不同種源女貞種實(shí)形態(tài)性狀遺傳變異研究

張皓珉， 曹基武， 曹镥鑌， 劉 佳， 彭翠英， 梁軍生，劉木勝， 王旭軍

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 3.茂盛花木盆景場(chǎng)，廣東 樂昌 512200)

女貞(Ligustrumlucidum)俗稱大葉女貞，隸屬于木犀科女貞屬，原產(chǎn)于中國(guó)長(zhǎng)江流域以南[1]，現(xiàn)廣泛分布于華南大部分地區(qū)，西北地區(qū)可分布至陜西、甘肅。女貞對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)[2]，其樹形整齊、枝繁葉茂，廣泛應(yīng)用于園林景觀[3-4]；其干燥果實(shí)女貞子在《神農(nóng)本草經(jīng)》中被列為上品，謂其 “味苦平，主補(bǔ)中，安五臟，養(yǎng)精神，除百病”[5]。女貞子中所富含的多糖、氨基酸、有機(jī)酸、甙、萜類、甾類等物質(zhì)具有抗菌、抗病毒、抗炎、降血糖、降血脂、保肝、抗衰老、抗癌及提高免疫功能等藥理作用[6-9]。

植物形態(tài)性狀是環(huán)境作用于基因型的結(jié)果。在長(zhǎng)期的外界環(huán)境壓力下，植物的形態(tài)性狀會(huì)發(fā)生不可逆的變化，當(dāng)這些變化達(dá)到可穩(wěn)定遺傳后則會(huì)產(chǎn)生新的形態(tài)性狀。因此，形態(tài)性狀的變異在物種的進(jìn)化與適應(yīng)環(huán)境過程中具有主導(dǎo)作用[12]。種實(shí)是植物遺傳物質(zhì)的載體，其形態(tài)性狀決定了物種的擴(kuò)散能力與空間分布特征[13]。近年來(lái)，關(guān)于女貞的研究主要集中于其藥用成分[6-8]、栽培技術(shù)[3]、生理生態(tài)[10-11]、園林景觀應(yīng)用[4]等方面，而關(guān)于其種實(shí)形態(tài)性狀變異的研究則鮮見報(bào)道。本研究對(duì)不同女貞種源種實(shí)形態(tài)性狀的遺傳變異進(jìn)行了研究，并通過分析其與地理因子及土壤、氣候等環(huán)境因子的相關(guān)性解釋遺了傳多樣性的成因，以期為女貞良種選育和高效栽培提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

以湖南芷江、湖南新寧、湖南安仁、四川大竹、云南昭陽(yáng)、云南晉寧等6個(gè)女貞種源的種實(shí)為試驗(yàn)材料。女貞種實(shí)于2021年11—12月采自湖南省芷江侗族自治縣、湖南省新寧縣、湖南省安仁縣、四川省大竹縣、云南省昭通市昭陽(yáng)區(qū)和云南省昆明市晉寧區(qū)。各種源均選擇10株母樹采集種實(shí)，各母樹間距離均保證在50m以上，每株采集1kg左右種實(shí)，裝于網(wǎng)袋中于4℃冷藏備用。種源地的地理、環(huán)境因子數(shù)據(jù)如表1所示。其中，土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家土壤信息服務(wù)平臺(tái)(http://www.soilinfo.cn)全國(guó)第二次土壤普查結(jié)果，氣候數(shù)據(jù)來(lái)源于世界氣候數(shù)據(jù)平臺(tái)(www.worldclim.org)1970—2000年的 WorldClim 2.1 版氣候數(shù)據(jù)。

表1 不同種源地的地理、環(huán)境因子數(shù)據(jù)Tab.1 Geographic factors and meterological factors of different Ligustrum lucidum provenances

續(xù)表1 不同種源地的地理、環(huán)境因子數(shù)據(jù)Continued Tab.1 Geographic factors and meterological factors of different Ligustrum lucidum provenances

1.2 研究方法

1.2.1 種實(shí)形態(tài)性狀測(cè)量 測(cè)量指標(biāo)包括果長(zhǎng)、果寬、果高和單果質(zhì)量以及種子長(zhǎng)、種子寬、種子高和種子百粒質(zhì)量等。

用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量果長(zhǎng)(成熟果實(shí)頂部至基部的最大值)、果寬(橫向最大直徑)、果高(橫向垂直方向的最大直徑)以及種子長(zhǎng)、種子寬、種子高，精確至0.01mm。用電子天平稱量單果質(zhì)量、種子百粒質(zhì)量，精確至0.0001g。除種子百粒質(zhì)量實(shí)測(cè)100粒種子質(zhì)量的總和外，其他各性狀均隨機(jī)取30粒進(jìn)行測(cè)量，各重復(fù)3次。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析 所有數(shù)據(jù)利用Microsoft office Excel軟件進(jìn)行整理，并利用IBM SPSS statistics 24軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)分析和聚類分析等。種實(shí)形態(tài)性狀遺傳參數(shù)的計(jì)算公式[14]如下。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(1)～(6)式中：r為重復(fù)數(shù)；M1為無(wú)性系均方；M2為環(huán)境均方；i為選擇強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源女貞種實(shí)形態(tài)性狀變異

由表2可見，女貞的果長(zhǎng)、果寬、果高、單果質(zhì)量及種子長(zhǎng)、種子寬、種子高和種子百粒質(zhì)量等種實(shí)形態(tài)性狀在種源間均存在極顯著差異。這說明女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源水平上有豐富的遺傳變異。由表2還可看出：除新寧種源與四川大竹種源單果質(zhì)量的變異系數(shù)均超過10.00%以外，該2個(gè)種源的其他種實(shí)形態(tài)性狀以及其他種源的種實(shí)形態(tài)性狀在種源內(nèi)的變異系數(shù)均未超過10.00%。這又說明女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源內(nèi)的變異程度較小，能比較穩(wěn)定地遺傳。湖南新寧種源的果長(zhǎng)、果寬、果高及單果質(zhì)量均大于其他種源的，均與其他種的(芷江種源的果高除外)差異極顯著。四川大竹種源的果長(zhǎng)、果寬、果高及單果質(zhì)量均顯著小于其他種源的，僅分別為新寧種源的76.95%、79.09%、79.09%和56.25%。其他種源的果實(shí)形態(tài)性狀大小介于兩者之間，但不同形態(tài)性狀在種源間的差異性不一致。不同種源種子形態(tài)性狀大小的排序與果實(shí)形態(tài)性狀大小的排序明顯不同。湖南芷江種源的種子長(zhǎng)、種子寬、種子高和種子百粒質(zhì)量均顯著大于其他種源的，湖南新寧種源的其次(僅種子寬排第三)，云南昭陽(yáng)種源的種子形態(tài)性狀除百粒質(zhì)量大于四川大竹種源的外，其他種子形態(tài)性狀顯著或極顯著小于其他種源的。女貞果實(shí)和種子形態(tài)性狀大小在不同種源間的差異性可能是因?yàn)榕懝麑?shí)和種子發(fā)育分別由不同的遺傳機(jī)制控制。這還有待進(jìn)一步的研究來(lái)驗(yàn)證。

表2 不同種源女貞種實(shí)形態(tài)變異

2.2 女貞種實(shí)形態(tài)性狀的遺傳力

由表3可以看出：女貞各種實(shí)形態(tài)性狀的遺傳方差均大于其環(huán)境方差，環(huán)境方差分量所占百分比少，說明女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源水平上能穩(wěn)定遺傳，且受外界環(huán)境條件的影響比較小。女貞各種實(shí)形態(tài)性狀的廣義遺傳力均在0.9以上，這進(jìn)一步說明女貞各種實(shí)形態(tài)性狀均受到高等強(qiáng)度的遺傳控制，能夠穩(wěn)定地遺傳。

遺傳變異系數(shù)是衡量群體性狀遺傳變異潛力的重要參數(shù)，遺傳變異系數(shù)大，說明該群體的遺傳潛力大[15]。由表3還可以看出，女貞各種實(shí)形態(tài)性狀的遺傳變異系數(shù)均明顯大于其環(huán)境變異系數(shù)。這說明女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源水平上遺傳潛力大，篩選出優(yōu)良種源的可能性很大。

表3 女貞種實(shí)形態(tài)性狀遺傳力Tab.3 Morphological characters heritability of Ligustrum lucidum

2.3 女貞種實(shí)形態(tài)性狀相關(guān)性

由表4可見：女貞果實(shí)單果質(zhì)量、果長(zhǎng)、果寬、果高等性狀兩兩之間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。種子長(zhǎng)、種子寬、種子高和種子百粒質(zhì)量等性狀之間也均存在相似的相關(guān)關(guān)系； 種子寬、種子高和種子百粒質(zhì)量與果長(zhǎng)、果寬、單果質(zhì)量的相關(guān)性均不顯著。這進(jìn)一步說明女貞果實(shí)和種子的形態(tài)性狀可能由不同的遺傳機(jī)制控制。由表4還可以看出，女貞種子長(zhǎng)與果長(zhǎng)、果寬呈極顯著或顯著相關(guān)。這意味著女貞果實(shí)越長(zhǎng)、越寬，其種子比較長(zhǎng)的可能性也越大。因此，也可以考慮把女貞的果長(zhǎng)、果寬作為其種子大小篩選的間接指標(biāo)。

表4 女貞種實(shí)形態(tài)性狀間的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlation coefficient among different morphologic characters of Ligustrum lucidum

2.4 女貞種實(shí)形態(tài)性狀與環(huán)境氣候因子的相關(guān)性

如表5所示：女貞果長(zhǎng)、果寬、果高和單果質(zhì)量均與緯度呈負(fù)相關(guān)，種子長(zhǎng)、種子寬和種子高均與緯度呈正相關(guān)，但均未達(dá)到顯著性水平。果長(zhǎng)、種子長(zhǎng)都與經(jīng)度呈顯著正相關(guān)，種實(shí)其他形態(tài)性狀也均與經(jīng)度呈正相關(guān)。這意味著女貞種實(shí)形態(tài)性狀存在著比較明顯的經(jīng)向變異，種源地越往東，其種實(shí)越大。女貞種實(shí)各形態(tài)性狀均與海拔呈負(fù)相關(guān)。這意味著海拔越高，女貞種實(shí)越小，也說明氣溫越高，女貞種實(shí)發(fā)育越充分。

由表5還可以看出：女貞果長(zhǎng)與最熱月份最高溫度、最暖季度平均溫度、最干月份降水量、降水量季節(jié)性、最干季度降水量、最冷季度降水量均呈極顯著相關(guān)，除與降水量季節(jié)性呈負(fù)相關(guān)外，與其他環(huán)境因子均呈正相關(guān)，表明果長(zhǎng)受氣候、地理因素的影響較大；土壤有機(jī)質(zhì)、土壤氮含量對(duì)果寬、果高、單果質(zhì)量具有較大影響，與果寬、果高、單果質(zhì)量均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，表明土壤有機(jī)質(zhì)與土壤氮含量在一定范圍內(nèi)增高，果實(shí)的形狀趨向于片狀橢圓形且質(zhì)量更小。最暖季度降水量與果寬、果高、單果質(zhì)量均呈顯著負(fù)相關(guān)，說明夏季高溫環(huán)境下高水平的降水不利于果實(shí)的生長(zhǎng)；果寬與最熱月份最高溫度、最暖季度平均溫度呈顯著正相關(guān)，說明夏季溫度越高則果實(shí)形態(tài)越趨向圓柱體；種子長(zhǎng)與經(jīng)度、等溫性、氣溫季節(jié)性、最熱月份最高溫度、平均氣溫日較差、最暖季度平均溫度、最干燥月份降水量、降水量季節(jié)性、最干燥季度降水量、最冷季度降水量呈顯著或極顯著相關(guān)，其中與降水量季節(jié)性、等溫性均呈負(fù)相關(guān)，與其他環(huán)境因子均呈正相關(guān)，表明氣候?qū)ΨN子長(zhǎng)有較強(qiáng)的影響力，種源地越向東，其種子形態(tài)越趨近于梭形；其他形態(tài)性狀與各環(huán)境因子之間均無(wú)顯著相關(guān)性。

表5 女貞種實(shí)性狀與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Tab.5 Correlation analysis between morphologic characters and geographical factors and meterological factors of Ligustrum lucidum

續(xù)表5 女貞種實(shí)性狀與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Continued Tab.5 Correlation analysis between morphologic characters and geographical factors and meterological factors Ligustrum lucidum

2.5 不同女貞種源聚類

以果長(zhǎng)、果寬、果高、單果質(zhì)量、種子長(zhǎng)、種子寬、種子高和種子百粒質(zhì)量等為指標(biāo)，采用歐式距離法對(duì)6個(gè)女貞種源進(jìn)行聚類分析。由圖1可看出：6個(gè)女貞種源聚類為兩大類，云南昭陽(yáng)種源先與其距離較近的云南晉寧種源聚為一類，然后再與其距離較遠(yuǎn)的四川大竹種源聚為一類。湖南安仁種源先與其距離較近的新寧種源聚為一類，然后再與其距離較遠(yuǎn)的湖南芷江種源聚為一類。廣布種植物地理變異的形成與自然選擇作用、基因流作用和基因飄動(dòng)作用等多種因素相關(guān)，在諸多因素的綜合作用下，植物會(huì)形成連續(xù)變異、區(qū)域板塊變異以及隨機(jī)變異等多種變異模式[16-17]。以上結(jié)果說明，女貞種實(shí)形態(tài)呈現(xiàn)典型的區(qū)域板塊化特征。

圖1 女貞種源聚類樹狀圖Fig.1 Dendrogram of Ligustrum lucidum from different provenances

3 結(jié)論與討論

女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源間的差異均達(dá)到極顯著水平。這說明女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源水平上存在著比較豐富的遺傳變異。但女貞種實(shí)形態(tài)性狀的遺傳方差遠(yuǎn)大于其環(huán)境方差，且其廣義遺傳力均達(dá)0.9以上，說明女貞的種實(shí)形態(tài)性狀能比較穩(wěn)定地遺傳。此外，女貞各種實(shí)形態(tài)性狀的遺傳變異系數(shù)均明顯大于其環(huán)境變異系數(shù)，說明女貞種實(shí)形態(tài)性狀在種源水平上遺傳潛力大，篩選出優(yōu)良種源的可能性很大。

女貞果實(shí)形態(tài)性狀兩兩間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，種子形態(tài)性狀兩兩間也存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，種子長(zhǎng)與果長(zhǎng)、果寬呈極顯著或顯著正相關(guān)。因此，可以考慮利用果長(zhǎng)、果寬等性狀作為女貞優(yōu)良種源選擇的參考指標(biāo)，并根據(jù)種子的質(zhì)量來(lái)選擇女貞種子，對(duì)女貞育苗用種子的選擇具有重要意義。女貞種實(shí)形態(tài)性狀存在比較明顯的經(jīng)向變異模式，隨著經(jīng)度的逐漸增加，女貞種實(shí)逐漸增大，且女貞種實(shí)形態(tài)性狀與海拔呈負(fù)相關(guān)，海拔越高，種實(shí)越小。這說明氣溫越高，女貞種子發(fā)育越充分。此外，女貞種實(shí)的生長(zhǎng)對(duì)高溫、降水較為敏感，夏季溫度的升高、最干月份降水量的增大、最冷月份降水量的增大均可使種子與果實(shí)更長(zhǎng)； 最暖季度降水量與果實(shí)寬、果實(shí)高、單果質(zhì)量均呈負(fù)相關(guān)，說明夏季多雨會(huì)減少女貞果實(shí)的體積與質(zhì)量，可進(jìn)一步對(duì)高溫下的女貞種實(shí)進(jìn)行水澇脅迫研究。有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)鹽對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要的作用，土壤是植物獲取這些物質(zhì)的重要來(lái)源，土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤含氮量與果高、果寬、單果質(zhì)量均呈極顯著負(fù)相關(guān)。從生理的角度講，光合部位的氮素增加會(huì)增強(qiáng)氮同化作用，這大大削弱了CO2同化速率與呼吸速率，從而使光合速率下降[18]，致使果實(shí)體積、質(zhì)量更小，這極有可能是土壤含氮量與果高、果寬、單果質(zhì)量均呈極顯著負(fù)相關(guān)的原因之一。氮含量的增加會(huì)減弱微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解，造成土壤有機(jī)質(zhì)含量上升，二者存在一定的捆綁關(guān)系[19]，因此，有機(jī)質(zhì)也與果長(zhǎng)、果寬、果高、單果質(zhì)量均呈極顯著負(fù)相關(guān)。本研究?jī)H實(shí)測(cè)了種實(shí)形態(tài)性狀，各環(huán)境因子均為官方調(diào)查數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論還需進(jìn)一步的研究來(lái)驗(yàn)證。

6個(gè)女貞種源聚類為兩大類，女貞種實(shí)形態(tài)呈現(xiàn)典型的區(qū)域板塊化特征。本研究?jī)H僅對(duì)6個(gè)女貞種源進(jìn)行聚類，而女貞廣泛分布于長(zhǎng)江以南至華南、西南各省區(qū)，向西北分布至陜西、甘肅等省區(qū)，以后有必要收集更多的種源作進(jìn)一步的驗(yàn)證。