秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀的變異及相關(guān)性分析

徐肇友， 肖德卿， 沈 斌， 肖紀(jì)軍， 陳杏林， 周志春

(1. 浙江省龍泉市林業(yè)科學(xué)研究院， 浙江 龍泉 323700；2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所 浙江省林木育種技術(shù)研究重點實驗室， 浙江 杭州 311400；3. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 遼寧 沈陽 110161)

葉片是植物對環(huán)境變化反應(yīng)最敏感的器官之一，能夠在不同選擇壓力下形成適應(yīng)性特征，因此，可通過葉片表型性狀間接判斷植物的遺傳變異狀況及其對環(huán)境變化的適應(yīng)性，植物的葉片表型性狀變異越大，表明植物體越能適應(yīng)環(huán)境變化[1-3]。開展植物葉片表型性狀研究不但能揭示植物的遺傳變異規(guī)律，還對其良種選育具有重要意義[4-6]。

秀麗四照花〔Cornushongkongensissubsp.elegans(W. P. Fang et Y. T. Hsieh) Q. Y. Xiang〕為常綠小喬木或灌木，主要分布在浙江、江西和福建等省，具有一定的耐鹽性[7]，且樹形美觀、葉色艷麗[8-9]，極具開發(fā)利用前景。作者觀察發(fā)現(xiàn)，秀麗四照花的葉片在入秋后隨溫度降低逐漸轉(zhuǎn)紅，并且，全株葉片在冬季及早春時完全變紅，但在春季氣溫升高時又逐漸復(fù)綠。秀麗四照花喜溫暖、陰濕的環(huán)境，常生長于山林內(nèi)及陰濕溪邊，在陽光直射條件下葉片下垂、生長矮小，且葉尖在夏季易出現(xiàn)枯焦現(xiàn)象[10]。作者在野外調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，部分秀麗四照花植株瘦弱，葉片發(fā)黃、卷曲，甚至整株干枯死亡，因此，亟需加強對秀麗四照花優(yōu)良種質(zhì)資源的收集和保護，并在此基礎(chǔ)上進行良種選育，為該種的開發(fā)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

鑒于此，作者以浙江、江西、福建和湖南4個省份9個產(chǎn)地51個秀麗四照花家系的3年生子代試驗林為研究對象，對其葉色參數(shù)和葉形性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)的變異規(guī)律進行了分析，并對其葉色參數(shù)和葉形性狀間的相關(guān)性以及葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地地理-氣候因子的相關(guān)性進行了分析，以期為秀麗四照花的遺傳改良和推廣提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料來源

于2015年11月，在浙江、江西、福建和湖南4個省份內(nèi)，選擇秀麗四照花分布較為集中的9個產(chǎn)地，在每個自然居群中至少選擇3株優(yōu)樹(即居群內(nèi)生長量大、葉多、秋季葉片深紅、無明顯病蟲害且正常結(jié)實的植株)，收集優(yōu)樹種子，共選取51株優(yōu)樹。居群內(nèi)優(yōu)樹間距離不小于50 m，每株優(yōu)樹采集種子1.0 kg以上。各產(chǎn)地的地理-氣候信息及優(yōu)樹數(shù)量見表1。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[11-12]確定地理-氣候因子，通過國家氣象局氣象信息中心(http：∥data.cma.cn/)獲取各地理-氣候因子數(shù)據(jù)。

表1 秀麗四照花各產(chǎn)地的地理-氣候信息及優(yōu)樹數(shù)量

1.2 試驗地概況

在浙江省龍泉市林業(yè)科學(xué)研究院林木良種基地進行秀麗四照花優(yōu)樹家系遺傳測定林造林。該基地的具體地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°04′、北緯27°59′，海拔300 m。該區(qū)域的氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.6 ℃，年降水量1 699 mm，無霜期263 d?；貎?nèi)的地帶性植被為中亞熱帶常綠闊葉林；土壤為酸性紅壤。

1.3 方法

1.3.1 育苗方法 于2016年3月培育秀麗四照花各優(yōu)樹的輕基質(zhì)容器苗，獲得51個優(yōu)樹家系的苗木，各家系苗木數(shù)量均在100株以上。

于2017年3月，在每個家系中選擇15株株高約44.00 cm、地徑約0.44 cm的1年生輕基質(zhì)容器苗，營建秀麗四照花優(yōu)樹家系遺傳測定林。因立地條件基本一致，造林采取隨機完全區(qū)組(RCB)設(shè)計，株距和行距均為2 m。

1.3.2 葉色參數(shù)和葉形性狀測定 于2019年12月中旬在秀麗四照花全株葉片變紅時，對秀麗四照花植株葉片的葉色參數(shù)和葉形性狀進行觀測。其中，葉色參數(shù)包括明度(L*)、色相(a*和b*)、飽和度(C*)、色相角(h°)和彩葉期6個指標(biāo)，葉形性狀包括葉長(葉基部至葉尖的長度)、葉寬(葉片最寬處的長度)、葉長寬比(葉長與葉寬的比值)、葉周長和葉面積5個指標(biāo)。

采用CM-700D分光測色計(日本Konica Minolta公司)在秀麗四照花植株葉片進入全紅期(紅色葉片占全株葉片的95%)后測定葉片正面的色彩。在每個家系的同一區(qū)域內(nèi)選擇3株生長健壯的植株，采集植株東、西、南和北4個方向冠層中部的健康葉片，每株采集40枚葉片，混合均勻后，隨機選取15枚葉片測定L*、a*和b*值。L*值越大表示葉片色彩越明亮；a*值越大表示葉片色彩越偏紅，a*值越小表示葉片色彩越偏綠；b*值越大表示葉片色彩越偏黃，b*值越小表示葉片色彩越偏藍(lán)[13]。根據(jù)L*、a*和b*值計算C*和h°值[14-15]。

彩葉期指紅色葉片占全株葉片50%及以上的天數(shù)。植株進入彩葉期后(11月初)，在每個家系的同一區(qū)域內(nèi)選擇3株生長健壯的植株進行定期觀測，一般情況下5～7 d觀測1次，在物候轉(zhuǎn)折期2～3 d觀測1次。

使用LA2400掃描儀(日本Epson公司)掃描葉片，通過WinRHIZO軟件測定葉長、葉寬、葉面積和葉周長，并計算葉長寬比。在每個家系的同一區(qū)域內(nèi)選擇8株生長健壯的植株，采集植株陽面冠層中部的健康葉片，每株30枚。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2010軟件整理數(shù)據(jù)，依照拉依達(dá)準(zhǔn)則[16]去除異常數(shù)據(jù)。采用SPSS 19.0軟件計算葉色參數(shù)和葉形性狀的均值及變異系數(shù)，分析各葉色參數(shù)和葉形性狀間及其與產(chǎn)地地理-氣候因子的相關(guān)性。采用SAS 9.0軟件中的GLM和PROC VARCOMP對各性狀進行方差分析，并估算方差分量[17]。方差分析線性模型為Yijk=μ+Si+Tij+Eijk，式中，Yijk為第i個種源第j個單株的第k個觀測值，μ為總體平均值，Si為第i個種源的效應(yīng)值，Tij為第i個種源第j個單株的效應(yīng)值，Eijk為機誤。

2 結(jié)果和分析

2.1 秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀的變異分析

供試秀麗四照花家系葉色參數(shù)和葉形性狀的統(tǒng)計、變異系數(shù)及方差分析結(jié)果見表2。由表2可見：秀麗四照花葉色參數(shù)L*、a*、b*、C*和h°值的變幅分別為26.41～31.25、6.76～12.21、5.09～9.11、8.99～14.90和0.53～0.77，均值分別為29.23、9.52、6.96、11.81和0.63，其中，a*、b*和C*值的變異系數(shù)較高(分別為20.07%、19.26%和11.77%)，而L*和h°值的變異系數(shù)卻較低(分別為5.52%和7.94%)；彩葉期變幅為121～146 d，均值為138 d，變異系數(shù)為5.43%。葉片C*值在產(chǎn)地間的差異以及L*、a*和C*值在產(chǎn)地內(nèi)的差異均顯著(P<0.05)，彩葉期在產(chǎn)地間的差異極顯著(P<0.01)。

由表2還可見：秀麗四照花的葉長、葉寬、葉長寬比、葉周長和葉面積的變幅分別為6.57～10.19 cm、2.89～4.70 cm、1.64～2.53、16.94～26.32 cm和14.06～32.08 cm2，均值分別為8.31 cm、4.00 cm、2.12、21.88 cm和23.18 cm2，變異系數(shù)分別為13.74%、14.96%、13.43%、13.16%和24.79%。葉長、葉寬、葉長寬比、葉周長和葉面積在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)的差異均極顯著。

表2 供試秀麗四照花家系葉色參數(shù)和葉形性狀的統(tǒng)計、變異系數(shù)和方差分析1)

供試秀麗四照花家系葉色參數(shù)和葉形性狀的方差分量分析結(jié)果見表3。由表3可見：秀麗四照花葉色參數(shù)中，L*、a*、b*、C*和h°值在產(chǎn)地內(nèi)的方差分量百分率大于產(chǎn)地間，而彩葉期在產(chǎn)地內(nèi)的方差分量百分率卻小于產(chǎn)地間；葉長、葉寬、葉長寬比、葉周長和葉面積在產(chǎn)地內(nèi)的方差分量百分率均大于產(chǎn)地間。秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀在產(chǎn)地內(nèi)的方差分量百分率均值為20.09%，明顯大于產(chǎn)地間(13.99%)，說明秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀變異主要來自產(chǎn)地內(nèi)的家系間。

2.2 秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀間及其與產(chǎn)地地理-氣候因子的相關(guān)性分析

2.2.1 葉色參數(shù)和葉形性狀間的相關(guān)性分析 對秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀間的相關(guān)系數(shù)進行分析，結(jié)果見表4。由表4可見：L*、a*、b*和C*值間極顯著(P<0.01)正相關(guān)；h°值與a*值極顯著負(fù)相關(guān)，與b*值顯著(P<0.05)正相關(guān)，但與L*和C*值的相關(guān)性不顯著；彩葉期與L*、a*、b*和C*值的相關(guān)性均不顯著。葉長與葉寬、葉周長和葉面積極顯著正相關(guān)；葉寬與葉長寬比極顯著負(fù)相關(guān)，與葉周長和葉面積極顯著正相關(guān)；葉長寬比與葉面積顯著負(fù)相關(guān)；葉周長與葉面積極顯著正相關(guān)。值得注意的是，葉色參數(shù)與葉形性狀間的相關(guān)性均不顯著。

表3 供試秀麗四照花家系葉色參數(shù)和葉形性狀的方差分量分析

表4 秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀間的相關(guān)系數(shù)1)

2.2.2 葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地地理-氣候因子的相關(guān)性分析 對秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地地理-氣候因子的相關(guān)系數(shù)進行分析，結(jié)果見表5。由表5可見：葉色參數(shù)和葉形性狀與經(jīng)度均無顯著相關(guān)性。L*值與海拔顯著負(fù)相關(guān)；a*值與年均溫顯著負(fù)相關(guān)；b*值與緯度顯著正相關(guān)，與海拔極顯著負(fù)相關(guān)，與年均溫和1月均溫顯著負(fù)相關(guān)；C*值與年均溫顯著負(fù)相關(guān)；h°值與海拔顯著負(fù)相關(guān)；彩葉期與緯度極顯著正相關(guān)，與海拔和年均溫極顯著負(fù)相關(guān)，與1月均溫和無霜期顯著負(fù)相關(guān)。葉長與年均溫顯著正相關(guān)；葉寬與海拔極顯著負(fù)相關(guān)，與7月均溫顯著正相關(guān)；葉長寬比與緯度極顯著負(fù)相關(guān)，與海拔顯著正相關(guān)，與年降水量顯著負(fù)相關(guān)；葉周長與海拔顯著負(fù)相關(guān)；葉面積與海拔顯著負(fù)相關(guān)，與7月均溫顯著正相關(guān)。

表5 秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地地理-氣候因子的相關(guān)系數(shù)1)

3 討論和結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，不同種類植物的葉色和葉形存在明顯差異[18]，同種植物不同種質(zhì)資源的葉色和葉形也存在較大差異[19]。性狀變異豐富對于科學(xué)選配植物雜交親本有重要意義[20-21]，有利于良種選育[22-23]。本研究中，秀麗四照花部分葉色參數(shù)和供試5個葉形性狀的變異系數(shù)較高，在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)的差異顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)，說明秀麗四照花葉色和葉形性狀在產(chǎn)地間和家系間變異豐富，具有較大的遺傳改良潛力。然而，各葉色參數(shù)和葉形性狀的變異程度明顯不同，例如，a*、b*和C*值的變異系數(shù)明顯高于L*和h°值以及彩葉期，且前3個葉色參數(shù)的變幅較大，其最大值分別是最小值的1.81、1.79和1.66倍，有利于選育葉色豐富、鮮艷的秀麗四照花品種。

方差分量分析結(jié)果表明：除彩葉期外，秀麗四照花其余葉色參數(shù)和葉形性狀在產(chǎn)地內(nèi)的方差分量百分率均大于產(chǎn)地間，并且，所有葉色參數(shù)和葉形性狀在產(chǎn)地內(nèi)的方差分量百分率均值大于產(chǎn)地間，可見，秀麗四照花的葉色參數(shù)和葉形性狀變異主要來自產(chǎn)地內(nèi)的家系間，因此，應(yīng)加強秀麗四照花產(chǎn)地內(nèi)優(yōu)質(zhì)家系的篩選。其原因可能是秀麗四照花以種子繁殖為主，香甜的果實對鳥類和嚙齒動物有一定的吸引作用，動物傳播促進了種群間的基因流動，致使產(chǎn)地間的變異較小。此外，秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀在產(chǎn)地間變異較小還可能與氣候等環(huán)境因子有關(guān)[24]，具體原因尚待進一步研究。

植物各性狀間通常存在不同程度的相關(guān)性，人們可根據(jù)性狀間的顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系通過一個性狀預(yù)測另一個性狀的狀況[25]。本研究中，秀麗四照花的葉色參數(shù)與葉形性狀間無顯著相關(guān)性，彩葉期與其余葉色參數(shù)間也無顯著相關(guān)性，說明秀麗四照花的葉色參數(shù)與葉形性狀間以及彩葉期與其余葉色參數(shù)間的關(guān)系均不緊密。L*值與a*和C*值極顯著正相關(guān)，h°值與a*值極顯著負(fù)相關(guān)，但與b*值顯著正相關(guān)，說明秀麗四照花葉片的明度越高，葉片越紅、色彩飽和度越高；葉片的色調(diào)角較大，葉片的黃色越明顯，紅色越淡。葉長與葉寬、葉周長和葉面積極顯著正相關(guān)，說明秀麗四照花的葉片越長，其葉片越寬，葉周長和葉面積也越大。葉寬與葉長寬比極顯著負(fù)相關(guān)，與葉周長和葉面積極顯著正相關(guān)，說明秀麗四照花的葉片越寬，其葉片越接近圓形，葉周長和葉面積也越大。葉長寬比與葉面積顯著負(fù)相關(guān)，說明秀麗四照花的葉片越狹長，其葉面積越小。在實際生產(chǎn)中，可通過葉色參數(shù)和葉形性狀間的上述相關(guān)關(guān)系間接篩選出具有不同特點(如葉色鮮艷、葉面積較大和葉片狹長等)的秀麗四照花優(yōu)良植株。

一般來說，經(jīng)緯度和海拔能夠綜合反映氣溫、降水、土壤和植被等環(huán)境因子對植物生長的影響[25]。本研究中，秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀與經(jīng)度均無顯著相關(guān)性，多數(shù)葉色參數(shù)和葉形性狀與緯度也無顯著相關(guān)性，但多數(shù)葉色參數(shù)和葉形性狀與海拔存在顯著或極顯著相關(guān)性。其中，葉寬與海拔極顯著負(fù)相關(guān)，葉周長和葉面積與海拔顯著負(fù)相關(guān)，但葉長寬比與海拔顯著正相關(guān)，說明海拔較高產(chǎn)地的秀麗四照花的葉較小，且葉片呈狹長形越明顯。究其原因，可能是海拔較高地區(qū)的生境條件相對惡劣，氣溫較低，植物生長緩慢，面積較小且狹長形的葉片在低溫條件下可增加葉片邊界層阻力，能夠減少熱量散失，降低蒸騰作用強度，從而減少葉片的水分蒸發(fā)[26]。秀麗四照花的a*、b*和C*值與年均溫顯著負(fù)相關(guān)，彩葉期與年均溫極顯著負(fù)相關(guān)，而葉長與年均溫顯著正相關(guān)，說明年均溫較低產(chǎn)地的秀麗四照花的葉色較鮮艷、葉片較短、彩葉期長，據(jù)此推測秀麗四照花在低溫條件下葉片觀賞性更強。秀麗四照花的彩葉期與緯度極顯著正相關(guān)，與海拔和年均溫極顯著負(fù)相關(guān)，并與1月均溫和無霜期顯著負(fù)相關(guān)，說明秀麗四照花的彩葉期隨產(chǎn)地緯度升高而延長，并隨產(chǎn)地海拔、年均溫、1月均溫和無霜期的降低或減小而延長，據(jù)此認(rèn)為，產(chǎn)地的緯度、溫度和無霜期對秀麗四照花彩葉期有較大影響。此外，秀麗四照花葉長寬比與產(chǎn)地緯度極顯著負(fù)相關(guān)，與年降水量顯著負(fù)相關(guān)，說明緯度較高(即偏北)產(chǎn)地的秀麗四照花的葉形偏圓，年降水量較少產(chǎn)地的秀麗四照花葉形狹長；秀麗四照花葉片的b*值與1月均溫顯著負(fù)相關(guān)，葉寬和葉面積與7月均溫顯著正相關(guān)，說明1月均溫較低產(chǎn)地的秀麗四照花葉色偏黃，7月均溫較高產(chǎn)地的秀麗四照花葉片較寬、葉面積較大?？傮w來看，秀麗四照花多數(shù)葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地緯度的相關(guān)性較大，這很可能是因為緯度變化導(dǎo)致溫度和降水量明顯改變，而溫度和水分往往限制植物的生產(chǎn)力和分布[27]，低溫和降水量減少可抑制植物光合作用、生長速率和體內(nèi)的酶活性，從而導(dǎo)致植物形態(tài)發(fā)生改變[28-29]。同時，本研究結(jié)果還表明秀麗四照花的葉色參數(shù)和葉形性狀受環(huán)境影響明顯，為了能夠更好地開發(fā)、改良和利用秀麗四照花種質(zhì)資源，應(yīng)通過多區(qū)域測定來驗證秀麗四照花的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

秀麗四照花多數(shù)葉色參數(shù)和葉形性狀的變異較大，且供試5個葉形性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)的差異極顯著；除彩葉期外，其余葉色參數(shù)和葉形性狀變異均來自產(chǎn)地內(nèi)的家系間。總體來看，秀麗四照花葉色參數(shù)和葉形性狀受產(chǎn)地地理-氣候因子影響，多數(shù)葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地海拔關(guān)系緊密，且部分葉色參數(shù)和葉形性狀與產(chǎn)地的緯度和年均溫關(guān)系緊密。