郭 松， 李在留， 薛建輝， 李雪萍， 陳晶晶

〔1. 南京林業(yè)大學(xué) 江蘇省林業(yè)生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210037； 2. 廣西大學(xué)林學(xué)院， 廣西 南寧 530004； 3. 江蘇省中國科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)， 江蘇 南京 210014； 4. 河南科技大學(xué)林學(xué)院， 河南 洛陽 471003〕

掌葉木〔Handeliodendronbodinieri(Lévl.) Rehd.〕隸屬于無患子科(Sapindaceae)掌葉木屬(HandeliodendronRehd.)，為中國特有種，僅分布在桂、黔、滇交界處海拔500～1 500 m的巖溶石山地區(qū)；其花果顏色艷麗，葉形奇特，耐瘠薄，適合當(dāng)?shù)爻鞘袌@林綠化和巖溶地區(qū)石漠化治理；其種子含油率高(42.92%)[1]，被評(píng)為貴州生物柴油原料林優(yōu)先選擇樹種[2]，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然而，掌葉木在自然條件下繁殖力較弱，加上動(dòng)物取食及當(dāng)?shù)厝罕姷牟煞テ茐?，目前已處于瀕危狀態(tài)，被列為國家Ⅰ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物[3-4]，因此，開展掌葉木種質(zhì)資源保護(hù)和利用方面的研究具有重要意義。

表型分析是研究植物遺傳多樣性的重要方法，研究植物的表型性狀多樣性不僅有助于了解植物對(duì)生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)和遺傳變異規(guī)律，還有助于篩選經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值較高的性狀，對(duì)促進(jìn)植物的種質(zhì)資源創(chuàng)新和高效利用具有重要意義[5]。果實(shí)和種子是植物繁殖系統(tǒng)的重要組成部分，也是植物表型多樣性研究的常用器官[6-9]。目前，雖然國內(nèi)學(xué)者已經(jīng)對(duì)掌葉木進(jìn)行了許多研究[10-20]，但尚未見關(guān)于不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀多樣性的研究報(bào)道，一定程度上阻礙了掌葉木優(yōu)良種源的篩選和育種工作。

鑒于此，在對(duì)掌葉木分布區(qū)域全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，作者對(duì)來源于廣西和貴州5個(gè)種源掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀進(jìn)行了多樣性分析，對(duì)各表型性狀間及其與種源地地理-氣候因子進(jìn)行了相關(guān)性分析，并對(duì)5個(gè)種源進(jìn)行了聚類分析，基于各表型性狀的主成分分析結(jié)果對(duì)5個(gè)種源進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以期揭示掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的變異規(guī)律及其與地理-氣候因子的關(guān)系，篩選出最優(yōu)掌葉木種源，為其種質(zhì)資源收集和保存、優(yōu)良種源篩選和良種選育提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

1 種源地概況和研究方法

1.1 種源地概況

在對(duì)掌葉木分布區(qū)域全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)掌葉木分布區(qū)域的海拔，選擇廣西樂業(yè)、田林、鳳山和環(huán)江以及貴州獨(dú)山的5個(gè)野生掌葉木種源進(jìn)行采樣，各種源地的自然概況見表1。

表1供試5個(gè)掌葉木種源產(chǎn)地的自然概況

Table1NaturalstatusoflocationsoffivetestedprovenancesofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.

種源Provenance緯度Latitude經(jīng)度Longitude平均海拔/mMeanaltitude年均氣溫/℃Annual mean temperature年均降水量/mmAnnual mean precipitation年均日照時(shí)數(shù)/hAnnual mean sunshine hours無霜期/dFrostlessperiod廣西樂業(yè) Leye of GuangxiN24°48'E106°29'1 20116.41 440.01 446302廣西田林 Tianlin of GuangxiN24°29'E106°21'1 09613.71 666.2957270廣西鳳山 Fengshan of GuangxiN24°39'E107°05'84620.11 564.01 441362廣西環(huán)江 Huanjiang of Guan-gxiN25°10'E108°01'67819.91 395.41 392330貴州獨(dú)山 Dushan of GuizhouN25°23'E107°30'93215.01 429.91 287297

各種源地均處于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，屬于喀斯特山地地形，坡度20°～35°，巖石裸露率在85%以上，土壤多為黑色或棕色石灰土。廣西樂業(yè)種源的伴生植物有青岡〔Cyclobalanopsisglauca(Thunb.) Oerst.〕、石楠(PhotiniaserrulataLindl.)、漆〔Toxicodendronvernicifluum(Stokes) F. A. Barkl.〕、楓香樹(LiquidambarformosanaHance)、火棘〔Pyracanthafortuneana(Maxim.) Li〕和腎蕨〔Nephrolepisauriculata(Linn.) Trimen〕等；廣西田林種源的伴生植物有銀木荷(SchimaargenteaPritz. ex Diels)、羅浮錐(CastanopsisfaberiHance)、木蓮(ManglietiafordianaOliv.)、山杜英〔Elaeocarpussylvestris(Lour.) Poir.〕、鹽膚木(RhuschinensisMill.)和粗葉懸鉤子(RubusalceaefoliusPoir.)等；廣西鳳山種源的伴生植物有托盤青岡〔Cyclobalanopsispatelliformis(Chun) Y. C. Hsu et H. W. Jen〕、陰香〔Cinnamomumburmanni(Nees et T. Nees) Blume〕、鐘花櫻桃〔Cerasuscampanulata(Maxim.) Yu et Li〕、粗糠柴〔Mallotusphilippensis(Lam.) Muell. Arg.〕和烏蘞莓〔Cayratiajaponica(Thunb.) Gagnep.〕等；廣西環(huán)江種源的伴生植物有菜豆樹〔Radermacherasinica(Hance) Hemsl.〕、紅背山麻桿〔Alchorneatrewioides(Benth.) Muell. Arg.〕、桂野桐(MallotusconspurcatusCroiz.)、粗糠柴、香葉樹(LinderacommunisHemsl.)和火棘等；貴州獨(dú)山種源的伴生植物有漆、水青岡(FaguslongipetiolataSeem.)、栲(CastanopsisfargesiiFranch.)和楓香樹等。

1.2 方法

1.2.1 果實(shí)和種子的采集方法 于2017年8月下旬至9月上旬(即掌葉木果實(shí)成熟期)，隨機(jī)選取各種源生長正常、無明顯缺陷和病蟲害且株齡10～20 a的樣株10～20株，樣株間距25 m以上。在樣株陽面樹冠的中上部隨機(jī)采集10個(gè)果序，每個(gè)種源采集的各樣株果序等量混合。

1.2.2 各表型性狀指標(biāo)的檢測方法 將同一種源果序上的果實(shí)充分混勻，采用四分法按20個(gè)果實(shí)為1組，隨機(jī)抽取3組共60個(gè)果實(shí)；從同一種源果實(shí)中剝出種子，充分混勻后采用四分法按20粒種子為1組，隨機(jī)抽取3組共60粒種子。利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)分別測量各組果實(shí)和種子的長度(從果實(shí)或種子基部到頂部的長度)和直徑(果實(shí)或種子最粗部位的直徑)，并根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算果形系數(shù)和種形系數(shù)，計(jì)算公式分別為果形系數(shù)=果實(shí)長度/果實(shí)直徑和種形系數(shù)=種子長度/種子直徑；利用電子天平(精度0.001 g)分別稱量各組果實(shí)和種子的總質(zhì)量，并根據(jù)稱量結(jié)果計(jì)算單果質(zhì)量和單種子質(zhì)量，計(jì)算公式分別為單果質(zhì)量=每組果實(shí)的總質(zhì)量/20和單種子質(zhì)量=每組種子的總質(zhì)量/20；參照GB 2772—1999中的方法檢測種子含水量；參照GB/T 5519—2008中的方法稱量種子千粒質(zhì)量；參照GB/T 5499—2008中的方法檢測種子出仁率。其中，種子含水量、種子千粒質(zhì)量和種子出仁率均重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。

每個(gè)種源隨機(jī)選取30個(gè)完整果序，對(duì)單果種子數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由于廣西環(huán)江種源未采到完整果序，因此，本研究僅對(duì)其余4個(gè)種源的單果種子數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

利用EXCEL 2010軟件對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、整理和統(tǒng)計(jì)；利用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、顯著性檢驗(yàn)和Pearson相關(guān)性分析，并采用Duncan’s新復(fù)極差法對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。采用離差平方和法，根據(jù)歐氏距離對(duì)各種源進(jìn)行聚類分析；各表型性狀的種源重復(fù)力(T)依據(jù)公式“T=1-1/F”[8]進(jìn)行估算。式中，F(xiàn)為該表型性狀種源間方差分析的F值。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的多樣性分析

不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的比較和分析結(jié)果見表2。結(jié)果表明：廣西樂業(yè)種源的果實(shí)長度、果形系數(shù)和種形系數(shù)均最??；廣西田林種源的果形系數(shù)最大，而果實(shí)直徑、單果質(zhì)量、種子長度、種子直徑、單種子質(zhì)量和種子千粒質(zhì)量均最小，果實(shí)長度、種形系數(shù)、種子出仁率和種子含水量也較??；廣西鳳山種源的果實(shí)長度、果實(shí)直徑、種子長度、種子直徑、單種子質(zhì)量、出仁率和種子千粒質(zhì)量均最大，果形系數(shù)、單果質(zhì)量和種形系數(shù)也較大，僅種子含水量較?。粡V西環(huán)江種源的單果質(zhì)量和種子含水量均最大，種子出仁率最??；貴州獨(dú)山種源的種形系數(shù)最大，種子含水量最小。

種源Provenance果實(shí)長度/mmFruit length果實(shí)直徑/mmFruit diameter果形系數(shù)Coefficient of fruit form單果質(zhì)量/gWeight per fruit廣西樂業(yè) Leye of Guangxi31.98±4.14dD(12.95%)14.87±2.21bB(14.83%)2.17±0.24cC(11.27%)3.230±0.088abA(2.72%)廣西田林 Tianlin of Guangxi33.79±3.78cCD(11.18%)14.80±1.92bB(13.00%)2.30±0.27aA(11.56%)2.974±0.138bA(4.63%)廣西鳳山 Fengshan of Guan-gxi37.24±4.99aA(13.41%)16.35±1.88aA(11.47%)2.29±0.32abAB(13.85%)3.310±0.131aA(3.95%)廣西環(huán)江 Huanjiang of Guan-gxi36.21±3.52abAB(9.73%)16.27±1.49aA(9.16%)2.23±0.21abcAB(9.56%)3.349±0.267aA(7.96%)貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou34.89±3.62bcBC(10.38%)15.92±1.76aA(11.07%)2.20±0.20bcAB(9.21%)3.069±0.085abA(2.76%)平均值 Average34.82±4.42(11.53%)15.64±1.97(11.91%)2.24±0.26(11.09%)3.186±0.198(4.40%)CV2/%12.7012.6111.426.23F15.508**9.804**3.124*3.151T0.9360.8980.6800.683種源Provenance種子長度/mmSeed length種子直徑/mmSeed diameter 種形系數(shù) Coefficient of seed form 單種子質(zhì)量/g Weight per seed廣西樂業(yè) Leye of Guangxi10.47±0.88bB(8.38%)7.17±0.69abA(9.61%)1.47±0.12cC(8.34%) 0.310±0.016bA(5.23%)廣西田林 Tianlin of Guangxi9.88±0.72cC(7.27%)6.50±0.79cB(12.14%)1.54±0.18bABC(11.79%)0.223±0.016dC(7.28%)廣西鳳山 Fengshan of Guan-gxi11.37±0.53aA(4.70%)7.21±0.46aA(6.41%)1.58±0.13abAB(8.27%)0.341±0.010aA(2.84%)廣西環(huán)江 Huanjiang of Guan-gxi10.54±0.76bB(7.18%)6.94±0.67bA(9.64%)1.53±0.16bBC(10.58%)0.307±0.014bA(4.43%)貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou10.57±0.64bB(6.08%)6.61±0.55cB(8.26%)1.61±0.14aA(8.80%)0.262±0.009cB(3.56%)平均值 Average10.57±0.86(6.72%)6.89±0.70(9.21%)1.55±0.16(9.56%)0.289±0.044(4.67%)CV2/%8.0910.1610.1015.32F33.085**15.175**8.141**35.832**T0.9700.9340.8770.972種源Provenance種子出仁率/%Seed kernel rate種子含水量/%Moisture content in seed種子千粒質(zhì)量/g1 000-grain weight of seedCV1/%廣西樂業(yè) Leye of Guangxi64.24±0.97bB(1.51%)42.11±1.57bB(3.74%)170.823±2.766bB(1.62%)7.29廣西田林 Tianlin of Guangxi64.80±2.46bB(3.80%)39.23±0.84cC(2.13%)128.757±4.811dD(3.74%)8.05廣西鳳山 Fengshan of Guan-gxi68.89±0.55aA(0.80%)38.97±1.48cdC(3.80%)210.018±5.256aA(2.50%)6.54廣西環(huán)江 Huanjiang of Guan-gxi55.73±0.37cC(0.67%)45.27±0.09aA(0.20%)153.567±3.967cC(2.58%)6.52貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou65.04±0.48bB(0.74%)37.08±0.61dC(1.65%)174.866±4.239bB(2.42%)5.90平均值 Average63.74±4.60(1.50%)40.53±3.10(2.30%)167.606±27.889(2.57%)6.86CV2/%7.227.6516.6410.74F45.833**26.713**145.250**T0.9780.9630.993

1)同列中不同的小寫和大寫字母分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著Different lowercases and capitals in the same column indicate the significant difference at 0.05 and 0.01 levels， respectively. 括號(hào)內(nèi)百分?jǐn)?shù)為變異系數(shù) Percentages in the brackets represent coefficients of variation.CV1： 種源內(nèi)變異系數(shù)平均值 Average of coefficient of variation within provenance；CV2： 種源間變異系數(shù) Coefficient of variation among provenances；F：F值Fvalue；T： 種源重復(fù)力 Provenance repeatability. *：P<0.05； ** ：P<0.01.

多重比較結(jié)果顯示：11個(gè)表型性狀均在2個(gè)或2個(gè)以上種源間存在顯著(P<0.05)差異；除單果質(zhì)量外，其余10個(gè)表型性狀均在2個(gè)或2個(gè)以上種源間存在極顯著(P<0.01)差異，說明不同種源掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀多樣性較高。方差分析結(jié)果表明：各種源間的單果質(zhì)量差異不顯著，果形系數(shù)差異顯著，其余9個(gè)表型性狀差異極顯著，也說明不同種源掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀多樣性較高。

從全部表型性狀種源內(nèi)變異系數(shù)平均值來看，廣西田林種源最大(8.05%)，貴州獨(dú)山種源最小(5.90%)，說明廣西田林種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的穩(wěn)定性最差，而貴州獨(dú)山種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的穩(wěn)定性最好。從各表型性狀的種源間變異系數(shù)來看，種子千粒質(zhì)量的種源間變異系數(shù)最大(16.64%)，單果質(zhì)量的種源間變異系數(shù)最小(6.23%)，說明在掌葉木種子油脂生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)重視種源的選擇。全部表型性狀的種源間變異系數(shù)平均值(10.74%)大于種源內(nèi)變異系數(shù)平均值的均值(6.86%)，說明掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀變異主要為種源間變異。

從種源重復(fù)力來看，果實(shí)表型性狀的種源重復(fù)力較低，尤其是果形系數(shù)和單果質(zhì)量的種源重復(fù)力，分別僅為0.680和0.683；種子表型性狀的種源重復(fù)力較高，其中種子千粒質(zhì)量的種源重復(fù)力最高(0.993)，說明利用掌葉木果實(shí)表型性狀選擇優(yōu)良種源存在較大的誤判風(fēng)險(xiǎn)，而利用種子表型性狀選擇優(yōu)良種源則相對(duì)穩(wěn)定。

在廣西樂業(yè)、廣西田林、廣西鳳山和貴州獨(dú)山4個(gè)種源的1 593個(gè)果實(shí)中共收集到2 286粒種子，平均單果種子數(shù)為1.4粒，各種源單果種子數(shù)比例的比較結(jié)果見表3。結(jié)果表明：各種源單果種子數(shù)為1粒的比例最高，且單果種子數(shù)相對(duì)集中在1～3粒，少見4粒，偶見5粒，罕見6粒(僅廣西鳳山種源)，說明掌葉木雌花的6枚胚珠極少完全發(fā)育成種子，每個(gè)果實(shí)大多只形成1粒種子。值得注意的是，4個(gè)種源果實(shí)的空籽率平均值為6.3%，其中貴州獨(dú)山種源果實(shí)的空籽率最高(12.5%)，說明掌葉木果實(shí)空籽現(xiàn)象較為普遍。

表3不同種源掌葉木單果種子數(shù)比例的比較

Table3ComparisononpercentageofseednumberperfruitofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.fromdifferentprovenances

種源Provenance不同單果種子數(shù)比例/% Percentage of different seed numbers per fruit0123456廣西樂業(yè) Leye of Guangxi3.759.826.49.11.00.00.0廣西田林 Tianlin of Guangxi3.556.527.18.93.50.40.0廣西鳳山 Fengshan of Guangxi5.362.921.97.61.30.70.3貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou12.552.525.97.51.20.50.0平均值 Average6.357.425.68.41.90.40.0

2.2 掌葉木果實(shí)和種子各表型性狀間的相關(guān)性分析

掌葉木果實(shí)和種子各表型性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果見表4。結(jié)果表明：掌葉木果實(shí)和種子的11個(gè)表型性狀間存在不同程度相關(guān)性。其中，果實(shí)直徑與果實(shí)長度、單種子質(zhì)量與單果質(zhì)量、單種子質(zhì)量與種子直徑均呈顯著(P<0.05)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.913、0.927和0.952；種子千粒質(zhì)量與種子長度呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.960；其他表型性狀間的相關(guān)性均不顯著。

2.3 掌葉木果實(shí)和種子表型性狀與地理-氣候因子的相關(guān)性分析

掌葉木果實(shí)和種子各表型性狀與地理-氣候因子的相關(guān)性分析結(jié)果見表5。結(jié)果表明：果實(shí)長度和果實(shí)直徑與平均海拔均呈顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.883和-0.912；單果質(zhì)量與年均氣溫，單種子質(zhì)量與年均氣溫、年均日照時(shí)數(shù)和無霜期，種子長度與無霜期均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.955、0.886、0.927、0.909和0.932。此外，各表型性狀與經(jīng)度和緯度的相關(guān)性均不顯著，各表型性狀與年均降水量的相關(guān)性也不顯著，其中，果實(shí)直徑、單果質(zhì)量、種子長度、種子直徑、單種子質(zhì)量、種子含水量和種子千粒質(zhì)量與年均降水量均呈負(fù)相關(guān)，說明掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀受地理位置影響不顯著，但多數(shù)果實(shí)和種子的表型性狀隨年均降水量升高而降低。

表4掌葉木果實(shí)和種子表型性狀間的相關(guān)系數(shù)1)

Table4CorrelationcoefficientamongphenotypictraitsoffruitandseedofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.1)

表型性狀Phenotypic trait不同表型性狀間的相關(guān)系數(shù) Correlation coefficient among different phenotypic traitsFLFDCFFWFSLSDCSFWSSKRMCSGWSFL1.000FD0.913*1.000CFF0.5370.1481.000WF0.4650.623-0.1691.000SL0.6590.7480.0590.6931.000SD0.1590.294-0.2260.8540.7211.000CSF0.6810.6180.387-0.2010.384-0.3631.000WS0.4130.571-0.1800.927*0.8600.952*-0.1101.000SKR-0.028-0.1590.277-0.3290.3530.0920.3450.0321.000MCS-0.0200.082-0.2380.648-0.0990.408-0.6700.365-0.8241.000GWS0.4660.590-0.0810.5490.960**0.6940.3640.7950.520-0.2671.000

1)FL： 果實(shí)長度 Fruit length； FD： 果實(shí)直徑 Fruit diameter； CFF： 果形系數(shù) Coefficient of fruit form； WF： 單果質(zhì)量 Weight per fruit； SL： 種子長度Seed length； SD： 種子直徑 Seed diameter； CSF： 種形系數(shù) Coefficient of seed form； WS： 單種子質(zhì)量 Weight per seed； SKR： 種子出仁率 Seed kernel rate； MCS： 種子含水量 Moisture content in seed； GWS： 種子千粒質(zhì)量 1 000-grain weight of seed. *：P<0.05； ** ：P<0.01.

表5掌葉木果實(shí)和種子表型性狀與地理-氣候因子的相關(guān)系數(shù)1)

Table5CorrelationcoefficientofphenotypictraitsoffruitandseedofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.withgeographic-climaticfactors1)

表型性狀Phenotypic trait與不同地理-氣候因子的相關(guān)系數(shù) Correlation coefficient with different geographic-climatic factors緯度Latitude經(jīng)度Longitude平均海拔Meanaltitude年均氣溫Annual mean temperature年均降水量Annual mean precipitation年均日照時(shí)數(shù)Annual mean sunshine hours無霜期FrostlessperiodFL0.1590.662-0.883*0.6960.0030.2420.751FD0.4860.850-0.912*0.768-0.3910.5320.807CFF-0.620-0.158-0.2490.0910.821-0.5140.152WF0.1620.525-0.5690.955*-0.5350.8640.863SL0.1040.363-0.4560.770-0.2240.7640.932*SD-0.1460.057-0.1060.759-0.3230.8660.766CSF0.3320.416-0.4790.0300.130-0.1270.236WS0.0580.327-0.3730.886*-0.4270.927*0.909*SKR-0.457-0.5930.476-0.2440.558-0.0800.066MCS0.0770.337-0.3260.519-0.4590.3580.219GWS0.1080.201-0.2270.588-0.2200.7520.802

1)FL： 果實(shí)長度 Fruit length； FD： 果實(shí)直徑 Fruit diameter； CFF： 果形系數(shù) Coefficient of fruit form； WF： 單果質(zhì)量 Weight per fruit； SL： 種子長度Seed length； SD： 種子直徑 Seed diameter； CSF： 種形系數(shù) Coefficient of seed form； WS： 單種子質(zhì)量 Weight per seed； SKR： 種子出仁率 Seed kernel rate； MCS： 種子含水量 Moisture content in seed； GWS： 種子千粒質(zhì)量 1 000-grain weight of seed. *：P<0.05.

2.4 不同種源掌葉木的聚類分析

基于掌葉木果實(shí)和種子表型性狀，采用離差平方和法，根據(jù)歐氏距離對(duì)5個(gè)種源掌葉木進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖1。結(jié)果表明：在歐氏距離為10處，供試5個(gè)種源被分成3組，其中，廣西樂業(yè)、廣西環(huán)江和貴州獨(dú)山3個(gè)種源聚為一組，廣西田林和廣西鳳山2個(gè)種源各自單獨(dú)聚為一組。從各種源的地理分布上看，廣西樂業(yè)種源的經(jīng)度大于廣西田林種源但小于廣西鳳山種源，且廣西樂業(yè)種源和貴州獨(dú)山種源的地理距離和平均海拔均相差較大，然而各種源的聚類結(jié)果并未呈現(xiàn)區(qū)域板塊梯度化特征，說明各種源間掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀未形成連續(xù)變異，具有隨機(jī)變異的特點(diǎn)。

LY： 廣西樂業(yè)Leye of Guangxi； DS： 貴州獨(dú)山Dushan of Guizhou； HJ： 廣西環(huán)江Huanjiang of Guangxi； TL： 廣西田林 Tianlin of Guangxi； FS： 廣西鳳山 Fengshan of Guangxi.圖1 基于果實(shí)和種子表型性狀的不同種源掌葉木的聚類分析結(jié)果Fig. 1 Cluster analysis result of different provenances of Handeliodendron bodinieri (Lévl.) Rehd. based on phenotypic traits of fruit and seed

2.5 不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的主成分分析

對(duì)不同種源掌葉木果實(shí)和種子的11個(gè)表型性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見表6；以各表型性狀的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)為變量進(jìn)行主成分分析，以特征值大于1為標(biāo)準(zhǔn)提取主成分，結(jié)果見表7。結(jié)果表明：前3個(gè)主成分的特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)92.28%，表明這3個(gè)主成分可以代表掌葉木果實(shí)和種子11個(gè)表型性狀的絕大部分信息。第1主成分的貢獻(xiàn)率最高，達(dá)46.53%，其中，果實(shí)長度、果實(shí)直徑、單果質(zhì)量、種子長度、種子直徑、單種子質(zhì)量和種子千粒質(zhì)量的特征向量均較高，說明第1主成分主要由這7個(gè)表型性狀決定。第2主成分的貢獻(xiàn)率為29.38%，其中，果形系數(shù)、種形系數(shù)和種子含水量的特征向量均較高，說明第2主成分主要由這3個(gè)表型性狀決定。第3主成分的貢獻(xiàn)率為16.37%，其中，種子出仁率的特征向量較高，說明第3主成分主要由種子出仁率決定。

表6不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值

Table6StandardizedvalueofphenotypictraitsoffruitandseedofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.fromdifferentprovenances

種源Provenance各表型性狀的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值1) Standardized value of each phenotypic trait1)FLFDCFFWFSLSDCSFWSSKRMCSGWS廣西樂業(yè) Leye of Guangxi-1.382-1.028-1.2310.272-0.1780.889-1.4330.4630.103-0.5500.108廣西田林 Tianlin of Guangxi-0.503-1.1121.080-1.327-1.290-1.196-0.137-1.4210.2180.369-1.301廣西鳳山 Fengshan of Guangxi1.1740.9340.9300.7731.5170.9980.7121.1311.0640.4571.420廣西環(huán)江 Huanjiang of Guangxi0.6770.835-0.1141.015-0.0570.176-0.2960.398-1.654-1.425-0.470貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou0.0340.371-0.664-0.7340.009-0.8671.154-0.5710.2691.1490.243

1)FL： 果實(shí)長度 Fruit length； FD： 果實(shí)直徑 Fruit diameter； CFF： 果形系數(shù) Coefficient of fruit form； WF： 單果質(zhì)量 Weight per fruit； SL： 種子長度Seed length； SD： 種子直徑 Seed diameter； CSF： 種形系數(shù) Coefficient of seed form； WS： 單種子質(zhì)量 Weight per seed； SKR： 種子出仁率 Seed kernel rate； MCS： 種子含水量 Moisture content in seed； GWS： 種子千粒質(zhì)量 1 000-grain weight of seed.

表7不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的主成分分析

Table7PrincipalcomponentanalysisonphenotypictraitsoffruitandseedofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.fromdifferentprovenances

主成分Principal component特征向量1) Eigenvector1)FLFDCFFWFSLSDCSF10.6920.8030.0190.8540.9630.7870.24920.4380.2540.553-0.4960.207-0.4630.8923-0.566-0.479-0.370-0.1550.1700.357-0.256主成分Principal component特征向量1) Eigenvector1)WSSKRMCSGWS特征值Eigenvalue貢獻(xiàn)率/%Contribution rate累計(jì)貢獻(xiàn)率/%Cumulative contribution rate10.9310.105-0.1570.8695.11846.5346.532-0.3170.6410.8930.2493.23229.3875.9130.1720.7180.3890.4131.80016.3792.28

1)FL： 果實(shí)長度 Fruit length； FD： 果實(shí)直徑 Fruit diameter； CFF： 果形系數(shù) Coefficient of fruit form； WF： 單果質(zhì)量 Weight per fruit； SL： 種子長度Seed length； SD： 種子直徑 Seed diameter； CSF： 種形系數(shù) Coefficient of seed form； WS： 單種子質(zhì)量 Weight per seed； SKR： 種子出仁率 Seed kernel rate； MCS： 種子含水量 Moisture content in seed； GWS： 種子千粒質(zhì)量 1 000-grain weight of seed.

2.6 不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的綜合評(píng)價(jià)

不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表8。結(jié)果表明：各種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的綜合得分從高到低依次為廣西鳳山種源、貴州獨(dú)山種源、廣西樂業(yè)種源、廣西環(huán)江種源、廣西田林種源，說明廣西鳳山種源掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀最佳，廣西田林種源掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀最差，其余3個(gè)種源掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀居中，與上述聚類分析結(jié)果相同。

表8不同種源掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

Table8ComprehensiveevaluationresultofphenotypictraitsoffruitandseedofHandeliodendronbodinieri(Lévl.)Rehd.fromdifferentprovenances

種源Provenance特征向量得分1) Score of eigenvector1)FLFDCFFWFSLSDCSF廣西樂業(yè) Leye of Guangxi-0.200-0.152-0.0610.021-0.0450.115-0.238廣西田林 Tianlin of Guangxi-0.073-0.1650.053-0.100-0.326-0.155-0.023廣西鳳山 Fengshan of Guangxi0.1700.1380.0460.0590.3830.1300.118廣西環(huán)江 Huanjiang of Guan-gxi0.0980.124-0.0060.077-0.0140.023-0.049貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou0.0050.055-0.033-0.0560.002-0.1120.191種源Provenance特征向量得分1) Score of eigenvector1)WSSKRMCSGWS綜合得分Comprehensive score排序Ranking廣西樂業(yè) Leye of Guangxi0.0740.022-0.0890.029-0.5234廣西田林 Tianlin of Guangxi-0.2280.0470.059-0.351-1.2625廣西鳳山 Fengshan of Guangxi0.1820.2280.0740.3831.9101廣西環(huán)江 Huanjiang of Guan-gxi0.064-0.354-0.230-0.127-0.3943貴州獨(dú)山 Dushan of Guizhou-0.0920.0580.1850.0660.2692

1)FL： 果實(shí)長度 Fruit length； FD： 果實(shí)直徑 Fruit diameter； CFF： 果形系數(shù) Coefficient of fruit form； WF： 單果質(zhì)量 Weight per fruit； SL： 種子長度Seed length； SD： 種子直徑 Seed diameter； CSF： 種形系數(shù) Coefficient of seed form； WS： 單種子質(zhì)量 Weight per seed； SKR： 種子出仁率 Seed kernel rate； MCS： 種子含水量 Moisture content in seed； GWS： 種子千粒質(zhì)量 1 000-grain weight of seed.

3 討論和結(jié)論

掌葉木為國家Ⅰ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物，在生物質(zhì)能源、石漠化治理、食用保健和園林綠化等方面具有應(yīng)用價(jià)值，是一種不可多得的適合在巖溶石山地區(qū)生長的多用途樹種，然而掌葉木野生資源稀少，嚴(yán)重制約其推廣利用，因此，亟待收集和保護(hù)掌葉木野生種質(zhì)資源。本研究中，掌葉木果實(shí)和種子的9個(gè)表型性狀在種源間存在極顯著(P<0.01)差異，說明掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀存在明顯的地理分化，遺傳改良潛力巨大，為優(yōu)質(zhì)種源選育提供了必要條件?？傮w來看，掌葉木種子各表型性狀的種源重復(fù)力高于果實(shí)，其各表型性狀的種源重復(fù)力均值為0.955，說明掌葉木種子表型性狀穩(wěn)定，可作為地理變異研究的主要性狀。

掌葉木果實(shí)和種子11個(gè)表型性狀種源間變異系數(shù)為6.23%～16.64%，平均值為10.74%，明顯大于種源內(nèi)變異系數(shù)平均值的均值(6.86%)；掌葉木果實(shí)和種子11個(gè)表型性狀種源內(nèi)變異系數(shù)的平均值為1.50%～11.91%，均小于各表型性狀的種源間變異系數(shù)，表明掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀存在豐富的變異，且其表型性狀變異主要為種源間變異，這一研究結(jié)果與滕婕華等[23]利用分子標(biāo)記獲得的相關(guān)研究結(jié)果恰好相反，這可能是因?yàn)楸硇托誀詈头肿訕?biāo)記的變異模式不同，前者呈連續(xù)型變異，而后者則呈離散型分布[24]。相關(guān)研究結(jié)果[25-26]表明：種源間變異能夠反映植物在地理和生殖隔離上的變異，是植物種內(nèi)多樣性的重要組成部分；而種源內(nèi)變異反映植物在不同環(huán)境中的適應(yīng)狀況，種源內(nèi)變異系數(shù)越大，表明植物的適應(yīng)范圍越廣。據(jù)此推測，不同種源掌葉木的生殖隔離和喀斯特復(fù)雜環(huán)境可能是造成其果實(shí)和種子表型性狀變異的主要原因，而且單種子質(zhì)量、種子出仁率、種子含水量和種子千粒質(zhì)量的種源內(nèi)變異系數(shù)平均值遠(yuǎn)小于種源間變異系數(shù)可能是導(dǎo)致掌葉木分布區(qū)狹窄和珍稀瀕危的原因之一。

相關(guān)性分析結(jié)果表明：掌葉木果實(shí)和種子多數(shù)表型性狀間的相關(guān)性不顯著，僅果實(shí)直徑與果實(shí)長度、單種子質(zhì)量與單果質(zhì)量、單種子質(zhì)量與種子直徑呈顯著(P<0.05)正相關(guān)，表明僅能通過單果質(zhì)量評(píng)估單種子質(zhì)量，果實(shí)其余表型性狀均不能用于判斷種子表型性狀。另外，種子千粒質(zhì)量與種子長度呈極顯著正相關(guān)，以種子長度為自變量x、種子千粒質(zhì)量為因變量y獲得的線性回歸方程為y=-403.082+54.005x，運(yùn)用該線性回歸方程可通過掌葉木的種子長度估算其種子千粒質(zhì)量，為研究者在野外初步評(píng)估種子質(zhì)量提供了便利。

本研究中，掌葉木果實(shí)和種子各表型性狀與經(jīng)度和緯度的相關(guān)性不顯著，與李雪萍等[18]利用ISSR和SRAP標(biāo)記獲得的研究結(jié)果一致，說明掌葉木的生存和分布空間廣闊，例如：陳星星等[27]在云南富寧縣海拔1 500 m以上區(qū)域發(fā)現(xiàn)掌葉木。掌葉木的果實(shí)長度和直徑與平均海拔呈顯著負(fù)相關(guān)，果形系數(shù)、單果質(zhì)量及種子各表型性狀與平均海拔的相關(guān)性狀均不顯著，說明海拔對(duì)掌葉木果實(shí)和種子表型性狀的影響有限，僅對(duì)果實(shí)大小有顯著影響。掌葉木果實(shí)和種子各表型性狀與年均降水量的相關(guān)性均不顯著，但果實(shí)直徑、單果質(zhì)量、種子長度、種子直徑、單種子質(zhì)量、種子含水量和種子千粒質(zhì)量7個(gè)表型性狀與年均降水量均呈負(fù)相關(guān)，說明隨著年均降水量減少，這些表型性狀均增大，間接表明掌葉木能夠適應(yīng)干旱少雨的巖溶石山環(huán)境。中國是世界上喀斯特分布面積最大的國家，西南地區(qū)的石漠化程度更為嚴(yán)重[28]，因此，建議應(yīng)用掌葉木在西南地區(qū)進(jìn)行綠化造林，但掌葉木能否適應(yīng)廣東、重慶、湖南、浙江和陜西等地的喀斯特分布區(qū)尚待進(jìn)一步深入研究。

本研究結(jié)果顯示：掌葉木果實(shí)和種子的表型性狀變異豐富，并以種源間變異為主，且具有隨機(jī)變異的特點(diǎn)；種子表型性狀是評(píng)價(jià)掌葉木種源的主要指標(biāo)，以廣西鳳山種源掌葉木表型性狀最優(yōu)。