劉龍江, 吳之坤, 任得強(qiáng), 周雅雪, 薛 娟, 魏升華

(1.貴州中醫(yī)藥大學(xué), 貴陽(yáng) 550025; 2.貴州健興藥業(yè)有限公司, 貴陽(yáng) 550001)

紅花龍膽(GentianarhodanthaFranch.ex Hemsl)為龍膽科龍膽屬多年生草本植物,又名小龍膽草、青魚膽草、雪里梅、鳳凰花、星秀花、血龍膽、九月花等,主要分布于四川、貴州、云南等省[1]。紅花龍膽為特色苗族藥材,在治療濕熱黃疸、小便不利、肺熱咳嗽等方面具有顯著療效[2]。以紅花龍膽為原料的具有苗族特色的止咳、平喘民族中成藥肺力咳膠囊/合劑等廣泛用于呼吸系統(tǒng)多種病癥的綜合治療,市場(chǎng)口碑良好,市場(chǎng)需求量逐年攀升[3-5]。紅花龍膽野生藥材資源日趨匱乏,紅花龍膽人工種植技術(shù)亟待解決。目前紅花龍膽人工種植研究所用種子還是以中間商收購(gòu)的野生種子為主,種子質(zhì)量差異較大,遺傳背景不清,易受病蟲害侵?jǐn)_,嚴(yán)重阻礙了紅花龍膽人工種植研究的進(jìn)展。因此,開展紅花龍膽種子質(zhì)量品質(zhì)評(píng)價(jià)研究很有必要,但目前尚無(wú)對(duì)紅花龍膽種子質(zhì)量品質(zhì)評(píng)價(jià)方面的報(bào)道。通過(guò)主成分分析的方法對(duì)川黨參、川白芷、棉花、知母、鷹嘴豆、黃芩等[6-11]進(jìn)行了種子質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究,因子分析是主成分分析的推廣和擴(kuò)展,利于實(shí)際意義的解釋[12]。本研究先對(duì)30個(gè)不同種源的紅花龍膽種子質(zhì)量品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析,并運(yùn)用因子分析和系統(tǒng)聚類分析,對(duì)不同種源紅花龍膽種子質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為篩選適宜紅花龍膽人工種植的優(yōu)質(zhì)種子提供參考。

1 材料及方法

1.1 材料來(lái)源

2021年12月開始對(duì)紅花龍膽野生種質(zhì)資源進(jìn)行調(diào)查并采集標(biāo)本及自然成熟種莢,植物標(biāo)本經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學(xué)魏升華教授鑒定為紅花龍膽,共采集了17個(gè)產(chǎn)地的30個(gè)種源的紅花龍膽種子,詳見表1。

表1 供試材料來(lái)源Table 1 Sources of tested materials

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

對(duì)供試材料的9個(gè)種子品質(zhì)性狀進(jìn)行測(cè)定,其中種莢長(zhǎng)寬徑、種子長(zhǎng)寬徑用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量,千粒重及種子實(shí)驗(yàn)參照《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》[13]進(jìn)行測(cè)定,結(jié)合上述數(shù)量關(guān)系,對(duì)種子的大小和品質(zhì)進(jìn)行量化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),利用IBM SPSS Statistics 26.0軟件對(duì)紅花龍膽種莢長(zhǎng)徑、種莢寬徑、種子長(zhǎng)徑、種子寬徑、千粒重、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽天數(shù)等進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析、因子分析、聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 描述性統(tǒng)計(jì)分析

由表2和表3可以看出,30個(gè)種源中,C4的種莢長(zhǎng)徑、種莢寬徑、種子長(zhǎng)徑、種子寬徑、千粒重、發(fā)芽率的均值最大,分別為20.88 mm、4.09 mm、1.56 mm、1.25 mm、0.175 g、98.75%;C5的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的均值最大,分別為96%,42.30;C22的發(fā)芽天數(shù)的均值最短(8 d);C29的種莢長(zhǎng)徑的均值最小(15.58 mm);C19的種莢寬徑的均值最小,為2.59 mm;C16的種子長(zhǎng)徑、種子寬徑的均值最小,分別為1.08 mm、0.83 mm;C19的千粒重的均值最小,為0.092 g;C30的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽天數(shù)的均值最差,分別為10%,3%,1.02,18.5 d。

表2 不同種源紅花龍膽種子特性Table 2 Seed characteristics of Gentiana rhodantha Franch. ex Hemsl from different provenances

表3 不同種源紅花龍膽種子萌發(fā)特性Table 3 Seed germination characteristics of Gentiana rhodantha Franch. ex Hemsl from different provenances

2.2 相關(guān)性分析

對(duì)紅花龍膽種子質(zhì)量各指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn),滿足正態(tài)性,進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果(表4)表明,種莢寬徑與種子長(zhǎng)徑、種子寬徑和千粒重呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.710,0.806,0.668,差異達(dá)極顯著水平;種子長(zhǎng)徑與種子寬徑、千粒重呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.858,0.666,差異達(dá)極顯著水平;種子寬徑與千粒重呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.520,差異達(dá)極顯著水平;發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.803,0.718,差異達(dá)極顯著水平;發(fā)芽率與發(fā)芽天數(shù)呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.548,差異達(dá)極顯著水平;發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽指數(shù)呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.938,差異達(dá)極顯著水平;發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽天數(shù)呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.740,差異達(dá)極顯著水平;發(fā)芽指數(shù)與發(fā)芽天數(shù)呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.666,差異達(dá)極顯著水平。

表4 紅花龍膽種子特征與發(fā)芽特性的相關(guān)性Table 4 Correlation between seed characteristics and germination characteristics of Gentiana rhodantha Franch. ex Hemsl

2.3 因子分析及綜合評(píng)價(jià)

2.3.1因子分析

剔除與其他指標(biāo)存在弱相關(guān)的種莢長(zhǎng)徑,用紅花龍膽種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽天數(shù)、千粒重、種子長(zhǎng)徑、種子寬徑和種莢寬徑等8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行因子分析(KMO統(tǒng)計(jì)量值為0.603>0.6;巴特利特球形檢驗(yàn)結(jié)果為p<0.01,滿足進(jìn)行因子分析的條件)。由表5可知,前2個(gè)主因子的累積貢獻(xiàn)率為79.632%,表明前2個(gè)主因子能解釋紅花龍膽種子質(zhì)量性狀總體79.632%的變異,可用前2個(gè)主因子對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。第1主因子的特征值為3.243,貢獻(xiàn)率為40.535%,決定第1主因子的主要是發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及發(fā)芽天數(shù),稱為發(fā)芽特性因子,第2主因子的特征值為3.128,貢獻(xiàn)率為39.097%,起決定作用的是千粒重、種子長(zhǎng)徑、種子寬徑及種莢寬徑,稱之為種子特性因子。

表5 種子性狀主成分分析Table 5 Principal component analysis for seed traits

2.3.2綜合評(píng)價(jià)

借助回歸法對(duì)特征根和旋轉(zhuǎn)后的因子載荷系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,以估計(jì)2個(gè)主因子在不同種源紅花龍膽種子質(zhì)量的因子得分,以權(quán)衡每個(gè)主因子在每個(gè)種源種子質(zhì)量上的位置和分量,以便直觀地判斷種子質(zhì)量的優(yōu)劣。由表6可知,C5的F1(發(fā)芽特性因子)最高(2.2),C30的F1(發(fā)芽特性因子)最低(-2.817),C4的F2(種子特性因子)最高(2.688),C19的F2最低(-1.87)。以各主因子的貢獻(xiàn)率為權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)求和,可得到各種源紅花龍膽種子質(zhì)量的綜合得分,表達(dá)式F=40.535/79.632×F1+39.097/79.632×F2,由表6可知,綜合得分排名C4最高(1.772),C30最低(-1.437)。

表6 不同種源紅花龍膽種子質(zhì)量的綜合得分Table 6 Comprehensive score of Gentiana rhodantha Franch. ex Hemsl seed quality from different provenances

2.4 系統(tǒng)聚類分析

利用F1和F2特性因子得分對(duì)供試材料進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,當(dāng)閾值處于8時(shí)可將30個(gè)種源分成四類。從圖1可以看出,第Ⅰ類為綜合得分最高的的種源、種子特性得分最高、發(fā)芽特性得分一般,由C2、C4樣品組成;第Ⅱ類為綜合得分較高的的種源,發(fā)芽特性得分最高、種子特性得分一般,由C5、C13、C21和C22樣品組成;第Ⅲ類為綜合得分一般的種源,發(fā)芽特性得分一般,種子特性得分一般,由C1、C3、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C14、C15、C16、C17、C18、C19、C20、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29樣品組成;第Ⅳ類綜合得分最差,發(fā)芽特性得分最差,種子特性得分最差,由C30單獨(dú)組成。

圖1 紅花龍膽種子2項(xiàng)指標(biāo)系統(tǒng)聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 2 index systems of Gentiana rhodantha Franch. ex Hemsl seeds

3 結(jié)論與討論

3.1 單一品質(zhì)性狀評(píng)價(jià)紅花龍膽種子質(zhì)量

種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽天數(shù)、單莢種子數(shù)均值、千粒重、種子長(zhǎng)度、種子寬度、種莢長(zhǎng)度及種莢寬度等可作為評(píng)價(jià)種子質(zhì)量的指標(biāo),通過(guò)平均數(shù)加減標(biāo)準(zhǔn)差法比較種子質(zhì)量,指標(biāo)不同種子質(zhì)量就不同[14-15]。本研究結(jié)果表明,以種莢長(zhǎng)徑、種莢寬徑、種子長(zhǎng)徑、種子寬徑、千粒重、發(fā)芽率評(píng)價(jià)種子質(zhì)量,C4最好,而以發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)則C5最大,以發(fā)芽天數(shù)衡量則C22最好。

3.2 紅花龍膽種子質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

本試驗(yàn)中,紅花龍膽種子特性指標(biāo)和發(fā)芽特性指標(biāo)之間相關(guān)性弱,優(yōu)良的種子既要發(fā)育充實(shí)、大而重,所含養(yǎng)分較多,又要較高的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。因此,單一指標(biāo)無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)紅花龍膽的種子質(zhì)量進(jìn)行全面評(píng)價(jià),必須應(yīng)用多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量綜合評(píng)價(jià),這與劉鈺萍等[16]和張帆等[17]認(rèn)為的基于主成分分析和聚類分析的綜合評(píng)價(jià)與單一指標(biāo)評(píng)價(jià)方法相比,更適合判斷事物內(nèi)在本質(zhì),更為科學(xué)、可行。性狀之間存在復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性,因此導(dǎo)致性狀間提供的信息出現(xiàn)相互重合,會(huì)對(duì)綜合評(píng)價(jià)造成干擾[18-20]。本研究所測(cè)定的 9 個(gè)紅花龍膽種子質(zhì)量指標(biāo)并不是完全獨(dú)立的,除了種莢長(zhǎng)徑外,各指標(biāo)間存在極顯著的相關(guān)性。在多指標(biāo)分析中,指標(biāo)的個(gè)數(shù)多,又有相互關(guān)聯(lián),分析工作比較困難,多元統(tǒng)計(jì)的主成分分析是指在不損失或很少損失原有信息的前提下,將原來(lái)個(gè)數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換為新的個(gè)數(shù)少而彼此獨(dú)立或不相關(guān)的綜合指標(biāo),從而簡(jiǎn)化多指標(biāo)分析,利用主成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是一種有效的方法[21-22]。本研究利用比主成分分析更好解釋的因子分析,在剔除與其他指標(biāo)相關(guān)性弱的種莢長(zhǎng)徑指標(biāo)后,最終將確定8個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為彼此不相關(guān)的2個(gè)主因子,即種子特性因子、發(fā)芽特性因子,累積貢獻(xiàn)率達(dá)79.632%,對(duì)2個(gè)主因子進(jìn)行加權(quán)計(jì)算綜合得分后進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,系統(tǒng)聚類分析將30個(gè)種源分為四大類:第Ⅰ類種子綜合評(píng)價(jià)得分和種子特性得分最高,可作為發(fā)展紅花龍膽人工種植的首選種子來(lái)源,但該類群發(fā)芽特性不是最好的,可能和其自然成熟度有關(guān),可開展提升其發(fā)芽特性的研究;第Ⅱ類發(fā)芽特性得分最高,可作為紅花龍膽人工種植的備選種子來(lái)源;第Ⅲ類和第Ⅳ類種子,綜合評(píng)價(jià)得分、種子特性得分、發(fā)芽特性得分均一般,但是其抗逆性、結(jié)實(shí)率、藥材質(zhì)量等其他指標(biāo)未知,可對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究。