浙江紅花油茶種實性狀多樣性分析

周文才，王仲偉，董 樂，溫 強*，黃文印，李 田，葉金山，徐立安

(1.江西省林業(yè)科學(xué)院，江西省油茶種質(zhì)資源保護與利用重點實驗室，江西 南昌 330032；2.江蘇省中國科學(xué)院植物研究所,江蘇 南京 210014；3.南京林業(yè)大學(xué)，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

浙江紅花油茶(Camelliachekiangoleosa)屬山茶屬(Camellia)紅山茶組(Sect.Camellia)植物，是我國南方山區(qū)的特有樹種，主要天然分布于江西、浙江和福建等海拔600～1 400 m的山地[1-2]，低海拔引種栽培亦見諸文獻報道[3-5]，其分布面積和產(chǎn)量在全國油茶主栽品種中居第4位[6]。浙江紅花油茶的種仁含油率60%以上，油脂中不飽和脂肪酸含量可達90%，其籽仁還含有豐富的茶皂素等營養(yǎng)物質(zhì)[7-8]，是一種優(yōu)質(zhì)的木本食用油料樹種；此外由于花紅色艷且花期長，園林觀賞價值亦較高[9]。然而，作為具油用與觀賞雙重價值的重要經(jīng)濟樹種，尤其與同為油茶主栽物種的普通油茶相比，浙江紅花油茶目前還處于野生或?qū)嵣庇隣顟B(tài)，沒有形成專門油用或觀賞的優(yōu)良品種或家系。浙江紅花油茶開發(fā)與利用仍處于起步階段，由于人為干擾、生境破碎，其自然資源甚至趨于漸危[10-11]。

當(dāng)前植物遺傳資源開發(fā)利用已然從強調(diào)采集具有直接利用價值的特定基因、群體或生態(tài)型資源轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾暿占F(xiàn)有全部遺傳變異類型[12-13]。因此開展遺傳多樣性評價是開發(fā)利用植物資源的重要基礎(chǔ)。表型多樣性是遺傳多樣性研究的重要內(nèi)容[14]，而對于經(jīng)濟林木而言，種實性狀則是其表型性狀的主要體現(xiàn)[15]。浙江紅花油茶作為以果實和種子為主要經(jīng)濟價值載體的木本油料樹種，種實性狀在一定程度上決定了其生產(chǎn)價值。因此探討種實性狀遺傳變異，可指導(dǎo)其種質(zhì)資源保存策略的制定和選擇育種。然而現(xiàn)有研究僅見劉子雷等[16]的相關(guān)報道，且研究僅以浙江省麗水、金華產(chǎn)區(qū)的浙江紅花油茶為研究對象。由于植物種實形態(tài)除受遺傳控制,還會因適應(yīng)不同分布區(qū)生境而產(chǎn)生遺傳分化[17]。鑒于此，筆者通過在贛、浙、閩浙江紅花油茶主分布區(qū)范圍內(nèi)選擇優(yōu)勢林分，調(diào)查分析不同產(chǎn)地浙江紅花油茶種實經(jīng)濟性狀，以期較全面地揭示浙江紅花油茶種實性狀變異規(guī)律，從而為浙江紅花油茶保護生物學(xué)及選擇育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料采集

用于試驗的浙江紅花油茶種實樣品分別來自江西省、浙江省、福建省主分布區(qū)6個產(chǎn)地的優(yōu)勢林分(見表1)，植株表現(xiàn)結(jié)實優(yōu)良、產(chǎn)量穩(wěn)定。樂平產(chǎn)地為人工林(種源地為德興十八畝段)，其他林分均為天然林分，其中樂平林分林齡大于15 a，其余各林分林齡30 a以上。2017年9月上旬于果實成熟期采集樣品，視各產(chǎn)地的林分大小隨機選擇樣株，各樣株之間至少相隔20 m，對于面積較大的林分適當(dāng)多選樣株，各個林地取樣株數(shù)見表1。以每個樣株按東南西北4個方向隨機采摘20個果實為標(biāo)準(zhǔn)，對于可入選樣株較少的產(chǎn)地適當(dāng)增加取果數(shù)量(20～30個)進行測定，而對于樣株果實不足20個的則全部采摘。樣品采集同步記錄各產(chǎn)地的GPS數(shù)據(jù)。各地氣象資料來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)包括年均氣溫、平均濕度與平均降水量，其中采集了浙江紅花油茶果實發(fā)育3個關(guān)鍵時期(3月結(jié)實初期、6月果實膨大期、9月果實成熟期)的月平均氣溫。

表1 浙江紅花油茶種實樣品來源地及其林地相關(guān)信息Table 1 Origins of seed and fruit samples and related information about forest land of C.chekiangoleosa

1.2 種實主要經(jīng)濟性狀的測定

對采集的果實逐一用游標(biāo)卡尺測定其果高、果徑、果皮厚度，同時計算果形指數(shù)(果的高徑比)，精確到0.01 cm；用天平稱量單果質(zhì)量、籽粒質(zhì)量，精確到0.01 g；并統(tǒng)計單果籽粒數(shù)，計算千粒質(zhì)量(百粒法估測)與鮮出籽率[鮮出籽率=(鮮籽質(zhì)量/鮮果質(zhì)量)×100%]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS統(tǒng)計軟件完成巢式方差、多重比較(Duncan法)、遺傳聚類及相關(guān)性等分析，其中聚類分析以歐式距離為遺傳距離，采用離差平方和法(Ward法)進行。變異系數(shù)(CV)、表型分化系數(shù)(VST)、Shannon-Wiener信息指數(shù)(H′)等分析利用Excel軟件完成，其中表型分化系數(shù)參考郭平毅[18]的方法；多樣性指數(shù)的計算采用Shannon-Wiener信息指數(shù)(H′)算法,即H′=-ΣPilnPi,Pi為某性狀第i個代碼值出現(xiàn)的概率。各表性狀分級賦值及出現(xiàn)概率的統(tǒng)計方法參照秦倩等[19]的方法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江紅花油茶種實性狀變異特征

本研究測定了浙江紅花油茶果徑、果高、果形指數(shù)、果皮厚、單果籽數(shù)、千粒質(zhì)量、單果質(zhì)量、鮮出籽率等8個種實性狀，各性狀數(shù)值均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等指標(biāo)見表2。由表2可知，浙江紅花油茶果皮厚度0.31～2.43 mm，均值1.19 mm，平均鮮出籽率3.02%～48.63%，均值20.54%。各種實性狀的變異有一定差異，各性狀變異由大到小依次為單果籽數(shù)、單果質(zhì)量、千粒質(zhì)量、鮮出籽率、果皮厚、果高、果徑、果形指數(shù)。其中單果籽數(shù)變異最大，單果籽數(shù)量為1～27粒，變異系數(shù)達到39.58%；其次為單果質(zhì)量，最大的為203.3 g，最小的只有12.8 g，變異系數(shù)為39.55%；而果實形態(tài)參數(shù)中果形指數(shù)、果徑、果高的變異系數(shù)較小，為12.32%～15.49%，其中數(shù)值上果徑略高于果高，表明浙江紅花油茶果型差異小，且整體呈扁球形。另對浙江紅花油茶8個性狀的數(shù)值進行相關(guān)分析和檢驗，結(jié)果表明，除千粒質(zhì)量與果形指數(shù)、鮮出籽率與果形指數(shù)相關(guān)不顯著外，其他性狀兩兩間均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)(P<0.01)。

表2 浙江紅花油茶各種實性狀均值及變異情況Table 2 The mean value and variation of various seed and fruit traits of C.chekiangoleosa

2.2 浙江紅花油茶不同產(chǎn)地間種實性狀變異

浙江紅花油茶產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)種實性狀的變異均方及F值見表3。經(jīng)F檢驗,8個性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)都存在極顯著差異(P<0.01)。進一步對各性狀在產(chǎn)地間進行Duncan多重比較(表4)，結(jié)果表明，鮮出籽率、果形指數(shù)及千粒質(zhì)量在各產(chǎn)地間差異顯著。武夷山產(chǎn)地單果質(zhì)量最大(平均106.50 g)，但果皮厚度最厚且鮮出籽率最低，平均僅為16.53%；霞浦產(chǎn)地具有最高的鮮出籽率(平均23.68%)，而具有最小的千粒質(zhì)量，顯示其種子在6個產(chǎn)地中最小；樂平產(chǎn)地果形指數(shù)和千粒質(zhì)量最大，而單果籽數(shù)最小，顯示果型變異較大且具有較大的種子。從單性狀來分析，單果籽數(shù)最多的為開化產(chǎn)地，德興產(chǎn)地平均果皮厚最小。另比較低海拔的樂平產(chǎn)地與高海拔的德興產(chǎn)地，雖然種源一致，但二者種實性狀除果徑外具較明顯差別。

表3 不同產(chǎn)地群體間和群體內(nèi)的種實性狀方差分析Table 3 Variance analyses of seed and fruit traits among and within populations of different producing regions

表4 各產(chǎn)地種實經(jīng)濟性狀的均值及多重比較Table 4 The mean value and multiple comparisons of economic traits of seed and fruit for various producing regions

2.3 產(chǎn)地內(nèi)單株間種實性狀變異

對浙江紅花油茶各產(chǎn)地單株間種實經(jīng)濟性狀變異進行分析，結(jié)果(表5)表明，不同產(chǎn)地內(nèi)單株間種實各經(jīng)濟性狀變異幅度不同，其中單果質(zhì)量、鮮出籽率、千粒質(zhì)量、單果籽數(shù)為變異程度較大的幾個性狀。單果質(zhì)量變異系數(shù)最大的為德興產(chǎn)地，達到了39.82%；最小的為武夷山，只有26.66%。鮮出籽率變異系數(shù)最大的為武夷山產(chǎn)地(31.42%)，最小的為開化(22.54%)。千粒質(zhì)量變異系數(shù)最大的為德興(30.55%)，最小的為霞浦(24.03%)。單果籽數(shù)變異系數(shù)最大的為樂平(43.74%)，最小的為開化(23.63%)。變異程度較小的性狀為果形指數(shù)、果徑和果高，其各地的性狀變異系數(shù)多集中在10%～15%?？傮w比較浙江紅花油茶6個產(chǎn)地單株間種實性狀變異程度，可知從大到小為德興、樂平、婺源、武夷山、霞浦、開化。

2.4 浙江紅花油茶種實性狀多樣性

對浙江紅花油茶的種實性狀數(shù)據(jù)進行多樣性Shannon-Wiener指數(shù)(H′)的計算，結(jié)果(表6)顯示，浙江紅花油茶6個產(chǎn)地種實性狀的平均多樣性指數(shù)為1.885 0，顯示了較高的多樣性。按產(chǎn)地比較，多樣性最高為樂平與德興產(chǎn)地，分別為1.949 7與1.948 7；低于平均多樣性指數(shù)的產(chǎn)地為開化與霞浦，其中霞浦最小為1.789 0，總體表現(xiàn)與各產(chǎn)地種實變異程度相對一致。綜合性狀比較,Shannon-Wiener 指數(shù)為1.627 6～1.949 2，也顯示了較豐富的遺傳多樣性，其中最高的為單果籽數(shù)與鮮出籽率，多樣性指數(shù)分別為1.949 2與1.944 1。

表5 不同產(chǎn)地內(nèi)單株間種實經(jīng)濟性狀變異系數(shù)Table 5 Variation coefficients of economic traits of seed and fruit among individual plants in different producing regions %

表6 浙江紅花油茶的種實性狀Shannon-Wiener多樣性指數(shù)Table 6 Shannon-Wiener index of seed and fruit traits of C.chekiangoleosa

2.5 浙江紅花油茶種實性狀的表型分化

以供試產(chǎn)地為群體單位，采用巢式設(shè)計方差分量比組成各方差分量占總變異的比例，并用群體間方差分量占遺傳總變異(群體間、群體內(nèi)方差分量之和)的百分比表示群體間的表型分化系數(shù)(表7)。從表7可以看出，浙江紅花油茶8個種實性狀的表型分化系數(shù)變化幅度為19.12%～49.33%，其中單果質(zhì)量、果徑、果高在群體間分化較大，而果形指數(shù)和千粒質(zhì)量性狀在群體間呈較低的分化水平。據(jù)8個種實性狀的方差分量均值可以看出，群體間的方差分量占總變異的19.17%，而群體內(nèi)占35.25%，平均表型分化系數(shù)達35.31%，即浙江紅花油茶產(chǎn)地水平的變異貢獻為35.31%，而不同個體水平的貢獻占64.69%。

表7 浙江紅花油茶性狀的方差分量及產(chǎn)地(群體)間(內(nèi))表型分化系數(shù)Table 7 Variance components and differentiation coefficient of phenotypic traits among/within producing regions (population) of C.chekiangoleosa

2.6 浙江紅花油茶種實性狀聚類分析

利用歐式平均距離，采用離差平方和法對各產(chǎn)地種實性狀數(shù)據(jù)進行聚類分析，結(jié)果見圖1。

圖1 浙江紅花油茶不同產(chǎn)地種實性狀的聚類圖Fig.1 Dendrogram based on fruit and seed traits of different producing regions of C.chekiangoleosa

以遺傳距離0.2～0.3為閾值，6個產(chǎn)地可分為3組，同屬江西上饒地區(qū)的德興、婺源首先聚在一起，并與樂平(德興種源)組成一類；開化與霞浦產(chǎn)地聚為一類，而武夷山則單獨成組。聚類結(jié)果進一步說明地理環(huán)境因素影響種實性狀分化，在各產(chǎn)地中武夷山產(chǎn)地種實性狀分化較大。

2.7 浙江紅花油茶種實性狀與產(chǎn)地生態(tài)因子的相關(guān)性

對浙江紅花油茶種實性狀與產(chǎn)地生態(tài)因子相關(guān)指標(biāo)進行相關(guān)性分析與檢驗，結(jié)果(表8)發(fā)現(xiàn)果皮厚度與海拔呈正相關(guān)并達顯著水平，千粒質(zhì)量與降水量呈正相關(guān)并達到顯著水平，其他指標(biāo)之間相關(guān)性均沒有達到顯著水平。

表8 種實性狀與產(chǎn)地生態(tài)因子的相關(guān)性Table 8 Correlation between seed and fruit traits and ecological factors in production regions

3 討 論

掌握植物性狀整體變異水平及不同分布區(qū)的遺傳變異情況有助于了解其生長性狀及遺傳分化水平，對植物的遺傳評價、良種選育及保護等具有重要作用[20]。本研究在主分布區(qū)選擇6個產(chǎn)地的優(yōu)勢林分調(diào)查浙江紅花油茶種實性狀多樣性。結(jié)果表明8個種實性狀變異系數(shù)為12.32%～39.58%，高于廣寧紅花油茶(C.semiserrata)[21]的研究結(jié)果。除千粒質(zhì)量與果形指數(shù)、鮮出籽率與果形指數(shù)相關(guān)不顯著，其他供試種實性狀兩兩相關(guān)，可推測果型差異對鮮出籽率影響不顯著，而較重的果實其籽粒數(shù)更多且更為飽滿。各種實性狀變異程度依次為單果籽數(shù)>單果質(zhì)量>千粒質(zhì)量>鮮出籽率>果皮厚>果高>果徑>果形指數(shù)，其中果高、果徑、果形指數(shù)表現(xiàn)為較小的變異程度(<20%)，這與騰沖紅花油茶(C.reticulata)[22]、海南油茶[23]的研究結(jié)果一致?？傮w與劉子雷等[16]研究浙江省麗水、金華地區(qū)的浙江紅花油茶果實性狀變異排序略有不同，原因可能是后者研究樣品來源相對有限，而本研究中樣本取自浙江省、江西省和福建省的浙江紅花油茶優(yōu)勢林分，涉及研究地理變異的材料更為廣泛。

浙江紅花油茶種實性狀在不同產(chǎn)地間表現(xiàn)為極顯著的差異，各地單株間種實性狀變異幅度不同，這和整體種實性狀的變異規(guī)律較一致，各產(chǎn)地種實性狀總體變異程度依次為德興>樂平>婺源>武夷山>霞浦>開化。浙江紅花油茶6個產(chǎn)地的種實性狀多樣性Shannon-Wiener 指數(shù)為1.789 0～1.949 7，平均為1.885 0，顯示了浙江紅花油茶較高的多樣性。兩種多樣性統(tǒng)計方法排序有些差異，但總體反映了德興與樂平產(chǎn)地在6個產(chǎn)地中具有更高的多樣性。根據(jù)產(chǎn)地間的表型分化系數(shù)結(jié)果可知，浙江紅花油茶8個種實性狀表型分化系數(shù)的變異幅度為19.12%～49.33%,其中單果質(zhì)量、果徑、果高在產(chǎn)地間差異較大，而果形指數(shù)和千粒質(zhì)量性狀在產(chǎn)地間較穩(wěn)定，這和產(chǎn)地間的種實性狀方差分析結(jié)果相一致?？偟姆治霎a(chǎn)地間平均表型分化系數(shù)為35.31%，表明浙江紅花油茶不同產(chǎn)地的個體變異是其種實性狀總體變異的主要來源，這一結(jié)論與同為油茶主栽物種的騰沖紅花油茶[22]的相關(guān)研究一致，而與小果油茶(C.meiocarpa)[16]的不同，表明由于物種不同，其群體基因適應(yīng)環(huán)境選擇壓力的程度也會有不一樣的表現(xiàn)，而群體內(nèi)變異主要和遺傳有關(guān)，群體間變異由遺傳與環(huán)境共同作用[24]。由本研究結(jié)果可知遺傳因素對浙江紅花油茶變異影響大于環(huán)境因素，因此在浙江紅花油茶良種選育中，在進行優(yōu)良種源選擇的同時，要加大種源內(nèi)植株個體的選擇力度。此外，作為油用經(jīng)濟林，經(jīng)濟性狀是浙江紅花油茶良種選育的主要目標(biāo)，本研究結(jié)果表明，浙江紅花油茶的單果質(zhì)量、果徑、鮮出籽率、果皮厚度等經(jīng)濟性狀變異較大，這也為今后有針對性地開展果大皮薄、出籽率高的浙江紅花油茶高產(chǎn)品種選育提供依據(jù)。

植物的性狀變異由植物內(nèi)部的遺傳特性和外部生態(tài)環(huán)境共同決定，從而保證植物在復(fù)雜自然環(huán)境中繁衍[25-26]。聚類結(jié)果顯示，德興與婺源產(chǎn)地首先聚在了一起，隨后與樂平產(chǎn)地聚成一組；開化與霞浦種源聚為一組，武夷山則單獨成組，究其原因，可能與植物生長適應(yīng)環(huán)境的因素有關(guān)，德興與婺源同屬江西上饒，表明兩地種源親緣性較高；而樂平產(chǎn)地種源來自德興，為高海拔(平均700～800 m)向低海拔(平均60 m)引種的人工種植林，長期以來的人為砍雜、選擇等干擾措施結(jié)合不同生境的適應(yīng)，可能造成了該地種實性狀與原種源產(chǎn)地的差異；同樣，武夷山產(chǎn)地與其他產(chǎn)地分化較大，而武夷山產(chǎn)地平均海拔(平均1 190 m)高于其他產(chǎn)地，高海拔的氣候可能造成了浙江紅花油茶種實性狀的分化。研究表明，環(huán)境因子影響了植物的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率等指標(biāo)，影響籽數(shù)、果徑和千粒質(zhì)量及產(chǎn)量等經(jīng)濟性狀[27]，不同種群間的性狀變化也反映了物種對環(huán)境變化的響應(yīng)[28-29]。本研究中種實性狀及其產(chǎn)地生態(tài)因子相關(guān)性分析結(jié)果表明，果皮厚度與海拔呈正相關(guān)并達到顯著水平，千粒質(zhì)量與降水量呈正相關(guān)并達到顯著水平。因此推測環(huán)境差異對浙江紅花油茶種實性狀變異具一定的影響，海拔升高，年均氣溫降低，果皮厚度適當(dāng)增加從而適應(yīng)低溫環(huán)境；而降水量充裕，則有利于種子的生長發(fā)育，從而促進千粒質(zhì)量的提高。浙江紅花油茶作為自然生境高海拔樹種，向低海拔引種必然存在環(huán)境適應(yīng)性問題，而對于引種到不同區(qū)域后由于海拔、氣候等環(huán)境條件改變造成的性狀分化值得進一步研究。