河南新縣野生油茶群體表型變異特征研究

程離，夏建梅，胡冬南，閆夢，楊陸暘，孫榮喜，周增亮，曾凡樸

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西 南昌330045； 2.江西省森林培育重點(diǎn)實驗室 江西 南昌 330045； 3.羚銳油茶研究院，河南 新縣 464000)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)又名茶子樹、油茶樹，屬于山茶科(Theaceae)山茶屬(CamelliaL.)的灌木或中喬木。油茶是中國特有的木本食用油料樹種，也是世界四大木本油料作物之一[1-2]。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)山茶屬中種子油脂可以食用的樹種達(dá)30多種，如普通油茶，小果油茶等[2]。種植油茶不僅能夠綠化荒山和保持水土，同時還能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益[3]，在中國獲得政府部門和林農(nóng)工作者的大力推廣。表型多樣性是生物遺傳與環(huán)境互作的綜合體現(xiàn)，是遺傳多樣性研究的重要內(nèi)容之一[4-6]，從表型性狀檢測遺傳變異是一種簡便易行的方法，能在一定程度上揭示遺傳變異的大小[7-9]，且不同群體表型變異的評估對種質(zhì)資源的管理也有一定的幫助[10-11]。表型多樣性在適應(yīng)和進(jìn)化上具有重要意義[12-13]，而植物種實形態(tài)主要受遺傳控制，但在不同分布區(qū)也會由于適應(yīng)不同生境而產(chǎn)生分化，其在大尺度上的變化格局通常與氣候及緯度梯度有關(guān)[14]。河南省是油茶分布的北部邊緣產(chǎn)區(qū)，新縣有較為豐富的野生油茶資源，由于目前油茶研究主要集中在無性系和人工栽培等方面，野生油茶資源沒有得到合理的開發(fā)利用與保護(hù)。與人工栽培的油茶相比，野生油茶具有高產(chǎn)、抗炭疽病以及耐寒等優(yōu)點(diǎn)[15]。關(guān)于河南新縣地區(qū)油茶遺傳變異方面的研究至今未見報道，基于新縣現(xiàn)有的野生油茶資源，本研究設(shè)置長期跟蹤調(diào)查研究樣地，調(diào)查并測定了群體內(nèi)油茶的生長指標(biāo)和果實的經(jīng)濟(jì)性狀，研究結(jié)果揭示了表型變異程度和規(guī)律，以期為野生油茶遺傳資源的保護(hù)、開發(fā)與利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

野生油茶樣本采自河南省信陽市新縣7個不同海拔和經(jīng)緯度的野生油茶群體，采樣地分別是王灣(Wangwan)、金蘭山(Jinlanshan)、夏灣(Xiawan)、小劉山(Xiaoliushan)、曾家沖(Zengjiachong)、土坯坳(Tupiao)、高塆(Gaowan)。根據(jù)油茶的生長規(guī)律，野生油茶樣本采集時間設(shè)定在2017年6月至11月之間，每個群體選取15株長勢好、結(jié)實量穩(wěn)定的單株，用全球定位系統(tǒng) (GPS) 測定其經(jīng)緯度和海拔，群體的地理位置、生境概況見表1。

表1 新縣各野生群體取樣地的地理位置及生境概況Table 1 Geographical location and habitat profile of each natural Camellia oleifera populations sampling site inXinxian

注：表中氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象局網(wǎng)(http://www.cma.gov.cn/)。

Note：The meteorological data in the table is taken from the network of National Meteorological Administration(http://www.cma.gov.cn/).

1.2 測定方法

1.2.1 葉表型性狀測定 每個樣株按東西南北中5個方向各選取1個標(biāo)準(zhǔn)枝，每個枝條上隨機(jī)采6張成熟的完整葉片，共計30張。利用CI-203手持式激光葉面積儀測得葉長、葉寬、葉面積、葉周長、葉形指數(shù)(葉長/葉寬) 、葉性狀系數(shù)等參數(shù)。葉柄長及葉片厚度用電顯示游標(biāo)卡尺測定，目測葉形和葉先端。

1.2.2 花表型性狀測定 油茶始花期為9月中旬，12月初進(jìn)入末花期，在盛花期于野外,每個待測單株按東、西、南及北4個方向各選取1個標(biāo)準(zhǔn)枝，每個標(biāo)準(zhǔn)枝隨機(jī)選取發(fā)育正常的5朵花，每株總測定數(shù)為20朵。用游標(biāo)卡尺測量花柱長、花冠冠幅、花徑及花高，目測單朵花瓣數(shù)。

1.2.3 果實表型性狀測定 目前河南分布的油茶以霜降籽為主，立冬籽次之，寒露籽、秋分籽最少，油茶良種皆為“霜降”籽[15]。每個樣株隨機(jī)采集20個果實，用電顯式游標(biāo)卡尺分別測定果高、果徑、果皮厚度、種子長、種子寬，計算果型指數(shù)(果高/果徑)及種形指數(shù)(種子長/種子寬) ；測定鮮籽數(shù)、單果質(zhì)量和鮮籽質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 新縣野生油茶群體表型多樣性分析

2.1.1 新縣野生油茶群體性狀的方差分析 對7個野生油茶群體的15個表型性狀進(jìn)行巢式方差分析(表2)，經(jīng)F值檢驗，可以看出群體間的F值范圍為2.60～21.45，15個表型性狀在群體間存在極顯著差異。群體內(nèi)的F值范圍為1.25～10.35，其中葉寬、葉形指數(shù)、果皮厚、鮮籽數(shù)以及花瓣數(shù)未達(dá)到顯著水平，其他8個性狀均達(dá)到極顯著水平。說明野生油茶群體間和群體內(nèi)表型性狀均存在廣泛的差異。

2.1.2 新縣野生油茶群體葉、花以及果實表型性狀的變異系數(shù) 由表3可知，新縣7個不同油茶群體間表型存在豐富的變異，其葉、花以及果的平均變異系數(shù)大小為果實(27.63%)>花(13.93%)>葉(11.71%)，這說明果實的變異程度最大，7個群體表型性狀平均變異系數(shù)幅度為18.25%～23.38%，其中群體土坯坳變異系數(shù)最高(23.38%)，說明該群體遺傳變異豐富，可以在此群體進(jìn)行優(yōu)株選擇；不同油茶群體內(nèi)的15個性狀的平均變異系數(shù)中鮮籽質(zhì)量的變異程度最高(49.79%)，其次是鮮籽數(shù)(42.29%)，葉長的平均變異系數(shù)最小(10.67%)。

表2 新縣野生油茶群體各表型性狀的方差分析Table 2 Analysis of variance of phenotypic traits of natural Camellia oleifera populations in Xinxian

注： 表中同行數(shù)據(jù)的*表示差異性顯著P<0.05,**表示差異性極顯著P<0.01。下同。

Note: In the same row, superscript * means a significant difference atP<0.05,**mean an extremely significant difference atP<0.01. The same as below.

表3 新縣7個不同群體油茶葉、花及果實表型性狀的變異系數(shù)Table 3 Variation coefficients of leaf,flower and fruit phenotypic traits of 7 natural Camellia oleifera populations in Xinxian %

根據(jù)群體各性狀的變異系數(shù)計算出各群體的總變異系數(shù)，群體間總的變異系數(shù)由高到低依次為土坯坳(23.38%)、金蘭山(22.35%)、高塆(20.02%)、夏塆(19.65%)、王塆(19.63%)、曾家沖(18.78%)、小劉山(18.25%)。這表明群體小劉山的表型性狀較為穩(wěn)定，變化不大。通過比較群體間和群體內(nèi)各性狀的變異系數(shù)可以得出，各性狀群體內(nèi)的變異均大于群體間的變異。

2.1.3 新縣野生油茶群體表型性狀的多重比較 對7個油茶群體的葉、花和果等15個表型性狀的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行分析(表4)可知，這15個表型性狀間存在差異，部分群體間差異達(dá)到顯著水平。群體曾家沖(7.794)的葉長平均值最大，其次為夏塆(7.749)，而土坯坳(6.652)和王塆(6.924)的葉長差異不顯著；群體高塆(17.080)花柱長與其他群體均存在顯著差異，變化范圍為14.522～17.080；群體金蘭山(19.866)與小劉山(12.522)的單果質(zhì)量間存在顯著差異；這7個群體中，花徑長最長(73.628)、單果質(zhì)量(19.886)和鮮籽質(zhì)量(4.864)最大的是金蘭山群體；花柱長(17.080)最長、果皮厚(433.000)最厚以及鮮籽數(shù)(4.440)最多的是高塆群體，而群體土坯坳的花柱長(14.522)、果皮厚(366.565)和鮮籽數(shù)(2.304)都是最小，低于其他群體；葉片寬度(3.405)最寬、花瓣數(shù)量(7.000)最多的是群體夏塆。

表4 新縣野生油茶群體葉、花以及果實表型性狀差異分析(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Table 4 Analysis of leaf,flower and fruit phenotypic characteristics of natural Camellia oleifera populations in Xinxian (mean±SD)

注：同行不同小寫字母表示水平差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters in the same row indicate significant differences(P<0.05).

2.2 新縣野生油茶群體表型性狀相關(guān)性分析

對7個群體的葉、花及果實的15個性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，由表5和表6可看出，葉和花的8個性狀存在一定的相關(guān)性；果實的7個性狀大多存在極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在-0.37～0.94之間。其中，葉長與葉寬(0.60)、葉形指數(shù)(0.23)，花徑長與雄蕊長(0.48)、花柱長(0.27)，雄蕊長與花柱長(0.31)呈極顯著正相關(guān)；葉寬與葉形指數(shù)(-0.63)、花柱長(-0.22)呈極顯著負(fù)相關(guān)。果實部分除果型指數(shù)與橫徑(-0.35)、單果質(zhì)量(-0.22)和鮮籽數(shù)(-0.34)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與鮮籽質(zhì)量(-0.20)呈顯著負(fù)相關(guān)，其余性狀都呈極顯著正相關(guān)。

綜上所述，這7個群體各表型性狀間有密切的相關(guān)性，這些性狀是能夠代表油茶葉、花果實特征的重要性狀，結(jié)果表明，新縣地區(qū)的油茶花越大，雄蕊和花柱就越長；油茶果越大，鮮籽數(shù)出籽越多。

表5 新縣野生油茶群體間葉、花性狀的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of leaf and flower traits of natural Camellia oleifera populations in Xinxian

表6 新縣野生油茶群體間果實性狀的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of fruit traits among natural Camellia oleifera populations in Xinxian

2.3 新縣野生油茶群體表型性狀主成分分析

進(jìn)行主成分分析時，對各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化法轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，再采用主成分分析提取6個特征值大于1的主成分(表7) 。由表7可知，前6個主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為75.86%。主成分1中，橫徑(0.93)和單果質(zhì)量(0.93)的荷載系數(shù)最大，其次是鮮籽質(zhì)量(0.81)和鮮籽數(shù)(0.68)，反映了油茶果實以及種實的主要因子，因此可稱為產(chǎn)量因子，其特征值為3.72，貢獻(xiàn)率達(dá)到24.78%；主成分2中，荷載系數(shù)最大的是葉寬(0.94)，其次是葉長(0.57)，因此，主成分2可稱為葉形態(tài)因子，特征值為2.11，貢獻(xiàn)率為14.07%；主成分3可稱為花形態(tài)因子，雄蕊長和花徑長的荷載系數(shù)分別為-0.61和-0.59，其特征值為1.92,貢獻(xiàn)率為12.79%；主成分4最高荷載系數(shù)為花瓣數(shù)(0.65)，可稱為花形狀大小因子，特征值為1.39，貢獻(xiàn)率為9.26%；主成分5荷載系數(shù)最高的是柱頭裂數(shù)(0.79)，特征值為1.17，貢獻(xiàn)率為7.79%；主成分6可稱為葉型大小因子，荷載系數(shù)較高的是葉形指數(shù)(0.50)，特征值為1.08，貢獻(xiàn)率為7.17%，累計貢獻(xiàn)率達(dá)75.86%。

根據(jù)以上結(jié)果，可依據(jù)各主成分貢獻(xiàn)率的大小，以主成分為單位選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的野生油茶群體。主成分分析結(jié)果表明，油茶表型多樣性是眾多因子綜合作用的結(jié)果，其中，果皮厚度、單果質(zhì)量以及花柱裂數(shù)的荷載較高，說明它們與造成油茶表型變異的關(guān)系較為密切。

2.4 新縣野生油茶群體表型性狀的聚類分析

利用各性狀的平均值，進(jìn)行UPGMA聚類分析，生成聚類樹系圖，見圖1。若在歐式平均距離為10的閾值處，可將新縣地區(qū)7個群體的油茶表型性狀劃分為3大類，第1類為：金蘭山和高灣，第2類為：小劉山、土坯坳和王塆，第3類為：夏塆和曾家沖，被劃分在同一類的群體其地理上并不是距離相近的 ，而且在地理上分布距離較近的群體沒有被優(yōu)先聚合成一類；若在歐氏平均距離為15的閾值處，可將新縣地區(qū)7個群體的油茶表形性狀劃分為兩大類，第一類為：小劉山、土坯坳、王塆、夏塆和曾家沖，該類型的表型性狀表現(xiàn)為大葉、小果、籽少、皮薄；第二類為：金蘭山和高塆，其表型性狀主要表現(xiàn)為葉小、大果、籽多、皮厚。

表7 新縣野生油茶群體各表型性狀主成分分析Table 7 Principal component analysis of phenotypic traits of natural Camellia oleifera populations in Xinxian

圖1 基于新縣7個野生油茶群體表型性狀的聚類樹系圖 Fig.1 Cluster tree diagram based on phenotypic traits of 7 natural Camellia oleifera populations in Xinxian

3 討論與結(jié)論

3.1 新縣野生油茶群體表型變異具有豐富的多樣性

植物表型性狀是各種外部形態(tài)特征的組合體，也是遺傳變異的表型特征，通過對其表型性狀遺傳多樣性的分析研究，即可快速了解其遺傳變異狀況[17]。巢式方差分析表明，新縣野生油茶的表型性狀在群體間和群體內(nèi)均存在差異，說明不同群體發(fā)生了明顯的分化，群體的性狀不穩(wěn)定，容易受影響發(fā)生改變。通過對新縣7個野生油茶群體的的15個表型性狀分析，發(fā)現(xiàn)群體的葉、花和果實都有豐富的遺傳變異，變異類型也很多，變異系數(shù)可以在一定程度上衡量性狀的離散程度，變異系數(shù)越大，說明該種群的性狀離散程度越大，表型多樣性越高，反之，變異系數(shù)越小，性狀離散程度越低[18]。研究結(jié)果表明，7個野生油茶群體間和群體內(nèi)的表型性狀的變異程度都比較大，群體間的變異范圍為18.25%～23.38%，群體間表型性狀變異程度最大的是果實，果實的表型性狀也是影響出籽率等的重要因子，這為今后選育優(yōu)樹，加強(qiáng)油茶品種資源的利用研究提供了理論依據(jù)。

3.2 新縣野生油茶群體表型性狀的相關(guān)性

變異是人為選擇和環(huán)境作用的共同結(jié)果[19],相關(guān)性分析結(jié)果顯示，除葉形指數(shù)、花瓣數(shù)和果皮厚與其他性狀沒有顯著相關(guān)性，其他14個性狀均與其他性狀有顯著或極顯著相關(guān)性。戚嘉敏等[20]和姚小華等[21]研究表明，植物的表型變異與其地理生態(tài)因子顯著相關(guān)，其中，靳高中等[22]對滇西騰沖紅花油茶的研究表明，紅花油茶種實性狀的果高與經(jīng)度緯度和海拔有顯著相關(guān)；黃勇等[23]對小果油茶的研究表明，影響小果油茶花和葉的表型性狀主要與無霜期及7月降雨量等生態(tài)因子有關(guān)，可能是由于，本研究新縣地區(qū)野生油茶群體選擇區(qū)域過于狹窄的原因，各表型性狀在緯度地理和生態(tài)因子上沒有表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。

3.3 新縣野生油茶表型性狀的地理變異

通過主成分分析，把新縣野生油茶群體的15個主要性狀轉(zhuǎn)化為6個主成分。6個主成分提供了原性狀75.86%的信息，能較完整地表現(xiàn)出野生油茶群體各表型性狀間關(guān)系的主導(dǎo)因素，其中果皮厚度、單果質(zhì)量以及花柱裂數(shù)為主要因素。利用15個表型性狀的平均值，對野生油茶群體的7個不同地理居群進(jìn)行聚類分析，在歐氏平均距離15處，可以很明顯地將7個居群分為兩個大類，一類可劃分為大葉、小果、籽少、皮薄，另一類則是葉小、大果、籽多、皮厚的特征，但是并沒有呈現(xiàn)較強(qiáng)的地理區(qū)域特征，沒有將地理位置相近的歸為一類，這與徐佳娟等[24]在望謨紅球油茶中得出的結(jié)果一致。綜合主成分分析和聚類分析的結(jié)果，在以后的優(yōu)樹選擇中可依靠葉片的形狀、果實的大小和質(zhì)量等主要因素來選擇。表型遺傳分析容易受外界(自然和人為)影響，導(dǎo)致利用表型確定的群體間及群體內(nèi)的親緣關(guān)系不夠可靠。因此，還需要利用分子標(biāo)記技術(shù)[25]，對其展開更深入的研究，以保證研究結(jié)果的真實可靠。