泰山白首乌叶片性状变异分析

付均惠，张 倩，仉 劲，赵进红，王玉山，秦 宁

（泰安市泰山林业科学研究院，山东泰安271000）

泰山白首乌（Cynanchum bungeiDecne），为泰山四大名药之一，属萝藦科鹅绒藤属多年生缠绕草本植物，又名戟叶牛皮消系[1]。以块根入药，性味苦甘涩，具有养血益肝、固肾益精、抗衰老、降血脂、降胆固醇、乌须黑发等功效，具有较高的药用和保健价值。目前关于泰山白首乌的研究，主要集中在生物学特性与繁育栽培技术研究、营养及化学成分以及药理药效作用等相关研究[2,3]，但关于遗传变异方面研究较少，韦艳梅等[4]研究了何首乌（Polygonum multiflorumThunb）不同种源的叶性状变异情况，但关于白首乌叶片性状变异分析尚未见报道。植物叶片的表型性状变异是植物遗传物质组成和生态环境适应性的表现。表型变异可以反映基因型、种群和生态型的变异丰富度。一般来说，种群表型变异越大，可能存在的遗传变异越大[5-7]。本研究对泰山白首乌2年生播种苗叶片性状进行测定，分析不同单株间叶片变异情况，以期为泰山白首乌种质资源的保存和良种选育提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于泰山景区内泰安市泰山林科院罗汉崖林场，其中心地理坐标为东经117°07′，北纬36°13′，属暖温带季风气候，四季分明，年均气温12.8℃，年平均降水量685.6mm。该场土壤为酸性砂质棕壤，pH 值6.0 左右，富含钙、镁等矿质元素，表层养分含量高，适合白首乌生长。

1.2 材料

于2018年3月将从山东泰山地区采集的泰山白首乌种子，经沙藏催芽后播种在泰山罗汉崖林场繁育圃，按照株行距20cm×40cm 定苗。

1.3 叶片性状指标测定

于2020年9月，在泰山罗汉崖林场繁育圃内对初选的14 个泰山白首乌单株，分别编号为S1-S14，进行叶片采样。从中部采集健康成熟、无病虫害的完整叶片，每株各采集30 片，混匀后随机10片为1 组，计3 次重复，标记好后放置取样袋后尽快带回实验室测定。

叶尖长（LO）：指叶片上部矛状部位的长度；

叶尖宽（WO）：指叶片上部矛状部位的宽度；

叶基长（LB）：指叶片基部耳状部位的长度；

叶宽（WL）：指叶片基部耳状部位的宽度；

叶柄长（LP）：指叶片基部与茎连接部位的长度；

叶长(LL)：指从叶尖顶点到叶片与叶柄连接点的垂直距离；

叶片总长（LT）：叶尖长和叶基长之和；

叶片总长/叶长LT/LL：越大，代表叶片基部凹状部分越明显。

叶片总长/叶宽LT/WL：越大，代表叶片越狭长

叶尖长/叶尖宽LO/WO：越大，代表叶尖部分越狭长。

图1 泰山白首乌叶片性状指标测定示意图Figure 1 Schematic diagram of leaf traitindex determination of Cynanchum bungei Decne

以上指标采用游标卡尺测量，精确到0.01cm。

叶片厚度（LN）采用游标卡尺测量，层叠测量3组后取平均值，精确到0.01mm。

叶面积(LA)是指叶片的面积，不包括叶柄，采用万深LA-S 系列植物图像分析仪测定。

1.4 数据统计处理

用Excel 软件对数据进行处理和计算，用DPS 16.0 数据处理系统对所测数据进行相关性分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 泰山白首乌叶片性状变异分析

对14 个不同单株的12 个叶片表型性状进行统计，结果表明不同单株间叶片性状存在不同程度的变异，变异范围从5.33%到54.56%。见表1，具体表现为LA（54.56%）＞WL（31.91%）＞WO（31.07%）＞LB（30.63% ）＞LO/WO（28.75% ）＞LP（25.92% ）＞LN（25.13%）＞LO（25.02%）＞LL（21.15%）＞LT（20.37%）＞LT/WL（19.91%）＞LT/LL（5.33%)。不同单株间LA 变异系数最大，变幅为97.21～9.37 cm2，其次是WL 变幅为3.54～11.59cm。LL 与LT 变异系数相对较小，变幅分别为5.56～11.86cm 和6.28～14.24cm。单株间叶片最大的为S12，LT、LL、LB、WO、LP、LA、LN 均最大，分别为14.24cm、11.87cm、6.27cm、5.34cm、5.92cm、97.21cm2、0.44mm，比平均值分别高出32.59%、28.74%、66.31%、59.88%、35.47%、144.31%、41.94%。单株间叶片最小的为S2，LT、LL、LB、WL、WO、LP、LA、LN 均最小，分别为S12 的44.10%、46.84%、34.93% 、30.54% 、29.21% 、37.67%、9.64%、45.45%。

表1 泰山白首乌叶片性状指标测定及变异分析Table 1 Index determination and variation analysis of leaf traits of Cynanchum bungei Decne

叶长宽比是区别叶片形状的一个重要指标。LT/LL 变异系数最小，仅为5.33%，变幅为1.05～1.24cm。这表示不同单株间叶片基部凹状差别不大，不能作为区别叶片形状的参考指标。LT/WL 存在一定程度的变异，长宽比范围从1.13～2.20。不同的叶片类型大致划分为长宽近等型，比值范围1.13～1.45；狭长型，比值范围1.66～2.20。S8、S3、S4、S7、S9、S2 属于狭长型叶。LO/WO 是区别叶尖部分形状的重要指标，比值越大，代表叶尖部越狭长。叶尖类型可分为长宽近等型、狭长型、极狭长型，范围分别为1.14～1.49；1.59～1.96；2.08～3.28。综合看来，S10、S12 为长宽近等型。S10 单株的LT/WL 和LO/WO 比值分别为1.13、1.14；S12 比值分别为1.23、1.49。S8、S3、S4、S7、S9、S2 属于狭长型叶。

2.2 泰山白首乌叶片性状各指标间相关性分析

将测得的S1～S14 泰山白首乌种子苗叶片形态指标进行相关性分析，结果见表2。12 个叶片性状指标之间组成的相关关系中，有21 个呈极显著正相关，4 个极显著负相关，3 个显著正相关，7 个显著负相关。

表2 泰山白首乌叶片性状指标相关系分析Table 2 Correlation analysis of leaf traits of Cynanchum bungei Decne

叶长和叶宽是决定叶片大小的重要指标，泰山白首乌LT 与LL 呈极显著正相关，且LT、LL 均与WL、LO、WO、LP、LA 呈极显著正相关，与LB 无显著性相关关系。LB 与WL、WO、LP、LA 呈极显著正相关，与LT/WL、LO/WO 呈极显著负相关。LO 仅与LT、LL 显著性相关，与其他指标并无相关关系。WL与LA 两个指标与其他指标间的相关关系相类似，除了与LO、LT/LL 相关性不大外，与其他指标存在显著或极显著相关关系。

2.3 泰山白首乌叶片性状聚类分析

利用DPS 软件对两年生泰山白首乌单株S1-S14 的叶片形态指标进行聚类分析，结果表明（图2，表3）：当阈值为8.0 时，S1-S14 被聚为五类。

表3 泰山白首乌不同单株聚类叶片性状指标均值Table 3 The mean value ofleaf trait index of different individual clustering from Cynanchum bungei Decne

图2 泰山白首乌不同单株叶片性状聚类分析图Figure 2 Cluster analysis chart of leaf traits of different single Cynanchum bungei Decne

第Ⅰ类包含1 株，S12，为狭窄型大叶白首乌，且叶片较厚，LT、LL、LB、WL、LO、WO、LP、LA、LN 均为所有单株指标中的最大值。

第Ⅱ类包含1 株，S14，为较大型叶，叶型与第Ⅰ类相类似，均为长宽近等型叶片。除LP 与第Ⅰ类相当外，LT、LL、LB、WL、LO、WO、LA、LN 指标测定值比第Ⅰ类略小，约为第Ⅰ类的80%左右。

第Ⅲ类包含1 株，S2，为狭长型小叶类，LT、LL、LB、WL、LO、WO、LA、LN、LP 指标均为所有单株指标中的最小值，LA 还不足第Ⅰ类的10%。

第Ⅳ类包含2 株，S7 和S13，为较狭长型小叶类，LA 比第Ⅲ类高出1 倍，占第Ⅰ类18.94%。LT/WL 均值为1.68，较第Ⅲ类略小。

第Ⅴ类包含株剩余其他9 株，为狭长型中型叶。LL、LB、WL、LO、WO、LT/WL 均值分别为9.65 cm、3.71 cm、7.09 cm、7.52 cm、3.45 cm、1.66 cm。

3 结论与讨论

叶面积是衡量植物光合作用强弱的一项重要指标[8]。本研究中泰山白首乌叶面积除与叶尖长呈不显著相关关系外，与其他测定的叶片指标性状值均呈极显著正相关关系，其中叶面积与叶宽间的正相关系数最大，为0.9410，其次是叶尖宽和叶基长，分别为0.9198 和0.9150。

叶片总长和叶宽是决定白首乌叶片面积的重要参考指标。除与叶宽、叶面积呈极显著正相关外，叶片总长还与叶尖长、叶尖宽、叶柄长呈极显著正相关。而白首乌叶片戟形叶基部长度与白首乌叶片总长和叶长均无显著性相关关系。叶尖长除与叶片总长和叶长呈极显著正相关外，与其它指标间相关性不显著。叶宽和叶尖宽除与叶尖长呈不显著性相关关系外，与其他指标呈极显著正相关关系。叶片厚度与叶面积和叶宽呈显著正相关，与其他叶片形状指标并无显著相关性。综合以上分析结果，叶片总长、叶长、叶尖宽、叶宽和叶面积可作为衡量泰山白首乌叶片形状和叶片大小的重要参考指标，叶尖长可以不列为考虑范围。

植物通过表型变异适应生存环境，表型变异是由自身遗传物质组成和生态环境因素相结合而产生的[5,6]。在植物适应环境和进化上，表型变异具有非常重要的意义，可以反映基因型，种群和生态型的变异丰富度。一般来说，种群表型变异越大，可能存在的遗传变异越大。泰山白首乌叶片表型性状存在较大变异，这暗示泰山白首乌存在丰富的遗传变异。这种显著性差异一方面来自自身遗传物质，另一方面可能受环境等因素的影响。

根据聚类分析结果，泰山白首乌大致分为长宽近等大叶形、长宽近等较大叶形、狭长小叶形、较狭长小叶形、狭长中叶形。作物库源理论可用来描述作物产量的形成，目前在学术界得到广泛应用[9-11]。本研究中源是指能有碳水化合物净输出能力的泰山白首乌成熟叶片，库则指白首乌块根。泰山白首乌作为泰山四大名药之一，极为珍贵，可以块根入药，含有多种营养成分，一般采收时间为3-5年。目前，随着生活水平的提高及对泰山白首乌药效的高度认可，白首乌的市场需求量猛增。丰富的地上部分叶片性状变异与地下块根的相关关系如何？ 是否能通过地上部分叶片性状变异来进一步为白首乌块根选择提供参考，缩小选育范围，加快育种进度显得尤其重要。