为1、7、8、16、19、20、24、25、28、29、30、31、32、33、34、46、49、50、51、55、58和59，主要特点是叶片较宽，植株较高大。

图1 59份菖蒲种质资源表型性状的聚类

3 讨论

评价植物资源形态多样性是研究植物多样性的途径之一。研究结果表明，59份菖蒲资源叶状佛焰苞长的变异系数最大，为42.13%，叶长的变异系数最小，为19.29%，与魏桂民等[22]的研究结果基本一致，表明菖蒲叶状佛焰苞长受基因型和环境影响最大，叶长受基因型和环境影响最小。

经相关性分析，叶长与叶宽和叶状佛焰苞长、叶宽与叶状佛焰苞长、穗长与花序柄长、穗粗与叶状佛焰苞长呈极显著正相关。叶长与穗长、叶宽与穗长、叶宽与穗粗、穗粗与花序柄长呈显著正相关，与魏桂民等[22]的研究结果存在差异，可能是由于样本数量不同所致，样本量越大，相关性反而变小。经主成分分析，菖蒲6个表型性状可综合为3个主要成分，累计贡献率为79.20%；决定第一主成分的主要是叶宽、叶长和叶状佛焰苞长，贡献率为43.82%；决定第二主成分的主要是花序柄长和穗长，贡献率为19.80%；决定第三主成分的主要是穗粗，贡献率为15.58%。

经聚类分析，在欧式距离14.0处可将59份国内菖蒲资源分为3个类群。类群Ⅰ为中叶型，类群Ⅱ为细叶型，类群Ⅲ为宽叶型，与魏桂民等[22]研究贵州省28份菖蒲资源的形态性状聚类结果一致。

4 结论

59份菖蒲资源的表型性状差异较大，叶长为27.13～57.17 cm，叶宽为0.39～1.45 cm，穗长为3.30～8.40 cm，穗粗为3.05～8.84 mm，花序柄长为3.25～14.60 cm，叶状佛焰苞长为2.40～20.40 cm，变异系数以状佛焰苞长度最大，为42.13%，叶长最小，为19.29%；叶长与叶宽和叶状佛焰苞长、叶宽与叶状佛焰苞长、穗长与花序柄长、穗粗与叶状佛焰苞长呈极显著正相关，叶长与穗长、叶宽与穗长和穗粗、穗粗与花序柄长呈显著正相关；59份菖蒲资源分为中叶型、细叶型和宽叶型3个类群。