許澤楠，王鑫，王琦，常格，鄧偉，路丙社

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

黃連木(Pistaciachinensis)為漆樹(shù)科(Anacardiaceae)黃連木屬(Pistacia)落葉喬木，廣泛分布于河北、河南、山東和江蘇等地，耐干旱瘠薄，對(duì)土壤要求不高，枝干挺拔，樹(shù)形優(yōu)美，是極具開(kāi)發(fā)前景的鄉(xiāng)土觀賞樹(shù)種[1-2]。黃連木的應(yīng)用價(jià)值比較廣泛，不僅可用作阿月渾子(P.vera)的嫁接砧木[3]，而且果實(shí)含油率高達(dá)42.5%，既可以食用[4]，又可以用于工業(yè)生產(chǎn)[5]，是特有的木本油料和重點(diǎn)發(fā)展的生物質(zhì)能源樹(shù)種[6]。前人關(guān)于黃連木的研究主要集中在資源調(diào)查及評(píng)價(jià)[7]、生物能源利用[4-6]和栽培繁育技術(shù)[8-9]等方面，而對(duì)不同種源黃連木幼苗在相同地域下的根系指標(biāo)與生物量的比較研究未見(jiàn)報(bào)道。為了提升黃連木整體的栽培質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)種源的篩選是必不可少的[10]，而篩選優(yōu)良種質(zhì)資源最直接、較全面的方法就是對(duì)其生長(zhǎng)指標(biāo)的差異性進(jìn)行比較分析[11]。主成分分析就是考慮到各個(gè)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，利用“降維”的思想，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為不相關(guān)的少數(shù)指標(biāo)[12]，以便于多性狀、多指標(biāo)間進(jìn)行比較。目前，此方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在棕櫚(Trachycarpusfortunei)[10]、閩楠(Phoebebournei)[13]、猴樟(Cinnamomumbodinieri)[14]等多種植物的種源試驗(yàn)中。

河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 20 多年來(lái)一直致力于黃連木屬阿月渾子引種研究，在黃連木遺傳多樣性分析、抗性生理、生殖生物學(xué)以及種間雜交等方面也有不少研究。 黃連木在河北地區(qū)適應(yīng)能力較強(qiáng)，生長(zhǎng)發(fā)育良好，性狀也比較穩(wěn)定，為篩選黃連木優(yōu)質(zhì)種源提供有利條件[15-18]。為比較不同種源黃連木幼苗的生長(zhǎng)情況，本試驗(yàn)以采自河北、河南、山東省等13個(gè)種源地的黃連木種子為材料，測(cè)定13個(gè)種源幼苗的株高、地徑、根系生長(zhǎng)指標(biāo)與生物量，并通過(guò)聚類(lèi)、相關(guān)性和主成分分析以及整體評(píng)分，初步篩選出出苗期生長(zhǎng)狀況良好的黃連木種源，旨在為河北地區(qū)黃連木的種源選擇、育苗育種等方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)三分場(chǎng)基地(38°80′67″N,115°42′43″E)，其地處華北平原，海拔20 m，屬于南溫帶亞濕潤(rùn)氣候。年平均氣溫8～18 ℃，極端最低氣溫-20 ℃，極端最高氣溫43 ℃；年日照2 500～2 900 h，無(wú)霜期165～210 d；年均降水500 mm左右，主要集中在7—8月。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所需的成熟黃連木種子采集于2019年9月—2019年12月，種源地信息見(jiàn)表1。所選取的黃連木種子分別來(lái)自河北、河南、山東和江蘇地區(qū)。不同居群之間的距離不小于30 km，采種樹(shù)之間的距離須在30 m以上。選擇結(jié)實(shí)能力較強(qiáng)，且生長(zhǎng)健壯、樹(shù)形優(yōu)美、無(wú)病蟲(chóng)害的黃連木大樹(shù)為采種樹(shù)，每個(gè)居群選取10株進(jìn)行采種。種子采回后，將其去皮晾干，然后沙藏處理 100 d，于2020年3月統(tǒng)一播種于試驗(yàn)基地內(nèi)。播種前對(duì)試驗(yàn)田進(jìn)行翻整，將種子條播，每行間隔40 cm，覆蓋2～3 cm的土壤并澆水。播后進(jìn)行除草、施肥等養(yǎng)護(hù)管理[19]。

表1 不同黃連木居群信息Tab.1 Source information of different P.chinensis

1.3 測(cè)定方法

于2020年9月，在13個(gè)種源中進(jìn)行隨機(jī)抽樣，每種源10株幼苗，將其掛牌標(biāo)記，測(cè)量其苗高和地徑，分別精確到0.01 cm和0.01 mm。然后嚴(yán)格按照要求，小心將幼苗挖出，必須保證根系完整，用清水慢慢沖洗掉土壤和廢渣，于陰涼處自然風(fēng)干。將每株幼苗的根、莖、葉分別收集備用。

苗木地下部分指標(biāo)的測(cè)定 根系用根系掃描分析儀進(jìn)行掃描，通過(guò)WinRHIZO軟件對(duì)根系掃描圖像進(jìn)行分析，得到總根長(zhǎng)(cm)、主根長(zhǎng)(cm)、根系表面積(cm2)、總根體積(cm3)、根尖數(shù)、根平均直徑，掃描后的根系留待測(cè)定生物量。

生物量測(cè)定 試驗(yàn)苗木的根、莖、葉用60 ℃的烘箱進(jìn)行烘干，恒重后用電子天平分別稱(chēng)重，得到根干質(zhì)量(g)、葉干質(zhì)量(g)、莖干質(zhì)量(g)、總生物量(g)、根冠比。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過(guò) Microsoft Excel 2007軟件制作圖表，并用SPSS 13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源黃連木苗期的生長(zhǎng)情況

2.1.1 苗高和地徑的比較

不同種源黃連木幼苗的生長(zhǎng)狀況見(jiàn)圖1。

圖1 不同種源黃連木苗高和地徑的比較Fig.1 Comparison of seedling height and ground diameter of P.chinensis from different provenances

不同種源間苗高和地徑均存在顯著性差異(P<0.05)。其中，13個(gè)種源黃連木幼苗的苗高范圍為9.76～30.74 cm，紅鶴種源的最大(30.74 cm)，沭陽(yáng)種源的最小(9.76 cm)，且前者是后者的3.15倍；地徑的范圍為1.45～3.09 mm，南果種源的最大(3.09 mm)，沭陽(yáng)種源的最小(1.45 mm),兩者相差2.13倍。

2.1.2 根系的比較

不同種源黃連木的根系指標(biāo)分析結(jié)果見(jiàn)表2。各個(gè)種源根系指標(biāo)中除了主根長(zhǎng)，其他根系指標(biāo)均存在顯著差異(P<0.05)。其中，總根長(zhǎng)變幅為3.33～7.08 m，根系表面積變幅為39.26～218.60 cm2，根總體積變幅為0.43～5.38 cm3，三者最大的都是南果種源，分別為7.08 m、218.60 cm2和5.38 cm3，最小的是沭陽(yáng)種源，分別是3.33 m、39.26 cm2和0.43 cm3；根尖數(shù)的變幅為616.80～1 622.40，固新種源最大(1 622.40),沭陽(yáng)種源的最小(616.80)，前者比后者根尖數(shù)多1 005.60；根平均直徑的變幅為0.41～0.97 mm，南果種源的最大(0.97 mm)，曲陽(yáng)種源的最少(0.41 mm)，南果是曲陽(yáng)的2.37倍。

表2 不同種源黃連木根系各指標(biāo)的比較Tab.2 Comparison of root system indexes of P.chinensis from different provenances

2.1.3 生物量的比較

不同種源黃連木生物量的比較結(jié)果見(jiàn)表3。不同種源黃連木的根、莖、葉和總生物量均存在顯著差異(P<0.05)。其中，在總生物量上，南果種源的最多，為2.54 g。沭陽(yáng)種源的最少，為0.32 g；在生物量的分配方面，南果種源的地下部分和地上部分生物量分別為0.48 g和2.07 g，都是最大的。沭陽(yáng)種源的地下部分和地上部分生物量分別為0.07 g和0.25 g，都是最小的。其他種源分布于兩者之間。除此之外，在根冠比方面，東崗和紅旗種源都是0.64，為最大值；曲陽(yáng)種源為0.12，為最小。

表3 不同種源黃連木各部位干質(zhì)量的比較Tab.3 Comparison of dry weight of P.chinensis from different provenances

2.2 不同生長(zhǎng)指標(biāo)與種源地地理環(huán)境的相關(guān)性

由表4可知，不同種源黃連木的苗高、總根長(zhǎng)、主根長(zhǎng)、根系表面積、總根體積、根尖數(shù)和根平均直徑都與海拔呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，地徑和總生物量與海拔呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；苗高、地徑、總根長(zhǎng)、主根長(zhǎng)、根系表面積和總生物量都與年降水量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；地徑和總生物量與經(jīng)度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，其他指標(biāo)與環(huán)境因子相關(guān)性不顯著(P>0.05)，說(shuō)明黃連木在海拔較高且降水較少的這一類(lèi)地區(qū)根系更發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)情況更好。

表4 黃連木生長(zhǎng)指標(biāo)與種源地地理環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficient between P.chinensis growth index and geographical environment factors of provenance

2.3 不同種源黃連木幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的聚類(lèi)分析

由圖2可知，當(dāng)歐式距離約為8.0時(shí)，13個(gè)種源可以分為三大類(lèi)。第Ⅰ大類(lèi)包括卜連和唐縣，第Ⅱ大類(lèi)包括紅鶴、駕游、紅旗、濰坊、南果、固新和東崗，第Ⅲ大類(lèi)包括白芟、新鄉(xiāng)、曲陽(yáng)和沭陽(yáng)。由每個(gè)大類(lèi)的黃連木幼苗生長(zhǎng)情況(表5)可知，第Ⅱ大類(lèi)的幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)平均值最高，第Ⅲ大類(lèi)的幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)平均值最低。

表5 各大類(lèi)黃連木幼苗的生長(zhǎng)情況Tab.5 Growth of P.chinensis seedlings

圖2 不同種源黃連木苗期性狀聚類(lèi)分析結(jié)果Fig.2 Cluster analysis results of seedling characters of P.chinensis from different provenances

2.4 不同種源黃連木幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的主成分分析

通過(guò)對(duì)不同種源黃連木的苗高、地徑、主根長(zhǎng)等13個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)表6?？芍?主成分特征值為8.600，方差貢獻(xiàn)率為66.155%；第2主成分特征值為2.714，方差貢獻(xiàn)率為20.880%。兩種主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.035%，因此選第1主成分和第2主成分。

表6 不同種源黃連木苗期生長(zhǎng)形狀的主成分分析結(jié)果Tab.6 Principal component analysis results of seedling growth shape of P.chinensis from different provenances %

由兩種主成分的初始因子載荷矩陣矩陣(表7)可知，苗高、地徑、總根長(zhǎng)、主根長(zhǎng)、根系表面積、總根體積、根尖數(shù)、根平均直徑、根干質(zhì)量、葉干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、總生物量和根冠比13個(gè)指標(biāo)在兩個(gè)主成分中均有較高載荷，可以從整體上反映出黃連木幼苗的生長(zhǎng)狀況。

表7 初始因子載荷矩陣Tab.7 Initial factor load matrix

通過(guò)主成分分析結(jié)果，對(duì)13個(gè)黃連木種源幼苗進(jìn)行綜合評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 不同種源黃連木幼苗生長(zhǎng)性狀主成分分析綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.8 Comprehensive evaluation results of principal component analysis of growth characters of P.chinensis seedlings from different provenances

由表8可知，在試驗(yàn)田中，南果、紅鶴、濰坊和固新4個(gè)種源的黃連木幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)良好，沭陽(yáng)的表現(xiàn)最差。按照綜合得分由高到低，對(duì)13個(gè)種源進(jìn)行排序，依次為南果、紅鶴、濰坊、固新、駕游、東崗、唐縣、紅旗、卜連、白芟、新鄉(xiāng)、曲陽(yáng)、沭陽(yáng)。

3 討論與結(jié)論

在林木改良過(guò)程中，時(shí)間是測(cè)定和評(píng)價(jià)優(yōu)良性狀的主要障礙。由于林木在各個(gè)發(fā)育階段之間的緊密聯(lián)系，可通過(guò)“幼—成”的相關(guān)關(guān)系來(lái)評(píng)估其在林木成年期后的表現(xiàn)[20]。因此，可以通過(guò)不同種源黃連木苗期的生長(zhǎng)情況比較分析，較早地評(píng)選出優(yōu)質(zhì)種源。本試驗(yàn)中，不同種源黃連木的地下部分生長(zhǎng)指標(biāo)以及生物量方面均存在顯著差異，這種情況與前人有關(guān)任豆(Zeniainsignis)[21]、苦楝(Meliaazedarach)[22]、烏桕(Sapiumsebiferum)[23]、馬褂木(Liriodendronchinense)[24]、鐵橡櫟(Quercuscocciferoides)[25]的研究結(jié)果保持一致，說(shuō)明在優(yōu)質(zhì)種源篩選時(shí)，苗期變異具有很大的育種潛力。

吳志莊等[26]對(duì)黃連木天然群體的表型變異與多樣性進(jìn)行研究，其試驗(yàn)材料雖然是不同居群的黃連木，但由于不同的居群其地理環(huán)境也是各不相同，對(duì)其進(jìn)行表型性狀測(cè)定及分析，得出的結(jié)論不能很好地說(shuō)明變異究竟是來(lái)自環(huán)境差異還是種源間遺傳差異。本試驗(yàn)以不同種源黃連木種子為試驗(yàn)材料，在相同環(huán)境下栽培，對(duì)其苗期生長(zhǎng)性狀進(jìn)行觀測(cè)分析，所得結(jié)果能夠準(zhǔn)確說(shuō)明引起表型性狀差異的原因就是種源本身。此外，前人在進(jìn)行種源試驗(yàn)時(shí)，大都選擇地上部分的生長(zhǎng)情況作為選優(yōu)依據(jù)[21-24]，很少考慮地下部分生長(zhǎng)量作依據(jù)。本試驗(yàn)中利用主成分分析的方法，比較全面地分析了黃連木苗期地上和地下部分的主要指標(biāo)，評(píng)價(jià)出南果、紅鶴、濰坊和固新種源為適合試驗(yàn)區(qū)生長(zhǎng)的優(yōu)異種源。4個(gè)種源的幼苗生長(zhǎng)健壯，根系發(fā)達(dá)且生物量積累較多，這跟種源地的地理位置及環(huán)境有很大的關(guān)系。通過(guò)相關(guān)性分析可知，海拔較高和降水較少地區(qū)的黃連木在試驗(yàn)地生長(zhǎng)較好。因此，在進(jìn)行黃連木栽培繁育時(shí)，可以在苗期進(jìn)行初次篩選，綜合考慮地下部分根系的生長(zhǎng)情況，再結(jié)合地上部分的生長(zhǎng)指標(biāo)，可以較全面的評(píng)估不同種源在試驗(yàn)地的生長(zhǎng)狀況。把根系生長(zhǎng)情況作為種源選擇依據(jù)為本研究的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，但是僅對(duì)幼苗期生長(zhǎng)情況進(jìn)行比較是不夠的，需要進(jìn)一步對(duì)不同種源的黃連木幼苗的抗性及生理生化方面進(jìn)行研究，并確定其后期生長(zhǎng)狀況與苗期是否一致。