中國板栗36個葉片表型性狀的多樣性

郭燕，張樹航，李穎，張馨方，王廣鵬

中國板栗36個葉片表型性狀的多樣性

郭燕，張樹航，李穎，張馨方，王廣鵬*

河北省農(nóng)林科學院昌黎果樹研究所，河北昌黎 066600

【目的】揭示中國板栗（Bl.）葉片表型性狀的變異規(guī)律及多樣性特征，為中國板栗資源的保護、開發(fā)和科學利用提供依據(jù)?！痉椒ā繉χ袊?0個省份（群體）240份資源的36個葉片表型性狀（31個數(shù)量性狀和5個質(zhì)量性狀）進行檢測，運用方差分析、多重比較、相關分析和聚類分析等方法，探討板栗葉片表型多樣性水平及其與原產(chǎn)地的地理、環(huán)境因子關系?！窘Y果】巢式方差分析表明，31個數(shù)量性狀在群體內(nèi)存在極顯著差異（＜0.01），同時葉片長、葉片寬、葉片長/寬、鋸齒高度等15個數(shù)量性狀及3個質(zhì)量性狀（葉片形狀、葉基形狀和葉緣鋸齒特征）在群體間存在顯著或極顯著差異（＜0.05或＜0.01），說明板栗葉片表型在群體內(nèi)和群體間均存在豐富變異。群體間葉片表型分化系數(shù)VST為7.95%，遠小于群體內(nèi)的92.05%，說明葉片表型變異主要來源于群體內(nèi)部。板栗葉片表型的平均變異系數(shù)（CV）和平均多樣性指數(shù)（H′）分別為18.05%和1.27，5個質(zhì)量性狀中以葉片形狀的CV和H′最高（35.67%，0.86），葉緣特征最低（5.60%，0.07）；31個數(shù)量性狀的CV在8.68%（葉片長/寬）—32.73%（鋸齒深度），H′在1.54（葉背茸毛密度）—2.09（葉片結構疏松度）。葉片外觀形態(tài)、生理指標和解剖性狀的平均H′分別為2.03、2.04和2.04，CV由高到低分別為15.27%（外觀形態(tài)）＞15.18%（生理指標）＞12.17%（解剖結構）。10個群體表型性狀CV均值在17.11%（陜西）—19.66%（山東），H′均值在0.99（安徽）—1.80（河北）。板栗葉片大多表型性狀與地理氣候因子之間存在顯著或極顯著相關，其中年均氣溫等溫度指標和年降水量與葉基形狀、鋸齒高度等性狀呈負相關（經(jīng)度和緯度與之呈正相關），與葉片長/寬呈正相關（經(jīng)度和緯度與之呈負相關）?！窘Y論】板栗葉片表型在群體間和群體內(nèi)均存在豐富變異，但變異主要來源于群體內(nèi)（個體基因型間的變異），因而以葉片表型性狀作為研究對象，進行抗逆性、高光合效率等特異品種選育或相關研究時，研究重點應該放到廣泛的個體基因型調(diào)查上，變異較為豐富均勻的群體可作為重點參考。板栗葉片大多外觀形態(tài)和生理指標性狀呈現(xiàn)以溫度和降雨量因子為主導的梯度規(guī)律性。

板栗；葉片表型性狀；群體間；群體內(nèi)；變異規(guī)律；表型多樣性

0 引言

【研究意義】遺傳多樣性的研究是種質(zhì)資源創(chuàng)新利用的基礎。植物表型性狀是其各種形態(tài)特征的總合，是遺傳因子和環(huán)境因子綜合作用的結果[1-2]。長期的自然選擇，植物的表型性狀會不可逆地形成新表型性狀并能穩(wěn)定地遺傳給后代，即表型性狀變異必然蘊藏著遺傳變異[3-4]。因此，通過表型性狀來檢測植物遺傳變異規(guī)律，對挖掘各種基因型資源并加以利用具有重要意義。【前人研究進展】葉片是植物進行光合、呼吸和蒸騰作用的重要器官，其形態(tài)、解剖特征會直接影響生理生化、生長發(fā)育及繁殖特性，最終影響植物的適應、生存和進化[5-7]。如葉柄越長，越有利于減少葉片對光能的相互遮擋，光能利用率越高[8-9]；葉片長寬比大，有利于植物獲得更多的光能[10]；葉片鋸齒深度越大，液壓效率越高，植物對干旱環(huán)境的適應能力越強[11]；較厚的葉片、表皮細胞和柵欄組織可以貯藏更多的水分，從而提高植物葉片的儲水性能而耐旱[12]。葉片性狀已經(jīng)被廣泛用于水青樹（）、山核桃（）、梨（）和歐洲李（）等植物遺傳多樣性的研究，并明確了相應的葉片表型變異規(guī)律[6,13-15]。板栗（Bl.）是中國重要的經(jīng)濟林樹種，分布范圍極廣，種質(zhì)資源也極其豐富[16]，但目前關于板栗葉片遺傳多樣性的研究所涉及的群體、個體及性狀數(shù)量非常有限。周連第等[17]僅對8個產(chǎn)地69個板栗品種的3個性狀（葉片長、葉片寬和葉片長寬比）進行了分析；江錫兵等[18]調(diào)查了10個省份90個板栗地方品種4個性狀（葉片長、葉片寬、葉形指數(shù)和葉柄長）；劉亞斌和郭素娟[19]僅對定植在河北遷西的7個省份的39份板栗資源的8個性狀（葉片長、葉片寬、葉片長寬比、葉片面積、葉片周長、葉片干質(zhì)量、比葉質(zhì)量和葉綠素含量）進行了分析，總體認為，葉片表型在群體內(nèi)和群體間均存在廣泛變異，群體內(nèi)變異是板栗葉片表型變異的主要來源，南方板栗的葉片長度和葉形指數(shù)整體上比北方板栗品種大。【本研究切入點】有關板栗上葉柄、鋸齒、葉脈等形態(tài)表型以及與生長發(fā)育有著密切關系的解剖結構和生理指標性狀的多樣性研究鮮見報道，同時，葉片性狀與地理因子的關聯(lián)性也涉及不多。因此，有關中國板栗葉片表型遺傳多樣性的信息有待進一步完善。【擬解決的關鍵問題】本研究以來源于我國10個板栗主產(chǎn)區(qū)省份（群體）的240份實生良種、地方品種和古樹資源為材料，對其葉片形態(tài)表型、解剖結構和生理指標的36個性狀進行表型多樣性、相關性及群體聚類分析，進一步揭示中國板栗葉片表型多樣性特征和變異規(guī)律，為中國板栗資源的保護、開發(fā)和科學利用提供參考依據(jù)，為葉片表型相關性狀的基因定位奠定前期基礎。

1 材料與方法

試驗于2019—2020年在河北省農(nóng)林科學院昌黎果樹研究所板栗種質(zhì)資源圃進行。

1.1 試驗地概況

試驗地屬中國東部季風區(qū)暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年均氣溫12.2℃，1月平均氣溫-6.3℃，7月平均氣溫26.1℃，年均降水量643 mm，年均日照時數(shù)為2 663.7 h，海拔20 m，沙壤土。

1.2 試驗材料

供試240份種質(zhì)資源分別來源于河北、山東、北京、湖北、湖南、江蘇、浙江、安徽、陜西和廣西10個群體（表1），于2004年統(tǒng)一嫁接于3年生‘燕山早豐’實生砧木上，每份資源嫁接5株，株行距4 m×4 m，植株常年管理措施一致。分別于2019年和2020年的7月15—20日，選取每份資源生長勢基本一致的植株3株，在每株東、南、西、北向冠層外圍中部隨機選取1年生健康營養(yǎng)枝3條，在其上選取第7—9節(jié)位葉片3片，即每份資源每株樹取葉片36片作為一個樣品，3株樹（3個樣品）共取108片葉片。樣品以密封袋密封后置于冰盒帶回實驗室，每份資源的3個樣品先分別隨機選取10片葉用錫箔紙平展包裹，液氮速凍后放入-80℃冰箱用于解剖結構（5片）和葉綠素含量（5片）觀測，其余樣品葉片用于葉片保水力、比葉質(zhì)量、外觀形態(tài)、葉片顏色及氣孔特征測定。

每份種質(zhì)資源的原產(chǎn)地地理位置和氣候因子由當?shù)卣T戶網(wǎng)站或氣象局提供，經(jīng)整理后各群體概況見表2。

1.3 測定指標及方法

外觀形態(tài)：每份資源的3個樣品中各隨機選取9片葉，分別用于葉片外觀形態(tài)的20個表型性狀（5個質(zhì)量性狀和15個數(shù)量性狀）測定，取平均值作為實測值（數(shù)量性狀）。葉柄長、葉柄寬、葉柄長/寬、葉片長、葉片寬、葉片長/寬、葉片面積、鋸齒數(shù)、鋸齒高度、鋸齒深度和葉脈間距采用萬深LA-S系列植物圖像分析軟件分析葉片掃描圖片測量；鋸齒與葉緣間角度采用SPOT圖像分析軟件分析葉片掃描圖片測量；葉背茸毛密度參照劉慶忠[20]方法測定；葉片正面顏色參數(shù)（L*、a值）使用精密色差儀（ColorLite-sph 860）測定。葉片形狀、先端形狀、葉基形狀、葉緣特征和葉緣鋸齒方向5個質(zhì)量性狀，參照LY/T1851—2009板栗測試指南[21]中的方法觀測，選擇9次測定中頻率最高形態(tài)作為該資源的質(zhì)量性狀描述形式。

解剖結構：將冰箱中備用的每份資源的3個樣品（各5片）葉片取出，解凍后分別單獨制片，每片葉選擇完整平展的1個玻片觀測，取平均值作為實測值。葉厚、上表皮細胞厚度、上表皮細胞寬度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮細胞厚度和下表皮細胞寬度采用冷凍切片法制片和測量[22]，柵海比、葉片結構緊密度和葉片結構疏松度按照徐揚等[12]的方法計算；氣孔長、氣孔寬和氣孔密度采用指甲油印跡法制片和測量[23]。

生理指標：每份資源3個樣品中分別隨機選取17片葉，用于葉片生理指標性狀的測定。其中比葉質(zhì)量測定參照劉亞斌和郭素娟[19]的方法；葉片保水力測定采用離體葉片自然失水法[24]。葉綠素含量測定將冰箱中備用的3個樣品（各5片）取出，解凍后分別采用80%丙酮直接浸提法[25]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對葉片的36個表型性狀采用巢氏設計方差分析，其線性模型為：Y=μ+S+T（i）j（ij）k。式中Y為第個群體第個無性系第個個體的觀測值，為總體平均值，S為第個群體的效應值，（i）j為第個群體內(nèi)第個無性系的效應值；（ij）k為試驗誤差。表型分化系數(shù)（VST）、變異系數(shù)（CV）、Shannon’多樣性指數(shù)（H′）的計算參照李洪果等[26]的方法，其中VST（%）=[2t/S/（2t/S+2S）]×100。式中：2t/S和2S分別為群體間和群體內(nèi)方差值；CV（%）= s/X× 100，式中：X為性狀平均值，s為標準差；根據(jù)平均值（X）和標準差（s）將測量性狀分為10等級，1級＜X-2s，10級≥X+2s，中間每級相差0.5 s，通過計算每一級的相對頻率（P）來計算Shannon’多樣性指數(shù)（H'），H'=-ΣlnP，式中P表示第級別內(nèi)資源份數(shù)占總份數(shù)的百分比。

采用Excel 2010和SPSS 20統(tǒng)計軟件對各性狀進行方差分析、Duncan’s多重比較、相關性分析及聚類分析。橢圓形，占63.33%；橢圓形次之，占31.25%；鈹針狀、卵狀和倒卵狀極少，3種形狀的種質(zhì)僅占5.42%。2種先端形狀中，240份材料里急尖僅12份，漸尖較為普遍（228份）。在葉基形狀3種類型中，楔形和鈍形較為普遍，楔形略少于鈍形，兩者占97.5%；心形極少，僅占2.5%。葉緣特征多為具鋸齒，所調(diào)查種質(zhì)中僅有3份為具短尖。葉緣鋸齒方向多為外向，占83.33%；直向次之；內(nèi)向最少，僅占3.75%。

表1 240份板栗種質(zhì)資源編號、來源、名稱及資源類型

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表1 Continued table 1

A：實生良種；B：地方品種；C：古樹資源 A: Excellent seed variety; B: Local variety; C: Ancient trees resource

表2 板栗10個群體的地理位置及主要氣候因子范圍

2 結果

2.1 板栗種質(zhì)資源葉片表型性狀多樣性分析

240份板栗種質(zhì)資源5個葉片質(zhì)量性狀頻率分布見表3，葉片典型形態(tài)特征對應圖形見圖1。從表3可知，葉片形狀和葉基形狀變異系數(shù)均在30%以上，多樣性指數(shù)均在0.7以上，而先端形狀和葉緣特征的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)均較小，變異系數(shù)分別為11.2%和5.60%，多樣性指數(shù)分別為0.20和0.07。進一步分析發(fā)現(xiàn)，5種葉片形狀中，收集的240份資源多為長

A：葉片形狀：1：橢圓形（雙臺大紅袍）；2：長橢圓形（燕山早豐）；3：披針形（金杖子1號）；4：卵形（山東紅栗）；5：倒卵形（乳山短枝）。B：先端形狀：1：急尖（乳山短枝）；2：漸尖（大板紅）。C葉基形狀：1：楔形（玫瑰紅）；2：鈍形（大板紅）；3：心形（塔54）。D：葉緣特征：1：具短尖（融水優(yōu)株）；2：具鋸齒（大板紅）。E：葉緣鋸齒方向：3：外向（大板紅）；5：直向（黃前）；7：內(nèi)向（晚早5）

表3 板栗種質(zhì)資源葉片質(zhì)量性狀頻率分布及多樣性

由表4可知，31個數(shù)量性狀變異系數(shù)介于8.68%（葉片長/寬）—32.73%（鋸齒深度），15個葉片外觀形態(tài)性狀中，鋸齒深度的變異系數(shù)最大（32.73%），變異幅度為1.03—6.63 mm，葉片長/寬的變異系數(shù)最小（8.68%），變異幅度為2.03—3.35；另外，葉片長/寬的變異系數(shù)小于葉片長和葉片寬，說明葉片長/寬較單個葉片長或葉片寬性狀穩(wěn)定。13個葉片解剖結構性狀中，柵欄組織/海綿組織的變異系數(shù)最大（15.60%），變異幅度為0.69—2.47，葉片結構疏松度變異系數(shù)最?。?.81%），變異幅度為24.51—41.30。3個生理性狀的變異系數(shù)均值為15.18%。結合表2，由板栗葉片表型性狀的平均變異系數(shù)來看，葉片表型性狀的變異離散程度由高到低分別為：葉片質(zhì)量性狀（22.44%）＞外觀形態(tài)數(shù)量性狀（15.27%）＞生理指標數(shù)量性狀（15.18%）＞解剖結構數(shù)量性狀（12.17%）。

31個數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)（H′）介于1.54— 2.09，均值2.04。結合表3和表4分析，葉片外觀形態(tài)H′均值為2.03，解剖結構和生理數(shù)量性狀的H′均值均為2.04，遠高于葉片質(zhì)量性狀（0.48），說明板栗葉片3種類型數(shù)量性狀的遺傳變異均勻度較好，而質(zhì)量性狀的遺傳變異雖然離散程度大，但是變異較為集中，均勻度較差。

植物不同表型性狀的極值可以反映該性狀在不同環(huán)境條件下的進化及適應性潛力。31個數(shù)量性狀的極大值為極小值的1.65（氣孔長）—6.44（鋸齒深度）倍。15個外觀形態(tài)性狀中，鋸齒深度（SD）的極大值與極小值的比值最大（6.44），葉片長/寬（LLW）的極大值與極小值的比值最?。?.65）；葉片解剖的13個性狀中，下表皮細胞厚度（LET）的極大值與極小值的比值最大（3.80），氣孔長（SL）的極大值與極小值的比值最?。?.65）。3個生理性狀的極大值與極小值的比值均高于2.27。31個數(shù)量性狀的極值分析表明，葉片大小、鋸齒深度、各組織結構厚度、氣孔密度和生理指標等性狀具有較高的進化或適應性潛力，葉片長/寬、氣孔大小等性狀的進化或適應性潛力較小。

2.2 板栗葉片表型性狀在群體間的變異和分化

5個質(zhì)量性狀的群體間值介于1.10—9.27，其中葉片形狀（LS）、葉基形狀（LBS）和葉緣鋸齒方向（LSD）在不同群體間存在極顯著差異，而先端形狀（LAS）和葉緣特征（LM）在群體間差異不顯著（表5）。

板栗葉片31個數(shù)量性狀在群體間和群體內(nèi)的方差分析結果和表型分化系數(shù)見表6。由表6可知，31個數(shù)量性狀在群體內(nèi)均存在極顯著差異，值介于1.43— 16.44，同時15個數(shù)量性狀在群體間存在顯著或極顯著差異（值介于1.88—8.78），說明板栗葉片表型性狀在群體內(nèi)和群體間均存在一定程度變異。31個數(shù)量性狀在群體間的表型分化系數(shù)（V）值介于3.01%— 25.57%，平均為7.95%，群體內(nèi)為92.05%，群體內(nèi)變異遠高于群體間變異，說明群體內(nèi)變異是板栗葉片表型變異的主要來源。另外，進一步比較發(fā)現(xiàn)，3類數(shù)量性狀的VST由高到低分別為葉片外觀形態(tài)（9.74%）＞生理指標（8.22%）＞解剖結構（5.82%），說明板栗葉片外觀形態(tài)和生理指標性狀的群體間變異相對較大，其易受地理環(huán)境因素的影響，解剖結構性狀的群體間變異相對較小，不易受到地理環(huán)境因素的影響。

由表7可知，河北、北京和山東板栗群體普遍表現(xiàn)出葉片呈橢圓形、葉基鈍形，葉緣鋸齒外向、葉片長寬比值較小，鋸齒深度、鋸齒高度和鋸齒與葉緣間角度較大的特征；湖北、湖南、江蘇、浙江、安徽和廣西群體普遍表現(xiàn)出葉片呈長橢圓形、葉緣鋸齒直向、葉基楔形、葉片長寬比值大，鋸齒深度、鋸齒高度和鋸齒與葉緣間角度較小的特征；安徽、陜西和江蘇群體的葉背茸毛密度和|a|顯著高于其他群體；河北和山東群體均表現(xiàn)出上表皮細胞厚度和葉片保水力較大，下表皮細胞厚度較小的特征；湖南、浙江和安徽的葉柄長度顯著大于其他群體；廣西和浙江群體的葉綠素含量顯著低于其他群體。

表4 板栗葉片數(shù)量性狀變異

表5 板栗葉片質(zhì)量性狀群體間方差分析結果

*：＜0.05，**：＜0.01。下同The same as below

表6 板栗葉片數(shù)量性狀的方差分析結果和表型分化系數(shù)

表7 10個板栗群體18個葉片表型性狀的多重比較（均值±標準誤）

Table 7 Multiple comparison of 18 leaf phenotypic trait of 10 chestnut populations (Mean±SD)

兩兩群體間不同字母表示差異顯著（＜0.05） Paired populations without the same letter are significantly different (＜0.05)

2.3 板栗群體內(nèi)葉片表型變異特征和表型多樣性

從10個群體種質(zhì)資源的表型性狀變異系數(shù)均值來看，其群體內(nèi)表型變異離散程度由高到低分別為：山東（19.66%）＞廣西（19.17%）＞河北（18.67%）＞北京（18.30%）＞江蘇（18.26%）＞湖北（18.20%）＞安徽（17.97%）＞湖南（17.68%）＞浙江（17.63%）＞陜西（17.11%）。依據(jù)10個群體的均值，其群體內(nèi)變異豐富及均勻程度由高到低分別為：河北（1.80）＞山東（1.71）＞北京（1.51）＞湖北（1.48）＞湖南（1.47）＞廣西（1.42）＞江蘇（1.30）＞浙江（1.13）＞陜西（1.04）＞安徽（0.99）（表8）。

2.4 板栗葉片表型性狀與原產(chǎn)地地理氣候因子相關性

由表9可知，原產(chǎn)地經(jīng)度和緯度與葉基形狀、葉片寬、鋸齒高度、鋸齒深度、鋸齒與葉緣間角度、a*值、葉綠素含量及保水力間均呈顯著或極顯著正相關，與葉片長/寬、L*值及下表皮細胞厚度間呈極顯著負相關。年均氣溫、年降水量、7月平均氣溫和1月平均氣溫與葉基形狀、鋸齒高度、鋸齒深度、鋸齒與葉緣間角度、葉綠素含量及保水力間呈極顯著或顯著負相關，與葉片長/寬、L值、下表皮細胞厚度、下表皮細胞寬度呈極顯著或顯著正相關。7月平均溫度與柵欄厚度、葉片結構緊密度和氣孔密度呈極顯著負相關。

2.5 基于板栗葉片表型性狀的群體聚類分析

使用與年均溫和年降水量均具有顯著或極顯著相關性的11個葉片表型性狀對10個群體240份板栗資源采用組間連接法基于歐氏距離進行聚類（圖2）。由圖可知，在歐氏距離10時，10個板栗群體根據(jù)葉片表型性狀可以分為3類：第1類為河北、山東和北京群體，均位于北方屬于北方板栗品種群，其年均溫、年降水量、1月和7月均溫較低（表1），葉片主要特征為葉片長/寬較小，鋸齒深度、鋸齒高度、葉綠素含量、葉片保水力較大。第2類為浙江和廣西群體，屬于南方板栗群，其年均溫、年降水量、1月和7月均溫相對較高，主要特征為葉片長/寬較大，葉綠素含量和葉片保水力較小。第3類為江蘇、安徽、陜西、湖北和湖南，除了陜西群體，其他4個群體均屬于中南部板栗群，主要特征為葉片長/寬、葉綠素含量和葉片保水力居中。

表8 板栗10個群體的葉片表型性狀變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)

續(xù)表8 Continued table 8

表9 板栗葉片表型性狀與地理生態(tài)因子間的相關性

圖2 基于葉片表型的板栗群體樹狀聚類圖

3 討論

3.1 板栗葉片表型性狀變異規(guī)律

葉片表型性狀能有效反映植物的光合和抗逆等特性，其變異與整個植物和生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能相關[16,27]。本研究通過對源自中國10個板栗群體的240份資源的36個葉片表型質(zhì)量和數(shù)量性狀進行方差分析發(fā)現(xiàn)，31個數(shù)量性狀在群體內(nèi)均存在極顯著差異，其中15個性狀（大多是外觀形態(tài)和生理性狀）在群體間和群體內(nèi)均存在顯著或極顯著差異，這與周連弟[17]、江錫兵[18]和劉亞斌[19]等對板栗葉片長、葉片寬和葉片長/寬性狀多樣性的研究結果基本相同，說明板栗葉片表型性狀在群體內(nèi)和群體間均存在一定程度變異。

群體內(nèi)的變異反映的是種質(zhì)資源個體基因型間的表型變異。種質(zhì)資源中豐富的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆以及高光合效率基因型是品種改良和新品種選育的基礎，因此，研究種質(zhì)資源個體基因型間（不同品種/系間）的性狀變異是提高育種效率的根本[28]。本研究結果表明，240份板栗資源葉片表型的平均變異系數(shù)和平均多樣性指數(shù)分別為18.05%和1.27，說明板栗葉片表型在個體水平上存在較為豐富的變異。另外，本研究中31個數(shù)量性狀的群體間平均表型分化系數(shù)（V）為7.95%，群體內(nèi)為92.05%，說明群體內(nèi)變異遠高于群體間變異，板栗葉片表型在群體間的遺傳分化程度較低，這與聶興華等[29]利用熒光SSR分子標記評估中國栗屬植物遺傳多樣性的結果及田華等[30]和張馨方等[31]基于SSR標記分別對板栗種質(zhì)資源和自然居群的遺傳多樣性分析結果一致，也與周連弟[17]、江錫兵[18]和劉亞斌[19]等對板栗葉片長、葉片寬和葉片長/寬表型性狀多樣性的研究結果相同，這可能是由于引種基因交流頻繁等原因造成群體間遺傳分化程度較低所致。因此，在以葉片表型性狀作為評價指標或篩選目標進行板栗抗逆性相關研究或品種選育時，研究重點應放到廣泛的基因型調(diào)查上，群體資源的表現(xiàn)只具有參考意義。

本研究結果表明，板栗葉片不同表型性狀的個體基因型間變異程度不同預示著板栗不同葉片表型性狀在抗逆、分類等相關研究或育種工作中的重要性程度不同，需要先根據(jù)不同研究目的篩選出適宜的性狀再進入下一步工作，才能確保高效率、準確地獲取試驗結果。葉片長/寬的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)均小于葉片長和葉片寬，這與謝一青等[32]在光皮樺上的研究結果一致，說明葉片長/寬較單個葉片長或葉片寬性狀穩(wěn)定，在植物分類或遺傳育種中應該重點考察葉片長/寬，而不是單獨考察葉片長或葉片寬。5個質(zhì)量性狀的平均變異系數(shù)（22.44%）高于3類數(shù)量性狀（13.19），而平均多樣性指數(shù)（0.48）遠遠低于3類數(shù)量性狀（2.04），說明質(zhì)量性狀的遺傳變異雖然離散程度大，但是變異較為集中，均勻度不好。3類數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)較為接近，但是平均變異系數(shù)由高到低分別為外觀形態(tài)＞生理＞解剖結構，而且3類數(shù)量性狀的表型分化系數(shù)排序與變異系數(shù)相同，說明無論是在個體基因型水平上還是群體水平上，葉片外觀形態(tài)和生理性狀變異均較為豐富，而解剖結構性狀相對較為穩(wěn)定。

群體間的變異反映了存在地理和生殖隔離的不同群體間的表型變異，是不同環(huán)境長期選擇的結果，是群體分化的源泉[33-34]。盡管板栗葉片表型群體內(nèi)變異遠遠大于群體間變異，但是群體間變異具有獨特意義，因為群體間變異真正反映了群體遺傳與環(huán)境交互效應的復雜關系，其大小在某種程度上說明了該生物對地理環(huán)境異質(zhì)性的敏感程度，值越大受環(huán)境異質(zhì)性影響越大。本研究發(fā)現(xiàn)葉片3類數(shù)量性狀的平均ST由高到低分別為外觀形態(tài)＞生理＞解剖結構，說明解剖結構性狀最不易發(fā)生群體分化，而葉片外觀形態(tài)和生理指標性狀發(fā)生群體分化的可能性要高，群體間整體遺傳差異的利用潛力較解剖結構大。同時，本研究發(fā)現(xiàn)葉片形狀、葉片長寬比等18個性狀在不同群體間達到顯著或極顯著差異，不同群體葉片表型性狀的平均變異系數(shù)（CV）和多樣性指數(shù)（H′）也不盡相同，李穎等[35]也認為板栗花序表型性狀在不同群體間的遺傳變異特征和均勻度不一致，說明板栗葉片表型不同群體間的差異和基因庫價值存在不等值性，在相關研究或育種工作中除了重點調(diào)查個體基因型外，多樣性較為豐富的群體可以作為種質(zhì)資源創(chuàng)新利用的重點參考區(qū)域。

3.2 板栗葉片表型變異與地理生態(tài)因子間具有相關性

不同植物對環(huán)境因子的適應機制和敏感程度的差異會導致其性狀呈現(xiàn)不同的地理變異規(guī)律，如苦楝（）的葉寬、葉面積和果核長度等表型由南向北有增大的趨勢[36-37]，楠木（）葉片由南向北表現(xiàn)出變狹長的變化趨勢[27]，高州油茶（）的葉片長寬比與經(jīng)度和緯度呈顯著負相關[38]。本研究發(fā)現(xiàn)，板栗葉片36個表型性狀中外觀形態(tài)和生理指標性狀與地理生態(tài)因子之間大多呈顯著或極顯著相關，總體而言，隨著緯度的升高（由南向北），氣溫降低和降雨量減少，葉片表現(xiàn)出長寬比變小，鋸齒深度、鋸齒高度、葉綠素含量和葉片保水力變大的趨勢，這可能是其在氣溫低、降雨量少的環(huán)境壓力下為了提高光合效率或抗旱性而形成的適應性特征。另外，本研究中除了浙江和廣西群體地理位置相隔較遠但被聚為1類外（可能是由于這兩個群體的試材由于長期引種馴化、變異導致與原產(chǎn)地的性狀表現(xiàn)有所不同，或是群體試材數(shù)量相對較少，不足以代表各自群體多樣性水平所致），板栗群體基本上按地理距離而聚類，由此得出板栗葉片大多數(shù)外觀形態(tài)和生理性狀呈現(xiàn)出以溫度和降雨量為主導的梯度規(guī)律性。同時，本研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)解剖結構性狀與氣候因子之間無顯著相關性，這與Nicotra等[39]在天竺葵屬（）植物上的研究結果一致，說明板栗葉片解剖結構性狀變異沒有地理規(guī)律性，這可能是在長期的進化過程中，板栗上控制這些性狀形成的基因片段比較穩(wěn)定，其不易受外界環(huán)境影響而產(chǎn)生變異所致。

4 結論

板栗葉片表型在群體內(nèi)和群體間均存在一定變異，但板栗葉片表型變異主要來源于群體內(nèi)部，因此，以葉片表型性狀作為研究對象，進行抗逆性、高光合效率等特性品種選育或相關研究時，研究重點應該放到廣泛的個體基因型調(diào)查上，變異較為豐富均勻的群體可以作為重點參考。另外，板栗葉片大多外觀形態(tài)和生理指標性狀呈現(xiàn)以溫度和降雨量因子為主導的梯度規(guī)律性。

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Diversity Analysis of 36 Leaf Phenotypic Traits of Chinese Chestnut

GUO Yan, ZHANG ShuHang, LI Ying, ZHANG XinFang, WANG GuangPeng*

Changli Institute of Pomology, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Changli 066600, Hebei

【Objective】The objective of this study was to reveal the variation patterns and diversity characteristics of leaf phenotypic traits of Chinese chestnut, so as to provide the scientific basis for the protection, development and utilization of Chinese chestnut resources.【Method】Thirty-six leaf phenotypic traits (including 31 quantitative traits and 5 quality traits) of 240 Chinese chestnut germplasms from 10 provinces (populations) were measured.Variance analysis, multi-comparison, correlation analysis, and cluster analysis were used to explore the phenotypic diversity of chestnut leaf and the correlation between leaf phenotypic traits and climate factors.【Result】There were extremely significant differences (＜0.01) in 31 leaf quantitative traits within the population, and there were significant or extremely significant differences in 15 quantitative traits (leaf length, leaf width, leaf length/width, sawtooth height, etc) and 3 quality traits (leaf shape, shape of leaf base, and leaf margin sawtooth direction) among populations, indicating the abundant variation among and within populations.The average of phenotypic differentiation coefficient among populations was 7.95%, which was much less than that within populations (92.05%), illustrating that the variation within populations was the main source of leaf phenotypic variation.The average variation coefficient (CV) and the Shannon-Wiener index (H′) of leaf phenotypic traits were 18.05% and 1.27, respectively.Among the five quality traits, the CV and H' of leaf shape were the highest (35.67%, 0.86), the CV and H' of leaf margin character were the lowest (5.60%, 0.07).The CVof 31 quantitative traits ranged from 8.68% (leaf length/width) to 32.73% (sawtooth depth), and the H′ranged from 1.54 (fuzz density on the back of leaf) to 2.09 (looseness of leaf tissue).The average H′of appearance, physiological and anatomical structure were 2.03, 2.04 and 2.04, respectively, and the average CV from high to low was 15.27% (appearance) ＞15.18% (physiological) ＞12.17% (anatomical structure).The average CV of leaf phenotypic traits in 10 populations ranged from 17.11% (Shaanxi) to 19.66% (Shandong), and the average H' in 10 populations ranged from 0.99 (Anhui) to 1.80 (Hebei).Most of the 36 leaf phenotypic traits of chestnut were significant or extremely significant correlated with geographical and ecological factors.The temperature indexes, such as annual mean temperature and average annual rainfall, were negatively correlated with leaf base shape, sawtooth height and other traits (longitude and latitude were positively correlated with them), and were positively correlated with leaf length/width (longitude and latitude were negatively correlated with them).【Conclusion】There were abundant variations in leaf phenotypic traits among and within populations, but the variation within populations was the main source of chestnut leaf phenotypic variation.Therefore, the research should focus on a wide range of surveys of individual genotypes, and the populations with relatively rich and uniform variation could be used as the key reference areas when the phenotypic traits of leaf were taken as the research object for breeding varieties with stress resistance and high photosynthetic efficiency or the related research.Most of the appearance and physiological characters of chestnut leafs showed gradient regularity dominated by temperature and rainfall factors.

chestnut; leaf phenotypic trait; among population; within population; variation pattern; phenotypic diversity

2021-05-19；

2021-08-04

河北省財政專項（F20R06）、河北省自然科學基金（C2020301053）

郭燕，E-mail：529127092@qq.com。通信作者王廣鵬，E-mail：wangguangpeng430@163.com

（責任編輯 趙伶俐）