蔡光輝 熊 歡 賈雯雯 胡鵬飛 鄧 浪 王連春 周 軍 劉惠民

(1. 西南林業(yè)大學林學院，云南 昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學西南地區(qū)生物多樣性保育國家林業(yè)局重點實驗室，云南 昆明 650224；3. 奉節(jié)縣林業(yè)局，重慶 464600；4. 畢節(jié)市林業(yè)局，貴州 畢節(jié) 551700)

川滇無患子 (Sapindusdelavayi) 又名皮哨子，為無患子科 (Sapindaceae) 無患子屬 (Sapindus) 中國特有的植物，屬落葉喬木，主要分布于云貴高原[1]。川滇無患子耐貧瘠、干旱而且對環(huán)境適應性極強，是我國西南地區(qū)常見的園林綠化樹種[2]。果實和種子作為經(jīng)濟樹種利用的重要部位，研究不同種質(zhì)資源性狀變異對良種選育具有重要的意義[3-6]。川滇無患子果實具有重要的價值，其假果皮中富含有大量皂苷及苷元均等物質(zhì)被用于制作各種生物洗滌劑及化工原料[7-8]，且種仁含油率較高，是天然的新型生物柴油的原材料[9]。此外，種子含油率及果實經(jīng)濟性狀指標對于木本油料樹種的良種選育是十分重要的[10-11]。目前，我國以種子含油率、果實經(jīng)濟性狀為指標選育出不少果實產(chǎn)量性狀優(yōu)、單位面積產(chǎn)油量高的優(yōu)良品種，如油棕 (Elaeisguineensis)[12]、油茶 (Camelliaoleifera)[13-17]等。然而僅邵文豪等[18-21]針對川滇無患子近源種做過相關(guān)研究，尚未有對于川滇無患子經(jīng)濟性狀差異的研究。因此，本研究從云南12個縣收集了42株川滇無患子的果實和種子，分析其果皮質(zhì)量、果皮厚、種子質(zhì)量、果實三徑、種子三徑及含油率等主要經(jīng)濟和產(chǎn)量性狀，以揭示川滇無患子經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀的地理變異規(guī)律及其相關(guān)性，并根據(jù)其出仁率、含油率等性狀，對其進行系統(tǒng)聚類，旨在為川滇無患子種源區(qū)域劃分及優(yōu)良單株的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

于2015年11月至翌年1月，在川滇無患子果實成熟期間，對不同地區(qū)川滇無患子進行實地調(diào)查，并測量植株的冠幅、胸徑和樹高等指標，選出單株產(chǎn)量高、果實大、果枝粗、生長勢好、無病蟲害等綜合指標表現(xiàn)良好來自12個縣的42株單株，各采集地概況見表1。采集這42株川滇無患子東西南北4個方向上中上部的成熟果實和種子作為實驗材料，果實顏色為深黃色，半透明，果實采集后帶回實驗室。

表1 川滇無患子12個采集地的概況Table 1 Status of 12 collect locations of S.delavayi

1.2 實驗方法

將采集的種子在自然條件下風干后，用分析天平 (精確至0.001 g) 稱量單株質(zhì)量 (X1)、果實質(zhì)量 (X2)、果皮質(zhì)量 (X6)和種仁質(zhì)量 (X8)；用電子游標卡尺 (精確至0.01 cm) 測量果實縱徑 (X3)、果實橫徑 (X4)、果實側(cè)徑 (X5)、種子縱徑 (X9)、種子橫徑 (X10)種子側(cè)徑 (X11)、果皮厚度 (X7)及果殼厚度 (X12)；采用索氏提取法[22]測定種仁含油量，按公式 (1) 計算種仁含油率 (X16)；分別按公式 (2)～(5) 計算單位面積冠幅產(chǎn)量 (X1)、果形指數(shù) (X13)、種形指數(shù) (X14)和出籽率 (X15)，重復3次，取平均值。

X16=油質(zhì)量/種仁質(zhì)量

(1)

X1=X/S

(2)

式中：S表示冠幅面積。

X13=X4/X3

(3)

X14=X10/X9

(4)

X15=X8/X2

(5)

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理分析，并利用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析及系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 川滇無患子經(jīng)濟性狀變異分析

2.1.1果實經(jīng)濟性狀變異分析

由表2可知，X3、X4、X5、X6和X7在不同采集地均差異極顯著(P< 0.01)，且X6和X7的變異系數(shù)分別達到34.03%和19.98%，變異程度較大，表明種群內(nèi)不同采集地的川滇無患子之間存在果皮較重和果皮較厚的單株，這就為優(yōu)良種源的選擇提供了可能。X13在不同采集地均差異顯著 (P< 0.05)，且X13的最大值為1.01，最小值為0.82，說明存在圓形及橢圓形狀的果實，而X13的變異系數(shù)為3.91%，變異幅度較小，說明其與外界的環(huán)境條件無關(guān)，是由植物自身的遺傳基因、信息所決定的，在其性狀改良上的變異幅度較小。

表2 川滇無患子優(yōu)株經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀及變異Table 2 S.delavayi fruit economic and yield traits and degree of variation

2.1.2種子經(jīng)濟性狀變異分析

由表2可知，X9、X11和X14在不同采集地均差異極顯著 (P< 0.01)，X8性狀在不同采集地差異顯著 (P< 0.05)，且X9和X11的變異系數(shù)分別為6.47%和7.62%，變異程度較大，說明種群內(nèi)不同采集地種子大小存在很大差異。X9和X12在不同采集地間無顯著差異，說明X9和X12是由植株自身遺傳基因決定的，且遺傳性狀較穩(wěn)定，并與不同生長地地理環(huán)境因素的變化無關(guān)。

2.1.3產(chǎn)量性狀變異分析

由表2可知，X16的變異幅度最小，為9.10%，而X1的變異幅度最大，達到了73.30%，說明X1變異范圍十分豐富，有較大的選擇空間，在選擇性狀時要讓各性狀在環(huán)境中有充分表現(xiàn)。

X1的變異系數(shù)為9.10%，變異幅度較大，其中最大含油率為43.19%，大于Ahmad[23]在無患子種仁中最大含油率的42%，最小為28.69%，變異幅度為14.50%。其中石林1#含油率最高，為43.19%，但其他各性狀未達到最大。因此在實際生產(chǎn)中，可以較直觀的應用該經(jīng)濟產(chǎn)量指標，同時結(jié)合X1等性狀指標進行綜合評價。

2.2 川滇無患子經(jīng)濟性狀差異分析

2.2.1果實經(jīng)濟性狀差異分析

由表3可知，盤龍區(qū)采集地的X3、X4、X5和X6與其它11個采集地均差異顯著(P< 0.05)，且盤龍區(qū)采集地的X3、X4、X5和X6的平均值均最小，僅為16.53、19.28、16.14 cm和0.25 g。因此在栽培生產(chǎn)過程中首先選擇除盤龍區(qū)以外的地區(qū)作為果實的優(yōu)選采集地。嵩明采集地的X3與建水、隆陽采集地差異顯著 (P< 0.05)，隆陽采集地的X4和X5均與祿豐、安寧、嵩明和耿馬采集地差異顯著 (P< 0.05)，表明在種群內(nèi)不同采集地的果實經(jīng)濟性狀存在豐富的遺傳變異。

2.2.2種子經(jīng)濟性狀差異分析

由表3可知，所有采集地的X12均無顯著差異，說明X12是由植株自身遺傳基因決定的，且遺傳性狀較穩(wěn)定，并與不同生長地地理環(huán)境因素的變化無關(guān)。其中，嵩明采集地的X2與祿勸、施甸、耿馬和臨翔采集地差異顯著 (P< 0.05)，盤龍區(qū)采集地的X9、X10、X11和X14與其他采集地均差異顯著 (P< 0.05)，建水采集地的X9與嵩明采集地差異顯著 (P< 0.05)，建水采集地的X14與祿豐、安寧和嵩明采集地差異顯著 (P< 0.05)，與其他采集地無顯著差異，表明種群內(nèi)不同采集地川滇無患子種子大小存在很大差異[18]。

2.2.3產(chǎn)量性狀差異分析

由表3可知，臨翔采集地的X1除與耿馬、隆陽和建水采集地不存在顯著差異，與其他采集地均存在差異顯著 (P< 0.05)，且臨翔采集地的X1最高，遠大于盤龍區(qū)采集地的X1。盤龍區(qū)采集地的X2和X15均與其他采集地差異顯著 (P< 0.05)，安寧采集地的X16與盤龍區(qū)、嵩明、施甸和耿馬采集地差異顯著 (P< 0.05)，與其他采集地無顯著差異。表明種群內(nèi)不同采集地的川滇無患子之間存在高產(chǎn)的單株，這就為優(yōu)良種源的選擇提供了可能。

2.3 相關(guān)性分析

2.3.1川滇無患子果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀間的相關(guān)性分析

由表4可知，16個果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀指標中X1與X3、X5和X9差異顯著 (P< 0.05)，X1與X2、X4、X6和X11差異極顯著 (P< 0.01)，說明在一定范圍內(nèi)，X1隨著果實、種子大小的增大而增大；X8與X3、X4、X5和X11均有顯著相關(guān)關(guān)系 (P< 0.05)，說明果實和種子越大，X8就越重；X7與X15呈顯著負相關(guān)關(guān)系 (P< 0.05)，說明果皮越薄，種仁的出仁率就越高；X9與X16、X15，X10與X16有顯著相關(guān)關(guān)系 (P< 0.05)；X2與X3、X4、X5、X6、X7、X9、X10、X11和X14均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 (P< 0.01)，說明果實及種子越大果實就越重；X3、X4、X5與X6、X7、X9、X10、X11和X14，X6與X7、X9、X10、X11、X14，X7與X14，X15與X9、X10、X11及X16均呈極顯著相關(guān)關(guān)系 (P< 0.01)；其余各個果實經(jīng)濟性狀間無顯著相關(guān)關(guān)系。各果實經(jīng)濟性狀與X16的相關(guān)程度為：X15>X10>X9>X4>X3>X5>X11>X8>X2>X13>X6>X1>X12>X13>X7。由相關(guān)性分析可知，X16與X9、X10呈正相關(guān)關(guān)系，且均達到顯著水平 (P< 0.05)，說明在一定范圍內(nèi)，X2相等，X9、X10單一性狀的變化，會使X16在同方向上的大幅度的變化；X16與X15呈極顯著相關(guān)關(guān)系 (P< 0.01)，說明在一定范圍內(nèi)，X15的多少決定產(chǎn)油的高低。X7與X16呈負相關(guān)關(guān)系，說明在一定范圍內(nèi)，選擇果皮較薄的果實，X16就會越高。

2.3.2川滇無患子果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀與地理氣候因子的相關(guān)性分析

果實性狀與地理氣候因子的相關(guān)性見表5。

由表5可知，X1與海拔、緯度負相關(guān)關(guān)系，且與經(jīng)度呈極顯著負相關(guān)關(guān)系 (P< 0.01)，與溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系 (P< 0.05)，說明在一定范圍內(nèi)，X1隨年均溫度的增大而增大；X3、X4、X5及X9、X10、X11均與經(jīng)度、緯度呈負相關(guān)關(guān)系，這說明在云南保山市到昆明市地理位置范圍內(nèi)X3、X4、X5及X9、X10、X11由北到南呈現(xiàn)遞增的趨勢；X3與年平均降水量呈顯著負相關(guān)關(guān)系 (P< 0.05)，說明川滇無患子X3與當年降水量有關(guān)，并且隨著降水量的增加而減小；X2、X6、X11、X7、X9和X14與溫度呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，說明環(huán)境溫度對川滇無患子的果實經(jīng)濟性狀有較大影響，做進一步研究，為川滇無患子良種選育及栽培管理提供理論依據(jù)；X4、X5、X8、X10、X7及X13均與地理氣候因子無顯著相關(guān)關(guān)系。

2.4 不同種源川滇無患子果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀的聚類分析

分析植物不同地區(qū)種實形態(tài)及經(jīng)濟性狀差異性，對了解其地理變異規(guī)律、種源區(qū)劃及優(yōu)良單株選擇具有重要意義[18]。因此，通過果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀進行聚類分析有利于了解云南川滇無患子種源劃分。利用16個川滇無患子果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀均值，對42株川滇無患子進行系統(tǒng)聚類分析 (圖1) 可知，在歐氏距離5.0處，可將42株川滇無患子種源劃分為3個大類，且從整體上看，川滇無患子依據(jù)X1進行聚類。其中隆陽3#、臨翔2#和建水2#為第 Ⅰ 類，該類X1最高，達到2 000.0 g/m2以上；宜良1#和孟定2#為第Ⅱ類，該類X1次之，達到了1 500.0～1 900.0 g/m2；剩余的劃分為第Ⅲ類，該類植株X1最低，植株數(shù)量較多且分布地理位置較廣，X1在1 400 g/m2以下。同時，其聚類分類結(jié)果可知，孟定1#和孟定3#；世博園1#和世博園2#；祿豐1#、2#、3#、5#和6#等距離較近的分別被聚為一類；而臨翔2#、建水2#、隆陽3#；宜良1#、孟定2#等植株的地理位置相距較遠。其中，植物地理變異差異是由外界環(huán)境條件和遺傳基因的突變等因素造成，在多種因素作用下，將會形成植物的多種變異形式 (如小塊區(qū)域模式、隨機變異模式等)[24]。因此，42株川滇無患子的果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀地理變異不僅出現(xiàn)隨機變異的特征，同時也出現(xiàn)了小塊區(qū)域的特征，這與趙夢秋等[25]在不同種源刨花潤楠 (Machiluspauhoi) 種子性狀及林立建[26]在不同種源無患子 (Sapindusmukorossi) 主要經(jīng)濟性狀上的研究結(jié)果一致。

圖1 川滇無患子果實經(jīng)濟性狀聚類分析Fig.1 Clustering analysis based on fruit traits of S.delavayi

3 結(jié)論與討論

在植物進化過程中，植物性狀變異程度能反映遺傳多樣性程度，表現(xiàn)在環(huán)境中植物的適應性能力[27-28]。主要經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀變異分析結(jié)果表明，12個采集地42株川滇無患子單株間16個種實經(jīng)濟性狀均有不同程度的差異，這與邵文豪等[18]對我國7個產(chǎn)地無患子的種實形態(tài)性狀的研究結(jié)果相一致。其中產(chǎn)量性狀中X16的變異幅度最小，為9.10%，而X1的變異幅度最大，達到了73.30%。Mahar等[29]對印度無患子的生物多樣性研究中提出，不同種間個體基因變異的差異最大，而由于地域原因形成差異遠遠大于不同種間差異，這表明該樹種個體間遺傳變異差異是明顯的，不同產(chǎn)地內(nèi)選擇高產(chǎn)單株是可行的。由分布點間的方差分析結(jié)果表明，除了X1、X8與X123個性狀無顯著差異，其他13個性狀均差異顯著，說明不同地區(qū)川滇無患子植株的果實經(jīng)濟及產(chǎn)量在外界環(huán)境條件下具有較大的變異幅度，在不同產(chǎn)地內(nèi)可以進行單株的選擇，這一結(jié)果與趙夢秋等[25]研究一致，為川滇無患子優(yōu)良種源的選擇提供了理論基礎(chǔ)。

川滇無患子作為天然的綜合多功能樹種，X1對果皮和油脂用途來說都是重要的[30]。主要性狀變異分析結(jié)果表明，X1的變異系數(shù)最大為73.30%，說明在不同種源川滇無患子植株中存在著高產(chǎn)的單株，這就為以后選擇育種提供了豐富的材料，而X10、X14和X13這三個性狀的變異系數(shù)最小，說明果實及種子指數(shù)形態(tài)是由植物自身的遺傳基因、信息所決定的，在其性狀改良上的變異幅度較小。其次，果實、種子的大小及種仁含油率的多少反應了果實的品質(zhì)，研究中涉及到了16個果實產(chǎn)量性狀之間存在一定程度的相關(guān)性，其中各性狀與X16相關(guān)性狀中，X16與X15的相關(guān)系數(shù)最大且呈極顯著關(guān)系，與X9、X10呈顯著關(guān)系，說明在一定范圍內(nèi)，X15、X9、X10某一性狀指標的變化均會促使含油率同方向的提高或減少。劉遠等[31]通過對麻瘋樹 (Jatrophacurcas) 種子性狀相關(guān)性分析也表明，在一定程度上選擇較大的種子來提高種子的產(chǎn)油量是可行的，為以后良種選育提供理論依據(jù)。

探索植物性狀與地理氣候因子的相關(guān)性對植物良種選育及引種區(qū)劃有重要意義。在遺傳上種子經(jīng)濟性狀有較高的穩(wěn)定性[32]。果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀與地理氣候因子相關(guān)性表明，X3、X4、X5及X9、X10、X11與經(jīng)度、緯度呈負相關(guān)關(guān)系，這說明果實及種子大小隨經(jīng)度和緯度的增大而減小，這與趙夢秋等[25]研究一致；X3與年平均降水量呈顯著負相關(guān)關(guān)系，說明川滇無患子X3與當年均降水量有關(guān)，并且隨著年均降水量的增加而減??；年平均溫度與X11、X9和X14呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系,說明川滇無患子種仁的大小隨溫度同方向的變化而變化。

植物大小年現(xiàn)象的發(fā)生是較為普遍的，其直接影響植物的生理生長發(fā)育。通過研究植物大小年結(jié)果成因，掌握植物營養(yǎng)成分的狀況，對于植物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義[33-34]。連續(xù)追蹤植物株產(chǎn)量經(jīng)濟性狀對研究植物的生理生長發(fā)育是非常重要的。聚類分析可知，42株川滇無患子是通過X1性狀進行分類的，但植物因外界環(huán)境條件等因素的影響，導致樹體營養(yǎng)成分的失調(diào) (即大小年現(xiàn)象)，因此，以X1作為評價指標是不穩(wěn)定的，需要連續(xù)對不同種源川滇無患子的樹體特征與果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀等指標評價，進行綜合評價分析。系統(tǒng)聚類將部分地理位置較遠的歸為一類，還將部分地理位置較近的幾個地點歸為一類，可知不同環(huán)境條件下川滇無患子果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀將會發(fā)生多種模式的變異特征，這就為通過果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀的遺傳改良選育優(yōu)良良種提供了可能。優(yōu)良單株的選擇受多項指標的制約，是果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀作為優(yōu)樹選擇主要參考指標，通過對單株果實經(jīng)濟及產(chǎn)量性狀分析得出改善單株產(chǎn)量性狀的方法，將為云南省川滇無患子良種選育提供理論依據(jù)。但是，就從目前對云南42株川滇無患子果實經(jīng)濟及產(chǎn)量相關(guān)性分析來看，川滇無患子作為果皮和油用的用途來發(fā)展上存在問題，應該通過實踐情況綜合利用開發(fā)。因此，在以后的生產(chǎn)中通過遺傳改良的方式提高川滇無患子果實產(chǎn)量，選育出既豐產(chǎn)又高效穩(wěn)產(chǎn)的川滇無患子家系或優(yōu)良無性系的良種，是今后川滇無患子作為新型綜合生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化研發(fā)的關(guān)鍵問題。

致謝：感謝大棚實驗管理員馬文俊提供的無私幫助，感謝云南森林培育協(xié)同創(chuàng)新中心項目對該研究的大力支持。