小果冬青種實性狀研究

李 田，何素琳，溫 強，樓浙輝，幸偉榮，桂麗靜

（江西省林業(yè)科學院，江西 南昌330013）

小果冬青（Ilex micrococca）是冬青科冬青屬落葉高大喬木。冬青屬的相關科研成果不多，主要集中在有觀賞性且耐寒的北美冬青（I.verticillata）、有藥用和食用價值的鐵冬青（I.rotunda）、毛冬青（I.pubescens）、大葉冬青（I.latifolia）等樹種，目前小果冬青的研究主要是繁育技術方面的[1-2]，而其具備的速生、藥用特性都有研究價值。為了能篩選出適合觀賞的品種，用不同種源的小果冬青種子，對種實性狀數(shù)據(jù)上的差異來進行綜合評價，從而找出表現(xiàn)優(yōu)秀的種源，對于后續(xù)的選優(yōu)育種工作有很大的幫助。

1 主要特征

1.1 生長特征

小果冬青花白色，雌雄異株，花期5－6月，果期9－10月。小枝粗壯，無毛，具白色、圓形或長圓形的氣孔。葉紙質(zhì)，先端長漸尖，邊緣具芒狀鋸齒[3]。

1.2 分布區(qū)域

本文得到中國數(shù)字植物標本館網(wǎng)站（CVH）的大力協(xié)助，免費提供了國家標本資源共享平臺數(shù)據(jù)庫中小果冬青標本的采集信息。圖1為利用這些標本信息數(shù)據(jù)，按省份進行分類統(tǒng)計而繪制的條形圖?？梢钥吹叫」嘣陂L江以南各省均有分布，但在云貴川等高海拔省份分布較多，這些省份都有眾多高山山脈及其余脈，說明小果冬青不耐北方的低溫，更適宜生長在海拔較高、氣候溫濕的亞熱帶地區(qū)。小果冬青的果實是鳥類過冬的食物來源之一，鳥類的傳播使小果冬青分布區(qū)域很廣，但在采種過程中極少見到有小果冬青種群，多數(shù)呈單株分布[4-6]。

1.3 分布生境

小果冬青生境為山地常綠闊葉林，圖2是對所有標本采集的海拔高度進行分類統(tǒng)計后繪制的柱狀圖，可以看出小果冬青偏向于海拔較高的闊葉林，主要分布于海拔600~1 100 m的區(qū)域范圍內(nèi)。常綠闊葉樹種由于爭奪陽光普遍比較高大，作為高大喬木的小果冬青也能輕松適應生存競爭，但是樹齡較長、胸徑較大的小果冬青難以見到[7-8]。

圖2 現(xiàn)有小果冬青標本采集的海拔統(tǒng)計Fig.2 The altitude chart of existing specimens of I.micrococca

1.4 果實特征

小果冬青果實的直徑一般在3~4 mm，漿果，外果皮很薄，中果皮肉質(zhì)化，內(nèi)果皮為革質(zhì)，果蒂是平展近圓形的宿存花萼，有淺裂，直徑2 mm左右，與果枝相連處略有突起；果臍是宿存的柱頭，呈厚盤狀，直徑在1 mm左右。果序與花序相同，都呈二到三回三歧聚傘狀排列（圖3），即中間的果枝兩側(cè)分生一對側(cè)枝，側(cè)枝通常相較主枝更為粗壯；兩個側(cè)枝的枝頂又以同樣方式各分生出一組三歧果枝，甚至還會著生出第三級的三歧果枝。這是小果冬青區(qū)別于其它冬青科植物的重要特征。

圖3 小果冬青的二回三歧聚傘狀果序Fig.3 Dichotomous tridentate cymose infructescence of I.micrococca

小果冬青果實呈聚傘狀排列，未成熟時呈綠色，成熟后變紅，這種團狀的果序使得落葉后，遠觀枝頭時像掛著無數(shù)個紅球，有強烈的景觀效果。新摘的果實脆硬，存放數(shù)天后會變得柔軟多汁。和冬青科其它冬青品種一樣，小果冬青也存在結(jié)黃色果實的變種。小果冬青為雌雄異株，但是在野外經(jīng)常發(fā)現(xiàn)周圍只存在單株的情況下依然果實累累，可能是沒有完全退化，有自花授粉的功能。

1.5 種子觀察

小果冬青的種子呈桔子的瓤瓣狀聚成球形，顏色為深棕色，肉眼可以隱約看出種子外面附著一層薄的白色物質(zhì)。在40倍的顯微鏡下可以看出外面是一層白色膠狀物質(zhì)（圖4），用清水無法清洗掉。通過實驗，無論是用草酸或是燒堿浸泡，均無法使其被腐蝕。刮去膠質(zhì)層后露出土黃色的種殼，其表面的紋路類似花生殼的網(wǎng)絡狀脈紋。

圖4 小果冬青種子外層的膠狀物質(zhì)（左）及種殼（右）Fig.4 The gelatinous material on the outer layer of I.micrococca seeds(left)and the shell(right)

2 材料與方法

2.1 實驗材料

為了研究小果冬青的種實性狀，從全國各地收集不同單株的果實9份，共計7個種源，3個家系。每個種源的基本情況見表1。

表1 不同種源母株的生長特性Tab.1 Growth characteristics of different provenances seed tree

2.2 試驗方法

果實性狀：每個種源隨機取50個果實，測量其橫徑、縱徑、千粒重、千粒脫水重、含水率以及每個果實中種子數(shù)量。

種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢：將儲藏的小果冬青果實用水浸泡2~3 d后搓去果皮及果肉，清洗干凈后繼續(xù)浸泡，直到水面飄浮極少的種子。隨機選取100粒種子播于發(fā)芽沙箱，用保溫膜覆蓋，放置到溫度和陽光相對穩(wěn)定的地方。在種子發(fā)芽后開始每日記錄，在連續(xù)3 d發(fā)芽數(shù)不發(fā)生變化開始統(tǒng)計：發(fā)芽率=（發(fā)芽種子粒數(shù)÷測試種子粒數(shù)）×100%；用統(tǒng)計期內(nèi)發(fā)芽數(shù)最多的一天進行計算：發(fā)芽勢=（規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)÷測試種子粒數(shù)）×100%。

數(shù)據(jù)處理：使用SPSS 22.0軟件進行分析，對不同種源的小果冬青種實性狀用平均值±標準誤差來表示，并進行LSD多重差異比較。最后，加入發(fā)芽率和發(fā)芽勢的數(shù)據(jù)后進行不同種源的主成分分析和聚類分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 種實指標描述統(tǒng)計

小果冬青的種實性狀各項指標見表2，其中縱徑、橫徑、縱橫比和種子數(shù)等數(shù)據(jù)進行了LSD多重比較。為了進一步研究種源與種實性狀間的關系，再用主成分分析法和聚類分析法進一步分析[9-13]。

表2 不同種源的種實指標描述統(tǒng)計Tab.2 Different provenance of solid indicator describing statistics

3.2 主成分分析

3.2 .1 提取因子

將不同種源的種子按縱徑、橫徑等9個變量在SPSS中進行因子分析，提取因子的方法選擇主成分分析法，設定特征值需大于1。得到表3。

表3 因子解釋原有變量總方差的情況Tab.3 The factor explains the total variance of the original variable

按照主成分提取的條件，前3個主成分符合特征值大于1要求，而且他們在總特征值中所占比重累加達86.399%，說明提取這3組主成分原有變量信息丟失較少，因子分析的效果比較理想。

3.2 .2 各主成分的解釋

表4 左半部分是3組主成分中各變量所占的比重，右半部分是左表實行正交旋轉(zhuǎn)（目的是為了重新分配各個因子的的解釋原始變量方差的比例，使每個主成分中的主要因子更易于歸納總結(jié)其含義[14]）后3個主成分中各變量所占比重。

表4 旋轉(zhuǎn)前后的因子載荷矩陣Tab.4 Factor load matrix before and after rotation

從旋轉(zhuǎn)后的載荷值可以看出，第1主成分中千粒重、縱徑、千粒脫水重、橫徑4個因子具有較高載荷，表明種實的形狀與種實的重量相關；第2主成分中橫縱比與種子數(shù)2個因子有較高載荷，此外橫徑與發(fā)芽率也有一定的載荷，表明種實的橫徑與所含的種子數(shù)有關，還與發(fā)芽率有一定相關性；第3主成分中種子的含水率、發(fā)芽勢2個因子有相對較高的載荷，表明種子含水率的高低與種子的發(fā)芽快慢程度有關，同時與種實的重量呈負相關。

3.2 .3 綜合得分

根據(jù)表3中前3個主成分特征值所占比重，可以得到計算綜合得分的模型公式為：

計算過程略，最終得到綜合得分排名前4位的種源依次是：重慶、江西修水、江西婺源、浙江寧波P2。

3.3 聚類分析

對所有樣本的果實性狀指標進行系統(tǒng)聚類分析，圖5是樣本聚類（Q型聚類）得到的樹形圖。

圖5 聚類分析的樹形圖Fig.5 Tree diagram of cluster analysis

從圖5可以看出，在歐式距離D=5處分成了2個大類，其中第一個大類又可以分為2個小類：一個是千粒重適中，而且其它指標也相對不錯的，由浙江的P1和P2、江西婺源、江西龍勝的種源聚類而成；另一個是千粒重偏小，含水率低，但發(fā)芽率較高的，由江西井岡山和浙江P3的種源聚類而成，這兩個小類因為發(fā)芽率等指標相近合并成了一個大類。第二個大類也分為了2個小類，一個是千粒重較大，但是發(fā)芽率及含水率偏低，由江西修水和云南景洪的種源聚成，另一個小類是由重慶種源組成，因發(fā)芽率較高而稍稍有別于前者。

4 結(jié)論與討論

通過主成分1的因子載荷值，可知千粒重與縱徑有較大相關性，這是因為小果冬青的果實大部分呈球形或柿形，縱徑越大意味著果形越大，果實的質(zhì)量也相對較大。由于營養(yǎng)分配的問題，同一株小果冬青的果實也會存在大小區(qū)別，甚至同一枝的果形和果徑也存在差異。不同種源間果實性狀差異更大，比如重慶種源比廣西龍勝種源的橫徑大了22%。但是數(shù)據(jù)也表明，果實的質(zhì)量大小與發(fā)芽率是呈反相關的。

《中國植物志》記載：“小果冬青有分核6~8個”，但在實際清點中，發(fā)現(xiàn)每個種源中都有一部分果實含有9粒種子，重慶種源的果實甚至含有12粒種子。果實的橫徑越大意味著果實的體積也越大，可以容納更多的種子。主成分2的因子載荷值揭示了橫縱比與種子數(shù)及發(fā)芽率之間存在顯著的相關性，而且橫縱比與橫徑正相關，與縱徑反相關，說明果實呈扁平柿形的種子越多，而且發(fā)芽率越高。由于部分果實中有1~4粒未成熟的種子，果實發(fā)育不充分，降低了橫徑與種子數(shù)的關聯(lián)性。

主成分3顯示果實含水率和發(fā)芽勢因子載荷值較高。通過表2中果實種子數(shù)與千粒重的折算，1 kg果實有將近20萬粒種子，在發(fā)芽實驗中，剛清洗干凈的種子會密密麻麻地浮在水面，小果冬青的種子透水過程十分緩慢，持續(xù)浸泡3~5 d之后，絕大部分種子都會陸續(xù)沉入水中，說明有水分滲入使重量增加了。小果冬青即使催芽了也存在發(fā)芽不整齊的情況，甚至半年之后仍有新芽發(fā)出。不同種源間種子最快出芽時間相差不大，但是一天內(nèi)出芽數(shù)量存在差別，所以發(fā)芽勢是一個重要參考指標。

通過聚類分析，不同種源圍繞千粒重這個變量劃分成3個大類，同樣千粒重也是主成分1中載荷最大的，所以它是一個決定性的重要指標。分別查看主成分分析綜合評價前4的種源：重慶、江西修水、江西婺源、浙江寧波P2，就能發(fā)現(xiàn)重慶和江西修水種源聚為一類，原因是它們的縱徑數(shù)據(jù)無顯著差異，千粒脫水重均極大；江西婺源、浙江寧波P2種源另聚一類，原因是它們的含水率和脫水后重量等權重指標值相似。

通過上述數(shù)據(jù)分析得到的優(yōu)勢種源可以為品種選優(yōu)提供數(shù)據(jù)支撐，當然，這兩種分析方法都有一些局限性，聚類分析法容易受內(nèi)部方差較大的變量影響，主成分分析法又無法按我們重點關注的指標進行評價。小果冬青種子生物學性狀存在豐富的變異，其他表達種實性狀的指標存在缺失，種子性狀篩選還需要在全國不同區(qū)域采集更多種源，再結(jié)合生長特性試驗進行綜合判斷，為優(yōu)良種質(zhì)資源評價與選育提供理論依據(jù)[15]。