不同種源黃連木苗期生長性狀比較及評價*

許澤楠，王鑫，王琦，常格，鄧偉，路丙社

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

黃連木(Pistaciachinensis)為漆樹科(Anacardiaceae)黃連木屬(Pistacia)落葉喬木，廣泛分布于河北、河南、山東和江蘇等地，耐干旱瘠薄，對土壤要求不高，枝干挺拔，樹形優(yōu)美，是極具開發(fā)前景的鄉(xiāng)土觀賞樹種[1-2]。黃連木的應(yīng)用價值比較廣泛，不僅可用作阿月渾子(P.vera)的嫁接砧木[3]，而且果實含油率高達42.5%，既可以食用[4]，又可以用于工業(yè)生產(chǎn)[5]，是特有的木本油料和重點發(fā)展的生物質(zhì)能源樹種[6]。前人關(guān)于黃連木的研究主要集中在資源調(diào)查及評價[7]、生物能源利用[4-6]和栽培繁育技術(shù)[8-9]等方面，而對不同種源黃連木幼苗在相同地域下的根系指標與生物量的比較研究未見報道。為了提升黃連木整體的栽培質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)種源的篩選是必不可少的[10]，而篩選優(yōu)良種質(zhì)資源最直接、較全面的方法就是對其生長指標的差異性進行比較分析[11]。主成分分析就是考慮到各個指標之間的相互關(guān)系，利用“降維”的思想，將多個指標轉(zhuǎn)換為不相關(guān)的少數(shù)指標[12]，以便于多性狀、多指標間進行比較。目前，此方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用在棕櫚(Trachycarpusfortunei)[10]、閩楠(Phoebebournei)[13]、猴樟(Cinnamomumbodinieri)[14]等多種植物的種源試驗中。

河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 20 多年來一直致力于黃連木屬阿月渾子引種研究，在黃連木遺傳多樣性分析、抗性生理、生殖生物學(xué)以及種間雜交等方面也有不少研究。 黃連木在河北地區(qū)適應(yīng)能力較強，生長發(fā)育良好，性狀也比較穩(wěn)定，為篩選黃連木優(yōu)質(zhì)種源提供有利條件[15-18]。為比較不同種源黃連木幼苗的生長情況，本試驗以采自河北、河南、山東省等13個種源地的黃連木種子為材料，測定13個種源幼苗的株高、地徑、根系生長指標與生物量，并通過聚類、相關(guān)性和主成分分析以及整體評分，初步篩選出出苗期生長狀況良好的黃連木種源，旨在為河北地區(qū)黃連木的種源選擇、育苗育種等方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗點位于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)三分場基地(38°80′67″N,115°42′43″E)，其地處華北平原，海拔20 m，屬于南溫帶亞濕潤氣候。年平均氣溫8～18 ℃，極端最低氣溫-20 ℃，極端最高氣溫43 ℃；年日照2 500～2 900 h，無霜期165～210 d；年均降水500 mm左右，主要集中在7—8月。

1.2 試驗材料

本試驗所需的成熟黃連木種子采集于2019年9月—2019年12月，種源地信息見表1。所選取的黃連木種子分別來自河北、河南、山東和江蘇地區(qū)。不同居群之間的距離不小于30 km，采種樹之間的距離須在30 m以上。選擇結(jié)實能力較強，且生長健壯、樹形優(yōu)美、無病蟲害的黃連木大樹為采種樹，每個居群選取10株進行采種。種子采回后，將其去皮晾干，然后沙藏處理 100 d，于2020年3月統(tǒng)一播種于試驗基地內(nèi)。播種前對試驗田進行翻整，將種子條播，每行間隔40 cm，覆蓋2～3 cm的土壤并澆水。播后進行除草、施肥等養(yǎng)護管理[19]。

表1 不同黃連木居群信息Tab.1 Source information of different P.chinensis

1.3 測定方法

于2020年9月，在13個種源中進行隨機抽樣，每種源10株幼苗，將其掛牌標記，測量其苗高和地徑，分別精確到0.01 cm和0.01 mm。然后嚴格按照要求，小心將幼苗挖出，必須保證根系完整，用清水慢慢沖洗掉土壤和廢渣，于陰涼處自然風(fēng)干。將每株幼苗的根、莖、葉分別收集備用。

苗木地下部分指標的測定 根系用根系掃描分析儀進行掃描，通過WinRHIZO軟件對根系掃描圖像進行分析，得到總根長(cm)、主根長(cm)、根系表面積(cm2)、總根體積(cm3)、根尖數(shù)、根平均直徑，掃描后的根系留待測定生物量。

生物量測定 試驗苗木的根、莖、葉用60 ℃的烘箱進行烘干，恒重后用電子天平分別稱重，得到根干質(zhì)量(g)、葉干質(zhì)量(g)、莖干質(zhì)量(g)、總生物量(g)、根冠比。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過 Microsoft Excel 2007軟件制作圖表，并用SPSS 13.0 軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源黃連木苗期的生長情況

2.1.1 苗高和地徑的比較

不同種源黃連木幼苗的生長狀況見圖1。

圖1 不同種源黃連木苗高和地徑的比較Fig.1 Comparison of seedling height and ground diameter of P.chinensis from different provenances

不同種源間苗高和地徑均存在顯著性差異(P<0.05)。其中，13個種源黃連木幼苗的苗高范圍為9.76～30.74 cm，紅鶴種源的最大(30.74 cm)，沭陽種源的最小(9.76 cm)，且前者是后者的3.15倍；地徑的范圍為1.45～3.09 mm，南果種源的最大(3.09 mm)，沭陽種源的最小(1.45 mm),兩者相差2.13倍。

2.1.2 根系的比較

不同種源黃連木的根系指標分析結(jié)果見表2。各個種源根系指標中除了主根長，其他根系指標均存在顯著差異(P<0.05)。其中，總根長變幅為3.33～7.08 m，根系表面積變幅為39.26～218.60 cm2，根總體積變幅為0.43～5.38 cm3，三者最大的都是南果種源，分別為7.08 m、218.60 cm2和5.38 cm3，最小的是沭陽種源，分別是3.33 m、39.26 cm2和0.43 cm3；根尖數(shù)的變幅為616.80～1 622.40，固新種源最大(1 622.40),沭陽種源的最小(616.80)，前者比后者根尖數(shù)多1 005.60；根平均直徑的變幅為0.41～0.97 mm，南果種源的最大(0.97 mm)，曲陽種源的最少(0.41 mm)，南果是曲陽的2.37倍。

表2 不同種源黃連木根系各指標的比較Tab.2 Comparison of root system indexes of P.chinensis from different provenances

2.1.3 生物量的比較

不同種源黃連木生物量的比較結(jié)果見表3。不同種源黃連木的根、莖、葉和總生物量均存在顯著差異(P<0.05)。其中，在總生物量上，南果種源的最多，為2.54 g。沭陽種源的最少，為0.32 g；在生物量的分配方面，南果種源的地下部分和地上部分生物量分別為0.48 g和2.07 g，都是最大的。沭陽種源的地下部分和地上部分生物量分別為0.07 g和0.25 g，都是最小的。其他種源分布于兩者之間。除此之外，在根冠比方面，東崗和紅旗種源都是0.64，為最大值；曲陽種源為0.12，為最小。

表3 不同種源黃連木各部位干質(zhì)量的比較Tab.3 Comparison of dry weight of P.chinensis from different provenances

2.2 不同生長指標與種源地地理環(huán)境的相關(guān)性

由表4可知，不同種源黃連木的苗高、總根長、主根長、根系表面積、總根體積、根尖數(shù)和根平均直徑都與海拔呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，地徑和總生物量與海拔呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；苗高、地徑、總根長、主根長、根系表面積和總生物量都與年降水量呈顯著負相關(guān)(P<0.05)；地徑和總生物量與經(jīng)度呈顯著負相關(guān)(P<0.05)，其他指標與環(huán)境因子相關(guān)性不顯著(P>0.05)，說明黃連木在海拔較高且降水較少的這一類地區(qū)根系更發(fā)達，生長情況更好。

表4 黃連木生長指標與種源地地理環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficient between P.chinensis growth index and geographical environment factors of provenance

2.3 不同種源黃連木幼苗生長指標的聚類分析

由圖2可知，當歐式距離約為8.0時，13個種源可以分為三大類。第Ⅰ大類包括卜連和唐縣，第Ⅱ大類包括紅鶴、駕游、紅旗、濰坊、南果、固新和東崗，第Ⅲ大類包括白芟、新鄉(xiāng)、曲陽和沭陽。由每個大類的黃連木幼苗生長情況(表5)可知，第Ⅱ大類的幼苗的生長指標平均值最高，第Ⅲ大類的幼苗的生長指標平均值最低。

表5 各大類黃連木幼苗的生長情況Tab.5 Growth of P.chinensis seedlings

圖2 不同種源黃連木苗期性狀聚類分析結(jié)果Fig.2 Cluster analysis results of seedling characters of P.chinensis from different provenances

2.4 不同種源黃連木幼苗生長指標的主成分分析

通過對不同種源黃連木的苗高、地徑、主根長等13個生長指標進行主成分分析，結(jié)果見表6?？芍?主成分特征值為8.600，方差貢獻率為66.155%；第2主成分特征值為2.714，方差貢獻率為20.880%。兩種主成分累計貢獻率為87.035%，因此選第1主成分和第2主成分。

表6 不同種源黃連木苗期生長形狀的主成分分析結(jié)果Tab.6 Principal component analysis results of seedling growth shape of P.chinensis from different provenances %

由兩種主成分的初始因子載荷矩陣矩陣(表7)可知，苗高、地徑、總根長、主根長、根系表面積、總根體積、根尖數(shù)、根平均直徑、根干質(zhì)量、葉干質(zhì)量、莖干質(zhì)量、總生物量和根冠比13個指標在兩個主成分中均有較高載荷，可以從整體上反映出黃連木幼苗的生長狀況。

表7 初始因子載荷矩陣Tab.7 Initial factor load matrix

通過主成分分析結(jié)果，對13個黃連木種源幼苗進行綜合評估，結(jié)果見表8。

表8 不同種源黃連木幼苗生長性狀主成分分析綜合評價結(jié)果Tab.8 Comprehensive evaluation results of principal component analysis of growth characters of P.chinensis seedlings from different provenances

由表8可知，在試驗田中，南果、紅鶴、濰坊和固新4個種源的黃連木幼苗生長表現(xiàn)良好，沭陽的表現(xiàn)最差。按照綜合得分由高到低，對13個種源進行排序，依次為南果、紅鶴、濰坊、固新、駕游、東崗、唐縣、紅旗、卜連、白芟、新鄉(xiāng)、曲陽、沭陽。

3 討論與結(jié)論

在林木改良過程中，時間是測定和評價優(yōu)良性狀的主要障礙。由于林木在各個發(fā)育階段之間的緊密聯(lián)系，可通過“幼—成”的相關(guān)關(guān)系來評估其在林木成年期后的表現(xiàn)[20]。因此，可以通過不同種源黃連木苗期的生長情況比較分析，較早地評選出優(yōu)質(zhì)種源。本試驗中，不同種源黃連木的地下部分生長指標以及生物量方面均存在顯著差異，這種情況與前人有關(guān)任豆(Zeniainsignis)[21]、苦楝(Meliaazedarach)[22]、烏桕(Sapiumsebiferum)[23]、馬褂木(Liriodendronchinense)[24]、鐵橡櫟(Quercuscocciferoides)[25]的研究結(jié)果保持一致，說明在優(yōu)質(zhì)種源篩選時，苗期變異具有很大的育種潛力。

吳志莊等[26]對黃連木天然群體的表型變異與多樣性進行研究，其試驗材料雖然是不同居群的黃連木，但由于不同的居群其地理環(huán)境也是各不相同，對其進行表型性狀測定及分析，得出的結(jié)論不能很好地說明變異究竟是來自環(huán)境差異還是種源間遺傳差異。本試驗以不同種源黃連木種子為試驗材料，在相同環(huán)境下栽培，對其苗期生長性狀進行觀測分析，所得結(jié)果能夠準確說明引起表型性狀差異的原因就是種源本身。此外，前人在進行種源試驗時，大都選擇地上部分的生長情況作為選優(yōu)依據(jù)[21-24]，很少考慮地下部分生長量作依據(jù)。本試驗中利用主成分分析的方法，比較全面地分析了黃連木苗期地上和地下部分的主要指標，評價出南果、紅鶴、濰坊和固新種源為適合試驗區(qū)生長的優(yōu)異種源。4個種源的幼苗生長健壯，根系發(fā)達且生物量積累較多，這跟種源地的地理位置及環(huán)境有很大的關(guān)系。通過相關(guān)性分析可知，海拔較高和降水較少地區(qū)的黃連木在試驗地生長較好。因此，在進行黃連木栽培繁育時，可以在苗期進行初次篩選，綜合考慮地下部分根系的生長情況，再結(jié)合地上部分的生長指標，可以較全面的評估不同種源在試驗地的生長狀況。把根系生長情況作為種源選擇依據(jù)為本研究的一個創(chuàng)新點，但是僅對幼苗期生長情況進行比較是不夠的，需要進一步對不同種源的黃連木幼苗的抗性及生理生化方面進行研究，并確定其后期生長狀況與苗期是否一致。