孫安然，張 明，龐忠義，于海洋，于海洋，謝 影，張世凱，趙曦陽＊

（1.林木遺傳育種國家重點實驗室，東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.四平市林業(yè)科學研究院，吉林 四平 136000；3.國有新民市機械林場，遼寧 新民 110300；4.吉林省紅石林業(yè)局，吉林 紅石 132405）

三花槭（Acer triflorum Komarov）屬槭樹科（Aceraceae）槭屬（Acer Linn.）植物，落葉喬木，是我國的珍稀瀕危樹種[1-4]；其主要分布于日本、朝鮮、俄羅斯、蒙古和中國，在中國主要分布于黑龍江、吉林和遼寧地區(qū)[5]。三花槭在秋季顏色艷紅，引人矚目，是優(yōu)良的綠化、美化工程的點綴樹種，也是營造彩葉景觀特別是廊道彩葉林景觀的優(yōu)選樹種[6-7]。因其較高的應用價值，研究者對三花槭的生理生化[8]、播種繁殖[9]、種子內含物[10]、葉色變化和呈色機制等[1,11]進行了研究，并取得了一定的進展。

種子發(fā)育是林木生長過程中重要的階段，由于生長環(huán)境迥異、植物長期自然選擇和遺傳因素的綜合影響，使其具有極其豐富的變異，在林木育種中具有重要意義[12-13]。長期以來，在槭屬樹種研究中，國外對于三花槭的表型變異研究較少，只對三花槭的葉綠體全基因組進行分析[14]，利用全基因組超矩陣對槭樹周期性遷移、大規(guī)模滅絕和迅速的譜系分化及槭樹的歷史生物地理學等進行研究[15-16]。在國內主要研究三花槭的葉片生理特性、山地移植技術、播種繁殖技術和種實多樣性等方面。賈慶斌等[8]對3種葉色型三花槭葉片生理特性比較，不同葉色型三花槭的葉片生理存在顯著性差異；在其它樹種中，姬志峰等[17]以五角楓為實驗材料，探究不同海拔種群的表型多樣性，表明五角楓不同種群表型性狀存在豐富的遺傳變異，為五角楓種質資源的保護、評價和利用提供重要的理論依據；王丹等[18]探究茶條槭不同海拔種群的表型多樣性，結果表明5個不同海拔種群表型具有豐富的變異，茶條槭種群內、種群間變異的利用對其遺傳改良具有重要的意義；趙陽等[19]探究文冠果種子及苗期生長性狀地理種源變異，發(fā)現(xiàn)種子性狀變異主要受海拔的影響，不同種源間文冠果表型性狀均存在極顯著差異，且這些差異能夠穩(wěn)定遺傳，為文冠果種質基因資源的遺傳改良和引種推廣提供了遺傳背景和實驗依據。一系列研究發(fā)現(xiàn)，植物繁殖體表型性狀的研究將有助于提供豐富的基礎數(shù)據，也為其資源保護及合理利用提供寶貴資料。

由于槭樹是我國的瀕危樹種，了解其表型變異及生態(tài)地理變異規(guī)律，為樹種的良種選育、資源保護利用和制定保護對策等提供參考依據。梁坤楠等[20]以種源/家系柚木生長、形質性狀和適應性為指標，篩選出最適宜生長的優(yōu)良種源/家系，結果表明，廣州龍洞種源、云南芒市種源和2個云南畹町家系是最適宜生長的優(yōu)良種源/家系，為我國柚木人工林的發(fā)展提供優(yōu)良的種植材料。三花槭作為優(yōu)良的園林綠化樹種之一，雖然用途廣泛，但有關其繁殖體表型性狀差異及選擇研究的報道較少。因此，對其群體種質資源收集、評價和良種選育顯得愈發(fā)重要[21]。本研究以東北地區(qū)不同產地三花槭繁殖體為材料，對其表型與種子活力進行測定，分析表型性狀與環(huán)境因子的相關性，探討三花槭繁殖體的表型變異程度與變異規(guī)律，最終篩選出優(yōu)良家系和優(yōu)良產地，可為三花槭保存、引種和種質資源開發(fā)利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來自東北三省的4個地點，采樣地地理環(huán)境、氣候因子及各地點采樣數(shù)量見表1。對種子表型和種子生活力（SV）進行測定，具體測定性狀包括翅果長（KFL）、翅果寬（KFW）、翅果長寬比（KFLW）、著生痕長（BM）、果實長（FL）、果實寬（FW）、果實長寬比（FLW）、果實厚度（FT）、翅長（W）、帶翅千粒質量（WTKW）、去翅千粒質量（TKW）、空殼率（SR）。

表1 三花槭 4個產地的地理環(huán)境因子Table 1 Geographical environmental factors of four producing areas of A.triflorum

每個家系隨機選擇30顆繁殖體進行表型測定，翅果長、翅果寬、著生痕長、果實長、果實寬、果實厚度和翅長（圖1）[22]用游標卡尺直接測量，測量精度為0.01 mm；翅果長寬比和果實長寬比直接計算。每株選取400顆帶翅繁殖體，利用天平測定，每100顆繁殖體的質量作為百粒質量，對獲得數(shù)據乘以10作為帶翅千粒質量。測量后手動去翅，同樣方法測量去翅百粒質量并計算去翅千粒質量；每個單株隨機選取400顆繁殖體，用鉗子夾碎，計算空殼率；選取200顆繁殖體，分成4份，去殼，溫水浸泡24 h，放置30 ℃恒溫箱中保存。配置1%的TTC溶液，進行染色，放置恒溫箱中避光4～6 h后，放在顯微鏡下觀察胚的染色情況（圖2）。

圖1 三花槭果實各指標測定示意圖Fig.1 Diagrammatic drawing of different traits of A.triflorum fruits

圖2 三花槭胚染色與未染色對比圖Fig.2 Contrast picture stained and unstand of A.triflorum embryo

1.2 數(shù)據分析方法

所有數(shù)據利用SPSS 19.0軟件和EXCEL 2010進行計算，空殼率和生活力在方差分析過程中進行反正弦數(shù)據轉換。

種源間/種源內家系間方差分析線性模型為[23]：

Xij=μ+Fj+eij

式中：μ為總體平均值，F(xiàn)j為種源效應，eij為機誤。

表型變異系數(shù)（PCV）計算公式[24]：

表型相關系數(shù)（r）計算公式[25]：

式中：σα（xy）為2個性狀的表型協(xié)方差，σ2a（x）、σ2a（y）分別為2性狀的表型方差。

多性狀綜合評價計算公式[26]：

式中：ai=Xij/Xjmax，Xij為性狀的平均值，Xjmax為性狀的最優(yōu)值。

現(xiàn)實遺傳增益估算公式[27]：

2 結果與分析

2.1 不同產地繁殖體表型性狀

表2表明：P2產地的果實長、果實寬、翅果寬、著生痕長、翅長最大，分別為11.50、10.25、15.70、7.69、33.66 mm；P1產地的果實長、果實寬、翅果長和翅果寬平均值最小，分別為9.85、9.23、38.11、12.82 mm；P3產地的空殼率最小，種子生活力最大，分別為23.56%和87.00%；P4產地的空殼率最大，種子生活力最小，分別為83.00%和16.00%。表明P2產地果實生長狀況較好，P3產地種子生活力最好。

表2 三花槭繁殖體表型性狀平均值及標準差Table 2 Mean average and standard deviation of phenotypic traits of A.triflorum propagules

2.2 表型變異參數(shù)分析

表3表明：在家系內，不同產地三花槭各性狀表型的平均變異系數(shù)變幅為6.74%～36.25%，總平均變異系數(shù)為12.17%；各表型性狀中，空殼率變異系數(shù)最大（36.25%），其次是去翅千粒質量，變異系數(shù)為15.86%，果實長的變異系數(shù)最?。?.74%），種子生活力在P4產地中變異系數(shù)最大（20.34%）。各表型性狀在不同產地變異程度不同，平均變異系數(shù)的變幅為10.44%～13.28%，其中，P1產地的變異較大。

表3 三花槭繁殖體各表型變異系數(shù)Table 3 Coefficients of phenotypic variation of A.triflorum propagules %

2.3 不同產地間方差分析

對4個不同產地三花槭的13個繁殖體表型進行方差分析，結果（表4）表明：除翅果長寬比在不同產地間性狀差異不顯著（P=0.787）外，其它性狀均差異極顯著（P<0.01），該結果說明不同產地間表型性狀存在較大差異。

表4 三花槭繁殖體表型性狀產地間方差分析Table 4 Variance analysis of phenotypic traits of A.triflorum propagules between origins

2.4 家系間方差分析

表5表明：P1產地的果實長、果實寬、果實厚度、翅長、帶翅千粒質量、去翅千粒質量和空殼率在家系間均差異極顯著（P<0.01）；P2產地的果實寬、翅果長、翅長、空殼率在家系間均差異顯著（P<0.05）；P3產地的翅果長、果實厚度、翅長和空殼率在家系間均差異極顯著（P<0.01）；P4產地的果實長、翅長、帶翅千粒質量、去翅千粒質量和空殼率在家系間均差異極顯著（P<0.01）。結果說明果實長、果實寬、千粒質量和空殼率等指標在家系間差異是極顯著的。

表5 三花槭繁殖體表型性狀家系間方差分析Table 5 Variance analyis among families of phenotypic traits A.triflorum propagules

2.5 相關性分析

2.5.1 表型性狀間相關系數(shù) 表6表明：果實長與翅果寬呈極顯著正相關（r=0.477），與果實寬、翅果長、著生痕長、翅長和空殼率均呈顯著正相關（0.368≤r≤0.421）；果實寬與翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和千粒質量均呈極顯著正相關（0.512≤r≤0.795）；翅果長與翅果寬、果實厚度、著生痕長和翅長均呈極顯著正相關（0.545≤r≤0.902）；翅果寬與果實厚度、著生痕長、翅長、帶翅千粒質量和去翅千粒質量均呈極顯著正相關（0.523≤r≤0.841）；帶翅千粒質量與去翅千粒質量呈極顯著正相關（r=0.993）；種子生活力與空殼率和翅果長呈極顯著負相關（r=?0.897，r=?0.507）。說明三花槭繁殖體大部分性狀間存在較大的相關性。

表6 三花槭繁殖體表型性狀間的相關系數(shù)Table 6 Correlation coefficient between phenotypic characters of Acer triflorum propagules

2.5.2 表型性狀與環(huán)境因素間相關性分析 表7表明：果實長、果實寬、千粒質量與海拔呈顯著負相關（?0.456≤r≤?0.380）；翅果長、翅果寬、果實厚度、翅長與海拔呈極顯著負相關（?0.556≤r≤?0.529）；空殼率與緯度呈極顯著正相關（r=0.764），與年均氣溫呈極顯著負相關（r=?0.549）；種子生活力與年均氣溫呈極顯著正相關（r=0.516），與緯度呈極顯著負相關（r=?0.736）。說明果實的長寬隨著海拔的升高而減小，相應的千粒質量也減輕；空殼率隨著年均氣溫的升高而減少，相反種子生活力隨著年均氣溫的升高而增強。

表7 三花槭繁殖體表型性狀與地理環(huán)境因子間的相關系數(shù)Table 7 Correlation between phenotypic traits of Acer triflorum propagules and geographical environmental factors

2.6 主成分分析

表8表明：主成分I特征值為5.087，貢獻率為39.133%，累計貢獻率為38.133%，果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長和翅長等性狀特征值較高，分別為0.727、0.840、0.699、0.748、0.752、0.747、0.753；主成分Ⅱ特征值為2.544，貢獻率為19.571%，累計貢獻率為58.704%，帶翅千粒質量、去翅千粒質量和種子生活力等性狀特征值較高，分別為0.633、0.615、0.838；主成分Ⅲ特征值為1.367，貢獻率為10.513%，累計貢獻率為69.217%，其中，果實長寬比特征值較高，為0.777；主成分Ⅳ特征值為1.332，貢獻率為10.243%，累計貢獻率為79.460%，其中，翅果長寬比特征值較高為0.795。包含了供試產地和性狀的大部分信息。

表8 三花槭繁殖體各表型性狀主成分分析Table 8 Principal component analysis of phenotypic traits of Acer triflorum propagules

2.7 優(yōu)良產地選擇

依據主成分分析和相關性結果表明，以果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和生活力為選擇指標對4個產地進行綜合評價，P1、P2、P3、P4產地的Qi值分別為2.657、2.793、2.744、 2.631。由于P2產地具有較高的綜合評價值（2.793），入選為優(yōu)良產地，該產地果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長均值分別為11.50、10.25、43.24、15.70、7.04、7.69、33.66 mm，帶翅千粒質量、去翅千粒質量均值分別為220.62、199.96 g，種子生活力均值為73.00（表2），各性狀的現(xiàn)實增益分別為10.97%、6.63%、3.34%、9.48%、5.03%、2.83%、7.92%、9.52%、13.00%、22.08% 。

2.8 優(yōu)良家系選擇

依據主成分分析和相關性分析結果對30個家系進行綜合評價，各家系Qi值見表9。按果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和生活力現(xiàn)實增益在2%以上，兼顧其他性狀對家系進行評價選擇，入選率為20%，家系19、12、6、22、27、28家系入選，入選家系果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長均值分別為10.56、9.66、44.29、14.48、6.76、7.43、33.81 mm，帶翅千粒質量、去翅千粒質量均值分別為200.56、174.35 g，生活力均值為49%。入選家系的現(xiàn)實增益分別為11.43%～52.81%、7.03%～78.65%、4.08%～47.19%、3.36%～67.50%、2.68%～53.80%、1.13%～26.37%。

表9 不同家系Qi值Table 9 Qi value of different families

3 討論

植物表型性狀不僅受遺傳因素影響，還與外部環(huán)境相關，因存在生態(tài)適應性，致使不同產地存在較大的表型變異，且這種變異可能遺傳給下一代[28-29]。本研究中，根據方差分析結果表明，4個產地的三花槭各性狀間差異極顯著（除翅果長寬比外），這可能是三花槭對不同生長環(huán)境所采取的適應性策略，這現(xiàn)象與Gouwakinnou等[30]研究的伯爾硬胡桃 （Sclerocarya birrea Rich）、龍鳳等[31]研究的雷公藤 （Triptery giumwilfor-dill Hook）、Munthali等[32]研究的猴面包樹 （Adansonia digitata Linn） 和楊志玲等[33]研究的石蒜 （Lycoris radiate Herb） 等變異情況相似。變異系數(shù)是衡量群體變異程度大小的指標，變異系數(shù)越大其性狀變異程度越高[34]，本研究三花槭繁殖體各表型變異系數(shù)變幅為6.74%～36.25%，平均變異系數(shù)為12.17%，說明產地間有豐富的表型變異，可為下一步選擇優(yōu)良產地奠定基礎。

林木改良過程中，常要求綜合性改良，因此，各性狀的相關性也十分重要[35]。本研究的相關性結果表明，種子生活力與翅果長和空殼率呈極顯著負相關，這與王寧等[36]對野生元寶楓相關性分析研究結果相似，表明種子生活力與空殼率不是獨立遺傳的2個性狀，在對三花槭優(yōu)良產地篩選時應考慮在內。由于三花槭來源于4個不同產地，可能會產生與其生長環(huán)境相適應的遺傳變異，根據繁殖體表型性狀與環(huán)境因子間的相關性分析發(fā)現(xiàn)，不同產地三花槭繁殖體表型性狀受海拔影響較大，果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、翅長、千粒質量均受產地海拔影響，表現(xiàn)為海拔越高，果實長寬越小，千粒質量越輕。這與林瑋等[34]發(fā)現(xiàn)任豆種子厚度隨緯度的增大而變薄，種子長寬比隨海拔的升高而變小的研究結論相似。千粒質量和種子生活力均與產地年均氣溫顯著相關，表現(xiàn)為氣溫越高，千粒質量越重，種子生活力越好。這與何霞等[12]研究發(fā)現(xiàn)苦楝在氣溫較高、日照豐富地區(qū)的種源苗生長快和生物量大的結論相似。其次，種子上的果實大小和空殼率與緯度也具有相關性，這與高張瑩等[37]對核桃楸的研究相似，果核形態(tài)變異主要受緯度、溫度和濕度的影響。因此，在考慮三花槭選取優(yōu)良產地和引種時，不能只考慮經緯度，還要將海拔和溫度等因素考慮在內，為后續(xù)聯(lián)合選擇提供依據。

本研究對不同產地的三花槭繁殖體進行初選，利用主成分分析可以把多個測定指標轉化為少數(shù)指標對待評價植物進行綜合評價，選用果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和生活力等性狀生長特征值較高的為篩選指標，篩選出P2產地為最優(yōu)產地，確定的最優(yōu)家系號為19、12、6、22、27、28。

4 結論

槭樹是我國瀕危樹種之一，因地理環(huán)境和人為活動等因素使其表型存在顯著變異，了解產地的地理變異規(guī)律，可為后續(xù)優(yōu)良三花槭的收集、保存、利用提供思路。本研究發(fā)現(xiàn)三花槭4個產地的果實表型性狀之間存在豐富的遺傳變異，其主要受海拔和年均氣溫2個環(huán)境因子的影響，果實大小和種子生活力對環(huán)境的反映最敏感。初選優(yōu)良產地和家系，為下一步進行三花槭的遺傳多樣性研究、種質資源保護和良種選育提供材料與理論基礎。