20份穗花韭种质资源表型数量性状的遗传多样性分析

吴海艳，旦增桑布，曲 珍，沈宝斌，王晓丽，崔建钊，拉巴顿珠，赖可，扎西平措，旦增旺布，刘鸿旭，杨时海，马玉寿*

(1.青海省畜牧兽医科学院/青海大学，青海 西宁 810016；2.日喀则市草原工作站，西藏 日喀则 857000；3.日喀则市科技局，西藏 日喀则 857000；4.西藏云旺实业有限公司，西藏 日喀则 857000)

根据《中国植物志》和《西藏植物志》记载，穗花韭(MilulaspicataPrain)是百合科(Liliaceae)穗花韭属(Milula)的单种属植物，外形很像葱韭一类植物，有葱蒜味，具有狗尾草似的密穗状花序，主要分布在西藏南部、尼泊尔、锡金和印度东北部，一般生于海拔2 900～4 800 m含沙质的草地、山坡、灌丛中或松林下[1-2]。1895年，Prain为便于区分穗花韭，将其作为单种属植物归于穗花韭属[3]。由于穗花韭属和葱属植物气味相似、形态各异[4]，为揭示穗花韭的起源和二者间的系统发育关系，有学者从染色体核型[5-6]、核糖体DNA内部转录间隔区(ITS)序列和叶绿体trnD(GUC)-trnT(GGU)区域的基因间间隔区序列[7]、叶绿体基因组[8]等方面进行了深入研究，发现穗花韭深嵌于葱属植物[5-6]，与杯花韭(Alliumcyathophorum)关系较为密切[6]，尤其是和它的变种川甘韭(A.cyathophorumvar.farreri)亲缘关系最近[8]，且穗花韭现已被包括在AlliumsubgenusRhizirideum中作为A.spicatum[7]。

葱属植物具有重要的经济价值，在食用、饲用、观赏、药用、生态等方面具有重要作用[9-14]，穗花韭在西藏也一直被当地群众作为野菜和调味品食用[15]。近年来，有学者对穗花韭的遗传多样性、矿质元素、重金属含量进行了初步研究。曹可凡[16]利用ISSR分子标记对穗花韭的遗传多样性进行分析，认为穗花韭各表型性状具有丰富的遗传变异和遗传多样性，总体上居群间的多样性优于居群内，利用筛选出的ISSR引物进行遗传多样性分析，发现青藏高原穗花韭以居群内的遗传变异为主，居群间也存在着相当程度的分化；王小宁[17]则通过对穗花韭地上部干样中的Ca，K，Mg，P等11种矿质元素进行测试分析，发现各元素含量在居群间呈非一致性的显著性或极显著性差异，总体而言,地理位置对各类元素含量的影响较小；关志华等[18]对不同居群的穗花韭干样为材料，检测了Pb，Cr，Cd，As和Hg的含量，建议在食用干品时以每次少量为宜。

植物的表型是在一定环境条件下，植物所表现出的性状总和，是基因与环境共同作用的结果[19]，是植物适应环境变异的表现和影响植物生存的主要因素之一[20]。其中，表型性状的鉴定和描述是种质资源研究最基本的方法和途径[21]。目前有关日喀则地区不同海拔地带分布的穗花韭形态多样性的研究报道相对较少。基于此，本研究通过对日喀则地区海拔3 800～4 600 m分布的20个穗花韭野生居群进行表型数量特性的遗传多样性分析，以期筛选出表型特征突出的穗花韭种质资源，为穗花韭种质资源开发利用和驯化栽培提供理论依据。

1 材料与方法1.1 研究区概况

研究区为西藏日喀则市。日喀则市位于西藏自治区西南部，82°01′～90°20′E，27°13′～31°19′N，平均海拔在4 000 m以上，大致有三种气候特征，高原温带半干旱气候，高原亚寒带季风半干旱、干旱气候，高山亚热带气候。5～9月为雨季，年平均降雨量约270.5～645.3 mm，无霜期在120 d以上[22]。草原可利用面积1 242.13万hm2，其中高寒草甸类面积最大，高寒草原类则是该地区最主要且具有高原地带性分布特征的草地类型之一[23]。

1.2 试验设计

在2021年8月30日～9月12日，通过踏查在研究区域确定20个穗花韭分布较为集中的居群进行单株采样，海拔梯度为3 832.5～4 624.9 m，各居群依次编号为NT，SJ，SC，ND，BL，SN，LP，LQ，XR，XK，AQ，BW，SM，KN，AK，NL，GL，KS，JJ，GG(表1)。

表1 穗花韭种质采样点信息

1.3 测定表型数量性状的指标及方法

在确定的居群内选择穗花韭分布较为均匀的区域，且能代表该居群穗花韭主要物候期的单株，每间隔10 m进行采样，共采集15株。同时进行株高、花葶高、叶片数、叶长和叶宽、花葶粗、花穗长、花穗宽、地上茎粗、地下茎粗、地下茎长、根系数量、根长、地上鲜重和地下鲜重共15个指标的观测，并将单株样单独装信封带回室内自然风干后测地上和地下干重。

株高：用直尺测量从地上茎部分到植株花序顶端的自然高度；

花葶高：用直尺测量从花葶基部到植株花序顶端的自然高度；

花葶粗：用游标卡尺测量花葶直径；

叶片数：对每个单株的叶片数进行计数；

叶长和叶宽：从根基部向上以最长的第3个叶片为准，进行测量。用直尺从第三片叶的底端到叶尖测量叶长，用游标卡尺测量叶中部最宽的距离为叶宽；

地上茎粗：用游标卡尺测量地上茎直径；

地下茎粗：用游标卡尺测量地下茎直径；

地下茎长：用直尺测量鳞茎的长度；

花穗长：用直尺测量花穗长度；

花穗宽：用游标卡尺测量花穗直径；

根系数量：对活根数量进行计数；

根长：以最长的活根长度为准，用直尺进行测量；

单株地上鲜重和地下鲜重以及相应的干重：从地上茎和地下茎连接处剪断，分别称其地上鲜重和地下鲜重，待自然风干后再分别称其干重。

1.4 数据处理

采用Excel 2016对数据进行整理和绘图，用SPSS 20软件对数据进行描述性统计、One-Way ANONA方差分析及Duncans多重比较、主成分分析(Principal component analysis,PCA)[24]、聚类分析[25](采用最长距离法，种质间遗传距离为平方Euclidean距离)。试验数据以“平均值±标准差”表示，P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析2.1 穗花韭单株表型数量性状

2.1.1株高、叶片数 20份穗花韭材料中，NT和BW株高差异显著(P<0.05)，分别为32.37，26.60 cm，并显著高于其余材料(P<0.05)；LP和XR株高分别为8.44，7.93 cm，显著低于其余材料(P<0.05)(图1)。NL叶片数显著高于其余材料(P<0.05)，为6.70 个；LP叶片数显著低于其余材料(P<0.05)，为3.75 个(图2)。

图1 穗花韭种质表型数量性状

图2 穗花韭种质表型数量性状

2.1.2叶长、叶宽 NT叶长显著高于除BW外的其它材料(P<0.05)；SN叶长最短，为11.12 cm(图3)。BW,GG,SM,KS,NL,NT,JJ叶宽差异不显著，变化幅度为4.33～3.52 mm，但BW,GG,SM,KS叶宽显著高于其余材料(P<0.05)；ND居群的叶宽最小，为1.66 mm(图4)。

图3 穗花韭种质表型数量性状

图4 穗花韭种质表型数量性状

2.1.3花葶高、花葶粗、花穗长、花穗粗 由表2可知，NT和BW花葶高无显著差异，分别为28.90，25.01 cm，但NT显著高于其余材料(P<0.05)；XR样地的花葶高最小，为7.07 cm。NT,NL,SM,JJ,AK花葶粗2.41～2.04 mm，无显著差异，但NT显著高于其余材料(P<0.05)。XR花葶粗最小，为1.11 mm。NT,NL花穗长分别为4.19，3.95 cm，显著高于其余材料(P<0.05)。SN花穗长最小，为1.49 cm。KS,NL,JJ花穗粗1.20～1.10 cm，差异不显著，但KS和NL显著高于其余材料(P<0.05)，SN花穗粗最小，为0.62 cm。

表2 穗花韭种质表型数量性状

2.1.4地上茎粗、地下茎粗、地下茎长 表3所示，NT,NL,SM,BW,JJ,LQ,KS地上茎粗差异不显著，其范围值为4.83～4.11 mm，但NT和NL显著高于其余材料(P<0.05)；SN地上茎粗最小，为2.63 mm。SM,GL地下茎长差异不显著，分别为5.38，4.84 cm，但SM显著高于其余材料(P<0.05)；SN地下茎长最小，为2.72 cm。GG,AK,SM的地下茎粗差异不显著，分别为8.20，8.15，7.58 mm，但均显著高于其余材料(P<0.05)。ND地下茎粗最小，为3.58 mm。

2.1.5根系数量、根系长 NT,LQ的根系数量差异不显著，分别为13.00，11.10个，但NT显著高于其余材料(P<0.05)，SN根系数量最少，为5.17 个。AK,KS,GG,GL,JJ,NT的根系长差异不显著，变化幅度为10.47～8.67 cm，但AK和KS显著高于其余材料(P<0.05)。KN根系长最小，为5.45 cm(表3)。

表3 穗花韭种质表型数量性状

2.1.6生物量 NT地上鲜重为3.90 g，显著高于其余材料(P<0.05)，SN最小，为0.58 g；AK地下鲜重为3.81 g，显著高于其余材料(P<0.05)，SC最小，为0.82 g(图5)。NT,JJ,NL地上干重差异不显著，为0.77，0.73，0.63 g，但NT显著高于其余材料(P<0.05)，SN地上干重最小，为0.10 g；AK,GG地下干重差异不显著，分别为1.58，1.29 g，但AK显著高于其余材料(P<0.05)，ND最小，为0.31 g(图6)。

图5 穗花韭种质单株生物量/鲜重

图6 穗花韭种质单株生物量/干重

2.2 表型性状变异分析

对20份穗花韭种质资源的17个数量性状的变异性进行统计分析(表4)，结果表明，不同地域的种质呈现出多样化，表型差异较大。其中，单株地上、地下鲜重和干重的变异幅度最大，变异系数为61.10%～78.14%；花葶高、株高的变异系数分别为53.19%，53.65%，叶长、花穗长的变异系数分别为40.34%，41.44%，地下茎长、花葶粗、根系长、地下茎粗、根系数量、叶宽的变异系数在30%～40%，叶片数、地上茎粗、花穗粗的变异系数在30%以内。说明这些性状个体间差异较大，性状表现不稳定，有着较为丰富的遗传多样性，表型突出的优良单株可作为驯化选育的目标材料进行收集。

表4 穗花韭种质资源17个数量性状的变异分析

2.3 表型数量性状的主成分分析

对20份穗花韭种质资源的17个表型数量性状进行主成分分析(表5)，按照主成分特征值大于1的原则，共提取到4个主成分，累计贡献率86.31%。第1主成分特征值10.15，贡献率59.72%。载荷较高的有花葶高、花葶粗、花穗长、地上鲜重和地上干重，说明第1主成分基本反映了穗花韭地上生物量的信息。第2主成分特征值2.37，贡献率13.94%，地下茎粗和地下干重的载荷因子较高；第3主成分特征值1.11，贡献率6.53%，根系数量载荷因子较高；第4主成分特征值1.04，贡献率6.12%，地下茎长载荷因子较高；说明第2，3，4主成分基本反映了穗花韭地下生物量的信息。

表5 穗花韭种质的主成分综合得分及其排序

根据主成分综合得分，20份穗花韭种质资源中由高到低前10份材料依次为：NT>BW>AK>SM>NL>JJ>KS>GG>SJ>GL。

2.4 表型数量性状聚类分析

采用最长距离法对20份穗花韭种质资源通过17个数量性状进行聚类分析，构建聚类树状图(图7)。以平方欧式距离的平均值(SED=12.5)为截距，可将20份种质划分为2个类群。第1类群包括BL,XR,LP,ND,SN,AQ,SC,XK,KN,SJ,LQ,GL共12份材料，SJ,LQ,GL材料相比其它材料而言，植株生长状况相对较好，但这12份材料总体特点是植株普遍低矮，茎叶细，花穗较为短小，生物量较低。

图7 基于穗花韭种质资源表型性状划分的聚类树状图

第2类群包括KS,GG,AK,NL,JJ,BW,SM,NT共8份材料。其显著特点为植株生长旺盛，株高、花葶高、叶片数、叶长、叶宽、花穗长、花穗粗、生物量等明显高于第1类群。

3 讨论

随着人类活动和气候变化，野生葱属植物资源受到人为干扰因素越来越多[26]。增加葱属植物的栽培种类、挖掘优异基因，有效保护野生葱属植物资源，受到国内外学者愈来愈多的重视[27-29]。植物形态性状是种质资源评价的基础工作之一。在一定环境条件下，植物所表现出的表型性状总和，是植物适应环境变异的表现，是基因与环境共同作用的结果[19,30]，它在一定程度上反映了物种的遗传特征[31]，因此，表型性状的鉴定和描述是种质资源研究最直观、最基本的方法和途径之一[21,32]。本研究对日喀则地区20份穗花韭种质进行表型数量性状遗传多样性分析，结果表明20份材料中NT株高，NL叶片数，NT和BW叶长，BW,GG,SM,KS叶宽，NT和BW花葶高，NT花葶粗和花穗长，KS和NL花穗粗，NT和NL地上茎粗，SM地下茎长，GG,AK,SM地下茎粗，NT,LQ根系数量，AK和KS根系长度，NT地上鲜重和干重，AK地下鲜重和干重等性状相对其它材料均表现较为突出。对17个数量性状的变异性统计结果表明叶片数、花穗长、花穗粗、地下茎粗、地下茎长、花葶粗的变异系数比曹可凡[16]的研究结果较高，这主要是由于本研究在NT和SN居群中发现了具有8个叶片的植株，且在NT,BW,SM,NL,JJ居群发现穗花韭与砂生槐、鬼箭锦鸡儿、沙棘等灌丛相伴生的环境下穗花韭的株高、花葶高、花葶粗、花穗长、花穗粗、地上茎粗均明显优于其他居群，多个突出性状的综合表现就是地上和地下生物量的变异系数更高，而对于株高、花葶高、叶长、叶宽的变异系数的结论则与曹可凡的研究基本一致。曹可凡[16]的研究把花葶数和抽苔率也作为了一个指标来进行研究，本研究在20个居群中发现双葶的植株并不多，而3个花葶的植株也仅发现了1株，这与他的结论一致，因此本研究在做表型分析时只选择了普遍具有1个花葶的植株作为研究对象。从方差分析、多重比较、变异分析的结果可以看出，20个居群的17个表型性状在居群内和居群间均有较大的遗传变异和丰富的遗传多样性，这与曹可凡[16]的结论是一致的。

主成分分析通过将原始指标降维，简化为少数几个新的综合指标，可以较好的解释内在的变异规律[24,33-34]。本研究提取到的4个主成分累计贡献率86.40%，第1主成分中花葶高、花葶粗、花穗长、地上茎粗、地上鲜重与地上干重反映了穗花韭地上生物量的信息，贡献率达59.61%。这与曹可凡[16]研究中综合了穗花韭地上部以长度为主的生长发育状态的性状贡献率在提取到的5个主成分中最高的结论一致。第2、3、4主成分贡献率分别为14.30%，6.59%，5.91%，基本反映了地下生物量的信息。穗花韭一般分布在干旱砾石砂石地，植物根系越发达，能汲取到土壤中的养分更多。本研究中AK号种质分布在雅鲁藏布江岸边的耕地附近，其地下茎粗和根系长均显著高于其它材料，且在调查中发现它是首个进入结实期的种质，说明地下生物量越大对高海拔生境的生态适应性越强。

聚类分析能较好的反映种质材料之间的亲缘关系[30,35]。本研究在聚类分析中发现NT,BW,SM,NL,JJ这5个与灌丛相伴生的居群与高寒草原上发现的AK,KS,GG3个表型较为突出的居群聚为了一类，其主要特点是植株相对较高，花穗长、花穗粗、叶长、叶宽等性状较好；其它9个穗花韭植株生长较为低矮的样地和3个穗花韭生长稍好的样地聚为了另一类，这与实际情况是相符的。综合主成分分析综合得分排序结果和聚类分析结果，本研究认为NT,BW,SM,AK,NL,KS,JJ,GG种质的开发潜力较大，可作为重点材料开展后续的种质收集和驯化栽培等工作。

4 结论

20份穗花韭种质居群内和居群间遗传变异较为丰富，生物量、株高、花葶高的变异幅度在50%以上，通过主成分和聚类分析，研究表明NT(南木林县土布加乡)、BW(白朗县旺丹乡)、AK(昂仁县卡嘎镇)、SM(萨迦县麻布加乡)、NL(南木林县拉布普乡)、JJ(江孜县金嘎乡)、KS(康马县萨玛达乡)、GG(岗巴县岗巴镇)的穗花韭种质在株高、生物量等方面具有较好的表型特征，且除了NT(南木林县土布加乡)的种质处于海拔3 832.5 m外，其余7份种质均分布在海拔4 200～4 600 m间，说明该物种在高海拔地带具有良好的生态适应性，可将这8份种质作为重点材料来开展后期的穗花韭种质收集和驯化选育工作。