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Correlation and Path Analyses of Vindoline with Major Agronomic Traits in Catharanthus roseus

长春花主要农艺性状与文多灵含量的相关及通径分析



全 文 :植物学报Chinese Bulletin of Botany 2009, 44 (1): 96-102, w w w .chinbullbotany.com
收稿日期: 2008-04-22; 接受日期: 2008-06-05
基金项目: 863计划(No. 2007AA 10Z189)、上海市农委项目(No. 沪农科攻字(2005)第 1-1-5号)和上海市重点学科建设项目(No. B209)
*通讯作者。E-mail: kx tang@sjtu.edu.cn; cairun@s jtu.edu.cn
.研究报告.
长春花主要农艺性状与文多灵含量的相关及通径分析
孙小芬 1 ,2 , 陈雨 1 , 潘俊松 1 , 王玉亮1, 孙克兴 1 , 唐克轩1*, 蔡润 1 *
1上海交通大学农业与生物学院植物科学系植物生物技术研究中心, 上海 200240
2复旦大学生命科学学院遗传工程国家重点实验室, 上海 200433
摘要 文多灵(vindoline)具有重要的药用价值。本文利用反相高效液相色谱法检测了23种国内外长春花主栽品种的文多灵
含量, 对文多灵含量与品种的12个主要农艺性状(包括株高、节间距、茎直径、一级侧枝数、叶片长、叶片宽、叶片长宽比、
百片叶重、全株叶片重、花瓣直径、种荚长度和种子数/荚)的相关性和通径进行了分析。相关性分析表明, 文多灵含量与一级
侧枝数、茎直径、节间距、叶片宽、株高、全株叶片重、百片叶重、花瓣直径和叶片长呈正相关, 其中与一级侧枝数和茎直
径的相关性达到显著水平(P<0.05), 与节间距的相关性接近显著水平; 与叶片长宽比、种荚长度和种子数/荚呈负相关。通径
分析结果表明, 长春花的主要农艺性状中, 节间距、一级侧枝数和全株叶片重对文多灵含量的正影响达到了显著水平(P<0.05),
通径系数分别为0.959、0.716和0.431, 说明节间距、一级侧枝数和全株叶片重可以作为高含量文多灵长春花品种选育的重
要参考指标。
关键词 农艺性状, 相关性, 长春花, 通径系数, 文多灵
孙小芬 , 陈雨 , 潘俊松 , 王玉亮 , 孙克兴 , 唐克轩 , 蔡润 (2009). 长春花主要农艺性状与文多灵含量的相关及通径分析. 植物学报 44,
96-102.
长春花(Cat h a ran t h us ros eus )为夹竹桃科
(Apocynaceae)长春花属(Catharanthus)多年生草本植
物。长春花全草可以入药, 含有 100多种具有重要药用
价值的生物碱(唐中华等, 2003), 包括具有重要用途的二
氢吲哚环类生物碱— — 文多灵(vindoline)。文多灵又
称文朵灵、文多林、文朵灵碱、长春花朵宁和长春刀
灵, 化学式为C25H32N2O6, 分子量为456.5, 主要存在于
长春花、长叶长春花(C. longifol ius )的叶中。动物实
验表明文多灵具有降血糖、利尿和降血脂作用, 对某些
病原菌有抑制作用(高正航和李卫东, 2005)。文多灵还
是合成具有抗癌活性的重要萜类吲哚生物碱(terpenoid
indole alkaloids, TIAs)——长春碱(vinblas tine)和长春
新碱(vincristine)的前体(赵剑和朱蔚华, 1999)。随着对
文多灵药用功能研究的不断深入, 其用途也越来越被广
泛揭示, 市场需求也日益增加。
据报道, 文多灵在长春花中的含量很低, 一般在万分
之几到千分之几之间, 不同产地的长春花中含量也不相
同(闫家福等, 2007)。前人的研究主要集中在中国产长
春花和个别国外长春花品种上, 而国际上长春花栽培品
种有数十种, 主要包括太平洋系列(Pacifica)、地中海系
列(M ed ite rranean )、清凉系列(Coo le r)、热浪系列
(HeatWave)、太阳风暴系列(SunStorm)和日本麒麟系
列(Titan)品种等。目前国内外还没有对长春花系列品种
中文多灵含量的系统研究报道, 更没有农艺性状与品种
中文多灵含量关系的报道。
本研究首次利用相关性和通径分析系统研究了不同
长春花系列品种, 包括我国产海南长春花、太平洋系
列、地中海系列、清凉系列、热浪系列、太阳风暴
系列和日本麒麟系列品种等共 23个长春花品种的12个
农艺性状(包括株高、节间距、茎直径、一级侧枝数、
97孙小芬等: 长春花主要农艺性状与文多灵含量的相关及通径分析
叶片长、叶片宽、叶片长宽比、百片叶重、全株叶
片重、花瓣直径、种荚长度和种子数 / 荚)与文多灵含
量的关系, 以期为高含量文多灵长春花品种的引种和育
种提供重要参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料和农艺性状调查
实验材料为我国产海南长春花(Catharanthus roseus L.)
品种 1种(采自海南省文昌市)、太平洋系列(Pacifica)品
种 7种(购自 PanAmerican Seed公司)(Orchid Deep
(POD), Cherry Red(PCR), Polka Dot(PPD), Pink(PP),
Coral(PC), White(PW), Deep Red(PDR))、清凉系列
(Cooler)品种 3种(购自 PanAmerican Seed公司)(Pink
(CP), Apricot(CA), Mix Color(CMC))、地中海系列
(Mediterranean)品种 2种(购自 PanAmerican Seed公
司)(Mix Color(MMC), Rose Red(MRR))、热浪系列
(HeatWave)品种 2种(购自 PanAmerican Seed公司)
(Pink(HWP), Mix Co lor(HWM C))、太阳风暴系列
(S unSt orm)品种 4种(购自 S yngent a S &G 公司)
(Apricot(SSA), Bright Red(SSBR), Rose with Eye
(SSR), White wit h Eye (SS W))以及日本麒麟系列
(Ti tan)品种 4 种(日本麒麟公司 K ir in 惠赠) (P unc h
(TP), Li lac(TL), Rose(TR), Burgundy(TB))共 23种
长春花品种。
选择籽粒饱满、健康的长春花种子于 2007年 4月
初分粒播种于含有蛭石和土壤基质(2:8)的混合土壤的穴
盘中, 每个品种播种 30-40粒种子, 置于 24°C的培养
室中培养。播种后 14-21 天左右发芽, 所有供试品种
的种子发芽率均在 90% 以上。待苗长至 5 cm 高、有
3对真叶时移栽到上海交通大学农业与生物学院农场的
温室大棚中。每个品种种植 20 株, 统一肥水管理。所
有供试品种均于 6月开花, 8月处于盛花期。
在长春花处于盛花期时, 对每个品种随机抽取 3-5
株, 分别测量并记录其主要农艺性状, 这些性状包括株
高、节间距、茎直径、一级侧枝数、叶片长、叶
片宽、叶片长宽比、百片叶重、全株叶片重、花瓣
直径、种荚长度和种子数 / 荚等 12 个性状。
1.2 长春花文多灵的提取和含量测定
长春花文多灵提取参照 Tikhomiroff和 Jolicoeur (2002)
的方法, 并略有修改。每个品种随机选取 3株, 收集植
株的叶片, 于 50°C烘干至恒重, 磨成干粉; 准确称量干
粉各 0.5 g, 将同一品种的 3份干粉混匀后, 称取干粉
0.2 g, 加入甲醇1 mL, 浸泡1小时后超声1小时, 16 000
×g离心, 取出上清液, 再加入1 mL甲醇提取1次, 离心,
合并 2次的上清液; 经 0.4 mm 微孔滤膜过滤后保存于
-20°C 冰箱中备用。
采用美国Waters Alliance 2695高效液相色谱仪系
统用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)定量测定样品中的
文多灵含量(罗猛和付玉杰, 2005)。色谱分析条件: 色
谱柱为 Dikma Diamonsil-C18 ( 4.6 mm × 250 mm, 5
µm), 流动相为 0.7% 二乙胺(用磷酸调 pH至 7.2):乙腈:
甲醇 =7:5:8, 流速为 1 mL.min-1, 柱温为 35°C。进样
量为 40 m L。
文多灵标准品购于上海安体康生植物化学有限公司
(纯度>95%)。样品根据标准样品的保留时间定性,根据
标准样品峰面积定量。每份长春花样品重复测定 3次。
1.3 数据统计分析
应用SPSS统计软件(13.0版)对不同长春花品种中文多
灵含量与农艺性状数据进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 长春花农艺性状和文多灵含量的相关分析
研究结果表明, 不同长春花品种的文多灵含量和农艺性
状均存在差异(表 1)。其中, 文多灵含量最高的是热浪
系列(HeatWave)品种Mix Color (HWMC), 达到 2.34
mg.mg-1叶片干重(即为叶片干重的2.34‰ ), 我国海南长
春花品种(CK)次之(2.31 mg.mg-1叶片干重), 文多灵含
量最低的是热浪系列品种 Pink (HWP), 为0.26 mg.mg-1
叶片干重(即为叶片干重的 0.26‰ )。我国海南品种在许
多农艺性状(包括株高、节间距、茎直径、叶片长、
98 植物学报 44(1) 2009

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R
1.
21
±
0.
02
42
.4

3.
05
1.
62
±
0.
26
6.

0.
84
8.

0.
84
5.
82
±
0.
46
2.
64
±
0.
24
2.
23
±
0.
33
24
.7

0.
55
20
7.
33
±
28
.1
8
4.
40
±
0.
29
2.
60
±
0.
16
16
.8
±
1.
92
S
S
R
0.
53
±
0.
01
38
.8

3.
42
1.
90
±
0.
14
7.

1.
10
5.

0.
84
6.
32
±
0.
29
2.
38
±
0.
43
2.
71
±
0.
38
22
.1

1.
39
14
3.
67
±
12
.5
0
3.
82
±
0.
08
2.
40
±
0.
16
21
.6
±
1.
67
S
S
W
1.
29
±
0.
05
53
.8

4.
55
2.
80
±
0.
35
7.

0.
55
4.

0.
55
4.
38
±
0.
15
2.
86
±
0.
15
1.
54
±
0.
11
18
.5

1.
73
18
1.
83
±
13
.8
4
4.
34
±
0.
18
2.
60
±
0.
16
20
.6
±
2.
19
TP
0.
39
±
0.
03
50
.0

4.
69
2.
42
±
0.
54
8.

0.
71
7.

0.
84
5.
42
±
0.
44
2.
72
±
0.
28
2.
00
±
0.
10
26
.3

0.
58
13
5.
67
±
5.
03
5.
00
±
0.
07
3.
52
±
0.
45
23
.2
±
2.
59
TL
1.
87
±
0.
08
54
.6

2.
97
2.
32
±
0.
70
7.

0.
84
8.

1.
58
6.
36
±
0.
52
2.
92
±
0.
04
2.
18
±
0.
16
25
.2

1.
20
16
2.
67
±
12
.7
0
4.
48
±
0.
13
2.
52
±
0.
23
20
.0
±
3.
16
TR
0.
72
±
0.
03
54
.6

1.
52
2.
06
±
0.
55
6.

1.
10
6.

1.
30
6.
84
±
0.
38
2.
42
±
0.
20
2.
83
±
0.
14
24
.7

1.
57
12
8.
17
±
24
.3
2
5.
00
±
0.
29
3.
14
±
0.
41
27
.6
±
3.
29
TB
1.
58
±
0.
03
43
.6

2.
07
2.
22
±
0.
19
7.

0.
55
7.

0.
84
5.
06
±
0.
23
2.
72
±
0.
42
1.
89
±
0.
26
25
.5

0.
87
10
5.
67
±
18
.5
8
4.
50
±
0.
07
2.
84
±
0.
35
24
.0
±
3.
16






3
-
5










±




C
K
:


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99孙小芬等: 长春花主要农艺性状与文多灵含量的相关及通径分析
3)。从表 3 中可以看出, 农艺性状中节间距、一级侧
枝数、全株叶片重、每荚种子数、花瓣直径、茎直
径和叶片长宽比对文多灵含量有不同程度的贡献, 而百
片叶重、种荚长度和株高对文多灵含量则表现出一定
的负作用。虽然从表型相关性看, 茎直径和一级侧枝数
与文多灵含量的相关性最显著, 然而通径分析却显示出
茎直径对文多灵含量贡献不大, 而节间距对文多灵含量
的贡献排在了首位, 这是因为节间距与茎直径以及株高
存在极显著的相关关系, 它的实质效应被茎直径和株高
掩盖所致, 这也是为什么株高与文多灵含量的相关系数
为正数, 而通径分析却显示为负效应的原因。研究表
明, 各农艺性状对文多灵含量的正影响大小依次为: 节间
距>一级侧枝数>全株叶片重>每荚种子数>花瓣直径>茎
直径>叶片长宽比; 负影响大小依次为: 株高>种荚长度>
百片叶重。
3 讨论
植物生物碱是植物在长期的生态环境适应过程中为抵御
动物、微生物及其它植物的攻击而形成的一大类次生
代谢产物, 具有庞杂的结构类型和巨大的数目(唐中华等,
2003)。目前人类所发现的 50 000 种天然化合物中有
12 000 种是生物碱(Hashimoto and Yamada, 2003)。
生物碱类化合物因具有药理学活性而引起人们极大的关
注。一些药用生物碱已广泛应用于现代医药中, 仅
2002 年世界生物碱药物销售额就超过了 40 亿美元
(Raskin et al., 2002)。其中, 萜类吲哚生物碱(TIAs)
是一大类具有重要药用价值的植物生物碱(Memelink et
al., 2001), 被发现于夹竹桃科(长春花(C. roseus )为代
表)、马钱科(Loganiaceae)、茜草科(Rubiaceae)和蓝
果树科(Nyssaceae)(喜树(Camptotheca acuminata)为
代表)等植物中。目前, 人们已从长春花全草中分离了
100 多种萜类吲哚生物碱, 如文多灵、长春碱、长春
新碱、阿吗碱(ajmalic ine)、蛇根碱(serpent ine)、长
春质碱(catharanthine)、洛克定碱(lochneridine)和派
文利碱(perivine)等。大多数萜类吲哚生物碱由于具有
生物学活性而被广泛应用于现代医药中, 但总体而言, 萜
百片叶重、种荚长度以及种子数 / 荚)方面都显著高或
多于其它品种。
长春花 12 个农艺性状(包括株高、节间距、茎直
径、一级侧枝数、叶片长、叶片宽、叶片长宽比、
百片叶重、全株叶片重、花瓣直径、种荚长度和种子
数 /荚)同文多灵含量的相关性分析如表 2所示。结果显
示, 不同长春花品种中文多灵含量与各农艺性状间存在
不同的相关性。其中, 文多灵含量与株高、节间距、
茎直径、一级侧枝数、叶片长、叶片宽、百片叶重、
全株叶片重和花瓣直径呈正相关, 而与叶片长宽比、种
荚长度和每荚种子数呈负相关。其中文多灵含量与长
春花植株的茎直径和一级侧枝数的相关性达到了显著水
平(P<0 .05 )。
相关性分析结果也表明, 在长春花各农艺性状之间
也存在不同程度的相关性。比如株高与节间距、茎直
径、叶片长、百片叶重均存在极显著的正相关 ( P <
0.01 ), 与叶片宽和每荚种子数存在显著的正相关(P<
0.05)。节间距除与株高呈极显著的正相关外, 还与茎
直径、百片叶重呈极显著的正相关, 与叶片宽存在显著
的正相关。茎直径除与株高、节间距呈极显著的正相
关外, 还与百片叶重呈极显著的正相关。相关性分析发
现百片叶重与许多农艺性状呈显著正相关, 除了以上提
到的株高、节间距和茎直径外, 还与叶片长、宽呈显
著的正相关。每荚种子数除了与株高呈显著正相关, 还
与种荚长度呈极显著的正相关, 与百片叶重呈显著的正
相关, 却与全株叶片重呈显著负相关。未发现花瓣直
径、一级侧枝数与其它农艺性状有显著相关性。
2.2 长春花农艺性状对文多灵含量的通径分析
以上相关性分析表明, 长春花中文多灵含量与许多农艺
性状呈正相关, 尤其与长春花植株的茎直径和一级侧枝
数的相关性达到了显著水平, 而与叶片长宽比、种荚长
度和种子数 /荚呈负相关。但相关性分析只是简单的两
两比较, 没有考虑性状间的相互作用和间接效应。而通
径分析则综合考虑了直接与间接效应, 更能看出各性状
相互之间的真实作用和对文多灵含量影响的大小, 因此
有必要进行各重要农艺性状对文多灵含量的通径分析(表
100 植物学报 44(1) 2009
类吲哚生物碱在植物体内的含量较低, 使其价格相对较
贵。如何寻找和培育萜类吲哚生物碱含量较高的品种
已成为药用植物研究和开发的重要任务。在长春花育
种上, 筛选和培育高文多灵含量的品种也是一个重要的
育种目标。目前国内外还没有系统分析国际长春花主
栽品种中文多灵含量的报道。
本研究首次对不同长春花系列品种包括我国产海南
长春花品种以及太平洋系列、地中海系列、清凉系
列、热浪系列、太阳风暴系列和日本麒麟系列品种等
共23个品种中文多灵含量进行了测定, 发现不同品种中
文多灵含量差别很大, 从占叶片干重的0.26‰ (0.26 mg.
mg-1)(热浪系列品种 Pi nk (HW P) )到占叶片干重的
2.34‰ (2 .34 mg.mg-1)(热浪系列品种Mi x Co lo r
(HWMC))。闫家福等也发现, 我国海南不同地区长春
花品种中文多灵含量也有所不同, 含量范围为 0.225-
2.77 mg.mg-1(闫家福等, 2007), 说明文多灵含量受品种
基因型和产地的影响。本研究发现, 热浪系列品种Mix
Color(HWMC)和我国海南品种中文多灵含量在所有 23
个测试品种中最高, 分别达到 2.34和2.31 mg.mg-1, 说
明这2个品种可以作为高文多灵含量长春花品种育种的
亲本材料。
目前, 国内外对植物次生代谢产物含量与农艺性状
之间的关系研究较少。曾国良等(2007)进行了大豆异
黄酮含量与主要农艺性状的相关及通径分析, 发现总异
黄酮含量与蛋白含量、脂肪含量、蛋白脂肪总含量、
分枝数、单株产量、总荚数、主茎荚数和分枝荚数呈
负相关, 其中与蛋白含量和蛋白脂肪总含量的相关性分
别达到显著和极显著水平; 而同株高、主茎节数和百粒
重呈正相关趋势。本研究发现, 长春花文多灵含量与一
表 3 长春花文多灵含量与重要农艺性状间的通径系数
Table 3 Path analys is of vindoline content w ith major agro-
nomic traits in Catharanthus roseus
Agronomic trait Correlation Path
coeff icient w ith coeff icient
vindoline content
Plant height 0.260 -0.743
Internodal dis tance 0.387 0.959*
Stem diameter 0.468* 0.176
The f irs t lateral branch number 0.468* 0.716*
One-hundred- leaf w eight 0.179 -0.037
Whole plant leaf w eight 0.237 0.431*
Petal diameter 0.167 0.294
Seed pod length -0.036 -0.594*
Seed number/pod -0.001 0.416
Leaf length/w idth ratio -0.068 0.158
* P<0.05
表 2 长春花农艺性状和文多灵含量的相关性分析
Table 2 Correlation analysis of vindoline content w ith agronomic traits in Catharanthus roseus
Vindoline Plant Internodal Stem
content height distance diameter
Plant height 0.260 1
Internodal dis tance 0.387 0.816** 1
Stem diameter 0.468* 0.626** 0.663** 1
The f irs t lateral branch number 0.468* 0.124 -0.064 0.181
Leaf length 0.132 0.558** 0.401 0.296
Leaf w idth 0.280 0.414* 0.460* 0.349
Leaf length/w idth ratio -0.068 0.068 -0.086 -0.084
One-hundred- leaf w eight 0.179 0.699** 0.561** 0.628**
Whole plant leaf w eight 0.237 0.042 -0.051 -0.015
Petal diameter 0.167 0.001 0.027 0.222
Seed pod length -0.036 0.264 0.140 0.333
Seed number/pod -0.001 0.425* 0.230 0.404
*P<0.05; **P<0.01
101孙小芬等: 长春花主要农艺性状与文多灵含量的相关及通径分析
级侧枝数、茎直径、节间距、叶片宽、株高、全
株叶片重、百片叶重、花瓣直径和叶片长呈正相关, 其
中与一级侧枝数和茎直径的相关性达到显著水平(P <
0.05), 与节间距的相关性接近显著水平, 与叶片长宽
比、种荚长度和种子数 / 荚呈负相关。因此, 农艺性状
与次生代谢产物含量的相关性因不同的植物和次生代谢
产物而异。本研究中通径分析表明, 节间距、一级侧
枝数和全株叶片重对文多灵含量的正贡献率最大, 均达
到显著水平, 而种荚长度对文多灵含量的负贡献率也达
到显著水平, 说明农艺性状中节间距、一级侧枝数和
全株叶片重可以作为高文多灵含量品种选育的重要参
考指标。
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roseus secondary metabolites by high-per formance liquid
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The f ir st Leaf Leaf Leaf length/ One-hun dred- Whole Petal Seed pod
lateral length w idth w idth ratio leaf w eight plant leaf diameter length
branch w eight
number
1
0.105 1
0.271 0.124 1
0.077 0.674** -0.526** 1
0.147 0.686** 0.427* 0.154 1
-0.030 -0.126 -0.066 -0.113 -0.069 1
-0.013 -0.021 -0.049 -0.071 0.041 -0.261 1
0.374 0.179 -0.063 0.261 0.374 -0.309 0.243 1
0.255 0.326 0.084 0.234 0.477* -0.438* 0.212 0.789**
102 植物学报 44(1) 2009
Correlation and Path Analyses of Vindoline with Major Agronomic
Traits in Catharanthus roseus
Xiaofen Sun1, 2, Yu Chen1, Junsong Pan1, Yuliang Wang1, Kex ing Sun1, Kexuan Tang1*, Run Cai1*
1Pl ant Bi ote chn olo gy Research Center, De partme nt of Pla nt Sci ences, Schoo l o f Agri cul ture an d B iol ogy, Shan gha i J iao To ng
Un ive rsi ty, Sh angh ai 200 240 , Chin a; 2State Key La borato ry o f Gene tic Eng ine eri ng, School of Li fe Scie nce s,
Fu dan Uni versit y, Shan gha i 2 004 33, Chi na
Abstract Vindoline content in 23 Catharanthus roseus varieties currently cult ivated all over the w orld w as measured by
reverse-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). Vindoline content w as compared by cor relation and path
coeff icients w ith 12 major agronomic traits of the varieties . V indoline content show ed a pos itive cor relation w ith leaf w idth, plant
height, w hole-plant leaf w eight, 100- leaf w eight, petal diameter and leaf length; the pos itive correlation w as signif icant for f ir st
lateral branch number and s tem diameter (P<0.05) and notable f or internodal distance. V indoline content show ed a negative
correlation w ith ratio of leaf length to w idth, seed pod length and seed number per pod. Path analysis show ed internodal dis tance,
f irst lateral branch number and w hole-plant leaf w eight w ith a signif icant positive eff ect on vindoline content (P<0.05), w ith path
coef f icients of 0.959, 0.716 and 0.431 respectively , w hich sugges ts that internodal dis tance, f irst lateral branch number and
w hole-plant leaf w eight are the important fac tors in breeding C. roseus w ith high vindoline content.
Ke y words ag ron omi c t rai ts, Ca tha ran thus ro seu s L ., correla tio n, path co eff ici ents, vind oli ne
Sun XF, Chen Y, Pan J S, Wang YL, Sun KX, Ta ng KX, Cai R (2009 ). Corre lati on a nd p ath anal yses of vind olin e wi th m ajor agronom ic
traits in Ca tha ran thus ro seu s. Ch in Bull Bo t 44 , 9 6-10 2.
* Author for correspondence. E-mail: kx tang@s jtu.edu.cn; cairun@sjtu.edu.cn
(责任编辑: 孙冬花)