珍稀植物青檀天然群體種子表型變異分析

唐國梁 ，解孝滿 ，韓 彪 ，咸 洋 ，穆艷娟 ，陸 璐 ，王麗麗 ，武 香 ，董 昕*

(1.金鄉(xiāng)縣國有白洼林場,山東 金鄉(xiāng) 272200；2.山東省林木種質(zhì)資源中心,山東 濟(jì)南 250102）

青檀（Pteroceltis tatarinowii）隸屬榆科青檀屬，是中國特有的單種屬喬木樹種，也是國家三級保護(hù)植物。青檀在我國東北、西北、華北和中南地區(qū)的19個省份均有分布，常生于山谷溪邊的石灰?guī)r山地，是石灰?guī)r地區(qū)造林的先鋒樹種，也是優(yōu)良的紙漿材，具有較高的生態(tài)價值和經(jīng)濟(jì)價值。長期以來，由于人們過于追求青檀的經(jīng)濟(jì)價值，使其天然林大量被采伐，許多遺傳資源因此丟失。山東是青檀天然林受破壞較為嚴(yán)重的地區(qū)，對青檀天然群體進(jìn)行保護(hù)迫在眉睫，目前青檀已被列為山東省重點(diǎn)保護(hù)的珍稀瀕危樹種之一。

搞清青檀群體的變異程度和遺傳結(jié)構(gòu)，對于保護(hù)和利用這一樹種意義重大。表型多樣性是遺傳多樣性研究內(nèi)容中的一個重要部分，具有操作簡單、快速和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是種群遺傳多樣性評價的有效手段之一[1]。天然群體的表型變異研究能夠指示種群遺傳變異的大小，是開展人工馴化及遺傳育種工作的前提[2]。種子是林木進(jìn)行繁衍的重要生殖器官之一，在選擇壓力下能夠表現(xiàn)出很大的適應(yīng)性[3]。種子形態(tài)作為較穩(wěn)定的遺傳特征，對于植物分類研究具有重要的價值[4]。目前，有關(guān)青檀的研究主要集中在群落結(jié)構(gòu)特征[5,6]、繁育技術(shù)[7,8]、根際土壤[9]、木材纖維特征[10]、檀皮質(zhì)量[11]、抗逆性[12]、分子標(biāo)記分析[13]、誘變育種[14,15]、盆景制作[16]等，少有關(guān)于表型多樣性的報道，本文對山東境內(nèi)的5個青檀天然群體種子表型變異進(jìn)行分析，揭示了山東青檀表型變異大小與變異規(guī)律，為其保護(hù)策略的制定、重要性狀的遺傳改良和良種選育提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

由于山東青檀天然資源遭到較為嚴(yán)重的破壞，現(xiàn)有青檀呈現(xiàn)少量集群分布和零散分布狀態(tài)，林相較好的一般生長于保護(hù)區(qū)和寺廟內(nèi)。2012-2017年，從山東主要山系陸續(xù)采種，采種群體位于北緯34°46′34″-36°38′42″， 東經(jīng) 116°59′24″-117°32′33″之間，海拔高度108～350m。采集到5個群體33個單株的種子，采種母樹胸徑平均值大于25cm，種子來源情況詳見表1。

1.2 表型性狀的測量及分析

將果實(shí)陰干、去掉果翅，從每份種子中隨機(jī)抽樣30粒，用游標(biāo)卡尺分別測量種子的橫徑、縱徑、側(cè)徑，用量筒測量種子體積，用電子天平測量種子千粒重。其中，種子體積測量參照佘誠棋等[17]的方法，千粒重的測量采用百粒法，重復(fù)4次，所有測量結(jié)果均保留2位小數(shù)。

采用巢式線性模型[18]對群體間和群體內(nèi)的表型差異進(jìn)行方差分析。計算群體間方差分量與方差總量的比值，即表型分化系數(shù)，以此表示青檀群體間和群體內(nèi)表型分化程度。表型分化系數(shù)計算公式為：。其中：VSI為表型分化系數(shù)；為群體間方差分量；為群體內(nèi)方差分量[19]。利用SPSS 18.0和Microsoft Office Excel 2013等完成數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 青檀種子性狀的群體間變異

根據(jù)表2的方差分析結(jié)果可知，5個指示青檀種子形態(tài)的性狀在群體間和群體內(nèi)的差異均達(dá)到極顯著水平。

從表3中可以看出，各群體的種子橫徑平均值為3.77mm～4.35mm，以蓮臺山群體的最大，佛峪群體的最?。桓魅后w的種子縱徑平均值為3.84mm～5.40mm，以曲阜群體的最大，靈巖寺群體的最小；種子側(cè)徑與種子橫徑和側(cè)徑相比變幅均較小，且以佛峪群體的最??；種子體積變幅也較小，以靈巖寺群體的平均值為最小，值為0.02cm3，各性狀中以種子千粒重差異最大，平均值變幅為10.94g～23.12g，以曲阜群體的最大，靈巖寺群體的最小。

2.2 青檀種子性狀的群體內(nèi)變異

由表4可知，山東青檀種子性狀的平均變異系數(shù)差異較大，各性狀的平均變異系數(shù)為12.12%～47.00%。在5個表型性狀中，種子體積的平均變異系數(shù)最大（47.00%），其次為種子千粒重(24.65%)，種子橫徑的變異系數(shù)最?。?2.12%），表明種子體積這一性狀變異程度最大，而種子橫徑的變異程度最小，說明種子橫徑這一性狀較其他性狀更為穩(wěn)定。此外，不同群體同一性狀的變異系數(shù)存在差異，進(jìn)一步對各群體的變異系數(shù)進(jìn)行比較，各群體種子表型性狀變異系數(shù)的順序?yàn)椋呵嗵此?(25.86%)＞佛峪(25.80%)＞蓮臺山 (23.60%)＞曲阜 (22.12%)＞靈巖寺(16.31%)。高于平均變異系數(shù)(22.74%)的群體有青檀寺、佛峪和蓮臺山3個群體。其中，青檀寺群體的平均變異系數(shù)最大，說明該群體表型多樣性最豐富；靈巖寺群體的平均變異系數(shù)最小，說明該群體的表型多樣性最低。

表1 青檀天然群體采種母樹來源

表2 青檀天然群體的種子表型性狀方差分析表

表3 青檀天然群體種子表型性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

2.3 青檀種子性狀的群體間表型分化

根據(jù)表5分析結(jié)果可知，群體間方差分量占總變異的27.37%，群體內(nèi)方差分量占總變異的37.52%，機(jī)誤的方差分量占總變異的35.11%；各性狀表型分化系數(shù)的平均值為39.10%，表明青檀群體表型變異總量中有39.10%是群體間變異貢獻(xiàn)的，另外的60.90%來自群體內(nèi)變異，即群體內(nèi)多樣性大于群體間多樣性。各性狀的表型分化系數(shù)大小順序依次為千粒重（59.70%）＞種子縱徑（58.97%）＞種子橫徑 （42.79%）＞種子體積 （26.14%）＞種子側(cè)徑（7.90%）。

2.4 表型性狀間的相關(guān)分析

由表6可知，各種子表型性狀中大部分兩兩性狀具有顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系，其中，種子千粒重和種子縱徑與其他各性狀均呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，種子橫徑與種子側(cè)徑呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，種子縱徑與種子體積呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。以上性狀是能夠表征青檀果實(shí)和種子的重要表型性狀。

表4 青檀天然群體的種子表型性狀變異系數(shù)表

表5 青檀天然群體的種子表型性狀方差分量及表型分化系數(shù)表

表6 青檀天然群體種子表型性狀的相關(guān)分析和差異顯著性檢驗(yàn)

2.5 青檀群體表型聚類分析

采用歐氏平方距離系數(shù)進(jìn)行聚類分析，5個青檀群體種子性狀的表型數(shù)據(jù)自動聚合，生成聚類樹系圖，見圖1。根據(jù)聚合水平不均勻發(fā)生跳變，可以將5個青檀群體明顯劃分成兩組。蓮臺山群體和曲阜群體聚為一組，靈巖寺群體、青檀寺群體和佛峪群體聚為另一組。根據(jù)聚類結(jié)果有，地理上均是位于濟(jì)南地區(qū)的蓮臺山群體沒有優(yōu)先與靈巖寺群體和佛峪群體聚類在同一個組，而是與距離較遠(yuǎn)的青檀寺群體優(yōu)先聚合在一組，表明青檀群體沒有依地理距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行聚類。綜上，山東青檀天然群體的地理變異規(guī)律遵循隨機(jī)變異模式。

圖1 青檀天然群體表型性狀聚類樹系圖

3 結(jié)論與討論

研究表明，青檀的表型多樣性非常豐富，各種子表型性狀在群體間和群體內(nèi)的差異均達(dá)到極顯著水平。在各性狀中，種子體積的變異系數(shù)最大為47.00%，種子橫徑的變異系數(shù)最小為12.12%。5個群體中，性狀平均變異系數(shù)最大的是青檀寺群體，為25.86%，平均變異系數(shù)最小的是靈巖寺群體，為16.31%。說明青檀寺群體的表型多樣性最豐富，靈巖寺群體的表型多樣性最低，這可能是因?yàn)榍嗵此氯后w受到破壞程度相對較小，其群體保存的相對完整，該群體的遺傳基礎(chǔ)較為廣泛，在基因頻繁交流的情況下，保持較高的變異水平。

山東青檀種子的表型變異中有39.10%來自群體間變異，有60.90%來自群體內(nèi)變異，說明群體內(nèi)多樣性大于群體間多樣性。盡管群體內(nèi)的變異大于群體間的變異，然而，群體間的變異反映了地理、生殖隔離上的變異，群體間的多樣性是種內(nèi)多樣性的重要組成部分[20]。5個青檀群體被聚合為兩類，蓮臺山群體和曲阜群體聚為一組，靈巖寺群體、青檀寺群體和佛峪群體聚為另一組。地理距離相近的個別群體沒有聚類在同一組，反而是與地理距離相差較遠(yuǎn)的群體聚類在同一組，說明青檀群體沒有嚴(yán)格按照地理距離進(jìn)行聚類，這可能是由群體生境的小地形差異導(dǎo)致的。

青檀是集生態(tài)、藥用、飼用、材用等于一體的多種價值樹種，蘊(yùn)含巨大的開發(fā)潛力。長期以來青檀的生境受人為干擾嚴(yán)重，再加上被掠奪式的采伐利用，使其一度處于瀕危狀態(tài)。在山東省內(nèi)已經(jīng)很難找到大面積集中連片分布的天然青檀林，青檀的分布區(qū)域逐漸“島嶼化”、“片段化”[21]，甚至在有些地區(qū)呈零散分布狀態(tài)存在，保護(hù)野生青檀資源與保持青檀遺傳多樣性工作亟待進(jìn)行。盡管本文是對青檀表型多樣性的研究，然而表型是由遺傳型與環(huán)境共同作用的結(jié)果，表型多樣性豐富預(yù)示可能蘊(yùn)含的遺傳多樣性豐富。該研究中青檀的表型變異十分豐富，且遺傳變異主要存在于群體內(nèi)。因此，對于青檀的保護(hù)可以采取原地保存策略，建立青檀原地保護(hù)區(qū)等，在保存青檀群體的同時要重視對群體內(nèi)不同個體的保存。為進(jìn)一步開發(fā)利用青檀的遺傳變異，還要結(jié)合異地保存策略，盡可能多的 收集青檀全分布區(qū)內(nèi)的種質(zhì)材料，建立青檀種質(zhì)資源庫等。