大別山區(qū)兩種柿資源種實(shí)表型性狀的多樣性

楊 旭，徐 陽(yáng)，龔榜初＊，謝其均

（1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400；2.河南省國(guó)有商城黃柏山林場(chǎng)，河南 商城 465350）

植物表型性狀具有觀察直觀、調(diào)查簡(jiǎn)便、直接有效等優(yōu)點(diǎn)，通過對(duì)表型變異程度和變化規(guī)律的研究，可以揭示植物對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力，因此，在遺傳變異、遺傳多樣性、良種選育等研究中被廣泛應(yīng)用[1]。在所有的表型性狀中，葉片等營(yíng)養(yǎng)器官受外界環(huán)境影響較大，表型變異的穩(wěn)定性相對(duì)較低；而作為生殖器官的果實(shí)和種子的表型變異則具有較高的穩(wěn)定性,是植物種群長(zhǎng)期遺傳和環(huán)境自然選擇的綜合體現(xiàn)[2]。對(duì)柿屬（Diospyros Linn.）柿（D.kaki Thunb.）[3]、浙江柿（D.glaucifolia Metc.）[4]、金棗柿（D.sp.）[5]、羅田甜柿（D.kaki Thunb.）[6]等植物果實(shí)和種子表型性狀已有眾多研究。植物的表型分化來源于生存環(huán)境的時(shí)空異質(zhì)性、物種長(zhǎng)期適應(yīng)進(jìn)化所累積的遺傳物質(zhì)及群體內(nèi)個(gè)體、器官對(duì)生境的響應(yīng)差異[7]。由于植物自身對(duì)所處生境的耐受性存在差異，使得一些植物分布范圍廣泛，另一部分只能分布在特定的區(qū)域內(nèi)[8]。局域種和廣布種在生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特征方面存在著差異[9]，而目前對(duì)同域分布的柿屬不同植物表型性狀的變異規(guī)律仍然缺乏了解。

羅田甜柿為我國(guó)特有的原產(chǎn)甜柿資源，僅分布于大別山區(qū)[10]，是由單寧含量少、酒精脫氫酶較多的野生柿演變后，經(jīng)過自然淘汰形成，至今已有900余年的栽培歷史[11]。羅田甜柿是與日本甜柿獨(dú)立起源、相對(duì)獨(dú)立分化的2個(gè)群體，具有完全不同的自然脫澀特點(diǎn)和遺傳背景，作為育種親本可明顯縮短育種進(jìn)程，提高完全甜柿的育種效率[10]。許多學(xué)者關(guān)注這種特有的甜柿資源，分別以羅田甜柿為父、母本，創(chuàng)制出具有中國(guó)甜柿自然脫澀特點(diǎn)的完全甜柿新種質(zhì)[12-13]；還通過胚乳培養(yǎng)、秋水仙堿處理等方法獲得十二倍體植株[14-15]。野柿（D.kaki Thunb.var.silvestris Makino）為柿的變種，廣布于我國(guó)中部和云南、廣東、廣西北部及江西、福建等省區(qū)，生于山地自然林或次生林中，或山坡灌叢中，垂直分布約達(dá)1 600 m[16]。野柿實(shí)生苗可作栽培柿樹的砧木，用野柿為砧木嫁接‘太秋’甜柿的果實(shí)平均單果質(zhì)量和果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)顯著高于其它砧木上的果實(shí)[17]。野柿是大別山區(qū)分布最廣、數(shù)量最豐富的柿屬植物資源。野柿與羅田甜柿在大別山區(qū)的分布區(qū)存在一定的重疊。本文旨在對(duì)大別山區(qū)羅田甜柿和野柿資源較全面收集的基礎(chǔ)上，對(duì)其果實(shí)和種子的表型性狀進(jìn)行測(cè)定分析，揭示2種柿資源變異的豐富程度及變異規(guī)律，為該地區(qū)羅田甜柿和野柿資源的保存利用及構(gòu)建核心種質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2020年10月調(diào)查大別山區(qū)的羅田甜柿和野柿資源。采集地點(diǎn)包括安徽省霍山縣但家廟鎮(zhèn)、大別山國(guó)家地質(zhì)公園白馬尖園區(qū)，安徽省金寨縣燕子河鎮(zhèn)、天堂寨鎮(zhèn)，河南省商城縣黃柏山森林公園，湖北省羅田縣惠蘭山、駱駝坳鎮(zhèn)、云架山、平湖鄉(xiāng)、河鋪鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)及麻城縣鹽田河鎮(zhèn)等地區(qū)。采集地的地理位置為 115°15′～116°26′ E，30°2′～31°28′ N，海拔43～806 m，采集點(diǎn)基本囊括羅田甜柿的主要分布區(qū)。

為盡量減少頻繁種質(zhì)交流帶來的影響，采集的羅田甜柿植株均為樹齡100 a以上的大樹。為保證試材具有足夠的代表性，各采集點(diǎn)選取植株盡量在30株以上，植株間隔30 m以上，不足30株的則全部采集。每個(gè)植株采集成熟度基本一致的果實(shí)30個(gè)以上，于采集當(dāng)天空運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品處理及各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2 測(cè)定方法

采集的羅田甜柿和野柿果實(shí)主要形態(tài)見圖1。以《柿種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[18]為參考依據(jù)，對(duì)采集的柿果實(shí)進(jìn)行形態(tài)學(xué)測(cè)定。用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、柿蒂大小、萼片大小、種子長(zhǎng)和種子寬，用電子天平測(cè)量單果質(zhì)量和種子質(zhì)量，數(shù)出每個(gè)果實(shí)內(nèi)種子數(shù)，并計(jì)算果形指數(shù)和種形指數(shù)；選取成熟度基本一致的果實(shí)，用手持糖量計(jì)測(cè)量每個(gè)果實(shí)的可溶性固形物含量，用手持式硬度計(jì)測(cè)量果實(shí)的硬度[18]。

圖1 羅田甜柿 （左）和野柿（右）果實(shí)形態(tài)Fig.1 Fruit phonotype of D.kaki （left）and D.kaki var.silvestris（right）

1.3 數(shù)據(jù)處理

以不同群體中柿種質(zhì)資源的13個(gè)種實(shí)表型性狀作為特征量，采用SPSS19.0軟件中的Oneway Anova程序進(jìn)行分析，分別計(jì)算不同性狀的平均值、平方和、均方、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)誤差、F值和顯著水平，并統(tǒng)計(jì)頻數(shù)及分組頻率，進(jìn)行正態(tài)分布型擬合。正態(tài)分布擬合分析中的偏度和峰度（削度）估計(jì)，由該軟件提供的程序計(jì)算得到[19]。

對(duì)不同群體羅田甜柿和野柿的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行巢式方差分析，線性模型為：

式中：Yijk為第 i個(gè)群體第 j個(gè)家系第 k個(gè)觀測(cè)值，μ 為總平均值，Si為群體效應(yīng)（固定），T（i）j為群體內(nèi)家系效應(yīng)（隨機(jī)），?（ij）k為試驗(yàn)誤差[20]。

計(jì)算群體間和群體內(nèi)的方差分量，進(jìn)而計(jì)算出群體間的表型分化系數(shù)（VST）：

采用shannon′s多樣性指數(shù)（H′）評(píng)價(jià)羅田甜柿和野柿各表型性狀的遺傳多樣性[21]。依據(jù)不同性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將表型劃分為10個(gè)等級(jí)。shannon′s多樣性指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Pi為各表型性狀第i級(jí)別內(nèi)的表型占總數(shù)的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 羅田甜柿和野柿種實(shí)表型性狀分布規(guī)律

正態(tài)分布的分布型擬合分析獲得的峰度和偏度值絕對(duì)值越接近于0，說明擬合分布型越接近標(biāo)準(zhǔn)分布。對(duì)羅田甜柿和野柿不同群體果實(shí)和種子表型性狀頻數(shù)的正態(tài)分布型擬合結(jié)果（表1）可知：除羅田甜柿的果實(shí)硬度外，羅田甜柿和野柿其余性狀頻數(shù)分布與正態(tài)擬合非常貼近。從2種柿資源不同性狀統(tǒng)計(jì)的峰度和偏度值看，2種種質(zhì)群體的平均偏度和平均峰度絕對(duì)值都較小，說明群體的取樣及表型性狀觀測(cè)值的測(cè)定符合隨機(jī)交配大群體法則，具有較好的代表性。

表1 柿種質(zhì)種實(shí)性狀測(cè)定值正態(tài)分布型擬合的偏度和峰度統(tǒng)計(jì)Table 1 Frequency distribution of quantitative characters index of persimmon

2.2 羅田甜柿和野柿種實(shí)表型性狀群體間和群體內(nèi)變異特征

對(duì)羅田甜柿和野柿不同群體種實(shí)表型性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表2）表明：F值的大小在一定程度上表明表型性狀在群體間和群體內(nèi)差異程度的高低。羅田甜柿13個(gè)種實(shí)表型性狀中除萼片大小、種子數(shù)、種形指數(shù)、可溶性固形物含量在群體間達(dá)到極顯著水平，種形指數(shù)在群體內(nèi)達(dá)到極顯著水平，萼片大小在群體內(nèi)達(dá)到顯著水平外，其余性狀在群體間和群體內(nèi)均未達(dá)到顯著水平。野柿群體表型性狀中，果形指數(shù)、柿蒂大小、萼片大小、種子質(zhì)量、果實(shí)硬度等指標(biāo)在群體間達(dá)到極顯著水平，果實(shí)縱徑在群體間達(dá)到顯著水平，另有果實(shí)硬度在群體內(nèi)也達(dá)到極顯著水平。

植物不同表型性狀的極值往往反映該性狀在不同環(huán)境條件下的進(jìn)化及適應(yīng)性潛力。羅田甜柿13個(gè)表型性狀的極大值為極小值的 1.42（柿蒂大?。?.07（單果質(zhì)量）倍。依據(jù)極大值與極小值的差異倍數(shù)，各表型性狀的進(jìn)化及適應(yīng)性潛力從高到低分別為：?jiǎn)喂|(zhì)量 >種子質(zhì)量 > 種子數(shù) > 種子寬 > 果實(shí)硬度 > 種子長(zhǎng) > 萼片大小 > 果實(shí)縱徑 > 可溶性固形物含量 > 果實(shí)橫徑 > 種形指數(shù) >果形指數(shù)> 柿蒂大小。野柿13個(gè)表型性狀的極大值為極小值的1.48（果形指數(shù)）～5.54（種子質(zhì)量）倍。各表型性狀的進(jìn)化及適應(yīng)性潛力從高到低分別為：種子質(zhì)量 > 種子數(shù) > 單果質(zhì)量 > 果實(shí)硬度 > 果實(shí)縱徑 > 可溶性固形物含量 > 萼片大小 >果實(shí)橫徑 > 種子寬 > 種子長(zhǎng) > 柿蒂大小 > 種形指數(shù)>果形指數(shù) 。

變異系數(shù)的大小反應(yīng)了表型性狀的離散程度，變異系數(shù)越小，離散程度越小，性狀越穩(wěn)定。羅田甜柿不同群體間果實(shí)和種子的數(shù)量性狀變異系數(shù)為6.41%～25.85%，平均變異系數(shù)為13.78%，其中，變異系數(shù)較大的是種子數(shù)、果實(shí)硬度及單果質(zhì)量，變異系數(shù)較小的是柿蒂大小、果形指數(shù)、果實(shí)橫徑、種形指數(shù)及果實(shí)縱徑。不同群體野柿果實(shí)和種子表型性狀的變異系數(shù)為10.92%～38.36%，平均變異系數(shù)為22.14%，顯著高于羅田甜柿，其變異系數(shù)大小為：果實(shí)硬度 >單果質(zhì)量 > 種子數(shù) >種子質(zhì)量> 種子寬 > 萼片大小 >可溶性固形物含量 >種子長(zhǎng) > 果實(shí)縱徑 > 果實(shí)橫徑 > 種形指數(shù) >柿蒂大小 > 果形指數(shù)。

采用shannon′s多樣性指數(shù)（H′）評(píng)價(jià)羅田甜柿和野柿各表型性狀在所選群體間的表型多樣性，結(jié)果（表2）表明：羅田甜柿13個(gè)表型性狀的shannon′s多樣性指數(shù)變化范圍為1.38～2.09，平均shannon′s多樣性指數(shù)為1.80，其中，果實(shí)橫徑、種子寬、萼片大小等性狀多樣性指數(shù)較高，表明這些性狀在每一級(jí)中分布較均勻，果實(shí)縱徑、果形指數(shù)、種子質(zhì)量等性狀多樣性指數(shù)較低，表明這些性狀的表現(xiàn)型少，且在每個(gè)表現(xiàn)型上分布不均勻。野柿各表型性狀在所選群體體間的shannon′s多樣性指數(shù)（H′）變化范圍為1.51～2.28，平均shannon′s多樣性指數(shù)為2.04，其中，單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑、柿蒂大小、萼片大小、種子數(shù)、種子寬、種形指數(shù)、種子質(zhì)量、可溶性固形物含量等多個(gè)性狀多樣性指數(shù)較高，表明這些性狀蘊(yùn)藏著豐富的變異，果形指數(shù)、種子長(zhǎng)等性狀多樣性指數(shù)較低，說明這些性狀在群體間較穩(wěn)定。

表2 大別山區(qū)兩種甜柿表型性狀變異Table 2 Genetic variation of D.kaki and D.kaki var.silvestris

2.3 羅田甜柿和野柿不同群體種實(shí)表型性狀差異

不同群體羅田甜柿種實(shí)性狀多重比較結(jié)果（表3）顯示：湖北羅田云架山（P3）群體果實(shí)的單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑等指標(biāo)高于其它群體，湖北麻城鹽田河（P6）群體果實(shí)橫徑高于其余群體，但各群體間差異均未達(dá)到顯著水平；各群體果形指數(shù)為0.80～0.85，果實(shí)偏扁圓形；各群體柿蒂大小差異不大，但萼片大小、種子數(shù)量及種子大小的差異較顯著；萼片最大的湖北麻城鹽田河（P6）群體（20.32 mm）是最小的河南商城黃柏山（P7）群體（14.67 mm）的1.39倍，種子數(shù)量最多的湖北羅田平湖鄉(xiāng)（P4）群體（5.03個(gè)）是最少的河南商城黃柏山（P7）群體（3.30個(gè)）的1.52倍；各群體種子均為狹長(zhǎng)形，種形指數(shù)為1.49～1.74，其中，河南商城黃柏山（P7）群體種子最長(zhǎng)最寬，安徽金寨燕子河（P9）群體種子最短最窄，各群體種子質(zhì)量的差異未達(dá)到顯著水平；各群體中湖北羅田丁家山（P5）群體果實(shí)硬度（7.86 kg·cm?2）高于其余群體，而安徽金寨燕子河（P9）群體的果實(shí)可溶性固形物含量（17.68%）高于其余群體。

不同群體野柿種實(shí)性狀多重比較結(jié)果（表3）顯示：各群體野柿果實(shí)以近圓形為主，少部分偏扁圓形，果形指數(shù)為0.80～1.03，果實(shí)大的似兵乓球大小，小的如桂圓大小，果實(shí)單果質(zhì)量最大的湖北云架山（P3）群體（28.20 g）為最小的安徽霍山但家廟（P10）群體（13.27 g）的2.13倍，果實(shí)橫徑最大的湖北云架山（P3）群體（36.51 mm）為最小的安徽霍山但家廟（P10）群體（27.55 mm）的1.33倍，果實(shí)縱徑最大的湖北麻城鹽田河（P6）群體（37.78 mm）為最小的安徽霍山白馬尖（P11）群體（27.57 mm）的1.37倍；各群體中柿蒂最大的是湖北云架山（P3）群體（18.37 mm），最小的為河南商城黃柏山（P7）群體（13.89 mm），萼片最大的是湖北云架山（P3）群體（16.16 mm），最小的是安徽霍山白馬尖（P11）群體（9.56 mm）；各群體種子數(shù)量存在差異，種子數(shù)量最多的為安徽霍山白馬尖（P11）群體（6.20個(gè)），為最少的湖北羅田蕙蘭山（P1）群體（2.18個(gè)）的2.84倍；各群體種子均為狹長(zhǎng)形，種形指數(shù)為1.70～2.06，各群體間種子長(zhǎng)、種子寬、種形指數(shù)及種子質(zhì)量均差異不顯著，種子質(zhì)量最大的湖北羅田蕙蘭山（P1）群體（0.54 g）為最小的安徽金寨燕子河（P9）群體（0.34 g）的1.59倍；各群體中，河南商城黃柏山（P7）群體的果實(shí)硬度（9.94 kg·cm-2）顯著高于其余各群體，安徽霍山但家廟（P10）群體的果實(shí)可溶性固形物含量最高（26.59%），為最低的羅田蕙蘭山（P1）群體（18.85%）的1.41倍。

表3 羅田甜柿和野柿不同群體果實(shí)、種子性狀變異Table 3 Phenotype characters of fruits and seeds in D.kaki and D.kaki var.silvestris populations

2.4 羅田甜柿和野柿種實(shí)表型性狀分化差異

不同群體羅田甜柿和野柿的表型數(shù)據(jù)巢式方差分析結(jié)果（表4）顯示：羅田甜柿群體間方差分量占總變異的17.07%，群體內(nèi)方差分量占總變異的34.30%，說明群體間和群體內(nèi)都發(fā)生一定的變異，群體內(nèi)變異是變異的主要來源；表型性狀的平均表型分化系數(shù)為33.23%，表明群體間和群體內(nèi)的變異貢獻(xiàn)率分別為33.23%和66.77%，群體內(nèi)的變異高于群體間的變異，其中果實(shí)縱徑、果形指數(shù)、柿蒂大小、種子寬的表型分化系數(shù)較低，果實(shí)橫徑、萼片大小、種子數(shù)、種子長(zhǎng)、可溶性固形物含量的表型分化系數(shù)較高。野柿群體間的方差分量占總變異的48.75%，群體內(nèi)方差分量占總變異的6.69%，表明野柿群體的變異主要來源于群體間；13個(gè)表型性狀的表型分化系數(shù)為42.50%～平均表型分化系數(shù)為73.13%，表明野柿群體間和群體內(nèi)的變異貢獻(xiàn)率分別為73.13%和26.87%，群體間的表型有較大的分化，其中表型分化系數(shù)最大的為種子寬（96.22%）和果實(shí)硬度（90.73%），表型分化系數(shù)最小的為種子質(zhì)量（42.50%）。

表4 羅田甜柿和野柿果實(shí)表型性狀方差分量及群體間表型分化系數(shù)Table 4 Variance portions and differentation coefficients of fruit phenotype and quality traits among and within populations of D.kaki and D.kaki var.silvestris

3 討論

羅田甜柿和野柿是大別山區(qū)2種主要的柿屬植物資源，分布區(qū)存在一定的重疊，在形態(tài)上具有較大的差異。由于同域分布物種表型可塑性的式樣和程度可能有很大的差異，它們通過表型分化減少種間競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而使物種共存成為可能[22]。通常而言，局域分布的物種，其表型性狀變異程度要遠(yuǎn)低于廣泛分布的近緣種，如狹域種嶗山腺齒越橘（Vaccinium oldhamii Miq.）[23]、新疆野生櫻桃李（Prunus cerasifera Ehrh.）[24]等植物的果實(shí)變異程度顯著低于其廣布近緣種烏飯樹（V.bracteatum Thumb.）[25]和野生櫻桃李（P.divaricata LDB.）[26]。羅田甜柿各表型性狀的平均變異系數(shù)為13.78%，處于較低變異水平。羅田甜柿是中國(guó)特有的甜柿品種，分布范圍狹窄，由于人們對(duì)品質(zhì)、產(chǎn)量等方面的要求，經(jīng)過千百年來人工馴化改良，并通過嫁接等無性繁殖的方式將部分“優(yōu)質(zhì)基因”加以固定，導(dǎo)致含有其余性狀基因的丟失和遺傳基礎(chǔ)的變窄，反應(yīng)在表型性狀上，就是表型多樣性的降低和變異的減少[27]；而野柿的表型性狀具有較高的變異，遺傳基礎(chǔ)較寬。這是由于野柿所處的生境相對(duì)復(fù)雜和多樣，這就需要其具有更高的表型可塑性來提高對(duì)多變環(huán)境的響應(yīng)能力。表型可塑性對(duì)于生物的分布有重要的意義，能使物種具有更寬的生態(tài)幅和更好的耐受性，可以占據(jù)更加廣闊的地理范圍和更加多樣化的生境，成為生態(tài)位理論中的廣幅種[28]。

表型性狀中不同指標(biāo)的可塑性具有極大的差異，與適合度相關(guān)性較強(qiáng)的一類性狀（如種子形態(tài)等）可塑性一般較低，因?yàn)槠涫墉h(huán)境影響較小，相對(duì)較穩(wěn)定。在對(duì)無患子（Sapindus spp.）[29]、國(guó)槐（Sophora japonica Linn.）[30]等植物的研究中，種子形態(tài)指數(shù)的平均變異系數(shù)分別為5.70%和6.27%，本研究中羅田甜柿和野柿種形指數(shù)的平均變異系數(shù)分別為8.35%和12.98%，仍處于較低的變異水平；而其它間接影響適合度的性狀，如種子質(zhì)量等，其大小的變異是通過影響種子萌發(fā)進(jìn)而影響物種的適合度，因此，具有相對(duì)較高的表型可塑性。羅田甜柿和野柿種子質(zhì)量的平均變異系數(shù)分別為21.34%和30.94%，顯著高于種子形態(tài)指標(biāo)，與新疆野核桃（Juglans cathayensis Dode.）[31]、新疆野扁桃（Amygdalus ledebouriana Schleche.）[32]等植物的研究結(jié)果一致。

表型可塑性在植物對(duì)異質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)過程中發(fā)揮了重要作用，它是植物適應(yīng)異質(zhì)生境的重要生態(tài)對(duì)策[33]。狹域種和廣布種的進(jìn)化適應(yīng)性存在著差異。廣布種由于生態(tài)幅寬，具有較高的種內(nèi)多樣性，表型可塑性強(qiáng)，因而對(duì)外界環(huán)境擾動(dòng)的耐受性較強(qiáng)；而狹域種由于其分布的特異性，生態(tài)幅較窄，形成了適應(yīng)特定生境的表型，表型可塑性相對(duì)較低。大別山區(qū)羅田甜柿和野柿資源由于其進(jìn)化適應(yīng)性能力的差異，進(jìn)而深刻影響著種群的擴(kuò)散能力和種群動(dòng)態(tài)，開展2種柿資源表型可塑性的比較研究，將有助于進(jìn)一步理解廣布種和狹域種的生活史對(duì)策。

4 結(jié)論

作為大別山區(qū)廣布種的野柿和狹域種的羅田甜柿，具有不同的表型可塑性。對(duì)果實(shí)和種子的表型性狀進(jìn)行比較分析表明，野柿的變異程度顯著高于羅田甜柿。表現(xiàn)為野柿的表型性狀的極差、變異系數(shù)、shannon′s多樣性指數(shù)均顯著高于羅田甜柿。羅田甜柿的變異主要來源于群體內(nèi)，群體間分化較?。欢笆寥后w間表型有較大的分化。表明這2種柿屬植物資源具有不同的表型可塑性來適應(yīng)不同的分布生境。