印度Garhwal喜马拉雅地区Tagetes minuta L.种群作为精油高产作物的潜力研究

《Discover Plants》：Potential of Tagetes minuta L. populations as a high-yield crop for essential oil production in Garhwal Himalaya, India

本研究针对Garhwal喜马拉雅地区野生万寿菊(Tagetes minuta L.)的精油生产潜力，通过评估14个种群的形态变异和精油产量，发现Barsu种群在开花期表现出最高生物量(74.18 q ha-1)和精油产量(44.51 L ha-1)，揭示了植物高度与产量呈强正相关(r=0.895)，为喜马拉雅地区高价值芳香作物商业化栽培提供了科学依据。

　　

在喜马拉雅山脉的Garhwal地区，传统农作物正面临野生动物破坏的严峻挑战，农民经济收入受到严重影响。与此同时，全球精油市场预计将以7.0%的年复合增长率增长，到2025年达到1180万美元规模。这一背景下，具有抗病虫害特性、能在恶劣环境中生长的野生万寿菊(Tagetes minuta L.)引起了研究人员的关注。这种原产南美的植物已在喜马拉雅地区自然归化，其精油含有(Z)-β-ocimene等活性成分，广泛应用于香精香料和制药行业。然而，关于该地区不同种群的生产潜力、遗传变异及其与环境因素的关系等关键问题尚未得到系统研究。

为了解决这些问题，林业学院的研究人员开展了一项开创性研究，系统评估了Garhwal喜马拉雅地区14个T. minuta种群的形态特征和精油产量差异。研究结果发表在《Discover Plants》上，揭示了Barsu种群在开花期的卓越表现，其精油产量比营养期提高55.16%，为当地农民提供了一种极具商业价值的经济作物选择，对促进喜马拉雅地区可持续农业发展具有重要意义。

研究人员采用了标准化的田间试验设计和水蒸馏提取技术。在2018年11月从14个地理位点采集健康植株的种子，2019年4月播种育苗，45天后以30×30 cm间距定植。采用随机区组设计，每个种群设3个重复，每重复20株。分别在营养期和盛花期测定株高、茎粗等形态指标，使用Clevenger装置水蒸馏法提取精油。通过WASP 2.0软件进行变异分析，OPSTAT软件进行相关性分析，计算表型系数(PCV)、基因型系数(GCV)和遗传力(h²)等参数。

形态学特征方面，所有种群都表现出相似的定性特征，证实了遗传背景的一致性。但定量特征存在显著差异(p≤0.05)，Barsu种群株高最高(225.87 cm)，Gangnani种群叶片最长(20.80 cm)且小叶数最多(17.20个)。这种形态变异主要受遗传因素控制，其中主枝数的遗传变异最大(GCV=39.69)。

生物量和精油产量结果显示，Barsu种群在盛花期的鲜花生物量(74.18 q ha^-1)和精油产量(44.51 L ha^-1)均居首位，分别比营养期提高7.48%和55.16%。值得注意的是，茎生物量在盛花期下降8.25%，表明光合产物向花器官转移。

相关性分析揭示了关键关系：株高与生物量(r=0.781)和精油产量(r=0.895)呈强正相关。地理因素分析显示，纬度与叶片性状和精油产量正相关，而经度与株高、茎粗等形态特征正相关，表明东部地区的种群表现更优。

遗传参数分析显示，茎生物量的遗传力最高(h²=98.65%)，主枝数的遗传增益最大(76.79)，表明这些性状具有较强遗传基础和选择潜力。聚类分析将Chinyali Saur、Gangnani、Uttarkashi和Barsu种群归为一组，相似度超过90%。

这项研究系统揭示了Garhwal喜马拉雅地区T. minuta种群的产量潜力及其影响因素。Barsu种群表现出卓越的精油生产能力，其盛花期精油产量达到44.51 L ha^-1，比营养期显著提高。研究证实株高是预测产量的关键指标，这为品种选育提供了简单有效的选择标准。地理变异模式表明，东部和北部地区的种群更具生产潜力，这为种植区规划提供了科学依据。

从遗传角度看，主枝数和茎生物量等高遗传力性状可作为分子标记开发的靶点，而高遗传增益性状则为杂交育种提供了方向。研究结果不仅为喜马拉雅地区农民提供了一种抗干扰的经济作物选择，也为精油产业的原料供应开辟了新途径。更重要的是，这种生态友好型作物的推广有助于缓解人兽冲突，促进山区农业可持续发展。

该研究的创新之处在于首次系统评估了喜马拉雅地区T. minuta种群的商业化潜力，揭示了地理-遗传-产量的复杂关系。未来研究可进一步解析影响精油合成的关键基因，开发分子辅助育种技术，同时需要评估不同环境下的品种稳定性，为大规模商业化种植奠定基础。这项成果为山区农业转型和精油产业发展提供了重要科学依据，具有显著的经济和生态价值。】