徐嘉娟， 陳婷敬， 謝 濤， 李 芳， 耿陽(yáng)陽(yáng)， 朱亞艷， 許 杰

(1.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院， 貴陽(yáng) 550005； 2.貴州省核桃研究所， 貴陽(yáng) 550005；3.水城縣自然資源局， 貴州 六盤(pán)水 553040)

表型多樣性是生物多樣性研究的重要內(nèi)容[1]，表型性狀是檢測(cè)遺傳變異最直接和最簡(jiǎn)便的方法[2-3]。植物的表型性狀是由基因型和環(huán)境因素共同決定的形狀、結(jié)構(gòu)、大小、顏色等外在的性狀，包括葉、花、果實(shí)、種子、樹(shù)體性狀等，其中種實(shí)性狀是植物繁殖系統(tǒng)的主要組成部分，是生存和繁衍適應(yīng)性的集中表現(xiàn)，與其他性狀相比，種實(shí)性狀具有較高的穩(wěn)定性[1-2]，其測(cè)定和評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)揭示不同種群的遺傳規(guī)律、變異大小具有指導(dǎo)意義。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)茶條槭(AcerginnalaMaxim.)[1]、楓香樹(shù)(LiquidambarformosanaHance.)[4]、無(wú)患子(SapindusmukorossiGaertn.)[3,5]、元寶楓(AcertruncatumBunge.)[6]、小果油茶(CamelliameiocarpaHu.)[7]、紅春(ToonaciliateRoem.)[8]及松屬(Pinus)的思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)[9]、油松(PinustabuliformisCarr.)[10-11]、美國(guó)白皮松(Whitebarkpine)[12]等樹(shù)種的種實(shí)性狀變異進(jìn)行了研究，為這些樹(shù)種的種質(zhì)資源評(píng)價(jià)、保護(hù)、利用及種質(zhì)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

山桐子(IdesiapolycarpaMaxim.)為大風(fēng)子科(Flacourtiaceae)山桐子屬(Idesia)落葉喬木，是一種兼具觀賞、用材和能源等多功能的速生經(jīng)濟(jì)型樹(shù)種[13]。山桐子不僅具有良好的生態(tài)景觀特質(zhì)，其果實(shí)還可以制備生物柴油、煉制優(yōu)良食用油、提取藥用成分，而且適應(yīng)性強(qiáng)、含油率高，生長(zhǎng)快，果實(shí)產(chǎn)量高，開(kāi)發(fā)利用價(jià)值高，具有廣闊的發(fā)展前景[14-18]。種質(zhì)資源是良種選育的基礎(chǔ)，表型多樣性的分析有助于物種遺傳分化和進(jìn)化潛力的了解，有利于優(yōu)異種質(zhì)的篩選和保護(hù)利用[19]。本研究對(duì)山桐子果實(shí)表型多樣性和變異特征進(jìn)行分析，以期了解山桐子果實(shí)性狀的分化程度和變異規(guī)律，為貴州山桐子種質(zhì)資源的挖掘、保護(hù)、資源的改良及種質(zhì)創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料采集

于2019年10月中旬至11月中旬在貴州山桐子天然分布區(qū)內(nèi)，取貴陽(yáng)、貴定、水城共3個(gè)居群的果實(shí)(表1)。每個(gè)居群隨機(jī)選擇無(wú)明顯缺陷及嚴(yán)重病蟲(chóng)害、生長(zhǎng)正常、株間距離200 m以上(保證采樣均勻，防止母系遺傳)、10～20年生處于盛果期(性狀相對(duì)穩(wěn)定)的單株作為樣株[17]，取每個(gè)單株樹(shù)冠中上部4個(gè)方向成熟果實(shí)，帶回實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定。對(duì)選定的居群采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)觀測(cè)居群的經(jīng)度、緯度、海拔等地理生態(tài)因子。由于參試山桐子為天然居群，其居群規(guī)模大小不一，能夠同時(shí)滿(mǎn)足單株距離200 m和處于盛果期的居群有限，因此，規(guī)模較小的居群的樣株數(shù)量相應(yīng)較少。

表1 山桐子居群地理位置

1.2 表型性狀測(cè)定

選擇較為穩(wěn)定、便于獲取的表型性狀。每個(gè)單株隨機(jī)選取30串果穗，隨機(jī)選取90顆果實(shí)。用直尺測(cè)量果穗長(zhǎng)、果穗寬，精確到0.01 cm，計(jì)算果穗長(zhǎng)寬比，記錄單穗果粒數(shù)。用游標(biāo)卡尺測(cè)量果縱徑、果橫徑、果柄長(zhǎng)，精確到0.01 mm，計(jì)算果形指數(shù)(果縱徑/果橫徑)、果大小指數(shù)(果縱徑×果橫徑)。用電子天平測(cè)量果穗質(zhì)量、單穗果粒質(zhì)量、單果質(zhì)量、果皮質(zhì)量，精確到0.01 g，并記錄單果飽滿(mǎn)種子數(shù)由于山桐子種子較小，每個(gè)單株隨機(jī)選取100粒新鮮種子稱(chēng)重，換算成鮮籽千粒重。

1.3 含油率測(cè)定

果實(shí)自然陰干后，分離種子與果皮，在85 ℃的干燥箱內(nèi)干燥8 h，干燥后分別稱(chēng)重、研磨，取1.5～4 g，采用索氏提取法提取油脂，計(jì)算果實(shí)含油率。

含油率(%)=[(樣品質(zhì)量-抽提后殘?jiān)|(zhì)量)/樣品質(zhì)量]×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理，采用SPSS 22軟件對(duì)各性狀進(jìn)行巢式方差分析、聚類(lèi)分析、主成分分析、多重比較分析，計(jì)算各性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、Shannon-weaver多樣性指數(shù)(H′)、變異系數(shù)(CV)和表型分化系數(shù)(VST)。

2 結(jié)果與分析

2.1 山桐子果實(shí)表型性狀變異特征

對(duì)山桐子15個(gè)果實(shí)表型性狀變異進(jìn)行分析結(jié)果(表2)表明，山桐子15個(gè)果實(shí)表型性狀均存在不同程度的變異，不同性狀的變異情況也有所差異。15個(gè)表型性狀的平均變異系數(shù)為18.39%，變異幅度為5.67%～38.57%。單果飽滿(mǎn)種子數(shù)的變異系數(shù)最大(38.57%)，單穗果粒重、果穗重、單穗果粒數(shù)、果皮重、單果重的變異系數(shù)均大于20%，上述6個(gè)表型性狀變異較豐富，穩(wěn)定性較低。果形指數(shù)的變異系數(shù)最小(5.67%)，果實(shí)含油率、果縱徑、果橫徑的變異系數(shù)均小于10%，這4個(gè)表型性狀的變異幅度較小，具有較高穩(wěn)定性。15個(gè)表型性狀的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H′)在1.944～2.090之間，平均為2.019，多樣性指數(shù)均較高，說(shuō)明大部分性狀具有較為豐富的表型多樣性及遺傳改良潛力。15個(gè)表型性狀的極大值是極小值的1.36～8.23倍，其中果皮重的極大值與極小值的比值最大(8.23)，果形指數(shù)的極大值與極小值的比值最小(1.36)。山桐子15個(gè)果實(shí)表型性狀的進(jìn)化及適應(yīng)性潛力為：果皮質(zhì)量>單果飽滿(mǎn)種子數(shù)>單果質(zhì)量>鮮籽千粒重>果穗質(zhì)量>單穗果粒質(zhì)量>單穗果粒數(shù)>果穗長(zhǎng)>果大小指數(shù)>果柄長(zhǎng)>果穗寬>果縱徑>果橫徑>果實(shí)含油率>果形指數(shù)。

表2 山桐子果實(shí)表型性狀變異分析

2.2 山桐子果實(shí)表型性狀變異來(lái)源及居群變異規(guī)律

山桐子15個(gè)果實(shí)表型性狀在居群間和居群內(nèi)的方差分析結(jié)果(表3)表明，果橫徑在居群間存在顯著差異，在居群內(nèi)存在極顯著差異，果形指數(shù)在居群內(nèi)存在顯著差異，在居群間存在極顯著差異，其余性狀在居群間和居群內(nèi)均存在極顯著差異，說(shuō)明山桐子果實(shí)表型性狀在居群間和居群內(nèi)都存在不同程度的變異。15個(gè)果實(shí)表型性狀的多重比較分析(表4)表明，山桐子天然居群果實(shí)形態(tài)特征在居群間存在一定差異，P2居群的果縱徑、果橫徑、單果質(zhì)量、果皮質(zhì)量、單果飽滿(mǎn)種子數(shù)、果穗長(zhǎng)、果穗寬、單穗果粒數(shù)、果穗質(zhì)量、單穗果粒質(zhì)量的平均值均最大，果實(shí)含油率居中，表現(xiàn)為果大、果穗大、籽粒多的特征；P1居群的果橫徑、單果質(zhì)量、果皮質(zhì)量、單果飽滿(mǎn)種子數(shù)、果穗長(zhǎng)、果穗寬、果穗質(zhì)量、單穗果粒質(zhì)量的平均值居中，果實(shí)含油率平均值最大，表現(xiàn)為出油率高的特征；P3居群的果實(shí)較小，出油率較低。

表3 山桐子居群間及居群內(nèi)各表型性狀的方差分析

表4 3個(gè)居群間表型性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及多重比較

2.3 山桐子果實(shí)表型性狀變異來(lái)源及居群間表型分化

對(duì)山桐子15個(gè)果實(shí)表型性狀進(jìn)行巢式方差分析(表5)，用某性狀在居群間方差分量占居群總方差分量的百分比表示表型分化系數(shù)(VST)，估算表型變異在居群間貢獻(xiàn)率的大小。結(jié)果表明，15個(gè)山桐子果實(shí)表型性狀在居群間的平均方差分量百分比為17.76%，居群內(nèi)為38.24%，其表型分化系數(shù)在9.68%～65.08%之間，平均為31.79%，說(shuō)明3個(gè)居群山桐子果實(shí)表型性狀在居群內(nèi)和居群間均存在一定程度的變異，但居群內(nèi)變異是山桐子果實(shí)性狀表型變異的主要來(lái)源。其中，表型分化系數(shù)最大的是果穗長(zhǎng)(65.08%)，最小的是鮮籽千粒重(9.68%)。除果穗長(zhǎng)外，單穗果粒數(shù)(56.60%)、果穗寬(56.59%)、果形指數(shù)(55.79)的表型分化系數(shù)較大，這4個(gè)性狀在居群間的變異大于居群內(nèi)變異，居群間變異占相對(duì)優(yōu)勢(shì)。而鮮籽千粒重(9.68%)、單果飽滿(mǎn)種子數(shù)(10.16%)、果大小指數(shù)(10.43%)、果柄長(zhǎng)(16.23%)的表型分化系數(shù)較小，其變異來(lái)源主要以居群內(nèi)變異為主。

表5 山桐子果實(shí)表型性狀的方差分量及居群間與居群內(nèi)表型分化系數(shù)

2.4 山桐子果實(shí)表型性狀主成分分析及綜合評(píng)價(jià)

對(duì)山桐子果實(shí)表型性狀的主成分分析結(jié)果(表6)表明，前6個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)85.38%，表明前6個(gè)主成分代表了山桐子果實(shí)表型性狀的大部分信息。第Ⅰ主成分的特征值為4.873，貢獻(xiàn)率為32.484%，特征向量絕對(duì)值較大的為果大小指數(shù)、單果質(zhì)量、果皮質(zhì)量、果縱徑、果橫徑，主要表征山桐子果實(shí)大小。第Ⅱ主成分的特征值為3.708，貢獻(xiàn)率為24.721%，特征向量絕對(duì)值較大的是單穗果粒數(shù)、果穗質(zhì)量、單穗果粒質(zhì)量，主要反映山桐子每個(gè)果穗的果實(shí)粒數(shù)和質(zhì)量。第Ⅲ主成分的特征值為1.195，貢獻(xiàn)率為7.966%，特征向量絕對(duì)值較大的是果形指數(shù)，主要反映果實(shí)形狀性狀。第Ⅳ主成分的貢獻(xiàn)率為7.389%，特征值為1.108，起主要作用的是果柄長(zhǎng)，果形指數(shù)也是載荷較大的因子。第Ⅴ主成分的貢獻(xiàn)率為6.594%，特征值為0.989，起決定作用的表型性狀為果實(shí)含油率。第Ⅵ主成分的貢獻(xiàn)率為6.225%，特征值為0.934，主要由鮮籽千粒重決定。

表6 山桐子果實(shí)表型性狀主成分分析

根據(jù)各主成分特征向量，計(jì)算各主成分分值：

F1=0.152X1+0.140X2+0.151X3+0.147X4+0.128X5-0.017X6+0.011X7+0.153X8-0.011X9+0.002X10+0.130X11+0.094X12+0.122X13+0.135X14+0.137X15；

F2=-0.133X1-0.158X2-0.122X3-0.091X4-0.112X5-0.023X6+0.050X7-0.154X8+0.034X9-0.014X10+0.163X11+0.170X12+0.193X13+0.187X14+0.188X15；

F3=-0.144X1+0.251X2-0.034X3-0.097X4-0.10X5+0.328X6-0.670X7+0.054X8+0.293X9+0.256X10-0.044X11+0.010X12+0.072X13+0.078X14+0.086X15；

F4=0.181X1-0.110X2-0.038X3+0.045X4+0.013X5+0.520X6+0.488X7+0.037X8+0.541X9+0.216X10-0.048X11+0.014X12-0.013X13-0.034X14+0.001X15；

F5=0.023X1-0.036X2-0.006X3-0.061X4+0.034X5-0.411X6+0.097X7-0.002X8-0.064X9+0.906X10+0.018X11-0.010X12+0.003X13-0.006X14-0.032X15；

F6=0.236X1+0.153X2-0.283X3-0.329X4-0.148X5+0.483X6+0.120X7+0.196X8-0.680X9+0.143X10-0.027X11+0.071X12+0.043X13+0.060X14+0.039X15。

根據(jù)各主成分分值，以及各主成分的貢獻(xiàn)率權(quán)重得出每個(gè)單株的綜合得分公式：F=0.380F1+0.290F2+0.093F3+0.087F4+0.077F5+0.073F6，說(shuō)明山桐子單株綜合得分不能以某一性狀為主要參考，需要綜合考慮各果實(shí)表型性狀。對(duì)32個(gè)山桐子單株果實(shí)表型性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果(表7)表明，綜合得分排名前十的分別為13號(hào)(6.530)、14號(hào)(6.236)、16號(hào)(3.710)、6號(hào)(3.266)、21號(hào)(2.807)、23號(hào)(2.625)、15號(hào)(2.227)、22號(hào)(1.659)、7號(hào)(1.567)、31號(hào)(1.418)單株，其F值較高，綜合性狀較好。其中P2居群的13號(hào)單株表現(xiàn)最優(yōu)，其次為同一居群的14號(hào)單株。聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)(圖1)，這兩個(gè)單株與其他單株具有較遠(yuǎn)的遺傳距離，單獨(dú)聚為一大類(lèi)。

表7 32個(gè)山桐子果實(shí)表型性狀的綜合評(píng)價(jià)

圖1 32株山桐子果實(shí)性狀的聚類(lèi)分析

2.5 山桐子果實(shí)表型性狀聚類(lèi)分析

對(duì)3個(gè)天然居群32個(gè)山桐子單株基于果橫徑、單果質(zhì)量等15個(gè)果實(shí)表型性狀進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖1)。結(jié)果表明，P2居群的13、14號(hào)單株與其他供試單株的遺傳距離最大。以歐式距離12為閾值，可將32個(gè)單株分為四大類(lèi)，包括1個(gè)較大的類(lèi)群和3個(gè)較小的類(lèi)群。第Ⅰ類(lèi)包括21號(hào)、23號(hào)、19號(hào)、29號(hào)等27個(gè)單株，又分別聚為4個(gè)小類(lèi)。第Ⅱ類(lèi)包括P1居群的5號(hào)和6號(hào)單株，這類(lèi)單株果形指數(shù)明顯小于其他單株。第Ⅲ類(lèi)為P2居群的12號(hào)單株，其果穗較長(zhǎng)，鮮籽千粒重較小。第Ⅳ類(lèi)包括13號(hào)和14號(hào)單株，此類(lèi)單株單果質(zhì)量、果皮質(zhì)量、果實(shí)含油率、果穗長(zhǎng)、果穗寬、單穗果粒數(shù)、果穗質(zhì)量、果穗果粒質(zhì)量等性狀明顯高于其他單株，可為山桐子的良種選育提供材料。而32個(gè)單株并未按照地理距離而聚類(lèi)，其果實(shí)表型性狀無(wú)空間上的特異性。

3 結(jié)論與討論

表型性狀是物種自身遺傳因子和所處環(huán)境因素的綜合體現(xiàn)[20-22]，不同物種經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇產(chǎn)生一定的遺傳變異，并較為直觀的體現(xiàn)為表型性狀的變異，表型變異必然蘊(yùn)涵著遺傳變異[23-25]，對(duì)各物種自然資源在其分布區(qū)域內(nèi)表型變異的研究，可揭示其遺傳多樣性，為物種的保護(hù)、利用及選擇育種提供科學(xué)依據(jù)[22,26-28]。盡可能多地對(duì)遺傳資源進(jìn)行分析研究及篩選鑒定，對(duì)種質(zhì)資源的改良利用、種質(zhì)創(chuàng)新及親本選配等具有重要意義[21,24-25]。山桐子表型性狀豐富程度和變異情況是山桐子遺傳資源豐富程度和多樣化的具體體現(xiàn)。本研究對(duì)貴州3個(gè)山桐子天然居群32個(gè)單株的15個(gè)果實(shí)表型性狀分析發(fā)現(xiàn)，各性狀的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)和變異系數(shù)均存在一定差異，表明山桐子果實(shí)形態(tài)特征變異豐富，大部分性狀具有較為豐富的表型多樣性及遺傳改良潛力。Shannon-weaver多樣性指數(shù)可直觀地反映各性狀出現(xiàn)的頻率和分布情況，可指示表型性狀的豐富程度[29]。15個(gè)果實(shí)表型性狀的Shannon-weaver多樣性指數(shù)在1.944～2.090之間，其中有10個(gè)性狀的多樣性指數(shù)大于2，其余5個(gè)性狀的多樣性指數(shù)大于1.9，說(shuō)明山桐子果實(shí)性狀的多樣性程度較高。其平均變異系數(shù)為18.39%，變異幅度為5.67%～38.57%，變化幅度較大，說(shuō)明山桐子果實(shí)表型性狀離散程度較高，存在豐富的變異，單果飽滿(mǎn)種子數(shù)、單穗果粒數(shù)、單果質(zhì)量、果穗質(zhì)量等性狀的變異系數(shù)較大，而果形指數(shù)變異系數(shù)較小，可能是由于山桐子果實(shí)性狀較為穩(wěn)定，受環(huán)境影響較少，而種實(shí)產(chǎn)量性狀的穩(wěn)定性較低，變異豐富，為良種選育提供了豐富的資源和極大的空間，這也與無(wú)患子種實(shí)性狀的研究結(jié)果一致[25]。

山桐子15個(gè)果實(shí)表型性狀在居群間和居群內(nèi)均存在顯著或極顯著差異，說(shuō)明這些性狀在居群間和居群內(nèi)均存在豐富的變異，居群內(nèi)變異大于居群間，即山桐子果實(shí)變異主要來(lái)源于居群內(nèi)，這與大多數(shù)林木種群表型性狀的變異來(lái)源相同[22]。3個(gè)山桐子天然居群間的平均表型分化系數(shù)為31.79%，表型分化系數(shù)最大的為果穗長(zhǎng)(65.08%)，最小的為鮮籽千粒重(9.68%)，說(shuō)明果穗長(zhǎng)度較其他性狀發(fā)生分化的可能性要高。此外，同一性狀在不同居群間存在一定差異，同一居群不同性狀的變異情況也不盡相同，表明山桐子同一果實(shí)性狀對(duì)不同的環(huán)境條件的適應(yīng)性不同，不同性狀對(duì)相同環(huán)境條件的響應(yīng)也存在差異。同時(shí)，基于山桐子果實(shí)表型性狀，采用隸屬函數(shù)和主成分分析結(jié)合的方法，對(duì)32個(gè)山桐子單株進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分析結(jié)果表明，前6個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)85.380%，代表了山桐子果實(shí)表型性狀的大部分信息，而其中前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到57.206%。第Ⅰ主成分以果實(shí)大小為主，第Ⅱ主成分以單穗果粒數(shù)和單穗果粒質(zhì)量為主，主要體現(xiàn)產(chǎn)量性狀。果大小指數(shù)、單果質(zhì)量、果皮質(zhì)量、果縱徑、果橫徑、單穗果粒數(shù)、果穗質(zhì)量、單穗果粒質(zhì)量等8個(gè)性狀是造成山桐子果實(shí)表型差異的主要因素，在選擇育種時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮果實(shí)產(chǎn)量因子。通過(guò)表型性狀綜合得分F值對(duì)32個(gè)山桐子單株進(jìn)行排序，以此評(píng)價(jià)其綜合優(yōu)劣程度。結(jié)果顯示，來(lái)自P2居群的13號(hào)單株綜合得分最高，其次為同一居群的14號(hào)單株；來(lái)自P3居群的27號(hào)單株綜合得分最低，都是構(gòu)建遺傳多樣性豐富的種質(zhì)資源的寶貴材料。但本研究?jī)H對(duì)主要果實(shí)表型性狀進(jìn)行分析，因此對(duì)于山桐子資源的綜合評(píng)價(jià)仍有待于進(jìn)一步的研究分析。

貴州山桐子野生資源豐富，但對(duì)其遺傳多樣性分析、資源評(píng)價(jià)篩選、收集利用等的研究工作還不夠深入，本研究通過(guò)對(duì)山桐子天然居群的主要果實(shí)表型性狀調(diào)查，進(jìn)行遺傳多樣性、主成分、聚類(lèi)分析，對(duì)指導(dǎo)山桐子資源保護(hù)利用、遺傳改良、新品種選育等具有重要意義。