西南紅山茶天然居群種實(shí)表型性狀變異分析

李 芳， 霍 達(dá)， 王 進(jìn)， 徐嘉娟， 朱亞艷， 楊 冰， 許 杰， 羅 揚(yáng)

(貴州省林業(yè)科學(xué)研究院， 貴陽 550005)

表1 西南紅山茶天然居群地理位置

貴州獨(dú)特的地質(zhì)地貌及氣候類型，造就了油茶生境的多樣性，長期的地理阻隔及對生境的適應(yīng)，加之油茶為異花蟲媒受粉樹種，導(dǎo)致雜種后代的性狀類型豐富，為選育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)及高抗的優(yōu)良種質(zhì)提供了豐富的材料[1]。

西南紅山茶(Camelliapitardii) 是山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)植物，是高原山地優(yōu)質(zhì)特色木本油料樹種。生于海拔1 000～2 400 m的林下、林緣或灌叢中。在貴州西部至中部、四川西南部至南部、云南南部至東南部、廣西北部、湖南西部和湖北西部均有分布[2]。目前相關(guān)研究工作主要涉及其種質(zhì)資源開發(fā)及利用[2]、果實(shí)性狀及含油量分析[3-6]、以及生長環(huán)境和植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對西南紅山茶生長發(fā)育影響[7-14]方面，研究表明，西南紅山茶花表型變異豐富[15]，但對于西南紅山茶種實(shí)表型多樣性的研究頗為有限。

表型性狀多樣性是植物遺傳多樣性的一個重要組成部分，植物的表型性狀包括葉、花、種實(shí)及樹體性狀等，但對于產(chǎn)果類經(jīng)濟(jì)樹種來說，種實(shí)性狀尤為重要[16]。西南紅山茶是油料樹種，優(yōu)質(zhì)的茶籽是提取茶油的關(guān)鍵，茶籽的質(zhì)量由種實(shí)性狀決定。故本研究采用多重比較、相關(guān)性分析、聚類分析、主成分分析等方法，綜合分析西南紅山茶種實(shí)性狀的表型多樣性，為西南紅山茶種質(zhì)資源的保存和利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 樣本的來源與采集

2019年9月至10月對貴州境內(nèi)盤縣老廠林場(P 1)、盤縣松河(P 2)、盤縣柏果(P 3)、盤縣八大山(P 4)，七星關(guān)陽山公園(P 5)、清鎮(zhèn)九龍山(P 6) 、貴定云霧(P 7)以及開陽毛云(P 8)等西南紅山茶天然居群分布區(qū)進(jìn)行調(diào)查，每個居群內(nèi)隨機(jī)選取1～7株長勢正常、無明顯缺陷和病蟲害的個體，株間距離大于30 m，并進(jìn)行掛牌標(biāo)記。各采樣點(diǎn)的單株數(shù)量和地理位置等基本情況見表1。

1.2 表型性狀測定方法

每個單株隨機(jī)選取3組(每組30個)果實(shí)，野外記錄果實(shí)形狀和果實(shí)顏色；用游標(biāo)卡尺測定果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果皮厚度，并由果縱徑/果橫徑的值得到果形指數(shù)；用天平測定鮮果重、單果鮮籽重，并記錄單果茶籽數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel軟件和SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性、相關(guān)性、聚類分析及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同居群西南紅山茶種實(shí)變異特征

對8個天然居群的西南紅山茶的果縱徑(FVD)、果橫徑(FHD)等7個表型性狀的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行分析。由表2可知，8個居群的各個性狀的均值在居群間無顯著規(guī)律，同一性狀在不同居群間均值也存在一定的差異。果縱徑均值最大的分別是P 8(34.33 mm)、P 2(31.58 mm)、P 1(30.83 mm)，最小的是P 5(20.04 mm)；果橫徑均值最大的分別是P 8(39.21 mm)、P 1(36.51 mm)、P 2(35.22 mm)，最小的是P 7(23.81 mm)；單果重量均值最大的分別是P 8(28.89 g)、P 1(21.01 g)、P 2(20.48 g)，最小的是P 7(7.30 g)；由此看出果橫徑與單果重量之間存在線性相關(guān)關(guān)系，這與靳高中[20]等的研究結(jié)論相同。結(jié)果表明，P 8居群的果實(shí)個體整體較大，果縱徑、果橫徑、單果重和籽粒重的均值均高于其他居群；P 5居群的果實(shí)個體較小，果縱徑、果橫徑、果殼厚度、單果重和籽粒重的均值均低于其他居群。

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[17]。從表3可以看出，同一性狀因居群不同變異的豐富程度也不同，西南紅山茶種實(shí)各性狀的平均變異系數(shù)(CV)為29.18%，變異幅度為13.21%～51.03%，其中果縱徑(13.85%)和果橫徑(13.21%)的變異系數(shù)較小，說明西南紅山茶果縱徑和果橫徑的變異幅度最小，穩(wěn)定性高，在所有性狀中是最穩(wěn)定的，其次是果形指數(shù)(17.82%)，故果形指數(shù)常作為果實(shí)形狀分類的一個指標(biāo)[18]，同時說明天然居群中的西南紅山茶的果實(shí)大小和果實(shí)形狀變異較小，性狀穩(wěn)定。籽粒數(shù)(39.58%)和籽粒重(51.03%)的變異系數(shù)較大，說明籽粒數(shù)和籽粒重的穩(wěn)定性差，容易受環(huán)境影響。籽粒重的變異系數(shù)超過50%，則可能與采集種子的成熟度有關(guān)。8個居群7個性狀的平均變異系數(shù)為22.30%～38.44%，均大于20%，說明各居群變異程度整體上較高。其中，P 3居群的變異系數(shù)(38.44%)最高，其次是P 6居群(34.82%)和P 4居群(31.95%)，均高于30%，說明P 3、P 6、P 4居群的表型多樣性豐富。P 5居群的變異系數(shù)(22.30%)最低，說明該居群的表型多樣性程度較低。

表2 西南紅山茶8個居群間表型性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及多重比較

表3 西南紅山茶8個居群表型性狀變異系數(shù)

2.2 種實(shí)性狀間的相關(guān)性分析

由表4可以看出，7個性狀間存在不同程度的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)介于-0.235～0.911之間，除果形指數(shù)與其他性狀間相關(guān)性不顯著以外，其余各性狀間均存在正負(fù)顯著或正負(fù)極顯著相關(guān)關(guān)系。其中，果縱徑和果橫徑均與果殼厚度、單果重、籽粒重和籽粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，同時也應(yīng)證了前面提到的“果橫徑與單果質(zhì)量之間存在一定線性關(guān)系”的觀點(diǎn)；果形指數(shù)與果縱徑呈極顯著正相關(guān)，與果橫徑和單果重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與果殼厚度、籽粒數(shù)和籽粒重3個性狀相關(guān)性不顯著，說明果形指數(shù)這一性狀較穩(wěn)定；果殼厚度與單果重呈極顯著正相關(guān)，與籽粒數(shù)和籽粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，籽粒數(shù)和籽粒重是影響茶籽產(chǎn)量的重要指標(biāo)，果殼越薄，籽粒數(shù)和籽粒重越大，茶籽產(chǎn)量越高，說明果殼厚度可作為西南紅山茶優(yōu)良單株選擇的參考指標(biāo)。

2.3 西南紅山茶種實(shí)性狀的多樣性分析

參照彭邵鋒等[19]、姚小華等[20]的方法，根據(jù)果形指數(shù)和實(shí)際目測的效果，將參試的西南紅山茶果形分為球形、臍形、桔形、桃形和梨形五類。西南紅山茶的果形多樣，同一單株兼具有不同的果形。從表5可以看出，西南紅山茶的果形多為桔形，占總數(shù)的39.75%，其次是桃形，占總數(shù)的34.58%，少數(shù)為臍形，僅占7.13%；西南紅山茶的果色以青黃色為主，占總數(shù)的59.71%，其次是紅黃色，占總數(shù)的26.02%，少數(shù)為黃綠色和青紅色，均占總數(shù)的3.57%。

表4 西南紅山茶種實(shí)性狀的相關(guān)性分析

表6 西南紅山茶種實(shí)性狀多樣性指數(shù)

表5 西南紅山茶果形和果色性狀不同類型的頻率分布和多樣性指數(shù)

Shannon-Weiner多樣性指數(shù)是豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)[21]。8個天然居群西南紅山茶7個種實(shí)性狀Shannon-Weiner多樣性指數(shù)見表6。西南紅山茶7個種實(shí)性狀的多樣性指數(shù)在1.517～2.273之間，變化范圍較大，平均多樣性指數(shù)值為1.882，變異較豐富。

2.4 表型性狀的聚類分析

基于7個種實(shí)表型性狀指標(biāo)對27個西南紅山茶單株進(jìn)行UPGMA聚類分析(如圖1)。結(jié)果顯示，在歐氏距離14的閥值處可將27個西南紅山茶單株劃分為5個大類，第Ⅰ類包括3、4、9、……、8等13個單株；第Ⅱ類只有6這1個單株；第Ⅲ類僅有23和24這2個單株；第Ⅳ類也僅有22、25、14等3個單株；第Ⅴ類包括16、20、2……21等8個單株。而在歐氏距離20的閥值處可將27個西南紅山茶單株劃分為3個大類。在歐氏距離14的閥值處P 1居群的單株6單獨(dú)劃分為一類；P 6居群的23，24單獨(dú)劃分為一類，而22則劃分在另外一類中?？偟膩砜矗?7個單株并沒有依據(jù)居群劃分進(jìn)行聚類，同一居群的西南紅山茶單株分散在不同大類中，并未表現(xiàn)出區(qū)域上的特異性。長期的地理阻隔和生境的不連續(xù)，加上油茶為典型的異花受粉植物且傳粉昆蟲的單一，加劇了物種表型性狀的分化。

圖1 27個西南紅山茶單株表型性狀聚類圖

2.5 種實(shí)性狀的主成分分析評價

采用主成分分析法對8個天然居群的27個西南紅山茶單株的7個種實(shí)性狀進(jìn)行綜合分析。表7表明，主成分構(gòu)成的主要信息主要集中在前3個主成分，特征值總和為5.995，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)85.632%，可以反映所有7個性狀的大部分信息。主成分特征向量絕對值反映了其對主成分的影響程度[22]，由表7可知，第一主成分特征值為3.672，貢獻(xiàn)率52.453%，其中作用最大的性狀有單果重、果橫徑、籽粒數(shù)、果縱徑，其特征向量值分別為0.942、0.905、0.902、0.835；第二主成分特征值為1.179，貢獻(xiàn)率16.843%，主要反映了果皮厚度性狀，特征向量值為0.853；第三主成分特征值為1.144，貢獻(xiàn)率16.336%，主要反映果形指數(shù)性狀，特征向量值為0.867。

3 結(jié)論與討論

西南紅山茶天然居群分布不連續(xù)，加上貴州地形地貌錯綜復(fù)雜，山高坡陡，生境片斷化較嚴(yán)重，所以不同居群間很難發(fā)生基因交流，故導(dǎo)致了物種的明顯分化。變異系數(shù)表征了性狀值的離散程度，其大小描述了性狀的變異狀況，在7個性狀中變異系數(shù)最大的是籽粒數(shù)和籽粒重，可能與其易受環(huán)境的影響有關(guān)，因此，在今后的人工栽培中可通過增加施肥、除草、修枝等管理措施提高其籽粒數(shù)和籽粒重來增加經(jīng)濟(jì)效益，最小的是果橫徑和果縱徑，其次是果形指數(shù)，說明西南紅山茶果實(shí)大小和果形較穩(wěn)定；相關(guān)性分析顯示7個種實(shí)性狀除果形指數(shù)與果殼厚度、籽粒數(shù)、籽粒重相關(guān)性不顯著外，其余各性狀間均存在顯著或極顯著的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。

對西南紅山茶果形和果色性狀的頻率分布和多樣性指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，西南紅山茶的果形呈多樣化，主要為球形、臍形、桔形、桃形和梨形五大類，但桔形分布頻率最大(占總數(shù)的39.75%)；果色以青黃為主(占總數(shù)的59.71%)。8個天然居群西南紅山茶7個種實(shí)性狀Shannon-weiner多樣性指數(shù)為1.517～2.273，平均多樣性指數(shù)值為1.882，變異較豐富。徐嘉娟等[1]研究表明，廣泛的變異和豐富的遺傳基礎(chǔ)，可為望謨紅球遺傳改良提供豐富的材料，目前，西南紅山茶主要集中分布在貴州省盤州市，且多處于野生、半野生和實(shí)生栽培狀態(tài)，天然雜交形成的自然變異和人工選擇的干預(yù)，形成了多種變異類型，說明西南紅山茶遺傳改良材料豐富，加上西南紅山茶為高原山地特色油料樹種，故發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

西南紅山茶8個天然居群27個單株表型性狀的聚類結(jié)果顯示，27個單株并沒有依據(jù)居群劃分進(jìn)行聚類，同一居群的西南紅山茶單株分散在不同大類中，各居群并未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。主成分分析結(jié)果表明，前3個主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)85.632%。第一主成分特征向量較大的性狀有單果重、果橫徑、籽粒數(shù)、果縱徑，說明果實(shí)大小和單果重量可作為優(yōu)良單株選擇和良種選育的參考指標(biāo)。第二主成分、第三主成分分別反映了果殼厚度和果形指數(shù)，說明果殼厚度和果形指數(shù)在育種選擇中也占有一定地位，徐嘉娟等[1]在望謨紅球油茶種實(shí)變異分析中也提到：果形可作為油茶新品種選育的一個重要的參考指標(biāo)。

由此可知，果實(shí)大小和果實(shí)形狀以及果殼厚度可作為西南紅山茶優(yōu)良單株選擇或良種選育的參考指標(biāo)，為今后的育種選擇提供理論依據(jù)。

各類文獻(xiàn)規(guī)范數(shù)據(jù)選項(xiàng)表