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2026 , Vol. 54 >Issue 1: 114 - 124

DOI: https://doi.org/10.15983/j.cnki.jsnu.2026012

Multivariate criterion-based selection of high-quality Schisandra sphenanthera germplasm

  • LIU Qiaoli 1, 2 ,
  • DU Xinyi 1 ,
  • HUANG Yaya 1 ,
  • SONG Shuanghong 1 ,
  • ZHANG Dezhu 3 ,
  • MENG Jianguo 3 ,
  • CUI Langjun , 1, *
Expand
  • 1 National Engineering Laboratory for Resource Developing of Endangered Chinese Crude Drugs in Northwest China/Key Laboratory of Medicinal Plant Resources and Natural Pharmaceutical Chemistry, Ministry of Education/School of Life Sciences, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, Shaanxi, China
  • 2 Zhuanglang County No.4 Middle School, Pingliang 744699, Gansu, China
  • 3 Shaanxi Panlong Pharmaceutical Group Co., Ltd., Shangluo 711400, Shaanxi, China

Received date: 2025-05-12

  Online published: 2026-03-02

Fold

Abstract

The dried ripe fruit of Schisandra sphenanthera (commonly known as Nanwuweizi) is a medicinal material officially recorded in the Pharmacopoeia of the People’s Republic of China, with significant pharmacological effects in hepatoprotection and antioxidation. The quality of its germplasm resources directly determines the medicinal yield and efficacy. In this study, 12 Schisandra sphenanthera germplasm accessions from the same nursery were evaluated based on fruit phenotypic traits, bioactive compound contents, and antioxidant activity to identify superior germplasm resources. The results demonstrated that accessions No.2 and No.4 exhibited superior phenotypic characteristics.Significant variations were observed among different accessions in terms of volatile oil yield, polysaccharide content, and DPPH radical scavenging capacity of both volatile oils and ethanolic extracts. A comprehensive assessment was conducted, considering aggregate fruit weight, berry pericarp thickness, total lignan content, polysaccharide content, volatile oil extraction rate, and the antioxidant activity of volatile oils and ethanolic extracts. The top three germplasm accessions were ranked as No. 2, No. 5, and No. 8, showing promising potential for further breeding and cultivar improvement of Schisandra sphenanthera.

Key words： Schisandra sphenanthera; germplasm resources; lignan; volatile oils; polysaccharides

Cite this article

LIU Qiaoli , DU Xinyi , HUANG Yaya , SONG Shuanghong , ZHANG Dezhu , MENG Jianguo , CUI Langjun . Multivariate criterion-based selection of high-quality Schisandra sphenanthera germplasm[J]. Journal of Shaanxi Normal University(Natural Science Edition), 2026 , 54(1) : 114 -124 . DOI: 10.15983/j.cnki.jsnu.2026012

华中五味子(Schisandra sphenanthera Rehd. Et Wils.)为木兰科五味子属多年生落叶藤本植物,在我国主要分布于陕西、湖北等地。华中五味子以其干燥成熟果实入药,称南五味子,被收录于《中华人民共和国药典》[1]。南五味子中含有木脂素类、挥发油类、萜类、黄酮类、有机酸和多糖等活性成分,具有保肝护肝、抗氧化及增强免疫力等功能[2],已经广泛用于食品、药品和饮料等行业[3],特别是新鲜南五味子具有独特的口感,在秦巴山区大量作为水果食用。华中五味子横走茎发达,水土保持效益明显,加之根部也富含木脂素等化合物[4],已成为秦巴山区发展林下经济和水土保持的重要药材种类[5-6]。
近年来南五味子用量逐年上升,秦巴地区已经开始规模化种植或野生抚育华中五味子,但所用种子、种苗主要来自于农户自留种。由于未经科学选育,导致种质混乱,产量和质量不均一,严重影响了药材的产量与质量。选育、推广、应用优良品种,提升产量与质量是解决该问题的有效途径。种质资源既是影响南五味子产量与质量的关键因素,也是良种选育的基础[1,7]。研究表明,秦岭华中五味子遗传变异多样,其叶、花的多个性状指标在居群间和居群内均存在显著或极显著差异。这些遗传变异主要存在于居群内,居群间遗传分化较小,而且不同居群间具有较大的基因流[8]。陕西等地238份华中五味子种质资源的遗传多样性丰富,特别是果部表型性状多样,单果重、小浆果纵径、小浆果横径和百粒鲜重在种群内变异大,而聚合果果形指数、聚合果纵径、聚合果果柄长和单果小浆果数在种群间变异大,这些果部表型变异与地理气候因子关系密切[1,9]。对河南省栾川县野生华中五味子种质资源的调查结果表明,中长穗型果穗的颗粒大,而短穗型株产量较高[10],但目前尚无筛选华中五味子优良种质资源的报道。
本研究前期收集了12份野生华中五味子种质资源,移栽入陕西省柞水县种植园,进行常规修剪等田间管理。进入盛果期后观察发现,不同种质资源的叶片表型性状差异极小,但果实的表型性状差异较大。基于此,本研究对这12份华中五味子种质资源果实的表型性状、主要化学成分组成及抗氧化性等进行综合评价,以期筛选出表型性状优、抗氧化性强的华中五味子种质资源,为其良种选育提供候选材料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试材料12份华中五味子种质资源采自秦巴山区,根段移栽至陕西省柞水县下梁镇试验地。每年秋季落叶后施入等量的有机肥并进行相同强度的修剪,夏季统一锄草。生长5年后,8月果实成熟后采摘。每种种质资源采集样本30份,测定表型性状后,40 ℃烘干至恒重,磨粉过筛,置于4 ℃冰箱保存备用。样品均经陕西师范大学崔浪军教授鉴定为木兰科植物华中五味子(Schisandra sphenanthera Rehd.Et Wils.)的干燥成熟果实。
五味子醇甲、五味子醇乙、五味子酯甲、五味子酯乙、五味子甲素、五味子乙素、五味子丙素、戈米辛J、五味子酚、葡萄糖对照品,购自上海源叶生物科技有限公司、北京索莱宝科技有限公司和Sigma公司。甲醇、乙腈等试剂均为色谱纯。
气相色谱-质谱联用仪(GC-MS),Thermo ISQ LT(美国);超高效液相色谱仪(UPLC),Waters H-Class(美国)。

1.2 实验方法

1.2.1 表型性状测定

采用称重法、测量法等常规方法测定聚合果总重、纵径、横径、小浆果总数、紧实度、颜色、果柄长以及小浆果的单果重、直径、果皮厚度等表型性状。

1.2.2 挥发油成分测定

参照张天坤等[11]的方法,利用索氏提取法提取挥发油,脱水后利用减重法称重,于4 ℃密封保存。精确称取0.01 g挥发油浸膏,加入色谱乙醇超声加热,制备成0.000 1 g/mL的挥发油溶液。取上清液1 mL,经0.22 μm微孔滤膜过滤后,装瓶进行GC-MS检测。
色谱条件:色谱柱使用DB-5石英毛细管柱(30 m×0.25 mm)。程序升温为初始温度60 ℃,保留3 min;10 ℃/min升温至130 ℃,保留1 min;然后10 ℃/min升温至150 ℃, 25 ℃/min升温至170 ℃,10 ℃/min升温至250 ℃,保留10 min。进样口温度为230 ℃,载气为高纯氦气(99.999%),载气流速 0.8 mL/min,进样量为1 μL,进样模式为不分流进样。
质谱条件:电子电离(electron ionization,EI)源,离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃,电子能量70 eV,倍增管电压1.2 kV,接口温度280 ℃,质量扫描范围35~550 m/z。

1.2.3 木脂素含量测定

木脂素含量利用UPLC测定。分别精确称取五味子醇甲等对照品适量,用甲醇超声溶解并配制成质量浓度为0.1~0.26 mg/mL的标准储备溶液。
供试品溶液:取南五味子粉末约0.15 g,精密称定,置于25 mL量瓶中,加入甲醇25 mL,称定,超声处理(250 W,53 kHz)10 min,取出,放冷至室温,加甲醇补足减失的质量,摇匀,用0.22 μm微孔滤膜过滤,取续滤液,即得。
色谱条件:ZORBA×ECLIPSE PLUS C18色谱柱(1.8 μm,100 mm×2.1 mm),流动相为乙腈(A)和水(B),梯度洗脱为0~0.2 min,45%~53% A;0.2~8 min,53%~55% A;8~11 min,55%~95% A;11~14 min,95% A。流速0.3 mL/min,柱温40 ℃,检测波长220 nm,进样体积1 μL,运行时间23 min。

1.2.4 多糖含量测定

参照李宝岩等[12]的方法,称取南五味子粉末1 g,分别置于索氏提取器中,加入80%乙醇回流提取2 h,趁热过滤,残渣用热乙醇洗涤3次后干燥,取干燥后的粉末0.1 g置于圆底烧瓶中,加入80 mL蒸馏水热浸提取2 h,趁热过滤。残渣用热水洗涤3次,合并滤液,置冷后定容于100 mL容量瓶中,摇匀备用。采用水提醇沉法提取,苯酚-硫酸法显色,以葡萄糖为对照品,分光光度计于490 nm条件下测定吸光度。按下列公式计算样品中的多糖含量:
w多糖=CDF/m×100%。
式中:C为供试液中葡萄糖的浓度;D为供试液的稀释因素;F为换算因子;m为供试样品质量。

1.2.5 华中五味子乙醇提取物及挥发油的抗氧化性测定

参照李启思等[13]的方法,配置100 μg/mL的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)溶液。取0.15 g南五味子粉末于50 mL离心管中,加入25 mL乙醇,超声处理30 min,取出,放冷至室温,摇匀,用0.22 μm 微孔滤膜过滤,取续滤液。取0.01 g南五味子挥发油于15 mL离心管中,加入10 mL乙醇,超声30 min使其完全溶解。96孔板于517 nm条件下测量吸光度A0、A1、A2。A0为100 μL乙醇加100 μL DPPH溶液的吸光度,A1为100 μL样品溶液加100 μL DPPH溶液的吸光度,A2为100 μL乙醇加100 μL样品溶液的吸光度。DPPH清除率按下式进行计算:清除率=(1-(A1-A2)/A0)×100%。每个样品重复测定8次。

1.3 数据处理

表型性状样本重复测定15~35次,其他指标测定至少重复3次。使用R软件进行ANOVA等数据分析,采用中国药典委员会颁布的《中药色谱指纹图谱相似度评价系统》(2004A版)进行指纹图谱制作和相似度分析,采用熵权-TOPSIS综合评价模型对不同种质资源进行综合评价[14]。

2 结果与分析

2.1 表型性状

由图1的华中五味子种质资源果实表型可以看出,种质资源1号、2号和3号颜色为深红,5号呈绿色,8号呈红绿色,12号呈暗红色。种质资源1号、2号、4号和8号的果串紧凑,其他果串为半紧凑或松散状态。
图1 不同华中五味子种质资源果实表型

注:网络版为彩图。

Fig.1 The fruit phenotypes of different Schisandra sphenanthera germplasm resources

从表1可知,不同华中五味子种质资源在果实表型性状上差异较大。种质资源2号、10号和11号聚合果总重最大;3号与11号聚合果纵径最长;2号、8号和10号聚合果横径最长;4号聚合果小浆果总数最多;2号小浆果直径最长;2号、3号、5号和10号单果重最大;5号和10号小浆果果皮最厚,2号和11号次之。
表1 不同华中五味子种质资源表型性状

Tab.1 The phenotypic traits of different Schisandra sphenanthera germplasm resources

种质资源 聚合果总
重/g		 聚合果
纵径/mm		 聚合果横
径/mm		 聚合果果
柄长/mm		 聚合果小浆
果总数/粒		 小浆果直
径/mm		 小浆果果皮
厚度/mm		 单果重/g 聚合果
紧实度		 聚合果
颜色
1 17.48cde 75.54de 24.59bc 47.66d 48.20bc 7.07e 0.92c 0.33e 紧凑型 深红
2 23.12a 68.35f 28.08a 63.62a 44.73c 8.88a 1.14b 0.48ab 紧凑型 深红
3 18.49bcd 105.23a 25.93b 57.15bc 33.33d 7.77cd 0.62e 0.50a 松散型 深红
4 16.53de 68.05f 22.89d 36.50e 59.20a 7.48de 0.69de 0.24f 紧凑型 浅红
5 20.26b 83.44c 25.23bc 63.45a 37.60d 8.16b 1.30a 0.50a 半紧凑型 绿
6 15.97de 82.79c 22.54d 54.90bc 44.87c 7.42de 0.73d 0.33e 松散型 深红
7 19.67bc 95.51b 25.53bc 57.71ab 43.67c 8.22b 0.95c 0.41d 松散型 浅红
8 20.57b 70.49ef 27.43a 48.39d 43.33c 8.06bc 1.02c 0.43cd 紧凑型 红绿
9 15.17e 75.53de 24.06cd 47.45d 45.20c 7.27e 1.02c 0.30e 半紧凑型 浅红
10 24.69a 80.62cd 27.88a 58.67ab 45.67c 8.26b 1.38a 0.51a 松散型 浅红
11 23.73a 105.90a 25.52bc 51.29cd 47.27c 8.46b 1.15b 0.46bc 松散型 浅红
12 14.86e 98.60b 22.69d 54.36bc 52.87b 6.43f 0.97c 0.25f 松散型 暗红

注:表中每列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

2.2 挥发油、多糖含量及提取物抗氧化性

12份种质资源的挥发油得率介于10.97%~18.30%,其中8号得率最高,1号得率最低(图2A)。采用GC-MS法在挥发油中共检测出24种化合物,共有化合物有19种,比例为60.47%~92.59%,其中整体相对含量较高的化合物有6种,包括秋水仙碱、19-去甲睾酮(诺龙)的衍生物、邻苯二甲酸二酯、α-铜藻烯、(1S,4aR,8aS)-1-异丙基-4,7-二甲基十氢化萘、(-)-1,7-二甲基-7-(4-甲基-3-戊烯基)三环[2.2.1.0]庚烷。有些化合物在某个种质资源中特有或含量较高。基于挥发油化合物的聚类分析显示,12份种质资源可聚为两大组,其中10号和11号为一组,其他种质资源为一组(图3)。
图2 不同华中五味子种质资源的挥发油、多糖含量及提取物抗氧化性

注:不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

Fig.2 The contents of volatile oil and polysaccharide, and DPPH scavenging rates of extracts in different Schisandra sphenanthera germplasm resources

图3 挥发油化合物含量热图

注:网络版为彩图。

Fig.3 Heat map of volatile oil compound contents

12份种质资源的多糖含量差异较大(图2B),其中8号含量最高,2号次之,9号和12号含量最低。所有种质资源的乙醇提取物和挥发油对DPPH自由基都有很强的清除能力,且两者的清除能力呈现一致规律,均为2号清除能力最强,8号、10号、11号清除能力次之,1号、7号、12号清除能力较弱(图2C、2D)。

2.3 木脂素含量

以2号种质资源图谱为参照,对12份种质资源建立UPLC指纹图谱,经过多点校正和自动匹配,得到稳定性较好的9个色谱峰作为共有峰(图4)。
图4 不同华中五味子种质资源的UPLC指纹图谱

Fig.4 UPLC fingerprints of different Schisandra sphenanthera germplasm resources

12份种质资源的UPLC指纹图谱相似度在0.553~0.924之间,整体上相似度较低,说明不同种质资源差别较大(表2)。
表2 不同华中五味子种质资源UPLC指纹图谱的相似度

Tab.2 Similarity of UPLC fingerprints of different Schisandra sphenanthera germplasm resources

种质资源 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 1
2 0.991 1
3 0.953 0.945 1
4 0.501 0.476 0.613 1
5 0.520 0.493 0.607 0.981 1
6 0.479 0.455 0.577 0.997 0.987 1
7 0.616 0.593 0.652 0.938 0.981 0.951 1
8 0.437 0.413 0.492 0.589 0.638 0.590 0.648 1
9 0.411 0.388 0.463 0.410 0.463 0.403 0.481 0.622 1
10 0.384 0.362 0.432 0.382 0.433 0.376 0.449 0.583 0.998 1
11 0.470 0.443 0.527 0.657 0.707 0.659 0.717 0.994 0.632 0.592 1
12 0.440 0.415 0.495 0.586 0.635 0.586 0.646 1 0.624 0.585 0.994 1
相似度 0.628 0.596 0.710 0.839 0.910 0.840 0.924 0.698 0.593 0.553 0.759 0.698
由表3可知,12份种质资源果实的总木脂素相对含量介于2.070%~3.588%,其中2号和3号总木脂素相对含量最高,10号最低。《中华人民共和国药典》(2020年版)要求南五味子的五味子酯甲含量不低于0.2%[15],本研究中12份种质资源的五味子酯甲含量均明显高于《中华人民共和国药典》(2020年版)的要求,且1号、2号和3号的五味子酯甲含量均高于1%。此外,五味子醇甲和五味子甲素含量在3号中最高,五味子酯乙和五味子乙素含量在2号中最高,戈米辛J和五味子醇乙含量在5号中最高,五味子酚和五味子丙素含量分别在12号和1号中最高。
表3 不同华中五味子种质资源的木脂素含量

Tab.3 The lignan contents in different Schisandra sphenanthera germplasm resources

种质资源 五味子醇甲 戈米辛J 五味子酯乙 五味子酚 五味子甲素 五味子乙素 五味子丙素 五味子醇乙 五味子酯甲 总木脂素
1 0.064d 0.09cd 0.656c 0.133c 0.49d 0.179ab 0.236a 0.074de 1.095a 3.015b
2 0.071b 0.094b 1.079a 0.149c 0.735b 0.193a 0.125b 0.064e 1.078a 3.588a
3 0.078a 0.095b 0.915b 0.15c 0.976a 0.142cd 0.091d 0.093d 1.037b 3.577a
4 0.071b 0.095b 0.831b 0.119c 0.62c 0.159bc 0.069e 0.134c 0.742d 2.840b
5 0.072b 0.1a 0.817b 0.098c 0.683bc 0.166b 0.059e 0.262a 0.809c 3.064b
6 0.067c 0.094b 0.855b 0.098c 0.609c 0.158bc 0.066e 0.151bc 0.836c 2.934b
7 0.063d 0.09cd 0.524d 0.097c 0.486d 0.122de 0.092d 0.164b 0.46h 2.098cd
8 0.067c 0.091c 0.698c 0.096c 0.502d 0.126de 0.093d 0.034e 0.627e 2.334c
9 0.06e 0.09cd 0.33e 0.452a 0.432d 0.128de 0.091d 0.032e 0.454h 2.070cd
10 0.06e 0.089d 0.239e 0.38b 0.324e 0.11e 0.084d 0.039e 0.508g 1.832d
11 0.06e 0.088d 0.306e 0.393ab 0.446d 0.17b 0.117bc 0.036e 0.551f 2.168cd
12 0.059e 0.089cd 0.271e 0.455a 0.461d 0.117e 0.111c 0.025e 0.618e 2.205cd

注:不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

2.4 华中五味子种质资源的主成分分析

本研究选取反映生产效益和应用价值的7个关键指标(聚合果总重、小浆果果皮厚度、总木脂素含量、多糖含量、挥发油提取率、挥发油抗氧化性、乙醇提取物抗氧化性)作为评价依据,对12份华中五味子种质资源进行主成分分析(principal component analysis,PCA)。PCA结果显示,前四个主成分累计解释88.352%的变异信息。其中,第一主成分(PC1,贡献率39.502%)主要由聚合果总重和小浆果果皮厚度的高正载荷以及挥发油和乙醇提取物抗氧化性的显著负载荷构成;第二主成分(PC2,贡献率19.437%)主要反映总木脂素含量的变化;第三主成分(PC3,贡献率16.361%)由挥发油提取率主导;第四主成分(PC4,贡献率13.052%)主要体现多糖含量的差异(表4)。由PCA二维得分图可以看出(图5),多数华中五味子种质资源分布较为集中,但2号种质资源在PC1和PC2维度上明显偏离其他样品,表明其在上述7项评价指标上具有独特的整体表现。
表4 各主成分的值、特征值及贡献率值

Tab.4 Principal component values, eigenvalues and contribution rate values

表型性状 PC1 PC2 PC3 PC4
聚合果总重 0.835 0.489 0.191 -0.028
小浆果果皮厚度 0.912 0.089 -0.082 -0.230
总木脂素含量 0.337 -0.818 0.130 0.368
多糖含量 0.487 -0.137 0.418 0.729
挥发油提取率 0.222 -0.548 0.811 -0.592
挥发油抗氧化性 -0.784 0.201 -0.782 0.282
乙醇提取物抗氧化性 -0.569 0.328 0.614 -0.049
特征值 3.555 1.749 1.473 1.175
方差贡献率/% 39.502 19.437 16.361 13.052
累计贡献率/% 39.502 58.939 75.300 88.352
图5 不同华中五味子种质资源的PCA图

注:网络版为彩图。

Fig.5 PCA plot of different Schisandra sphenanthera germplasm resources

2.5 基于熵权-TOPSIS模型对华中五味子种质资源的综合评价

采用熵权-TOPSIS模型对12份华中五味子种质资源进行综合评价。首先,以聚合果总重、小浆果果皮厚度、总木脂素含量、多糖含量、挥发油提取率、挥发油抗氧化性、乙醇提取物抗氧化性7项指标构建多目标决策矩阵X=(Xij)。由于所有评价指标均为“越大越优”型,利用公式(2)对矩阵X进行标准化处理,得到归一化决策矩阵X'=(X'ij)(表5)。随后,依据公式(3~5)计算各评价指标的熵权值ωj,其结果分别为:聚合果总重0.200 6、小浆果果皮厚度0.141 1、总木脂素含量0.177 3、多糖含量0.170 8、挥发油提取率0.084 7、挥发油抗氧化性0.076 4、乙醇提取物抗氧化性0.149。接着,利用归一化决策矩阵X'与熵权值ωj构建加权决策矩阵R=(Rij)(表6),并确定各指标的正理想解(V+:聚合果总重0.200 6、小浆果果皮厚度0.141 1、总木脂素含量0.177 3、多糖含量0.170 8、挥发油提取率0.084 7、挥发油抗氧化性0.076 7、乙醇提取物抗氧化性0.149 0)和负理想解(V-:指标均为0)。最后,根据公式(6~8)计算各样品与正理想解和负理想解的距离(D+和D-),由此获得各样品的贴近度Ci,并对样品进行排序。根据计算结果,种质资源2号综合表现最佳,5号和8号次之,12号最低(表7)。
表5 决策矩阵归一化分析

Tab.5 Normalization analysis of decision matrix

种质资源 聚合果总重 小浆果果皮厚度 总木脂素含量 多糖含量 挥发油提取率 挥发油抗氧化性 乙醇提取物抗氧化性
1 0.266 5 0.394 7 0.673 7 0.780 4 0 0.651 2 0
2 0.840 3 0.684 2 1 0.992 0 0.272 7 1 1
3 0.369 3 0 0.993 7 0.483 0 0.590 9 0.674 4 0.506 3
4 0.169 9 0.092 1 0.574 0 0.636 7 0.654 6 0.480 6 0.420 6
5 0.549 3 0.894 7 0.701 6 0.582 8 0.759 0 0.704 3 0.430 4
6 0.112 9 0.144 7 0.627 0 0.325 3 0.577 3 0.582 5 0.198 6
7 0.489 3 0.434 2 0.151 5 0.185 6 0.868 1 0.507 2 0.029 2
8 0.580 9 0.526 3 0.285 9 1 1 0.708 7 0.669 9
9 0.031 5 0.526 3 0.135 5 0 0.690 8 0.337 8 0.465 4
10 1 1 0 0.365 3 0.400 0 0.837 2 0.633 9
11 0.902 3 0.697 4 0.190 8 0.339 3 0.468 2 0.821 7 0.586 2
12 0 0.460 5 0.212 4 0.025 9 0.704 5 0 0.298 9
表6 加权决策矩阵分析结果

Tab.6 Analysis results of weighted decision matrix

种质资源 聚合果总重 小浆果果皮厚度 总木脂素含量 多糖含量 挥发油提取率 挥发油抗氧化性 乙醇提取物抗氧化性
1 0.053 5 0.055 7 0.119 4 0.133 3 0 0.049 9 0
2 0.168 6 0.096 5 0.177 3 0.169 4 0.023 1 0.076 7 0.149 0
3 0.074 1 0 0.176 2 0.082 5 0.050 0 0.051 7 0.075 4
4 0.034 1 0.013 0 0.101 8 0.108 7 0.055 4 0.036 9 0.062 7
5 0.110 2 0.126 2 0.124 4 0.099 5 0.064 3 0.054 0 0.064 1
6 0.022 6 0.020 4 0.111 2 0.055 6 0.048 9 0.044 7 0.029 6
7 0.098 2 0.061 3 0.026 9 0.031 7 0.073 5 0.038 9 0.004 4
8 0.116 5 0.074 3 0.050 7 0.170 8 0.084 7 0.054 4 0.099 8
9 0.006 3 0.074 3 0.024 0 0 0.058 5 0.025 9 0.069 3
10 0.200 6 0.141 1 0 0.062 4 0.033 9 0.064 2 0.094 5
11 0.181 0 0.098 4 0.033 8 0.058 0 0.039 7 0.063 0 0.087 3
12 0 0.065 0 0.037 7 0.004 4 0.059 7 0 0.044 5
表7 熵权-TOPSIS模型综合评价结果

Tab.7 Comprehensive evaluation results using entropy-based TOPSIS model

种质资源 D+ D- Ci 排序
1 0.252 6 0.201 2 0.443 4 7
2 0.082 5 0.355 7 0.811 7 1
3 0.225 7 0.232 8 0.507 7 6
4 0.252 1 0.178 5 0.414 5 8
5 0.156 3 0.254 2 0.619 3 2
6 0.283 6 0.147 1 0.341 6 10
7 0.285 1 0.148 5 0.342 5 9
8 0.174 6 0.266 3 0.604 0 3
9 0.323 3 0.122 6 0.275 0 11
10 0.221 1 0.279 7 0.558 5 4
11 0.203 8 0.245 2 0.546 1 5
12 0.332 6 0.105 9 0.241 5 12
$X{\text{'}}_{ij}=\frac{{X}_{ij}-{X}_{min}}{{X}_{max}-{X}_{min}},$
${P}_{ij}=X{\text{'}}_{ij}/{\sum }_{i=1}^{m}X{\text{'}}_{ij},$
${E}_{j}=-k\sum _{i=1}^{n}{P}_{ij}ln {P}_{ij},$
${\omega }_{j}=(1-{E}_{j})/{\sum }_{j=1}^{n}(1-{E}_{j}),$
${{D}_{i}}^{+}=\left|\sqrt[　]{{\sum }_{i=1}^{n}({R}_{ij}-{V}_{ij}^{+}{)}^{2}}\right|,$
${{D}_{i}}^{-}=\left|\sqrt[　]{{\sum }_{i=1}^{n}({R}_{ij}-{V}_{ij}^{-}{)}^{2}}\right|,$
${C}_{i}=\frac{{{D}_{i}}^{-}}{{{D}_{i}}^{-}+{{D}_{i}}^{+}}。$
式中: Xij表示第i个样品在第j个指标下的原始值; Xmax和Xmin分别为该指标下的最大值和最小值; X'为归一化后的决策矩阵; P为比例矩阵, Pij表示样品i在指标j下所占的比例; m为样品数; Ej为第j个指标的信息熵; k是常数,用于归一化; ωj为指标j的熵权值; n为指标总数; R为加权决策矩阵; V+是各指标的正理想解, V-是各指标的负理想解; Di+和Di-分别为第i个样品与正、负理想解之间的欧几里得距离; Ci为样品的综合贴近度,表示其相对优劣程度。

3 讨论

筛选优良种质资源,进一步通过品系比较选育优良新品种是解决目前华中五味子种植产业中产量和质量不均一、提升产业经济效益的有效途径。遗传和环境因素显著影响华中五味子种质资源的特性[1,8,16],且表型性状变异、木脂素积累与地理气候因子密切相关[5,9]。此外,采收时间[17-18]、产地[19]等也显著影响华中五味子中木脂素、多糖等的积累。为了尽可能降低环境因素对华中五味子种质资源的影响,本研究采集12份华中五味子种质资源,在同一种质资源圃中持续种植5年,采用相同的田间管理方式,并在同一时间采收。地理气候因子、管理措施、采收时间等对果实表型性状造成的影响基本相同,使得12份种质资源差异主要与遗传因素相关,筛选出的种质资源更具有代表性。
华中五味子成熟果实为聚合果、球形、红色、肉质浆果。聚合果颜色红、果串重且小浆果直径大、质量高的果实无论作为鲜食水果还是药材更受市场青睐,加之华中五味子在8月份成熟时正值夏季高温时节,聚合果果串越紧实,小浆果果皮越厚,其果实的耐储藏性和耐挤压能力越强,越有利于采摘、运输和储存。在实际用药过程中,颗粒大、表面棕红色至暗棕色的南五味子果实更容易被市场接受。在12份种质资源中,考虑到聚合果颜色、果串重量、果串紧实度、小浆果果个大小和果皮厚度等性状,2号和4号整体表现更优。
作为中药材,产量、药材表型特性和关键有效成分含量是判断其品质优劣的关键。《中华人民共和国药典》(2020年版)南五味子的含量测定中要求测定五味子酯甲的含量[15]。大量研究表明,除了五味子酯甲外,木脂素、多糖和挥发油也是南五味子重要的药效成分。南五味子中的多种木脂素具有抗氧化、抗肿瘤、治疗糖尿病等作用[2-3,20],挥发油具有抗氧化、抗菌等作用[3],多糖具有保肝、抗疲劳等作用[21]。临床上南五味子主要用于治疗糖尿病[22]和保护肝脏[23-24],此外其对缓解胆汁淤积[25]和非酒精性脂肪肝病[26]具有显著疗效。在这些功效中,华中五味子的保肝和抗氧化作用最为突出,且这两种功效具有显著的协同作用,氧化应激是导致急性肝损伤的重要因素之一[27]。
本研究中12份华中五味子种质资源的总木脂素含量、挥发油含量、多糖含量以及乙醇提取物和挥发油的抗氧化性表现各异。在诸多指标中,聚合果总重在一定程度上代表果串的大小和产量,小浆果果皮厚度能说明果实的耐储藏性和耐挤压能力,总木脂素含量、多糖含量和挥发油提取率反映出华中五味子关键有效成分的积累状况,而挥发油与乙醇提取物抗氧化性则代表其核心功效。考虑到实际生产需要和指标的可操作性,本研究选择这7个关键指标对12份华中五味子种质资源进行聚类分析,发现2号单独聚为一类。进一步采用熵权-TOPSIS模型对12份华中五味子种质资源进行综合评价,整体得分前3位的种质资源依次是2号、5号和8号,这3份种质资源可考虑作为后期良种选育的候选材料。

4 结论

华中五味子种质资源的特性主要受遗传和环境因素影响。本研究结果表明,华中五味子种质资源的果实表型性状、主要化学成分和抗氧化特性表现出明显差异,这些差异性主要与遗传因素显著相关。选择生产实际中关注的关键指标进行华中五味子种质资源综合评价,筛选出3个可用于后期华中五味子品系比较和良种选育的种质资源。未来将进一步跟踪研究这些优良种质资源的抗病性、遗传多样性和基因组信息,提出良种选育方案,助力华中五味子良种选育。

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