周文才，王仲偉，董 樂(lè)，溫 強(qiáng)*，黃文印，李 田，葉金山，徐立安

(1.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西省油茶種質(zhì)資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330032；2.江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所,江蘇 南京 210014；3.南京林業(yè)大學(xué)，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

浙江紅花油茶(Camelliachekiangoleosa)屬山茶屬(Camellia)紅山茶組(Sect.Camellia)植物，是我國(guó)南方山區(qū)的特有樹種，主要天然分布于江西、浙江和福建等海拔600～1 400 m的山地[1-2]，低海拔引種栽培亦見諸文獻(xiàn)報(bào)道[3-5]，其分布面積和產(chǎn)量在全國(guó)油茶主栽品種中居第4位[6]。浙江紅花油茶的種仁含油率60%以上，油脂中不飽和脂肪酸含量可達(dá)90%，其籽仁還含有豐富的茶皂素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[7-8]，是一種優(yōu)質(zhì)的木本食用油料樹種；此外由于花紅色艷且花期長(zhǎng)，園林觀賞價(jià)值亦較高[9]。然而，作為具油用與觀賞雙重價(jià)值的重要經(jīng)濟(jì)樹種，尤其與同為油茶主栽物種的普通油茶相比，浙江紅花油茶目前還處于野生或?qū)嵣庇隣顟B(tài)，沒(méi)有形成專門油用或觀賞的優(yōu)良品種或家系。浙江紅花油茶開發(fā)與利用仍處于起步階段，由于人為干擾、生境破碎，其自然資源甚至趨于漸危[10-11]。

當(dāng)前植物遺傳資源開發(fā)利用已然從強(qiáng)調(diào)采集具有直接利用價(jià)值的特定基因、群體或生態(tài)型資源轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾暿占F(xiàn)有全部遺傳變異類型[12-13]。因此開展遺傳多樣性評(píng)價(jià)是開發(fā)利用植物資源的重要基礎(chǔ)。表型多樣性是遺傳多樣性研究的重要內(nèi)容[14]，而對(duì)于經(jīng)濟(jì)林木而言，種實(shí)性狀則是其表型性狀的主要體現(xiàn)[15]。浙江紅花油茶作為以果實(shí)和種子為主要經(jīng)濟(jì)價(jià)值載體的木本油料樹種，種實(shí)性狀在一定程度上決定了其生產(chǎn)價(jià)值。因此探討種實(shí)性狀遺傳變異，可指導(dǎo)其種質(zhì)資源保存策略的制定和選擇育種。然而現(xiàn)有研究?jī)H見劉子雷等[16]的相關(guān)報(bào)道，且研究?jī)H以浙江省麗水、金華產(chǎn)區(qū)的浙江紅花油茶為研究對(duì)象。由于植物種實(shí)形態(tài)除受遺傳控制,還會(huì)因適應(yīng)不同分布區(qū)生境而產(chǎn)生遺傳分化[17]。鑒于此，筆者通過(guò)在贛、浙、閩浙江紅花油茶主分布區(qū)范圍內(nèi)選擇優(yōu)勢(shì)林分，調(diào)查分析不同產(chǎn)地浙江紅花油茶種實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀，以期較全面地揭示浙江紅花油茶種實(shí)性狀變異規(guī)律，從而為浙江紅花油茶保護(hù)生物學(xué)及選擇育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料采集

用于試驗(yàn)的浙江紅花油茶種實(shí)樣品分別來(lái)自江西省、浙江省、福建省主分布區(qū)6個(gè)產(chǎn)地的優(yōu)勢(shì)林分(見表1)，植株表現(xiàn)結(jié)實(shí)優(yōu)良、產(chǎn)量穩(wěn)定。樂(lè)平產(chǎn)地為人工林(種源地為德興十八畝段)，其他林分均為天然林分，其中樂(lè)平林分林齡大于15 a，其余各林分林齡30 a以上。2017年9月上旬于果實(shí)成熟期采集樣品，視各產(chǎn)地的林分大小隨機(jī)選擇樣株，各樣株之間至少相隔20 m，對(duì)于面積較大的林分適當(dāng)多選樣株，各個(gè)林地取樣株數(shù)見表1。以每個(gè)樣株按東南西北4個(gè)方向隨機(jī)采摘20個(gè)果實(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于可入選樣株較少的產(chǎn)地適當(dāng)增加取果數(shù)量(20～30個(gè))進(jìn)行測(cè)定，而對(duì)于樣株果實(shí)不足20個(gè)的則全部采摘。樣品采集同步記錄各產(chǎn)地的GPS數(shù)據(jù)。各地氣象資料來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包括年均氣溫、平均濕度與平均降水量，其中采集了浙江紅花油茶果實(shí)發(fā)育3個(gè)關(guān)鍵時(shí)期(3月結(jié)實(shí)初期、6月果實(shí)膨大期、9月果實(shí)成熟期)的月平均氣溫。

表1 浙江紅花油茶種實(shí)樣品來(lái)源地及其林地相關(guān)信息Table 1 Origins of seed and fruit samples and related information about forest land of C.chekiangoleosa

1.2 種實(shí)主要經(jīng)濟(jì)性狀的測(cè)定

對(duì)采集的果實(shí)逐一用游標(biāo)卡尺測(cè)定其果高、果徑、果皮厚度，同時(shí)計(jì)算果形指數(shù)(果的高徑比)，精確到0.01 cm；用天平稱量單果質(zhì)量、籽粒質(zhì)量，精確到0.01 g；并統(tǒng)計(jì)單果籽粒數(shù)，計(jì)算千粒質(zhì)量(百粒法估測(cè))與鮮出籽率[鮮出籽率=(鮮籽質(zhì)量/鮮果質(zhì)量)×100%]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件完成巢式方差、多重比較(Duncan法)、遺傳聚類及相關(guān)性等分析，其中聚類分析以歐式距離為遺傳距離，采用離差平方和法(Ward法)進(jìn)行。變異系數(shù)(CV)、表型分化系數(shù)(VST)、Shannon-Wiener信息指數(shù)(H′)等分析利用Excel軟件完成，其中表型分化系數(shù)參考郭平毅[18]的方法；多樣性指數(shù)的計(jì)算采用Shannon-Wiener信息指數(shù)(H′)算法,即H′=-ΣPilnPi,Pi為某性狀第i個(gè)代碼值出現(xiàn)的概率。各表性狀分級(jí)賦值及出現(xiàn)概率的統(tǒng)計(jì)方法參照秦倩等[19]的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江紅花油茶種實(shí)性狀變異特征

本研究測(cè)定了浙江紅花油茶果徑、果高、果形指數(shù)、果皮厚、單果籽數(shù)、千粒質(zhì)量、單果質(zhì)量、鮮出籽率等8個(gè)種實(shí)性狀，各性狀數(shù)值均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等指標(biāo)見表2。由表2可知，浙江紅花油茶果皮厚度0.31～2.43 mm，均值1.19 mm，平均鮮出籽率3.02%～48.63%，均值20.54%。各種實(shí)性狀的變異有一定差異，各性狀變異由大到小依次為單果籽數(shù)、單果質(zhì)量、千粒質(zhì)量、鮮出籽率、果皮厚、果高、果徑、果形指數(shù)。其中單果籽數(shù)變異最大，單果籽數(shù)量為1～27粒，變異系數(shù)達(dá)到39.58%；其次為單果質(zhì)量，最大的為203.3 g，最小的只有12.8 g，變異系數(shù)為39.55%；而果實(shí)形態(tài)參數(shù)中果形指數(shù)、果徑、果高的變異系數(shù)較小，為12.32%～15.49%，其中數(shù)值上果徑略高于果高，表明浙江紅花油茶果型差異小，且整體呈扁球形。另對(duì)浙江紅花油茶8個(gè)性狀的數(shù)值進(jìn)行相關(guān)分析和檢驗(yàn)，結(jié)果表明，除千粒質(zhì)量與果形指數(shù)、鮮出籽率與果形指數(shù)相關(guān)不顯著外，其他性狀兩兩間均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)(P<0.01)。

表2 浙江紅花油茶各種實(shí)性狀均值及變異情況Table 2 The mean value and variation of various seed and fruit traits of C.chekiangoleosa

2.2 浙江紅花油茶不同產(chǎn)地間種實(shí)性狀變異

浙江紅花油茶產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)種實(shí)性狀的變異均方及F值見表3。經(jīng)F檢驗(yàn),8個(gè)性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)都存在極顯著差異(P<0.01)。進(jìn)一步對(duì)各性狀在產(chǎn)地間進(jìn)行Duncan多重比較(表4)，結(jié)果表明，鮮出籽率、果形指數(shù)及千粒質(zhì)量在各產(chǎn)地間差異顯著。武夷山產(chǎn)地單果質(zhì)量最大(平均106.50 g)，但果皮厚度最厚且鮮出籽率最低，平均僅為16.53%；霞浦產(chǎn)地具有最高的鮮出籽率(平均23.68%)，而具有最小的千粒質(zhì)量，顯示其種子在6個(gè)產(chǎn)地中最小；樂(lè)平產(chǎn)地果形指數(shù)和千粒質(zhì)量最大，而單果籽數(shù)最小，顯示果型變異較大且具有較大的種子。從單性狀來(lái)分析，單果籽數(shù)最多的為開化產(chǎn)地，德興產(chǎn)地平均果皮厚最小。另比較低海拔的樂(lè)平產(chǎn)地與高海拔的德興產(chǎn)地，雖然種源一致，但二者種實(shí)性狀除果徑外具較明顯差別。

表3 不同產(chǎn)地群體間和群體內(nèi)的種實(shí)性狀方差分析Table 3 Variance analyses of seed and fruit traits among and within populations of different producing regions

表4 各產(chǎn)地種實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀的均值及多重比較Table 4 The mean value and multiple comparisons of economic traits of seed and fruit for various producing regions

2.3 產(chǎn)地內(nèi)單株間種實(shí)性狀變異

對(duì)浙江紅花油茶各產(chǎn)地單株間種實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀變異進(jìn)行分析，結(jié)果(表5)表明，不同產(chǎn)地內(nèi)單株間種實(shí)各經(jīng)濟(jì)性狀變異幅度不同，其中單果質(zhì)量、鮮出籽率、千粒質(zhì)量、單果籽數(shù)為變異程度較大的幾個(gè)性狀。單果質(zhì)量變異系數(shù)最大的為德興產(chǎn)地，達(dá)到了39.82%；最小的為武夷山，只有26.66%。鮮出籽率變異系數(shù)最大的為武夷山產(chǎn)地(31.42%)，最小的為開化(22.54%)。千粒質(zhì)量變異系數(shù)最大的為德興(30.55%)，最小的為霞浦(24.03%)。單果籽數(shù)變異系數(shù)最大的為樂(lè)平(43.74%)，最小的為開化(23.63%)。變異程度較小的性狀為果形指數(shù)、果徑和果高，其各地的性狀變異系數(shù)多集中在10%～15%?？傮w比較浙江紅花油茶6個(gè)產(chǎn)地單株間種實(shí)性狀變異程度，可知從大到小為德興、樂(lè)平、婺源、武夷山、霞浦、開化。

2.4 浙江紅花油茶種實(shí)性狀多樣性

對(duì)浙江紅花油茶的種實(shí)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行多樣性Shannon-Wiener指數(shù)(H′)的計(jì)算，結(jié)果(表6)顯示，浙江紅花油茶6個(gè)產(chǎn)地種實(shí)性狀的平均多樣性指數(shù)為1.885 0，顯示了較高的多樣性。按產(chǎn)地比較，多樣性最高為樂(lè)平與德興產(chǎn)地，分別為1.949 7與1.948 7；低于平均多樣性指數(shù)的產(chǎn)地為開化與霞浦，其中霞浦最小為1.789 0，總體表現(xiàn)與各產(chǎn)地種實(shí)變異程度相對(duì)一致。綜合性狀比較,Shannon-Wiener 指數(shù)為1.627 6～1.949 2，也顯示了較豐富的遺傳多樣性，其中最高的為單果籽數(shù)與鮮出籽率，多樣性指數(shù)分別為1.949 2與1.944 1。

表5 不同產(chǎn)地內(nèi)單株間種實(shí)經(jīng)濟(jì)性狀變異系數(shù)Table 5 Variation coefficients of economic traits of seed and fruit among individual plants in different producing regions %

表6 浙江紅花油茶的種實(shí)性狀Shannon-Wiener多樣性指數(shù)Table 6 Shannon-Wiener index of seed and fruit traits of C.chekiangoleosa

2.5 浙江紅花油茶種實(shí)性狀的表型分化

以供試產(chǎn)地為群體單位，采用巢式設(shè)計(jì)方差分量比組成各方差分量占總變異的比例，并用群體間方差分量占遺傳總變異(群體間、群體內(nèi)方差分量之和)的百分比表示群體間的表型分化系數(shù)(表7)。從表7可以看出，浙江紅花油茶8個(gè)種實(shí)性狀的表型分化系數(shù)變化幅度為19.12%～49.33%，其中單果質(zhì)量、果徑、果高在群體間分化較大，而果形指數(shù)和千粒質(zhì)量性狀在群體間呈較低的分化水平。據(jù)8個(gè)種實(shí)性狀的方差分量均值可以看出，群體間的方差分量占總變異的19.17%，而群體內(nèi)占35.25%，平均表型分化系數(shù)達(dá)35.31%，即浙江紅花油茶產(chǎn)地水平的變異貢獻(xiàn)為35.31%，而不同個(gè)體水平的貢獻(xiàn)占64.69%。

表7 浙江紅花油茶性狀的方差分量及產(chǎn)地(群體)間(內(nèi))表型分化系數(shù)Table 7 Variance components and differentiation coefficient of phenotypic traits among/within producing regions (population) of C.chekiangoleosa

2.6 浙江紅花油茶種實(shí)性狀聚類分析

利用歐式平均距離，采用離差平方和法對(duì)各產(chǎn)地種實(shí)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖1。

圖1 浙江紅花油茶不同產(chǎn)地種實(shí)性狀的聚類圖Fig.1 Dendrogram based on fruit and seed traits of different producing regions of C.chekiangoleosa

以遺傳距離0.2～0.3為閾值，6個(gè)產(chǎn)地可分為3組，同屬江西上饒地區(qū)的德興、婺源首先聚在一起，并與樂(lè)平(德興種源)組成一類；開化與霞浦產(chǎn)地聚為一類，而武夷山則單獨(dú)成組。聚類結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明地理環(huán)境因素影響種實(shí)性狀分化，在各產(chǎn)地中武夷山產(chǎn)地種實(shí)性狀分化較大。

2.7 浙江紅花油茶種實(shí)性狀與產(chǎn)地生態(tài)因子的相關(guān)性

對(duì)浙江紅花油茶種實(shí)性狀與產(chǎn)地生態(tài)因子相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析與檢驗(yàn)，結(jié)果(表8)發(fā)現(xiàn)果皮厚度與海拔呈正相關(guān)并達(dá)顯著水平，千粒質(zhì)量與降水量呈正相關(guān)并達(dá)到顯著水平，其他指標(biāo)之間相關(guān)性均沒(méi)有達(dá)到顯著水平。

表8 種實(shí)性狀與產(chǎn)地生態(tài)因子的相關(guān)性Table 8 Correlation between seed and fruit traits and ecological factors in production regions

3 討 論

掌握植物性狀整體變異水平及不同分布區(qū)的遺傳變異情況有助于了解其生長(zhǎng)性狀及遺傳分化水平，對(duì)植物的遺傳評(píng)價(jià)、良種選育及保護(hù)等具有重要作用[20]。本研究在主分布區(qū)選擇6個(gè)產(chǎn)地的優(yōu)勢(shì)林分調(diào)查浙江紅花油茶種實(shí)性狀多樣性。結(jié)果表明8個(gè)種實(shí)性狀變異系數(shù)為12.32%～39.58%，高于廣寧紅花油茶(C.semiserrata)[21]的研究結(jié)果。除千粒質(zhì)量與果形指數(shù)、鮮出籽率與果形指數(shù)相關(guān)不顯著，其他供試種實(shí)性狀兩兩相關(guān)，可推測(cè)果型差異對(duì)鮮出籽率影響不顯著，而較重的果實(shí)其籽粒數(shù)更多且更為飽滿。各種實(shí)性狀變異程度依次為單果籽數(shù)>單果質(zhì)量>千粒質(zhì)量>鮮出籽率>果皮厚>果高>果徑>果形指數(shù)，其中果高、果徑、果形指數(shù)表現(xiàn)為較小的變異程度(<20%)，這與騰沖紅花油茶(C.reticulata)[22]、海南油茶[23]的研究結(jié)果一致?？傮w與劉子雷等[16]研究浙江省麗水、金華地區(qū)的浙江紅花油茶果實(shí)性狀變異排序略有不同，原因可能是后者研究樣品來(lái)源相對(duì)有限，而本研究中樣本取自浙江省、江西省和福建省的浙江紅花油茶優(yōu)勢(shì)林分，涉及研究地理變異的材料更為廣泛。

浙江紅花油茶種實(shí)性狀在不同產(chǎn)地間表現(xiàn)為極顯著的差異，各地單株間種實(shí)性狀變異幅度不同，這和整體種實(shí)性狀的變異規(guī)律較一致，各產(chǎn)地種實(shí)性狀總體變異程度依次為德興>樂(lè)平>婺源>武夷山>霞浦>開化。浙江紅花油茶6個(gè)產(chǎn)地的種實(shí)性狀多樣性Shannon-Wiener 指數(shù)為1.789 0～1.949 7，平均為1.885 0，顯示了浙江紅花油茶較高的多樣性。兩種多樣性統(tǒng)計(jì)方法排序有些差異，但總體反映了德興與樂(lè)平產(chǎn)地在6個(gè)產(chǎn)地中具有更高的多樣性。根據(jù)產(chǎn)地間的表型分化系數(shù)結(jié)果可知，浙江紅花油茶8個(gè)種實(shí)性狀表型分化系數(shù)的變異幅度為19.12%～49.33%,其中單果質(zhì)量、果徑、果高在產(chǎn)地間差異較大，而果形指數(shù)和千粒質(zhì)量性狀在產(chǎn)地間較穩(wěn)定，這和產(chǎn)地間的種實(shí)性狀方差分析結(jié)果相一致?？偟姆治霎a(chǎn)地間平均表型分化系數(shù)為35.31%，表明浙江紅花油茶不同產(chǎn)地的個(gè)體變異是其種實(shí)性狀總體變異的主要來(lái)源，這一結(jié)論與同為油茶主栽物種的騰沖紅花油茶[22]的相關(guān)研究一致，而與小果油茶(C.meiocarpa)[16]的不同，表明由于物種不同，其群體基因適應(yīng)環(huán)境選擇壓力的程度也會(huì)有不一樣的表現(xiàn)，而群體內(nèi)變異主要和遺傳有關(guān)，群體間變異由遺傳與環(huán)境共同作用[24]。由本研究結(jié)果可知遺傳因素對(duì)浙江紅花油茶變異影響大于環(huán)境因素，因此在浙江紅花油茶良種選育中，在進(jìn)行優(yōu)良種源選擇的同時(shí)，要加大種源內(nèi)植株個(gè)體的選擇力度。此外，作為油用經(jīng)濟(jì)林，經(jīng)濟(jì)性狀是浙江紅花油茶良種選育的主要目標(biāo)，本研究結(jié)果表明，浙江紅花油茶的單果質(zhì)量、果徑、鮮出籽率、果皮厚度等經(jīng)濟(jì)性狀變異較大，這也為今后有針對(duì)性地開展果大皮薄、出籽率高的浙江紅花油茶高產(chǎn)品種選育提供依據(jù)。

植物的性狀變異由植物內(nèi)部的遺傳特性和外部生態(tài)環(huán)境共同決定，從而保證植物在復(fù)雜自然環(huán)境中繁衍[25-26]。聚類結(jié)果顯示，德興與婺源產(chǎn)地首先聚在了一起，隨后與樂(lè)平產(chǎn)地聚成一組；開化與霞浦種源聚為一組，武夷山則單獨(dú)成組，究其原因，可能與植物生長(zhǎng)適應(yīng)環(huán)境的因素有關(guān)，德興與婺源同屬江西上饒，表明兩地種源親緣性較高；而樂(lè)平產(chǎn)地種源來(lái)自德興，為高海拔(平均700～800 m)向低海拔(平均60 m)引種的人工種植林，長(zhǎng)期以來(lái)的人為砍雜、選擇等干擾措施結(jié)合不同生境的適應(yīng)，可能造成了該地種實(shí)性狀與原種源產(chǎn)地的差異；同樣，武夷山產(chǎn)地與其他產(chǎn)地分化較大，而武夷山產(chǎn)地平均海拔(平均1 190 m)高于其他產(chǎn)地，高海拔的氣候可能造成了浙江紅花油茶種實(shí)性狀的分化。研究表明，環(huán)境因子影響了植物的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率等指標(biāo)，影響籽數(shù)、果徑和千粒質(zhì)量及產(chǎn)量等經(jīng)濟(jì)性狀[27]，不同種群間的性狀變化也反映了物種對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)[28-29]。本研究中種實(shí)性狀及其產(chǎn)地生態(tài)因子相關(guān)性分析結(jié)果表明，果皮厚度與海拔呈正相關(guān)并達(dá)到顯著水平，千粒質(zhì)量與降水量呈正相關(guān)并達(dá)到顯著水平。因此推測(cè)環(huán)境差異對(duì)浙江紅花油茶種實(shí)性狀變異具一定的影響，海拔升高，年均氣溫降低，果皮厚度適當(dāng)增加從而適應(yīng)低溫環(huán)境；而降水量充裕，則有利于種子的生長(zhǎng)發(fā)育，從而促進(jìn)千粒質(zhì)量的提高。浙江紅花油茶作為自然生境高海拔樹種，向低海拔引種必然存在環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，而對(duì)于引種到不同區(qū)域后由于海拔、氣候等環(huán)境條件改變?cè)斐傻男誀罘只档眠M(jìn)一步研究。