曲靖翠峰山云南含笑的葉部變異研究*

郝佳波 司馬永康 陳潛娥 付玉嬪 祁榮頻 耿云芬

(1. 云南省林業(yè)科學(xué)院，云南省森林植物培育與開發(fā)利用重點實驗室，國家林業(yè)局云南珍稀瀕特森林植物保護和繁育重點實驗室， 云南 昆明 650201；2. 昆明方德波爾格玫瑰花卉有限公司，云南 昆明 652100)

云南含笑 (Micheliayunnanensis)，又名皮袋香、羊皮袋、十里香、山梔子、山辛夷等，為木蘭科 (Magnoliaceae) 含笑屬常綠灌木[1-3]，屬于第四紀冰期后殘留的中生代孑遺樹種，有 “云南的活化石” 之稱[4]。云南含笑廣泛分布于云南以滇中地區(qū)為主體的大部地區(qū)，四川南部、貴州西部和西藏東部也有分布[1-3]，具有重要的觀賞價值和經(jīng)濟價值[4-8]。目前，已見不少有關(guān)云南含笑繁殖生物學(xué)[9-13]、形態(tài)學(xué)[14-16]、植物化學(xué)[17-19]、植物生理學(xué)[20-21]和生態(tài)學(xué)[22-24]等方面的研究報道，特別是宋杰等[15]在2013年對云南含笑進行了包括葉部在內(nèi)的形態(tài)變異方面的研究，但因為其研究并非專門針對云南含笑的葉部，以致云南含笑葉部的許多性狀尚缺乏相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究以云南曲靖翠峰山天然分布的云南含笑為研究對象，對其葉部形態(tài)變異進行系統(tǒng)的研究，其結(jié)果可為云南含笑的形態(tài)學(xué)、分類學(xué)及其種質(zhì)資源保護和開發(fā)利用等提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究材料

2016年10月，在云南省曲靖市麒麟?yún)^(qū)翠峰山 (N25.55°, E103.70°) 內(nèi)的云南含笑天然居群中隨機選取9株作為研究對象，每株隨機選取5枝，用標(biāo)本夾固定后帶回實驗室常溫保存待測。觀測時，每枝從枝基部向上順取10片葉進行觀測，若不足10片葉，則對枝上所有葉進行觀測。最終，本研究共觀測9株45枝共316片葉。

1.2 觀測方法

通過手撫摸判斷葉質(zhì)，直接觀察葉有無毛被以及葉片、葉基部、葉頂端的形狀，直接計數(shù)側(cè)脈數(shù)。用游標(biāo)卡尺測量以下性狀 (圖1)。

AB. 葉柄長; CD. 葉寬; BE. 基長; EF. 頂長; GH. 基中寬; IJ. 頂中寬; BF. 葉長; KN. 葉側(cè)脈; ∠MKL. 葉脈角; KM. 葉脈角側(cè)脈斜邊長; KL. 葉脈角主脈側(cè)邊長; ML. 葉脈角對邊長。

圖1葉部分解結(jié)構(gòu)[25]
Fig.1 Diagram of leaf[25]

1) 柄長：葉柄的長度；2) 痕長：葉柄上的托葉痕長度；3) 基長：從葉片基部開始到葉寬之間的葉片主脈長度；4) 頂長：從葉片頂端到葉寬之間的葉片主脈長度；5) 葉寬：垂直于葉主脈的最寬處長度；6) 基中寬：一半基長處垂直方向上的葉片寬度；7) 頂中寬：一半頂長處垂直方向上的葉片寬度；8) 葉脈角：葉主脈與側(cè)脈相交而成的角，以測量垂直于主脈的對邊長和側(cè)脈斜邊長確定，測量葉脈角時，選擇葉片上清晰的葉脈角，在其側(cè)脈上標(biāo)記一個點，并經(jīng)此點向主脈畫一條垂線，與主脈和側(cè)脈構(gòu)成一個垂直三角形，然后用游標(biāo)卡尺測量葉脈角對邊和主脈側(cè)邊的長度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

為方便分析形態(tài)等質(zhì)量性狀的變異，根據(jù)觀察記錄，對有關(guān)葉形狀等質(zhì)量性狀進行編碼量化，具體如下：1) 葉質(zhì)：革質(zhì)—1、紙質(zhì)—2；2) 葉片形狀：倒卵形—1、橢圓形—2、卵形—3；3) 葉頂端形狀：短急尖—1、急尖—2、近圓形—3、圓形—4、凹缺—5；4) 葉基部形狀：楔形—1、寬楔形—2、圓形—3；5) 毛被：有—1、無—2。

根據(jù)觀測記錄，計算以下數(shù)值：1) 痕柄長比：痕長 (托葉痕的長度) 與柄長的比值；2) 柄葉長比：柄長與葉長 (柄長 + 基長 + 頂長)的比值；3) 基頂長比：基長與頂長的比值；4) 長寬比：葉片長 (基長 + 頂長) 與葉寬的比值；5) 基寬比：基中寬與葉寬的比值；6) 頂寬比：頂中寬與葉寬的比值；7) 葉脈角：采用反余弦函數(shù)計算，即用葉脈角對邊長和側(cè)脈斜邊長求出脈角的正弦值，然后用反正弦函數(shù)求出相應(yīng)葉脈角的弧度值，再用弧度轉(zhuǎn)角度公式求出相應(yīng)的葉脈角度數(shù)。

根據(jù)以上各類原始數(shù)據(jù)，采用生物統(tǒng)計學(xué)的方法，用Excel和SPSS進行分析，計算葉部各性狀的最小值、最大值、平均值、標(biāo)準差和變異系數(shù)；繪制葉部各性狀的變異式樣圖；通過方差分析和多重比較探討枝間和株間葉部各性狀的差異；通過主成分分析探究云南含笑葉部的主要性狀；最后，對以上統(tǒng)計分析結(jié)果進行生物學(xué)分析、探討和詮釋。

2 結(jié)果與分析

2.1 變異程度

通過觀測 (圖2)，云南含笑葉部的葉緣為全緣，這個性狀是穩(wěn)定無變異的，而其他性狀都發(fā)生了不同程度的變異。從表1可看出，葉片基部形狀這一性狀變異系數(shù)最大，達56.85%，說明該性狀在種內(nèi)極不穩(wěn)定，變異較大；痕柄長比這一性狀則變異系數(shù)最小，僅10.86%，說明該性狀在種內(nèi)較穩(wěn)定；其他性狀變異程度由大至小依次為柄葉長比 > 痕長 > 柄長 > 葉頂端形狀 > 葉質(zhì) > 毛被 > 基長 > 頂中寬 > 葉片形狀 > 葉寬 > 頂長 > 基中寬 > 葉長 > 基寬比 > 側(cè)脈數(shù) > 基頂長比 > 長寬比 > 頂寬比 > 脈角。

圖2枝葉照片
Fig.2 Photos of twigs and leaves

表1 葉部變異結(jié)果Table 1 Results of leaf variation

2.2 變異式樣

從變異式樣 (圖3～5) 來看，云南含笑葉質(zhì)以紙質(zhì)占多數(shù)，革質(zhì)較少；其葉多數(shù)無毛，少數(shù)被毛；葉片形狀以倒卵形為主，橢圓形和卵形很少；葉頂端形狀以圓形、近圓形和急尖為主，短急尖和凹缺極少；葉基部形狀以楔形最多，其次是圓形，寬楔形極少。云南含笑的側(cè)脈數(shù)、葉脈角、柄長、痕長、基長、葉長、葉寬、基中寬、頂中寬、痕柄長比和基頂長比等性狀的變異均為連續(xù)分布的數(shù)量變異，而其頂長、柄葉長比、長寬比、基寬比和頂寬比等性狀則出現(xiàn)間斷 (頻率為0)，為不連續(xù)分布的變異，其形成估計與個別極端樣本的存在有關(guān)。

2.3 方差分析

2.3.1株間差異

對9株云南含笑葉部各性狀進行方差分析和多重比較，其結(jié)果見表2。從表2可知，除了葉片形狀、基寬比和頂寬比的P> 0.05以外，其他性狀的P< 0.05，即葉片形狀、基寬比和頂寬比等3個性狀的株間差異不顯著，變異主要來自株內(nèi)，而其他如柄長、痕長、毛被、葉質(zhì)、葉頂端形狀、葉基部形狀、基長、頂長、葉長、葉寬、基中寬、頂中寬、側(cè)脈數(shù)、脈角、痕柄長比、柄葉長比、基頂長比和長寬比等18個性狀則株間差異顯著，變異主要來自株間，特別是毛被，變異完全來自株間。對株間差異顯著的18個性狀進行多重比較分析后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)性狀的多數(shù)植株兩兩之間的差異顯著，這說明云南含笑的葉部形態(tài)的具有豐富的多樣性。

圖3各形態(tài)性狀出現(xiàn)頻率
Fig. 3 Frequencies of morphological characters

圖4數(shù)量性狀出現(xiàn)頻率
Fig.4 Frequencies of quantitative characters

圖5各大小性狀出現(xiàn)頻率
Fig.5 Frequencies of sized characters

表2 株間方差分析和多重比較結(jié)果Table 2 Results of variance analysis among plants and multiple comparison

注：*表示差異顯著 (P< 0.05)，-為未計算P值；多重比較中字母不同表示差異顯著。

2.3.2株內(nèi)枝間差異

分別對9株云南含笑的5枝葉部各性狀進行方差分析，結(jié)果見表3。從表3可以看出，毛被、葉質(zhì)、葉基部形狀、基頂長比、基寬比和頂寬比等6個性狀的株內(nèi)枝間差異不顯著，變異主要來自枝內(nèi)，而其他如柄長、痕長、葉片形狀、葉頂端形狀、基長、頂長、葉長、葉寬、下寬、上寬、側(cè)脈數(shù)、脈角、痕柄長比、柄葉長比、基頂長比和長寬比等16個性狀各株的情況較為復(fù)雜，部分植株枝間差異顯著，部分植株枝間差異不顯著。

表3 株內(nèi)枝間方差分析結(jié)果Table 3 Results of variance analysis among branches

注：+表示差異顯著，-表示差異不顯著。

2.4 主成分分析

通過對云南含笑葉部21個性狀的主成分分析，最后提取了5個主成分 (表4)，這5個主成分的累計貢獻率已達80.28%。

表4 5個主成分的特征值及方差貢獻率Table 4 The eigenvalue and variance contribution rate of 5 principal components

從5個主成分各因子的特征向量 (表5) 分析可知：第1主成分中，特征值較大的有基長 (0.867) 和葉長 (0.862) 等和葉片長度有關(guān)的性狀；第2主成分中，特征值較大的有基中寬 (0.838) 和葉寬 (0.795) 等和葉片寬度有關(guān)的性狀；第3主成分中，特征值較大的有頂寬比 (0.920) 和基寬比 (0.893) 等和葉片長度和寬度的比值有關(guān)的性狀；第4主成分中，特征值較大的有痕長 (0.737) 和柄長 (0.732) 等和葉柄長度有關(guān)的性狀；第5主成分中，特征值較大的有葉片形狀 (0.733) 和基頂長比 (-0.670) 等和葉片形狀有關(guān)的性狀。由此看來，云南含笑葉部的性狀的信息主要集中于葉片長度、寬度、長寬比、基頂長比和葉柄長度這5方面。

表5 5個主成分各因子的特征向量Table 5 The eigenvectors of 5 principal components

3 結(jié)論與討論

云南含笑的葉密被貼伏棕色絨毛或脫落無毛；葉片革質(zhì)或紙質(zhì)，多倒卵形，稀卵形和橢圓形，長2.28～9.43 cm，平均值5.79 cm，寬0.43～4.44 cm，平均值2.34 cm，葉長寬比1.54～7.74，平均值2.51，頂端圓形、近圓形、急尖或短急尖，稀凹缺，基部楔形或圓形，稀寬楔形，側(cè)脈10～30條或5～15對，葉脈角38.29°～77.77°，葉柄長0.19～1.00 cm，痕柄長比0.34～0.95或葉柄上的托葉痕長約是葉柄長的1/3至接近全長。

宋杰等[15]報道的云南含笑葉長平均值為5.25 cm，葉寬平均值為2.31 cm，葉長寬比平均值為2.32 cm，均稍小于本研究的結(jié)果。另外這3個性狀的株間差異也均為顯著，與本研究的結(jié)果相同，說明不同居群云南含笑的這3個性狀的變異均主要來自株間差異。文獻 [2] 記載云南含笑嫩葉及葉柄密被深紅色平伏毛，葉革質(zhì)，倒卵形、狹倒卵形、狹倒卵狀橢圓形，長4～10 cm，寬1.5～3.5 cm，先端圓鈍或短急尖，基部楔形，側(cè)脈每邊7～9條，葉柄長4～5 mm，托葉痕為葉柄長的2/3或達頂端。其記載的云南含笑葉片變異范圍多數(shù)小于本研究，說明本研究觀察的樣本數(shù)量更多。Chen等[26]記載云南含笑的嫩葉和葉柄被開展或貼伏的長毛或短毛，毛被顏色為棕色、紅棕色、黑棕色或灰色，葉片膜質(zhì)或革質(zhì)，倒卵形、狹倒卵形或橢圓形，長2～10 cm，寬1～4 cm，頂端近圓形形、圓形、急尖或短漸尖，基部楔形或近圓形，側(cè)脈7～9對，葉柄長3～7 mm，托葉痕幾乎占葉柄的全部。通過與本研究結(jié)果的對比可發(fā)現(xiàn)，以上研究者對云南含笑葉部的描述從范圍上看幾乎都較小，估計是由于其觀測樣本相對較少的緣故。今后有必要在增加觀察樣本數(shù)量的基礎(chǔ)上，對更多的居群進行觀察研究，以進一步掌握云南含笑葉部的變異范圍。

根據(jù)本研究的結(jié)果可以看出，云南含笑葉部所有性狀的變異系數(shù)范圍為10.86%～56.85%。將10.86～56.85%近似3等分可看出：變異系數(shù)在10%～26%的葉部性狀有痕柄長比、葉脈角、頂寬比、長寬比、基頂長比、側(cè)脈數(shù)、基寬比、葉長、基中寬、頂長、葉寬、葉片形狀、頂中寬、基長、毛被和葉質(zhì)，它們屬于變異較小的葉部性狀；變異系數(shù)在26%～42%的葉部性狀有葉頂端形狀、柄長、痕長和柄葉長比，它們屬于變異中等的葉部性狀；變異系數(shù)在42%～57%是葉基部形狀，它屬于變異較大的葉部性狀。對比王明遠等[25]對苦梓含笑 (Micheliabalansae) 的研究結(jié)果，本研究的葉部性狀變異系數(shù)范圍10.86%～56.85%總體較王明遠等的11.03%～36.92%要大，說明云南含笑的葉部變異范圍較苦梓含笑大，因此其對生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性更高，更適應(yīng)具立體氣候特點、生態(tài)環(huán)境多樣性高的以滇中地區(qū)為主體的云貴高原。

來自同一居群的云南含笑的基寬比和頂寬比在枝間和株間的差異都不顯著，葉片形狀這一性狀在株間差異不顯著，枝間則差異顯著，但具體來看，枝間有顯著差異的也僅在株1內(nèi)存在，說明這3個性狀的變異主要來自株內(nèi)和枝內(nèi)的葉與葉之間。除了以上3個性狀，云南含笑葉部的其他性狀則無論枝間還是株間均存在顯著差異，表明這些性狀的變異主要來自枝間和株間。因此進一步對更多云南含笑的植株進行觀測，對掌握云南含笑葉部的變異范圍十分重要。

通過主成分分析后發(fā)現(xiàn)，云南含笑葉部性狀的信息主要集中于葉片長度、寬度、長寬比、基頂長比和葉柄長度等5個性狀。其中的葉片長度、長寬比和基頂長比這3個性狀又可以通過基長、頂長和葉寬這3個性狀算出，因此，在需要對大樣本的云南含笑葉部進行高通量測量時，可以考慮只測量云南含笑的頂長、基長、葉寬和葉柄長這4個性狀，再算出葉長、長寬比和基頂長比，即可得到云南含笑葉部性狀的主要信息。