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七叶一枝花种质遗传多样性分析及初级核心种质构建

刘玲玲, 丁明月, 谢倩, 罗文宝, 陈清西, 苏海兰

刘玲玲,丁明月,谢倩,等. 七叶一枝花种质遗传多样性分析及初级核心种质构建[J]. 福建农业学报,2025,40(3) :234−244. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2025.03.003
引用本文: 刘玲玲,丁明月,谢倩,等. 七叶一枝花种质遗传多样性分析及初级核心种质构建[J]. 福建农业学报,2025,40(3) :234−244. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2025.03.003
LIU L L,DING M Y,XIE Q,et al. Genetic Diversity and Preliminary Core Collection of Paris polyphylla Sm. Germplasms[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2025,40(3) :234−244. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2025.03.003
Citation: LIU L L,DING M Y,XIE Q,et al. Genetic Diversity and Preliminary Core Collection of Paris polyphylla Sm. Germplasms[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences,2025,40(3) :234−244. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2025.03.003

七叶一枝花种质遗传多样性分析及初级核心种质构建

基金项目: 

福建省科技重大专项(2022NZ029017);福建农林大学横向科技创新基金项目(102-KHF200005)

详细信息
    作者简介:

    刘玲玲(1999 —),女,硕士研究生,主要从事药用植物遗传多样性研究,E-mail:1553881821@qq.com

    通讯作者:

    陈清西(1964 —),男,教授,主要从事园艺植物栽培生理,E-mail:cqx0246@163.com

    苏海兰(1980 —),女,高级农艺师,主要从事药用植物利用与生态栽培,E-mail:363801575@qq.com

  • 中图分类号: S567.2

Genetic Diversity and Preliminary Core Collection of Paris polyphylla Sm. Germplasms

  • 摘要:
    目的 

    七叶一枝花(Paris polyphylla Smith.)因市场需求增长,资源供不应求,出现野生资源过度开采,种质混杂现象,为此构建其初级核心种质,为优良基因挖掘、种质改良与保护提供数据支持。

    方法 

    通过15条ISSR(inter-simple sequence repeat)引物对60份种质进行遗传多样性分析,采用Structure软件进行群体结构分析,使用NTSYSpc2.10e软件进行聚类分析、主成分分析进行验证,同时基于Structure分组-比例取样法构建初级核心种质,并对初级核心种质的构建效果进行评价。

    结果 

    15条引物共扩增出102个位点,多态位点率为97.05%,平均Shannonʹs信息指数(I)、Neiʹs遗传多样性指数(He)分别为0.50220.3328,表明种质具有丰富的遗传多样性;Structure软件分析结果显示,群体数K值为3是较为合适的分类选择。主坐标分析与群体结构分析结果一致,但聚类分析与群体结构略有不同,其结果均与地域分布相关。采用Structure分组-比例取样法构建初级核心种质,从7种抽样比例中筛选得到12份初级核心种质,占原种质的20%,其Shannon's信息指数(I)、Nei's遗传多样性指数(He)、有效等位基因数(Ne)保留率分别为104.22%、106.43%、107.71%;t检验与主坐标分析表明,所构建的核心种质不仅具有丰富的遗传多样性,且在原种质中也呈现出均匀分布的特点。

    结论 

    七叶一枝花具有丰富的遗传多样性,所构建的初级核心种质能够有效代表原种质的遗传多样性。

    Abstract:
    Objective 

    A concise collection of the highly popular Paris polyphylla germplasms was preliminarily established to aid the resource preservation and utilization.

    Methods 

    Genetic diversity of 60 P. polyphylla accessions was determined using 15 ISSR primers, population structure analyzed by Structure software, clustering classified by NTSYSpc2.10e, and principal components selected by PCA. Representatives of the 60 target germplasms were gathered using the grouping-proportional sampling method derived from the Structure analysis. The effectiveness of the collection in covering the genetic diversity of the P. polyphylla accessions was scrutinized.

    Results 

    The 15 ISSR primers amplified 102 loci with 97.05% polymorphic and high genetic diversity of average Shannon's information index (I) at 0.5022 and Nei's genetic diversity index (He) at 0.3328. The Structure analysis suggested that K=3 was the optimal number of subpopulations. The results obtained by the population structure analysis agreed with that by the principal coordinate analysis (PCoA) but differed slightly than the cluster analysis, which correlated with the geographic distribution. Using the grouping-proportional sampling method, 12 accessions selected by using 7 varied sampling rates represented 20% of the original germplasms. The collection retained the original I, He, and effective allele number (Ne) at a rate of 104.22%, 106.43%, and 107.71%, respectively. The t-test and the PCoA on the collection showed rich genetic diversity and uniform distribution in representing the 60 P. polyphylla accessions.

    Conclusion 

    The preliminarily established collection of P. polyphylla exhibited significant genetic diversity satisfactorily reflecting that of the 60 target germplasms.

  • 铁和锰是地球岩石圈和土壤中常见的金属元素,也是茶树生长和人体必需的微量元素,摄入不足或过量均会造成明显伤害[1-2]。土壤是茶树吸收铁锰元素的主要来源,土壤供铁锰能力取决于土壤铁锰的含量、形态及有效性。一般而言,酸性茶园土壤不缺铁,不同地域茶园土壤全铁含量差异较大,如:广东凤凰山茶区土壤全铁含量均值为14 g·kg-1[3],川西茶区土壤全铁含量均值为9.49 g·kg-1[4],福建铁观音茶园土壤全铁含量均值为32.33 g·kg-1[5]。谢忠雷等[6]对我国13个茶园土壤锰含量的分析结果表明,茶园土壤全锰含量在278~721 mg·kg-1之间(均值490 mg·kg-1),低于全国土壤锰背景值,不同地区和成土母质茶园土壤全锰含量差异很大,且有效锰含量较高,低pH值是影响土壤有效锰含量的主要因素。李伟张等[7]研究结果显示,广东凤凰山茶园土壤锰平均含量为337 mg·kg-1,也低于全国茶园土壤锰含量均值;马立峰等[8]调查了浙江省137个茶园土壤锰含量发现,茶园土壤0~20 cm土层锰含量为357.33 mg·kg-1,20~40 cm土层锰含量为361.69 mg·kg-1,有效锰缺乏(低于30 mg·kg-1)的茶园约占1/3,并指出茶园土壤成土母质是导致土壤锰含量较低的主要因素。由此可见,我国茶园土壤全铁含量丰富,总体处于丰富水平,但不同地域和成土母质茶园土壤铁含量差异很大;茶园土壤全锰含量总体低于全国土壤锰背景值,而低pH值可导致茶园土壤有效锰含量较高,锰活化率较高,有利于茶树对锰的吸收。

    大量研究表明,铁锰是茶树体内多种化合物的组成成分和激活剂(多酚氧化酶、硝酸还原酶、脯氨酸酶及多肽酶等)[9-10],还可参与茶树叶片叶绿素的合成、光合作用和呼吸作用等生理过程[11],从而影响茶叶产量和品质。同时,铁锰元素也是维持人体健康所必需的微量元素,其在参与体内酶的合成与激活、蛋白质修饰与合成、保护细胞膜的结构稳定性、提高机体免疫力、促进糖代谢、抑制致癌物的活力和解毒等方面意义重大[12-13]。茶树为富铁锰作物,茶树老叶中积累大量的铁和锰,商品茶中铁锰含量也较高,长期饮茶是补充人体铁锰的重要途径之一。茶叶中铁锰元素含量变幅较大,其含量受到茶树种植环境(土壤条件和环境因子)、栽培管理措施(施肥和农药)、茶类(加工工艺和鲜叶成熟度)、茶树品种等多种因素的综合影响,且不同地区茶叶中铁锰含量有所差异[14-15]

    大田县位于福建省中部,具有种植茶树得天独厚的自然条件,也是全国茶叶优势百强县和福建乌龙茶地理标志产品保护区域。同时,该区域矿产资源丰富,素有“闽中宝库”之称,已发现和探明的矿产有煤、硒、铁、石墨、瓷土等42种,是福建省主要矿产地和全国重点产煤县之一,该地区土壤金属元素本底值可能较高。近年来,大田县大力发展高山茶经济,茶园面积约6 667 hm2。自然或矿区土壤植茶后,由于茶树根系分泌有机酸和聚铝特性,使得茶园土壤不断酸化,pH值明显降低[16],导致茶园土壤的氧化还原电位发生改变;随着植茶年限的增加,茶树凋落物的生物富集,使土壤理化性质发生明显变化。铁锰是一种氧化还原敏感元素,在亚热带地区土壤容易发生形态与空间的迁移和淋溶[17],有必要对该区域茶园土壤和茶叶铁锰含量进行研究。因此,本文采集大田县主要产茶区土壤和茶叶样品,分析土壤中铁锰及其有效态含量,探讨其受土壤理化性质的影响规律, 同时分析茶叶中铁锰的累积特性,探讨其与土壤中铁锰含量的相关性,以期为判断茶园土壤和茶叶铁锰丰缺状况提供科学依据。

    茶园土壤样品采自闽中地区大田县(25°29'~26°10'N,117°29'~118°03'E)。根据该区域茶园分布情况、地形特征(坡位和坡向)、代表性的原则,涵盖了大田县9个乡镇(屏山乡、武陵乡、奇韬镇、广平镇、吴山乡、济阳乡、石牌镇、桃源镇和太华镇),共计采集25份表层(0~20 cm)土壤。每个茶园按多点混合法取样,采样点在茶行中线和滴水线位置,6次重复,6个重复混合成1个样品,用自封袋保存。同时,记录采样点经纬度、海拔及植茶年限等,具体见表 1。为考察茶园土壤铁锰含量的剖面部分特征,分别在石牌镇龙坑村、桃源镇安和村、武陵乡岬坪村和武陵乡大石村采集4个茶园土壤剖面,分为0~20、20~40和40~60 cm三个土层。在采集茶园土壤样品的同时,多点采集茶叶新梢的叶片组成混合样品,采摘标准为一芽二叶,用去离子水冲洗干净,放入烘箱中105℃热风固样。

    表  1  试验地茶园基本情况
    Table  1.  Basic information on tea plantations
    样点 海拔/m 茶树种植年限/a 经纬度
    1 1140 15 25°37'N,117°53'E
    2 1065 12 25°36'N,117°53'E
    3 998 13 25°35'N,117°54'E
    4 685 12 25°37'N,117°44'E
    5 860 10 25°37'N,117°43'E
    6 947 15 25°36'N,117°43'E
    7 931 5 25°37'N,117°43'E
    8 901 5 25°63'N,117°72'E
    9 891 10 25°61'N,117°73'E
    10 870 7 25°62'N,117°78'E
    11 853 25 26°03'N,117°54'E
    12 807 5 26°03'N,117°85'E
    13 890 25 26°12'N,117°54'E
    14 870 25 26°05'N,117°87'E
    15 446 5 26°03'N,117°47'E
    16 457 5 25°31'N,117°52'E
    17 794 10 25°31'N,117°54'E
    18 830 10 25°33'N,117°59'E
    19 1006 6 25°32'N,117°58'E
    20 854 5 25°60'N,118°02'E
    21 931 6 25°37'N,117°43'E
    22 314 20 25°63'N,117°79'E
    23 783 15 25°67'N,117°73'E
    24 490 20 25°44'N,117°31'E
    25 1050 20 25°53'N,117°52'E
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    采样结束后,及时带回实验室风干,仔细剔除凋落物、植物根系、石块等杂物,用木棍碾碎后过2 mm筛,并用玛瑙研钵研磨过0.149 mm的尼龙筛。过筛后的土样分别装入塑料自封袋,贴上标签,保留备用。热风固样的茶叶样品过0.5 mm筛,装袋保存备用。

    土壤铁锰全量采用HF-HNO3-HClO4三酸消煮法,茶叶铁锰含量采用HNO3-HClO4消煮法,消煮液过滤后定容,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定[18]。消煮和测定过程中加入由国家标准物质中心提供的标准土壤样品(GSS-1)进行质量控制,平行样品重复数10%~15%,平行测定误差<5%。土壤有效铁和锰含量测定均采用DTPA浸提,浸提液上ICP-MS测定。分析过程所用试剂均为优级纯,所用水均为二次去离子水(纯水机为Milli-Q50超纯水系统)。土壤基本理化性质测定参照《土壤农业化学分析方法》进行[19]

    文中所有数据处理采用SPSS 16.0和Excel 2003软件,利用SPSS16.0统计软件进行方差分析(P<0.05)和Pearson相关分析,表格和图制作采用Excel 2003软件。

    大田县25个茶园土壤铁锰含量及其有效态含量的统计结果见表 2。由表 2可以看出,大田县茶园土壤全铁含量和全锰含量分别为22.44~96.80 g·kg-1和43.85~678.49 mg·kg-1,均值分别为61.08 g·kg-1和258.97 mg·kg-1。茶园土壤全铁含量均值高于福建省土壤背景值[20];有22个样点的茶园土壤全铁含量超过福建省土壤背景值,茶园土壤全锰含量均值略低于福建省土壤背景值[20],约有一半的样点全锰含量低于福建省土壤背景值。茶园土壤有效铁含量为16.74~384.18 mg·kg-1(均值144.42 mg·kg-1),均超过缺乏临界值[21];土壤铁的活化率仅为0.07%~0.46%,说明茶园土壤铁主要以矿物态为主,有效程度低;茶园土壤有效锰含量为1.01~104.53 mg·kg-1(均值33.72 mg·kg-1),约有一半茶园土壤存在有效锰缺乏现象;土壤锰的活化率仅为1.31%~32.89%(均值12.01%),有效程度较低,这也是大田县部分茶园缺锰的主要原因。

    表  2  大田县茶园土壤铁锰与有效铁锰含量
    Table  2.  Contents of total and available Fe and Mn in plantation soil
    项目 全铁/(g·kg-1) 有效铁/(mg·kg-1) 活化率/% 全锰/(mg·kg-1) 有效锰/(mg·kg-1) 活化率/%
    范围 22.44~96.80 16.74~384.18 0.07~0.46 43.85~678.49 1.01~104.53 1.31~32.89
    均值 61.08 144.42 0.23 258.97 33.72 12.01
    标准差 18.79 85.33 0.10 142.37 27.87 7.74
    变异系数 30.76 59.08 45.02 54.98 82.66 64.50
    福建省土壤背景值[20] 42.7 - 280 -
    样品超标率/% 88 48
    有效铁锰缺乏临界[21, 8] 4.5 30
    大于有效含量临界值的比例/% 100 48
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    图 12可以看出,茶园土壤的全铁锰含量均与有效铁锰含量之间呈极显著的正相关;土壤全铁与全锰含量之间呈极显著正相关,土壤有效铁和有效锰之间相关性不显著。

    图  1  土壤铁锰含量与有效铁锰含量的相关性
    Figure  1.  Correlation coefficient between contents of total and available Fe/Mn in soil
    图  2  土壤铁锰含量之间的相关性
    Figure  2.  Correlation coefficient between contents of Fe and Mn in soil

    表 3可以看出,4个样点的茶园土壤全铁含量总体表现为20~40 cm土层含量最高,在此土层存在富集现象,但各土层之间差异均不显著(P>0.05);土壤有效铁含量则表现为随着土层深度增加而降低的趋势;土壤全锰和有效锰含量均表现为随着土层深度增加而降低的趋势,其中0~20 cm土层显著高于其他土层(大石村样点0~20 cm与20~40 cm土层之间除外);不同样点之间土壤铁锰含量差异较大,岬坪村样点土壤全铁、有效铁、全锰含量最高,有效锰含量则以龙坑村样点较高。

    表  3  茶园土壤铁锰及有效态含量剖面分布
    Table  3.  Vertical characteristics of total and available Fe/Mn in plantation soil
    样点 土层/cm 全铁/(g·kg-1) 有效铁/(mg·kg-1) 全锰/(mg·kg-1) 有效锰/(mg·kg-1)
    龙坑村 0~20 54.20a 237.18a 313.16a 37.21a
    20~40 57.86a 180.58b 268.55b 23.03b
    40~60 50.26b 169.14b 201.34c 21.68b
    安和村 0~20 22.87a 19.72a 246.10a 15.81a
    20~40 22.86a 16.66a 173.16b 9.96b
    40~60 22.77a 18.69a 109.89c 11.72b
    岬坪村 0~20 70.02a 329.33a 433.14a 28.77a
    20~40 71.35a 219.41b 284.68b 18.29b
    40~60 67.94a 188.18b 223.95c 14.20b
    大石村 0~20 53.07a 204.77a 251.72a 22.23a
    20~40 56.65a 176.37a 223.75ab 21.18a
    40~60 55.83a 138.28b 209.32b 17.02b
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    利用Person相关性分析,评价土壤铁、锰全量及有效含量与土壤理化性质之间的关系。由表 4可以看出,土壤全铁与土壤pH值、全磷和速效磷呈显著正相关;土壤有效铁与pH值呈显著负相关,与土壤有机质、全磷和速效磷呈显著正相关;土壤全锰与土壤pH值和有机质呈显著正相关;土壤有效锰与土壤pH值呈显著负相关,与土壤有机质呈极显著正相关;土壤铁锰含量与海拔和种植年限之间相关性不显著。

    表  4  茶园土壤铁锰含量与土壤理化性质之间的相关性
    Table  4.  Correlation coefficient between Fe/Mn contents and physicochemical properties of plantation soil
    项目 pH 有机质 全氮 全磷 速效磷 海拔 种植年限
    全铁 0.33* 0.26 -0.13 0.41* 0.49* 0.05 -0.26
    有效铁 -0.51* 0.57* -0.12 0.37* 0.34* 0.01 -0.12
    有效度 -0.18 0.15 -0.04 0.21 0.25* -0.1 0.02
    全锰 0.50* 0.56* 0.12 0.19 0.10 0.17 0.01
    有效锰 -0.53* 0.67** 0.16 0.10 0.12 0.01 0.05
    有效度 -0.64** 0.10 0.15 -0.07 0.04 0.03 0.03
    注:**表示极显著相关;*表示显著相关。表 6同。
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    表  6  茶叶中铁锰含量和富集系数与茶园土壤铁锰含量之间的相关性
    Table  6.  Correlation coefficient between Fe/Mn contents and accumulation coefficients in leaves and Fe/Mn contents in soil
    项目 全铁 有效铁 全锰 有效锰
    茶叶铁含量 0.23 0.52** -0.16 -0.15
    铁富集系数(全量基) -0.55** -0.33 -0.15 -0.1
    铁富集系数(有效基) -0.23 -0.49* -0.02 -0.17
    茶叶锰含量 -0.09 -0.32 0.47* 0.70**
    锰富集系数(全量基) -0.62** -0.10 -0.61** 0.05
    锰富集系数(有效基) -0.21 -0.42* -0.14 -0.40*
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    表 5可以看出,大田县各茶园中茶叶(一芽二叶)铁含量为84.79~280.26 g·kg-1,均值为164.52 g·kg-1;茶叶中铁的全量基富集系数和有效基富集系数分别为0.001~0.005和0.49~6.65,均值分别为0.003和1.63;各茶园中茶叶锰含量为201.86~1 863.37 mg·kg-1,均值为849.73 mg·kg-1;茶叶中锰的全量基富集系数和有效基富集系数分别为0.74~20.29和9.93~534.84,均值分别为4.31和59.27,茶叶锰的富集系数远高于铁。

    表  5  大田县茶叶中铁锰含量
    Table  5.  Fe and Mn contents in tea leaves
    项目 全铁/(g·kg-1) 富集系数(全量基) 富集系数(有效基) 全锰/(mg·kg-1) 富集系数(全量基) 富集系数(有效基)
    范围 84.79~280.26 0.001~0.005 0.49~6.65 201.86~1863.37 0.74~20.29 9.93~534.84
    均值 164.52 0.003 1.63 849.73 4.31 59.27
    标准差 60.13 0.001 1.42 454.02 4.01 106.70
    变异系数 36.55 40.67 87.08 53.43 93.10 180.02
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    分析茶叶中铁锰含量和富集系数与土壤铁锰含量之间相关性(表 6),结果表明,茶叶中铁含量与土壤有效铁含量呈极显著正相关,铁富集系数与土壤全铁和有效铁呈显著至极显著负相关;茶叶锰与土壤全锰和有效锰呈显著至极显著正相关,锰富集系数(全量基)与土壤全铁和全锰呈极显著负相关,锰富集系数(有效基)与土壤有效铁和有效锰呈显著负相关。

    土壤中的铁锰主要来自于成土母质,其含量和剖面分布因成土母质类型、土壤质地、成土过程和土壤发育程度以及土壤理化性质等而不同[22],同时施肥措施(有机肥和铁锰叶面肥等)和植茶年限等也会影响土壤铁锰含量[23],导致土壤中铁锰含量变幅很大。我国土壤中铁、锰的含量分别为10.5~48.4 g·kg-1和10~5 532 mg·kg-1,均值分别为27.3 g·kg-1和710 mg·kg-1[24-25]。本研究中,大田县25个茶园土壤全铁含量均值为61.08 g·kg-1,高于全国和福建省土壤背景值,也高于皖南山区[26]、四川[4]和福建武夷山茶园土壤全铁含量[27]。本研究结果发现茶园土壤有效铁含量为16.74~384.18 mg·kg-1(均值144.42 mg·kg-1),均超过缺乏临界值,说明该地区茶园土壤全铁和有效铁含量丰富,基本不存在缺铁现象。大田县矿产资源丰富,被誉为“闽中宝库”,尤其是丰富的铁矿石资源(福建省内五大铁矿区之一),因而茶园土壤铁背景值较高。25个茶园土壤全锰含量均值为258.97 mg·kg-1,均值低于全国和福建省土壤背景值,也低于浙江省[7]、粤东凤凰山[8]和雅安茶园[28]土壤全锰含量;同时,茶园土壤有效锰含量为1.01~104.53 mg·kg-1(均值33.72 mg·kg-1),土壤锰的活化率均值为12.01%,约50%土壤存在有效锰缺乏现象,这与该地区茶园土壤主要类型有关。土壤全锰主要来源于成土母质的风化作用,该区域茶园土壤类型以红壤、黄红壤和黄壤为主,成土母质以花岗岩和第四纪红土为主,其本身母质导致土壤锰含量低[29],直接导致了部分茶园土壤缺锰。

    铁锰金属元素进入茶园土壤后,与土壤各组分进行着吸附解吸、沉淀溶解及配合解离等过程[28],伴随着茶树根系吸收和凋落物分解还园等过程,出现了土壤剖面的迁移和形态的转化。本研究中,茶园土壤全铁含量剖面分布不明显,各土层全铁含量差异不显著(P>0.05),但在20~40 cm土层出现富集现象;而土壤有效铁含量则表现为随着土层深度增加而逐渐降低,这与程伟丽等[30]研究结果基本一致。茶园土壤的水分含量总体处于比较稳定的状态,处于氧化环境的时间较长,使茶园土壤全铁处于较稳定的状态,因而变化程度较小;季节性降雨导致茶园土壤全铁淋溶至下层,同时茶树根系向下聚集,使茶园土壤全铁含量在20~40 cm处出现富集层;大量茶树凋落物和修剪枝在表层(0~20 cm)聚集,分解释放的铁元素较多,因而土壤有效铁出现表层富集层。茶园土壤全锰和有效锰含量均表现为随着土层深度增加而逐渐降低,这与茶树对锰的吸收特性有关。茶树为聚锰作物,对锰有极强的富集能力,老叶锰含量可达5 200 mg·kg-1[31],茶树凋落物(修剪枝)还园后分解释放的锰在表层土壤聚集。

    另外,土壤铁锰含量及剖面分布状况与土壤本身的理化性质密切相关。土壤pH值是影响土壤中铁锰的化学行为及有效性的重要因素,pH值降低有利于铁锰氧化物的还原,有效铁锰含量增加,土壤中有效铁锰的含量与土壤pH值呈显著负相关[32-33]。土壤中有机物腐解过程产生大量的电子,使得土壤中氧化还原电位(Eh)下降,还原性增强,土壤氧化铁锰易被氧化还原成为游离态的铁锰离子,增加了土壤中有效铁锰含量;土壤有机质是有效的络合剂(活性基团)能显著提高土壤有机络合态铁锰的含量[34],这些络合物是土壤铁锰有效态的主要来源。本研究中,土壤全铁锰与土壤pH值呈显著正相关,而有效铁锰与土壤pH值呈显著负相关,土壤铁锰及有效性与土壤有机质呈显著或极显著正相关(土壤全铁与有机质之间除外),这与以往的研究结果基本一致[35]。自然土壤植茶后,土壤酸化严重,低pH值环境条件下促进了不溶性铁锰向可溶性铁锰转换,从而提高了土壤活性铁锰的含量。随着土层深度增加,茶园土壤pH值呈增加趋势,土壤有机质含量下降,土壤铁锰的活度降低,因而土壤有效铁锰含量也随之下降。土壤全铁和有效铁均与土壤全磷和速效磷呈显著正相关,这是因为酸性土壤中含有较高活性的大量铁氧化物,铁氧化物具有较大的比表面积,对土壤磷酸根具有较大的吸附作用。

    大田县茶园茶叶(一芽二叶)铁锰含量变幅很大,铁含量范围84.79~280.26 mg·kg-1,均值为164.52 mg·kg-1,低于绿茶中铁的含量(217.40 mg·kg-1)[36],高于安溪铁观音茶叶中铁的含量(126.71 mg·kg-1)[5]。茶叶锰含量范围为201.86~1863.37 mg·kg-1,均值为849.73 mg·kg-1,高于云南地区普洱茶锰含量(均值682.09 mg·kg-1)[37],高于福建地区112份茶叶锰含量(674 mg·kg-1)[38],低于韩文炎对中国150份茶叶样品测定的锰含量(均值1 038 mg·kg-1)[39],这与茶叶采摘标准(一芽二叶)有关。茶树为聚锰植物,茶树中老叶锰含量明显高于其他器官,可高达5 200 mg·kg-1[31]。本研究茶叶中铁的全量基富集系数和有效基富集系数均值分别为0.003和1.63,土壤有效铁富集系数远高于其全铁的富集系数;茶叶中锰的全量基富集系数和有效基富集系数分别为0.74~20.29和9.93~534.84,均值分别为4.31和59.27,茶叶锰的富集系数远高于铁,这与前人的研究结果基本一致[40-41]。尽管茶园土壤中铁含量远高于锰,但铁的有效度却远低于锰的有效度,因而茶树对铁的富集系数较小。同时,铁锰为同族元素,它们的离子半径和电荷性接近,具有相似的迁移和富集规律,在茶树体内存在明显的拮抗作用,聚锰的同时减少了对铁的吸收。另外,土壤铁锰全量基的富集系数远低于其有效基的富集系数,这是由于土壤全铁锰的含量较高,而土壤中铁锰的有效度较低,因而土壤向茶叶转移的铁锰量占土壤铁锰的比例就较小。茶叶铁含量与土壤有效铁呈显著正相关,与土壤全铁相关不显著,说明有效铁才是影响茶树铁吸收的主要因素。

    基于大田县茶园土壤(25份)和茶叶样品的分析结果看出,大田县茶园土壤全铁及有效铁含量较高,基本不存在缺铁现象;茶园土壤全锰及有效锰含量较低,有50%的土壤有效锰含量低于茶园土壤有效锰的临界指标。茶园土壤全铁含量剖面分布不明显,但在20~40 cm处出现富集现象,而土壤有效铁、全锰和有效锰含量则表现为随着土层深度增加而降低的趋势。土壤有机质、pH值、全磷和速效磷是影响茶园土壤全铁和有效铁含量的主要因素,土壤全锰和有效锰则与土壤有机质和pH值关系密切,因此增施有机肥和种植绿肥能提高土壤有效铁锰含量。茶叶中铁含量与土壤有效铁呈极显著正相关,茶叶锰含量与土壤全锰和有效锰呈显著或极显著正相关,茶叶锰富集系数远高于铁,土壤铁锰有效基的富集系数高于其全量基的富集系数,茶叶对铁锰的富集能力随着土壤铁锰含量的升高而降低,说明茶树对铁锰的吸收可能以“主动吸收”为主。

  • 图  1   引物UBC824对部分材料扩增结果

    M为2000 bp Marker,1~22、26与27为植物材料编号。

    Figure  1.   Amplification with primer UBC824 on some germplasms

    M: 2000 bp marker; 1-22, 26, and 27: codes of specimens.

    图  2   七叶一枝花种质材料K值与ΔK的关系

    K值表示假设的群体数量;ΔK确定最优的K值。

    Figure  2.   Graphic relationship between K and ΔK of P. polyphylla Sm. germplasms

    K: Assumed number of populations; ΔK: determined optimal K.

    图  3   60份七叶一枝花种质材料遗传结构分析

    1~60为植物材料编号。

    Figure  3.   Genetic structures of 60 P. polyphylla germplasms

    1-60: Codes of specimens.

    图  4   60份七叶一枝花种质材料聚类分析

    红色标记与群体结构中Ⅰ类相对应,绿色标记与群体结构中Ⅱ类相对应,蓝色标记与群体结构中Ⅲ类相对应。

    Figure  4.   Clusters of 60 P. polyphylla germplasms

    Red: Group I; green: Group II; blue: Group III in population structure.

    图  5   60份七叶一枝花种质主坐标分析

    红色标记与群体结构中Ⅰ类相对应,绿色标记与群体结构中Ⅱ类相对应,蓝色标记与群体结构中Ⅲ类相对应

    Figure  5.   PCoA on 60 P. polyphylla germplasms

    Red: Group I; green: Group II; blue: Group III in population structure.

    图  6   保留种质与初级核心种质主坐标的分布

    保留种质指的是在构建核心种质后未被选入核心种质库的剩余种质资源

    Figure  6.   PCoA distribution of core collection and remained germplasms

    Remaining germplasm refers to portion of original accessions not included in core collection.

    表  1   七叶一枝花60份种质资源信息

    Table  1   Information on P. polyphylla germplasms

    编号
    No.
    种源地
    Provenance
    海拔
    Elevation/m
    编号
    No.
    种源地
    Provenance
    海拔
    Elevation/m
    1 福建省漳州市南靖县和溪镇
    (24°52'28"N, 117°15'15"E)
    594 31 湖北省宜昌市五峰县牛庄乡
    (30°13'47"N, 110°22'00"E)
    1789
    2 福建省南平市邵武市肖家坊镇
    (27°09'44"N, 117°15'50"E)
    471 32 湖北省黄冈市蕲春县狮子镇
    (30°13'54"N, 115°45'43"E)
    529
    3 福建省南平市光泽县桃州基地寨里镇
    (27°06′53″N, 117°15'13"E)
    456 33 湖北省恩施土家族苗族自治州恩施市芭蕉侗族乡
    (30°06'54"N, 109°24'11"E)
    712
    4 福建省南平市光泽县桃州基地寨里镇
    (27°06′53″N, 117°15'13"E)
    456 34 湖北省宜昌市兴山县水月寺镇
    (31°13'30"N, 111°01'50"E)
    1112
    5 福建省南平市光泽县华侨乡
    (27°33'36"N, 117°12'50"E)
    372 35 湖北省宜昌市兴山县水月寺镇
    (31°13'33'N, 111°01'54"E)
    1150
    6 福建省南平市光泽县崇仁乡
    (27°35'58"N, 117°21'32"E)
    332 36 湖北省黄冈市麻城市龟山镇
    (31°04'36"N, 115°11'23"E)
    382
    7 福建省南平市光泽县华侨乡
    (27°33'53"N, 117°11'54"E)
    400 37 湖北省恩施市土家族苗族自治州咸丰县高乐山镇
    (29°40'41"N, 109°08'41"E)
    744
    8 福建省南平市光泽县司前乡
    (27°54'18"N, 117°31'43"E)
    440 38 四川省乐山市峨边县新林镇
    (29°10'27"N, 103°15'12"E)
    851
    9 福建省南平市光泽县鸾凤乡
    (27°33'07"N, 117°20'34"E)
    334 39 四川省达州市大竹县团坝镇
    (30°38'30"N, 107°02'56"E)
    835
    10 福建省南平市光泽县华侨乡
    (27°33'40"N, 117°11'58"E)
    405 40 四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县水磨镇
    (30°56'05"N, 103°25'33"E)
    919
    11 福建省泉州市南安市水头镇
    (24°42'54"N, 118°20'06"E)
    370 41 四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县水磨镇
    (30°56'05"N, 103°25'33"E)
    922
    12 福建省泉州市南安市眉山乡
    (25°05'26"N, 118°17'58"E)
    661 42 四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县水磨镇
    (30°56'04"N, 103°25'29"E)
    903
    13 福建省漳州市南靖县梅林镇
    (24°41'59"N, 117°04'07"E)
    450 43 四川省成都市崇州市怀远镇
    (30°41'54"N, 103°32'00"E)
    615
    14 福建省漳州市南靖县和溪镇
    (24°52'32"N, 117°12'36"E)
    466 44 安徽省安庆市潜山市五庙乡
    (30°38'50"N, 116°17'37"E)
    406
    15 福建省南平市邵武市大竹镇
    (27°65'32"N, 117°15'13"E)
    471 45 安徽省安庆市太湖县北中镇
    (30°39'27"N, 115°49'54"E)
    364
    16 福建省三明市大田县奇韬镇
    (26°03'27"N, 117°52'29"E)
    519 46 安徽省六安市霍山县磨子潭镇
    (31°14'06"N, 116°19'40"E)
    318
    17 福建省三明市三元区中村乡
    (26°7′18″N, 117°43′21″E)
    933 47 浙江省衢州市常山县芳村镇
    (29°02'16"N, 118°37'03"E)
    350
    18 福建省三明市三元区中村乡
    (26°08'48"N, 117°42'32"E)
    542 48 浙江省丽水市遂昌县龙洋乡
    (28°18'04"N, 118°56'57"E)
    764
    19 福建省龙岩市武平县下坝乡
    (24°52'28"N, 116°03'13"E)
    387 49 浙江省丽水市龙泉市竹垟畲族乡
    (28°02'57"N, 118°56'53"E)
    468
    20 福建省南平市光泽县华侨乡
    (27°32'39"N, 117°12'10"E)
    378 50 浙江省丽水市龙泉市宝溪乡
    (27°73'97"N, 118°71'14"E)
    581
    21 福建省南平市光泽县华侨乡
    (27°33'13"N, 117°12'20"E)
    387 51 陕西省安康市旬阳市赵湾镇
    (32°99'72"°N, 109°16'26"E)
    780
    22 福建省南平市光泽县华侨乡
    (27°33'42"N, 117°13'16"E)
    462 52 陕西省汉中市宁强县二郎坝镇
    (32°67'12"N, 106°09'47"E)
    1205
    23 福建省南平市光泽县止马镇
    (27°54'58"N, 117°10'60"E)
    450 53 湖南省益阳市安化县东坪镇
    (28°21'74"N, 111°04'75"E)
    408
    24 福建省南平市光泽县鸾凤乡
    (27°32'31"N, 117°20'36"E)
    338 54 湖南省张家界市慈利县龙潭河镇
    (29°24'15"N, 111°07'18"E)
    280
    25 福建省南平市邵武市肖家方镇
    (27°09'21"N, 117°17'53"E)
    386 55 广西壮族自治区桂林市阳朔县兴坪镇
    (24°63'69"N, 110°22'27"E)
    426
    26 云南文山壮族苗族自治州富宁县归朝镇
    (23°61'43"N, 105°81'02"E)
    728 56 广西壮族自治区玉林市福绵区成均镇
    (22°57'32"N, 109°99'34"E)
    1109
    27 云南文山壮族苗族自治州砚山县平远镇
    (23°44'88"N, 104°17'48"E)
    1572 57 贵州省毕节市纳雍县水东镇
    (27°12'58"N, 105°12'66"E)
    1651
    28 云南省昭通市水富市太平镇
    (28°54'12"N, 104°20'45"E)
    1017 58 广东省清远市连州市三水瑶族乡
    (25°08'35"N, 112°16'03"E)
    707
    29 云南省普洱市西盟佤族自治县中淉镇
    (22°48'70"N, 99°43'32"E)
    1395 59 河南省三门峡市卢氏县双槐树乡
    (33°84'66"N, 110°89'22"E)
    1007
    30 云南省曲靖市富源县十八莲山镇
    (25°04'39"N, 104°44'32"E)
    1720 60 江西省吉安市井冈山市茅坪乡
    (26°63'17"N, 114°06'66"E)
    800
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    表  2   15条ISSR分子标记的引物信息

    Table  2   Primers for 15 ISSR molecular markers

    引物编号
    Primer No.
    引物序列(5ʹ-3ʹ)
    Primer sequence(5ʹ-3ʹ)
    退火温度
    Annealing temperature/ ℃
    UBC811 GAGAGAGAGAGAGAGAC 55.3
    UBC824 TCTCTCTCTCTCTCTCG 53.0
    UBC834 AGAGAGAGAGAGAGAGYT 55.8
    UBC835 AGAGAGAGAGAGAGAGYC 56.3
    UBC844 CTCTCTCTCTCTCTCTRC 52.3
    UBC853 TCTCTCTCTCTCTCTCRT 52.0
    UBC855 ACACACACACACACACYT 57.0
    UBC864 ATGATGATGATGATGATG 51.2
    UBC866 CTCCTCCTCCTCCTCCTC 63.2
    UBC873 GACAGACAGACAGACA 51.9
    UBC874 CCCTCCCTCCCTCCCT 60.8
    UBC878 GGATGGATGGATGGAT 48.5
    UBC880 GGAGAGGAGAGGAGAGGAGA
    GGAGA
    55.0
    UBC881 GGGTGGGGTGGGGTGGGGTGG
    GGTG
    54.3
    UBC889 DBDACACACACACACAC 52.5
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    表  3   15条ISSR引物扩增结果及七叶一枝花遗传多样性分析

    Table  3   Amplification with 15 ISSR primers and genetic diversity of P. polyphylla

    引物
    Primer
    总带数
    No.of bands
    多态性条带
    Polymorphic
    bands
    观测等位基因数
    Observed number of
    alleles (Na)
    有效等位基因数
    Effective number of
    alleles (Ne)
    Neiʹs遗传多样性指数
    Nei's gene diversity
    index (He)
    Shannonʹs信息指数
    Shannon's information
    index (I)
    UBC811 6 5 1.8333 1.4829 0.2567 0.3940
    UBC824 6 5 1.8333 1.3750 0.2181 0.3557
    UBC834 7 7 2.0000 1.6419 0.3804 0.5637
    UBC835 9 9 2.0000 1.6246 0.3758 0.5598
    UBC844 7 7 2.0000 1.6515 0.3831 0.5662
    UBC853 6 6 2.0000 1.5484 0.3485 0.5299
    UBC855 8 8 2.0000 1.5809 0.3434 0.5144
    UBC864 7 7 2.0000 1.5979 0.3614 0.5424
    UBC866 6 6 2.0000 1.4071 0.2694 0.4288
    UBC873 6 6 2.0000 1.7446 0.4269 0.6163
    UBC874 8 8 2.0000 1.4067 0.2837 0.4526
    UBC878 8 8 2.0000 1.4375 0.2821 0.4424
    UBC880 6 5 1.8333 1.6115 0.3143 0.4668
    UBC881 6 6 2.0000 1.5130 0.3083 0.4682
    UBC889 6 6 2.0000 1.8078 0.4410 0.6309
    平均值 Average value 6.8 6.6 1.9666 1.5557 0.3328 0.5022
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    表  4   各群体Q值分布

    Table  4   Distribution of Q-values on each population

    类群
    Group
    种群数量
    Number of germplasm
    Q≤0.6 Q>0.6 Q≥0.8 Q≥0.9
    29(48.33%) 3(5.00%) 3(5.00%) 2(3.30%) 21(35.00%)
    12 (20.00%) 1(1.70%) 1(1.70%) 1(1.70%) 9(15.00%)
    19 (31.70%) 1(1.70%) 0(0.00%) 3(5.00%) 15(25.00%)
    合计Total 60(100.00%) 5(8.40%) 4(6.70%) 6(10.00%) 45(75.00%)
    Q值表示个体属于某一类群的比例。
    Q: Proportion of a specimen in a population.
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    表  5   不同抽样比例构建初级核心种质的遗传多样性

    Table  5   Genetic diversity of germplasms in collection gathered by different sampling rates

    抽样比例
    Sampling
    portion
    抽样数
    Number of
    samples
    观测等位基因数
    Observed number of
    alleles (Na)
    有效等位基因数
    Effective number of
    alleles (Ne)
    Neiʹs遗传多样性指数
    Nei's gene diversity
    index (He)
    Shannonʹs信息指数
    Shannon's information
    index (I)
    多态性
    位点
    PPL
    多态性
    位点率
    PPB/%
    抽样前
    Before sampling
    60 1.9706±0.1698a 1.5557±0.2913a 0.3328±0.1341a 0.5022±0.1692a 102 100
    40% 24 1.9706±0.1698a 1.5976±0.2916a 0.3507±0.1317a 0.5233±0.1657a 99 97.06
    35% 21 1.9706±0.1698a 1.6019±0.2867a 0.3533±0.1292a 0.5267±0.1627a 99 97.06
    30% 18 1.9706±0.1698a 1.6076±0.2869a 0.3556±0.1288a 0.5295±0.1615a 99 97.06
    25% 15 1.9608±0.1951a 1.6100±0.2844a 0.3568±0.1291a 0.5302±0.1646a 98 96.08
    20% 12 1.9314±0.2541a 1.6134±0.3073a 0.3542±0.1428a 0.5234±0.1871a 98 96.08
    15% 9 1.9020±0.2988a 1.6036±0.3274a 0.3457±0.1551a 0.5098±0.2067a 92 90.20
    10% 6 1.8039±0.3990b 1.5704±0.3566a 0.3235±0.1799a 0.4730±0.2512a 83 81.37
    同列数据中标有不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同小写字母表示组间差异不显著(P>0.05)。
    Data with different lowercase letters on same column indicate significant differences at P<0.05; those with same lowercase letters, no significant differences at P>0.05 between groups.
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    表  6   分子标记构建七叶一枝花资源初级核心种质

    Table  6   Preliminary core germplasm collection gathered based on molecular markers

    地区来源
    Geographic origin
    初级核心种质份数
    Primary core collection size
    种质编号
    Number
    福建省
    Fujian Province
    2 16、24
    云南省
    Yunnan Province
    2 29、30
    湖北省
    Hubei Province
    1 37
    四川省
    Sichuan Province
    1 39
    安徽省
    Anhui Province
    1 45
    浙江省
    Zhejiang Province
    2 48、50
    陕西省
    Shaanxi Province
    1 51
    湖南省
    Hunan Province
    1 54
    广东省
    Guangdong Province
    1 58
    种质编号见表1
    Germplasm codes same as shown in Table 1.
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    表  7   初级核心种质与原种质及保留种质之间t检验

    Table  7   t-test values between germplasms in original, remaining, and core collection

    种质
    Collections
    样本数
    Number of samples
    观测等位基因数
    Observed number of
    alleles (Na)
    有效等位基因
    Effective number of
    alleles (Ne)
    Neiʹs遗传多样性指数
    Nei's gene diversity
    index (He)
    Shannonʹs信息指数
    Shannon's information
    index (I)
    原种质OC 60 1.9706 1.5557 0.3328 0.5022
    初级核心种质PCC 12 1.9314 1.6134 0.3542 0.5234
    保留种质RC 48 1.9510 1.5207 0.3138 0.4767
    t1 0.5061 0.5367 0.6190 0.6981
    t2 0.6624 0.4302 0.4823 0.4885
    t1为初级核心种质与原种质各遗传参数t检验值;t2为核心种质与保留种质各遗传参数t检验值。
    t1: t-test values on genetic diversity indexes between original and core collection; t2: those between remaining germplasms and core collection.
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-22
  • 修回日期:  2024-12-16
  • 网络出版日期:  2025-03-31
  • 刊出日期:  2025-03-27

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