《Scientific Reports》：Agro-morphological and phytochemical diversity among Alcea Kurdica populations using multivariate analyses
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本研究针对具有重要药用价值的库尔德蜀葵(Alcea kurdica)种质资源缺乏系统评价的问题，研究人员通过对伊朗7个自然种群的农艺形态和植物化学特性进行多元分析，发现了种群间在花产量、总酚含量(TPC)、总黄酮含量(TFC)、花青素(TAC)和黏液质含量等方面的显著多样性，为筛选优良种质用于药用植物育种和规模化栽培提供了重要依据。
在药用植物研究领域，库尔德蜀葵(Alcea kurdica)作为一种具有高度多态性的物种，因其富含多种生物活性成分而备受关注。这种原产于伊拉克东部和伊朗西部的植物，拥有免疫调节、酶调节、抗氧化和抗菌等多种生物活性，其丰富的植物化学成分包括黄酮类、酚类化合物、香豆素、三萜类化合物、多糖类等。尽管库尔德蜀葵在制药、营养、化妆品和健康相关领域具有重要价值，但对其自然种群的系统性研究仍然缺乏，这严重制约了该物种的驯化栽培和优良品种选育工作。
长期以来，药用植物的遗传多样性一直是植物育种和品种改良的基础。没有充分利用这种多样性，培育新的改良植物品种几乎是不可能的。特别是在像库尔德蜀葵这样具有重要药用价值的物种中，了解其种群间的形态和植物化学差异，对于保护植物种质资源、指导育种计划具有关键意义。通过探索这些变异，研究人员可以识别出在质量和数量方面表现出理想性状的特定区域，这有助于优良生态型的驯化和栽培，进而支持栖息地保护、提高经济生产力并实现大规模生产。
以往对玫瑰果(Rosa canina)、宽果细籽芹(Grammosciadium platycarpum)、波斯栎(Quercus brantii)和蒺藜(Tribulus terrestris)等药用植物的研究已成功筛选出适合栽培的优良种群，但对库尔德蜀葵的类似研究却十分缺乏。考虑到库尔德蜀葵作为伊朗本土物种的重要性及其在医药、营养、化妆品和健康相关领域的公认价值，开发均匀、高质量的品种并建立大规模栽培实践既必要又及时。
在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，Yasaman Mashhadi Tafreshi、Ghasem Eghlima等研究人员开展了一项针对自然存在的库尔德蜀葵种群的比较分析，旨在记录田间条件下的表型和植物化学变异。该研究的主要目的不是区分遗传和环境影响，而是识别对保护、驯化和初步育种工作具有重要意义的种群水平变异。
研究人员采用了多种关键技术方法开展研究。他们从伊朗不同地区采集了7个库尔德蜀葵自然种群的样本，进行了系统的农艺形态性状测量，包括株高、单株花数、侧枝数、花直径和花干重等。在植物化学分析方面，研究团队采用80%甲醇超声提取法制备样品，分别通过Folin-Ciocalteu法和铝氯化物法测定总酚含量(TPC)和总黄酮含量(TFC)，并采用FRAP(铁离子还原抗氧化能力)法评估抗氧化活性。此外，还通过热提法提取和测定黏液质含量，使用甲醇/水/盐酸溶液提取花青素，以及anthrone比色法测定总碳水化合物含量。研究人员还利用高效液相色谱法(HPLC)分析酚类化合物组成，并通过能量色散X射线分析(EDX)检测元素组成。最后，采用主成分分析(PCA)、聚类分析和相关性分析等多变量统计方法对数据进行分析。
3.1 描述性统计参数
研究结果显示，不同库尔德蜀葵种群在功能性状、植物化学性状和矿物质含量方面存在显著变异，这为从不同库尔德蜀葵种群中选择这些性状提供了机会。总花青素(101.58%)、花干重(98.48%)和单株花数(88.83%)的变异系数最大。较高的CV值反映了性状内更广泛的定量分散，从而为育种者提供了更大的选择机会。
3.2 形态性状
库尔德蜀葵种群间在形态性状上观察到显著变异。株高在50厘米(AKP4种群)到203厘米(AKP2种群)之间变化。侧枝数量从2到10不等，AKP1种群的侧枝数量最多，AKP4种群最少。此外，AKP2种群的单株花数最高(139朵)，AKP6种群最低(12朵)。最大的花直径(17.88厘米)出现在AKP2种群，最小的(5.8厘米)在AKP7种群。最高的花干重(792.12克/株)在AKP2种群，最低的(71.16克/株)在AKP5种群。
3.3 TPC、TFC和抗氧化活性
不同库尔德蜀葵种群间的TPC、TFC和抗氧化活性观察到显著差异(p < 0.01)。TPC在不同种群间从16.97到23.56 mg GAE/g DW变化，顺序为：AKP5 > AKP3 > AKP6 > AKP1 > AKP7 > AKP2 > AKP4。另一方面，最高的TFC(14.45 mg RE/g DW)和最低的(11.14 mg RE/g DW)分别在AKP3和AKP2种群中发现。库尔德蜀葵种群的抗氧化活性也通过FRAP法进行了测定。根据结果，不同蜀葵种群间的抗氧化活性存在显著变异，范围从0.11到0.25(μmol Fe II/ml)。最高和最低值分别在AKP3和AKP4种群中观察到。
3.4 TAC
花青素是一类黄酮类植物色素，负责自然界中鲜艳的橙色、红色、紫色和蓝色。在研究样本中，花青素含量从5.16到49.68(mg C3G/ml)不等。花青素分析结果显示，最高的TAC在AKP5种群中观察到，最低的TAC在AKP3种群中观察到。
3.5 黏液质含量
黏液质是一种具有胶粘特性的多糖化合物，作为储存和保护物质存在于许多植物如蜀葵的细胞壁和细胞间隙中。基于平均值比较结果，开紫花的AKP5表现出最高的花黏液质百分比为23.92%，与其他种群有显著差异。AKP3和AKP6种群的的花黏液质百分比最低，为9.50%。
3.6 总碳水化合物含量
碳水化合物已被确定为植物免疫中的关键分子，越来越受到研究人员的关注。本研究结果显示，种群碳水化合物含量在33.64%至57.41%之间变化，AKP2种群的碳水化合物百分比最高，AKP6种群的碳水化合物百分比最低。
3.7 酚类化合物分析
不同库尔德蜀葵种群花瓣提取物的主要酚类化合物是芹菜素、山奈酚、芦丁和绿原酸。芹菜素含量在种群间变化，从1.85 mg/g DW到3.72 mg/g DW。关于山奈酚，AKP2含量最高(1.172 mg/g DW)，而AKP6含量最低(0.016 mg/g DW)。芦丁水平在AKP5(0.173 mg/g DW)、AKP2(0.131 mg/g DW)和AKP7(0.128 mg/g DW)中最髙。相反，最低的芦丁含量(0.02 mg/g DW)在AKP3中记录到。对于绿原酸，最高浓度在AKP6中记录到(0.096 mg/g DW)，而AKP4最低(0.016 mg/g DW)。
3.8 元素分析
花黏液质的矿物质含量在库尔德蜀葵种群间观察到显著变异(p < 0.05)。样品的氧含量在31.4%和41.1%之间变化，而碳含量从23.4%到35.3%不等。在氮含量方面，AKP5种群的浓度最高，为6.9%，而AKP2最低，仅为3.7%。钾水平也显示出相当大的差异，AKP3记录的最高值为20.4%，其次是AKP7(14.8%)和AKP5(12.6%)。相反，AKP6显示的钾含量最低，为7.9%。磷浓度从AKP7的1.6%到AKP6的2.8%不等。对于钙，AKP5、AKP3和AKP4种群的含量最高，分别为13.3%、11.2%和9.3%，而AKP6最低(4.6%)。镁水平在AKP1中最高(4.2%)，在AKP6中最低(1.1%)。此外，AKP5在所有测试种群中显示的钠含量最高(4.3%)，APK1的硅浓度最高(1.2%)。
3.9 相关性、聚类分析和PCA
相关性分析结果显示，株高与单株花数、花干重和TAC等性状之间存在显著正相关。相反，总碳水化合物含量与花数和花干重均呈显著负相关。此外，山奈酚水平与花数、花直径和花干重等性状之间存在显著正相关。花干重还与花数、直径和株高表现出强正相关。TPC和TFC均与抗氧化能力呈显著正相关。
主成分分析(PCA)用于评估不同库尔德蜀葵种群在农艺形态性状、植物化学成分和矿物质含量方面的变异。前五个主成分共同解释了总变异的96.86%。具体而言，PC1至PC5分别解释了35.18%、21.30%、17.29%、13.05%和9.57%的方差。PC1主要以单株花数、花干重、总碳水化合物含量、山奈酚、花直径、株高、TPC、TFC和钠浓度等性状的高贡献为特征。PC2与碳、钾、氮、钙、氧和芦丁等元素性状密切相关。第三主成分由硅、侧枝数和镁的高载荷定义。在PC4中，影响最大的性状包括黏液质含量、抗氧化能力、磷和绿原酸。TAC主要在PC5中体现。
聚类分析将种群分为四个不同的簇。簇I包括AKP1，以其优越的株高、花数、花直径和花干重为特征。簇II包含AKP6，以其高碳浓度为显著特点。簇III包括AKP5、AKP4和AKP3，它们在TAC、黏液质、TPC、TFC以及钙、磷、氧和山奈酚水平方面表现出高值。簇IV包括AKP1和AKP7，以较高水平的绿原酸、抗氧化能力、侧枝数、硅和镁为特征。
本研究的结果揭示了库尔德蜀葵种群在形态和植物化学特征上存在显著的遗传多样性，突显了它们在针对性育种计划中的潜力。七个研究的种群各自表现出独特的性状，从黏液质含量到酚类组成，可以根据育种目标进行战略性利用，无论是用于农业、医药还是化妆品应用。除了复杂的生化特征外，这些花还因其高碳水化合物和必需矿物质含量而具有显著的营养价值，进一步巩固了它们作为多功能资源的吸引力。值得注意的是，它们的高TPC、TFC和强大的抗氧化活性突显了它们的治疗潜力，使它们成为选择性栽培以增强健康促进特性的主要候选者。
库尔德蜀葵种群间存在的显著异质性表明该物种能够适应多种环境。类似的趋势在其他药用植物中也有记载，其中环境变量显著影响次生代谢物的积累。自然种群具有生态意义，尽管它们也给生态系统带来了变异性。观察到的发现应被视为遗传和环境因素相互作用的表现。采用共同花园实验和多季节试验的进一步研究可能会更清晰地区分这些效应，并提高遗传贡献评估的精确度。
这项研究为各种库尔德蜀葵种群的特征提供了有价值的初步信息，特别是关于农艺形态性状、黏液质含量、花青素含量和酚类化合物。这些种群内相当大的遗传变异性有助于选择优良种群用于驯化和育种计划，旨在开发具有有益生长性状、适应性以及高酚类、黏液质和花青素浓度的品种。尽管这项研究是观察性的，但它为库尔德蜀葵的保护和可持续利用提供了关键的基础数据，并倡导其在受控育种和驯化计划中继续进行研究。
