中亞熱帶赤皮青岡天然種群表型多樣性分析

秦之曠 劉娜 周霞 李志輝 曹福亮 李何

摘?要：赤皮青岡（Quercus gilva）是我國中亞熱帶地區(qū)極具經(jīng)濟價值的珍貴用材樹種。為揭示其表型多樣性與變異規(guī)律以及影響表型變異的關(guān)鍵地理氣候因子，該研究以14個赤皮青岡天然種群115個單株為材料，對其15個樹體和葉片性狀進行測量，并采用巢式方差分析、表型分化系數(shù)分析、多樣性指數(shù)分析、相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析等方法，探究赤皮青岡的表型變異規(guī)律及其與地理氣候因子的相關(guān)性。結(jié)果表明：（1）赤皮青岡表型多樣性水平較高，15個表型性狀的變異系數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)平均值分別為35.070%和1.998，14個種群的變異系數(shù)在14.94%（洞口）～35.56%（龍山）之間、Shannon-Wiener指數(shù)在1.127（松陽）～1.980（常寧）之間。（2）15個表型性狀在種群間和種群內(nèi)均存在極顯著差異（P<0.01），種群平均表型分化系數(shù)為41.491%，表型變異主要來源于種群內(nèi)。（3）相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，赤皮青岡部分性狀間存在顯著或極顯著相關(guān)性，表型性狀與地理因子間相關(guān)性不明顯，降水是影響赤皮青岡表型性狀的主要氣候因子。（4）主成分分析發(fā)現(xiàn)，基于11個表型可提煉出4個主成分，累計貢獻率為82.961%。（5）根據(jù)聚類分析可將14個種群分為三類，分別為小葉片小葉柄類、大葉片大葉柄類和中葉片小葉柄類，種群的聚類結(jié)果與其地理位置間無明顯相關(guān)性。該研究結(jié)果為赤皮青岡種質(zhì)資源的保護和利用提供了科學依據(jù)，為其良種選育奠定了重要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 赤皮青岡， 珍貴樹種， 種質(zhì)資源， 表型性狀， 變異規(guī)律

中圖分類號：Q948.12

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142（2023）09-1622-14

收稿日期：2022-09-15

基金項目：國家自然科學基金 （32201589）； 湖南省自然科學基金 （2021JJ41069）； 湖南省林業(yè)科技創(chuàng)新資金項目 （XLKY202218）； 福建省公益類科研院所專項（2022R1010007）。

第一作者： 秦之曠（1997-），碩士，研究方向為林木育種，（E-mail）1667830341@qq.com。

*通信作者：李何，博士，講師，碩士研究生導師，研究方向為林木育種，（E-mail）lihecsuft@126.com。

Phenotypic diversity of Quercus gilva natural

populations in middle subtropical China

QIN Zhikuang1， LIU Na1， ZHOU Xia1， LI Zhihui1， CAO Fuliang2， LI He1*

（ 1. College of Forestry， Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China;

2. College of Forestry， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037， China ）

Abstract：Quercus gilva is a precious timber tree species in middle subtropical China. In order to investigate the phenotypic diversity， phenotypic variation pattern and the major geographic and climatic factors influencing phenotypic variation of Q. gilva populations， 15 growth and leaf traits of 115 individuals from 14 natural populations were measured， and then the phenotypic diversity， variation pattern and the correlation between phenotypic variation and geographic and climatic factors were studied using nested analysis of variance， phenotypic differentiation coefficient， diversity index， correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis. The results were as follows： （1） The average variation coefficient and the average Shannon-Wiener index of 15 phenotypic traits were 35.070% and 1.998， respectively. Variation coefficient and Shannon-Wiener index of 14 populations ranged from 14.94% （Dongkou） to 35.56% （Longshan） and from 1.127 （Songyang） to 1.980 （Changning）， respectively. These results indicated that Q. gilva showed a relatively high level of phenotypic diversity. （2） Significant differences in 15 phenotypic traits were found among and within populations （P<0.01）， with an average phenotypic differentiation coefficient of 41.491%. This result elucidated that the phenotypic variation within populations was greater than that among populations. （3） Correlation analysis showed that there were significant or entremely significant correlations among parts of the traits， whereas no correlation was found between phenotypic traits and geographic factors. Precipitation was the major factor that influenced the phenotypic traits of Q. gilva. （4） Principle component analysis indicated that the first four principal components explained 82.961% of total phenotypic contribution rate of Q. gilva. （5） Cluster analysis revealed that 14 Q. gilva populations were divided into three groups according to their different leaf and petiole size， such as small-leaved micropetiole， large-leaved macropetiole and medium-leaved micropetiole， which was not related to the geographic distribution of populations. This study provides scientific basis for the protection and utilization of Q. gilva germplasm resources， and lays an important foundation for its improved variety breeding.

Key words： Quercus gilva， precious tree species， germplasm resources， phenotypic traits， variation pattern

赤皮青岡（Quercus gilva）是殼斗科青岡屬常綠喬木，其樹干通直，邊材呈黃褐色，心材呈暗紅褐色，紋理優(yōu)美具有光澤，強韌有彈性，有獨特香味，抗蟲蛀，不易腐蝕，是我國亞熱帶地區(qū)極具經(jīng)濟價值和發(fā)展前景的珍貴用材樹種之一（端木，1995；Zaynab et al.， 2018）。其樹體高大，為深根性樹種，在水土保持和涵養(yǎng)水源方面有良好的表現(xiàn)，從而具有很高的生態(tài)價值（夏蟬，2021）。赤皮青岡在我國中亞熱帶地區(qū)分布較廣，主要分布于湖南、福建、浙江、江西、貴州、臺灣等?。╖eng et al.， 2019；歐陽澤怡等，2021）。然而，從20世紀開始，赤皮青岡天然群落受到明顯的人為干擾，絕大部分赤皮青岡天然林被過度采伐，采伐跡地用于城鄉(xiāng)發(fā)展、筑路修橋或人工林營造，導致大多赤皮青岡處于散生和小群落生存狀態(tài)，其種質(zhì)資源大量流失（Deng et al.， 2018）。

種質(zhì)資源既是遺傳多樣性的載體，也是種質(zhì)創(chuàng)新和林木遺傳改良的物質(zhì)基礎(chǔ)，闡明種質(zhì)資源的多樣性是對其合理保護和利用的前提（Bai et al.， 2019）。植物表型是遺傳因子和環(huán)境在長期過程中共同作用的結(jié)果，表型多樣性是遺傳多樣性的直接體現(xiàn)（李洪果等，2019；郭燕等，2022）。利用植物的表型性狀檢測遺傳多樣性具有簡便、快捷的特點（尚帥斌等，2015），是長期以來最基本和最直接的方法。近年來，種質(zhì)資源的表型性狀分析已在閩楠（Phoebe bournei）（Li et al.， 2018；歐漢彪等，2021）、黑楊（Populus nigra）（陳存等，2021）、板栗（Castanea mollissima）（郭燕等，2022）、茶條槭（Acer ginnala）（武艷虹等，2018）、唐古特白刺（Nitraria tanguticum）（吉德娟等，2021）等林木上開展，通過分析各表型性狀，揭示了表型多樣性和變異，挖掘了影響表型變異的關(guān)鍵因子，為相關(guān)樹種種質(zhì)資源的保護和利用奠定了重要基礎(chǔ)。

目前，赤皮青岡天然種群仍處于持續(xù)減少的狀態(tài)，天然種質(zhì)資源不斷流失，調(diào)查與闡明天然種質(zhì)的多樣性以合理制定其保護和利用策略是當前亟待開展的重要研究。但是，關(guān)于赤皮青岡種質(zhì)資源的相關(guān)研究非常有限，僅謝?。?011）和林文俊等（2017）對赤皮青岡天然群落進行了調(diào)查，并且調(diào)查群落僅分布在閩清和擎天巖村，很難具有代表性。在分子層面，雖然有基于ISSR分子標記技術(shù)（朱品紅，2014）和葉綠體基因組測序技術(shù)（Sugiura et al.， 2015）的赤皮青岡遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)的相關(guān)報道，但所調(diào)查的種群分布較集中，不足以揭示我國赤皮青岡種質(zhì)的遺傳多樣性；在表型層面，僅謝健（2021）對4個種源赤皮青岡幼林的生長性狀進行了分析。樹高、胸徑、材積和干型等是用材樹種的重要經(jīng)濟性狀，而葉片是植物進行光合和蒸騰作用的重要媒介，其形態(tài)直接影響生長發(fā)育和繁殖特性，并最終影響樹種的適應(yīng)和進化（郭燕等，2022）。

本研究以具有代表性的、基本覆蓋赤皮青岡在大陸地區(qū)分布范圍的14個赤皮青岡天然種群115個單株為材料，對其15個樹體和葉片性狀進行測量，采用巢式方差分析、表型分化系數(shù)分析、多樣性指數(shù)分析、相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析等方法，通過分析表型多樣性和變異及其地理變化，擬探討：（1）赤皮青岡天然種群表型多樣性水平；（2）赤皮青岡表型多樣性呈現(xiàn)的變異規(guī)律；（3）赤皮青岡表型變異與地理氣候因子之間的相關(guān)性。以期為赤皮青岡種質(zhì)資源的收集、保護和利用提供科學依據(jù)，為其良種選育奠定重要基礎(chǔ)。

1?材料與方法

1.1 材料

基于前期對赤皮青岡天然分布區(qū)內(nèi)種質(zhì)資源的調(diào)查，2021年5月至2022年3月對14個赤皮青岡天然種群共115個單株進行了調(diào)查和樣本采集，采樣種群基本覆蓋了我國中亞熱帶赤皮青岡天然分布區(qū)，各種群的地理氣候信息和樣本數(shù)量如表1所示。對樣本數(shù)大于10個的種群，隨機選取10株樣本，并確保樣本間較大的距離；由于部分種群樣本較少或采樣困難，因此對樣本數(shù)小于10株的種群，則采集種群內(nèi)的所有樣本。用GPS記錄各樣本的經(jīng)度和緯度，利用測高儀、胸徑尺等工具測量且記錄樹體性狀。用高枝剪等工具在當?shù)?2：00—14：00時樹冠中下層的陽面，獲取健康枝條，隨機采集成熟葉片（李珊等，2016），并選取10片無病蟲害的完整葉片進行集中拍照、記錄。

1.2 氣候數(shù)據(jù)的獲取

從全球氣候數(shù)據(jù)網(wǎng)WorldClim（https：//www.worldclim.org/）下載當前時期氣候數(shù)據(jù)，共下載與溫度和降水相關(guān)的19個氣候因子，數(shù)據(jù)精度為2.5’，版本為2.1（Fick & Hijmans， 2017），使用R包Raster中extract函數(shù)提取種群所在位置的氣候數(shù)據(jù)。在19個氣候因子中，由于一些因子間可能存在高度相關(guān)性，因此用prcomp函數(shù)對種群所在地的氣候因子進行主成分分析，提取前三個主成分中載荷大于0.8的氣候因子，得到5個氣候因子（表1），用于相關(guān)性分析。

1.3 表型性狀的測定

對各種質(zhì)的樹高、胸徑、冠徑等樹體性狀進行測量，其中冠徑為東西冠徑和南北冠徑的平均值，每個性狀重復測量3次，取平均值作為實測值。

計算各種質(zhì)的單株材積（v），公式為v=0.4π×（d1.3/2）×h+3×10（式中，d1.3為胸徑，h為樹高）（林昌庚，1964）。

記錄樹干干型情況，對這一非數(shù)值性狀由3人分別進行1～10賦值統(tǒng)計。根據(jù)劉雨等（2011）的研究且結(jié)合赤皮青岡實際情況進行以下賦值：有明顯主干無分枝，樹干通直記為10；有明顯主干無分枝，但樹干輕微彎曲記為9；有明顯主干無分枝，但樹干彎曲明顯記為8；有明顯主干且出現(xiàn)1個分岔，但分岔和主干較為通直記為7；有明顯主干和1個分岔，樹干較為彎曲記為6；有明顯主干和多個分岔，主干分枝較直記為5；有主干但第1個分岔較早，枝下高小于1.3 m，主干分枝較直記為4；有主干但第1個分岔較早，枝下高小于1.3 m，主干分枝較彎曲記為3；無明顯主干，但主要枝條較直記為2；無明顯主干，枝條較彎曲記為1。

使用ImageJ 圖像分析軟件分析各種質(zhì)的葉片圖像，測量獲取葉片的葉長、葉寬、葉面積、葉柄長、葉柄寬、葉柄面積、鋸齒數(shù)等數(shù)據(jù)，重復3次，取平均值作為實測值。通過測量值計算葉長寬比、葉柄長寬比和葉脈間距。其中，葉脈間距計算公式為葉脈間距=葉長/（單邊葉脈數(shù)+1）（郭燕等，2020）。

1.4 數(shù)據(jù)的處理和分析

1.4.1 巢式方差分析和多重比較?在SPSS 26軟件中，采用巢式設(shè)計模型對赤皮青岡的15個表型性狀進行巢式方差分析，其線性模型為Yijk=m+ai+bj（i）+eijk。式中， Yijk為第 i個種群的第 j個單株的第 k個觀測值， m為總體平均值， ai為第 i個種群的效應(yīng)值，bj（i）為第 i個種群的第 j個單株的效應(yīng)值， eijk為第ijk個觀測值的試驗誤差。

1.4.2 多樣性指數(shù)分析?在Excel軟件中，通過公式CV＝δ/x× 100%和VST=δ2t/（δ2t+δ2s）計算各性狀的變異系數(shù)（CV）及表型分化系數(shù)（VST）（葛頌等，1988）。式中，δ2t表示種群間方差，δ2s表示種群內(nèi)方差。在Past 4.09中計算各種群表型性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，先根據(jù)平均值（mean，x）和標準差（SD，δ）將所有性狀數(shù)據(jù)分成 10級，轉(zhuǎn)換為質(zhì)量性狀，第一級為< x-2δ，中間每級增加0.5δ，直到第10級為≥ x+2δ，再計算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)。

1.4.3 相關(guān)性分析、主成分分析與聚類分析?使用SPSS 26軟件，通過Pearson相關(guān)系數(shù)分析法，研究赤皮青岡各表型性狀間以及性狀與地理位置和氣候因子間的相關(guān)性。在R軟件中，先通過prcomp函數(shù)表型數(shù)據(jù)進行標準化，再進行主成分分析?；谥鞒煞值梅窒禂?shù)矩陣，提取貢獻率最大的第一和第二主成分，采用平方歐式距離和組間連接法進行種群間聚類分析。赤皮青岡天然種群受破壞較嚴重，大多種群內(nèi)樣本數(shù)量較少，并且種群間樹齡結(jié)構(gòu)差異較大，靖州和松陽種群僅由3株古樹和少量次生幼樹組成，保靖、通道、正板、插柳、安化、龍山和周寧等種群內(nèi)僅存幾株古樹和中齡赤皮青岡，鳳凰、洞口、常寧、婺源和普陀種群為樹齡較大的同齡林。因此，在進行主成分分析、聚類分析以及表型性狀與地理和氣候因子相關(guān)性分析時，剔除樹高、胸徑、冠徑和材積4個受樹齡影響較大的表型性狀，使用其余11個表型性狀進行分析。

2?結(jié)果與分析

2.1 赤皮青岡表型性狀變異

赤皮青岡15個表型性狀的變異系數(shù)平均值為35.070%（表2）。其中，材積的變異系數(shù)最大（為152.606%），變異幅度為0.05～58.72 m3。葉片長寬比變異幅度最小（為11.868%），變異幅度為2.540～4.534。15個表型性狀的變異系數(shù)由大到小依次為材積＞胸徑＞冠徑＞樹高＞葉柄面積＞葉面積＞葉柄長寬比＞葉柄長＞葉脈間距＞鋸齒數(shù)＞葉長＞葉柄寬＞葉寬＞干型＞葉長寬比。這說明赤皮青岡樹體性狀變異更加豐富。

15個表型性狀的多樣性指數(shù)（H）在1.543～2.142之間，平均值為1.998（表2）。其中，材積的多樣性指數(shù)最低（為1.543），葉寬的多樣性指數(shù)最高（為2.142）。15個表型性狀的多樣性由高到低分別為葉寬＞葉脈間距＞葉長＞葉長寬比＞鋸齒數(shù)＞葉柄寬＞樹高＞葉柄長＞葉面積＞葉柄長寬比＞葉柄面積＞冠徑＞胸徑＞干型＞材積。這說明赤皮青岡在個體水平上存在較為豐富的表型變異。

2.2 赤皮青岡表型變異來源及種群變異規(guī)律

赤皮青岡15個表型性狀在種群間和種群內(nèi)的方差分析結(jié)果見表3。由表3的F檢驗結(jié)果可知，無論是在種群間還是種群內(nèi)15個表型性狀都存在極顯著差異（P<0.01），說明赤皮青岡的樹體和葉片性狀在種群間和種群內(nèi)的變異都較為豐富。

由表4可知，保靖、插柳、安化、龍山、婺源、周寧、松陽種群的樹高、胸徑、冠徑和干型等樹體指標值都較大，其中松陽種群的樹高、材積、冠徑、干型均為最大，表現(xiàn)為樹形高大通直的特征；靖州種群的胸徑最大；鳳凰、洞口、常寧、普陀種群的平均材積相對較小，與各種群實際樹齡結(jié)構(gòu)相符。靖州、常寧、普陀種群的葉長寬比較小，葉片表現(xiàn)為短而寬的葉形；保靖、龍山、婺源種群的葉長寬比較大，葉片呈細長型；插柳種群的葉長和葉面積最大；正板赤皮青岡的葉片鋸齒數(shù)最多，葉面積較大，表現(xiàn)為葉片大且鋸齒多的特點。

2.3 赤皮青岡種群內(nèi)表型變異特征

變異系數(shù)（CV）表示種群內(nèi)表型性狀的變異情況，變異系數(shù)越大表明表型的離散程度越大。由表5可知，14個種群的變異系數(shù)在14.94%（洞口）～35.56%（龍山）之間，平均值為23.07%，說明在種群水平上赤皮青岡的表型性狀變異水平較高；14個種群中，僅洞口種群的15個表型性狀變異系數(shù)平均值未超過15%，說明該種群赤皮青岡表型變異水平較低；15個表型性狀中干型、葉長、葉寬、葉長寬比、葉柄寬和鋸齒數(shù)的變異系數(shù)平均值都未超過15%，說明這6個性狀較為穩(wěn)定。與表2結(jié)果一致，除干型外，樹高、胸徑、冠徑和材積等樹體性狀的變異系數(shù)平均值大于葉片性狀的變異系數(shù)平均值，說明赤皮青岡天然種質(zhì)的樹體性狀受樹齡影響過高而表現(xiàn)出較高變異水平。

2.4 赤皮青岡種群內(nèi)表型多樣性

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)反映不同表型性狀的豐富和均勻程度，14個種群的15個表型性狀的多樣性指數(shù)見表6。由表6可知，Shannon-Wiener指數(shù)在1.127（松陽）～1.980（常寧）之間，14個種群的多樣性指數(shù)從高到低依次為常寧＞普陀＞洞口＞插柳＞保靖＞鳳凰＞周寧＞通道＞婺源＞龍山＞安化＞正板＞靖州＞松陽。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與種群內(nèi)樣本數(shù)量大小有一定的關(guān)系，靖州、安化、松陽等樣本較少的種群表現(xiàn)出較低的Shannon-Wiener指數(shù)，在種質(zhì)資源收集和保護工作中應(yīng)重視。

2.5 赤皮青岡表型性狀變異來源及種群間表型分化

表型分化系數(shù)（VST）是種群間表型變異占總表型的百分比，用于評估種群間的表型分化情況。由表7可知，15個赤皮青岡表型性狀的分化系數(shù)在23.420%（葉柄長）～57.359%（胸徑）之間。赤皮青岡種群間表型方差分量占總表型變異的31.682%，種群內(nèi)占44.677%，表型分化系數(shù)為41.491%，說明種群內(nèi)的變異在赤皮青岡表型變異中起主要作用。

2.6 赤皮青岡表型性狀間的相關(guān)性及其與地理和氣候因子間的相關(guān)性

15個赤皮青岡表型性狀間的相關(guān)性結(jié)果如表8所示。其中，部分性狀間存在顯著或極顯著相關(guān)性。樹高與胸徑、材積、干型、冠徑、葉長寬比呈極顯著正相關(guān)性，與葉長和葉脈間距呈顯著正相關(guān)，說明較高的赤皮青岡往往具有較大的胸徑、較優(yōu)良的干型和冠形，葉片也較為狹長。干型與胸徑、材積、冠徑均呈極顯著正相關(guān)，說明優(yōu)良的干型在一定程度上可以提高赤皮青岡的生長潛力。葉面積與葉長寬比無明顯相關(guān)性，說明不同種質(zhì)的葉長寬比表現(xiàn)出一定程度的穩(wěn)定性。葉寬與葉柄長、葉柄寬、葉柄面積均呈極顯著正相關(guān)，葉長和葉面積與葉柄寬和葉柄面積呈極顯著正相關(guān)，說明大的葉片通常伴隨葉柄粗長的特征。葉脈間距僅與鋸齒數(shù)呈極顯著負相關(guān)，說明鋸齒越多葉脈間距越小。

11個表型性狀與種群所在地的地理和氣候因子的相關(guān)性分析結(jié)果如表9所示。赤皮青岡表型性狀與地理氣候因子間的相關(guān)性不明顯。干型與最濕月份降水量、最濕季度降水量和最暖季度降水量呈顯著正相關(guān)，葉寬與最暖季度降水量呈顯著負相關(guān)，葉柄寬與最濕月份降水量和最暖季度降水量呈顯著負相關(guān)；經(jīng)度、緯度、最冷月份最低溫度和最濕季度平均溫度與赤皮青岡表型性狀間無相關(guān)性。這表明降水對赤皮青岡表型性狀的影響大于溫度和地理因子。

2.7 赤皮青岡表型性狀的主成分分析和聚類分析

對赤皮青岡11個表型性狀進行主成分分析，得到4個特征根大于1的主成分，累計貢獻率為82.961% （表10）。由表10可知， PC1特征值為4.205，解釋總變異的38.231%， 主要包括葉長、 葉寬、葉面積（載荷的絕對值＞0.8），主要表征葉片大?。籔C2的特征值為2.447，解釋了22.248%的總變異，主要包括葉柄長和葉柄長寬比，與葉柄性狀相關(guān)；PC3特征值為1.344，主要表征干型，解釋了12.214%的總變異；PC4特征值為1.129，主要表征鋸齒數(shù)，解釋了10.268%的總變異。由圖1可知，赤皮青岡表型性狀未呈現(xiàn)出明顯的地理變異規(guī)律，其中湖南鳳凰和福建周寧種群以其較低的PC1得分與其他種群區(qū)分開來。

以平方歐式距離為14個赤皮青岡種群間的距離，采用組間連接法進行聚類（圖2）。當平方歐式距離為15時，根據(jù)11個表型性狀可將14個種群分為三類（與主成分分析結(jié)果相符）：第一類為湖南鳳凰和福建周寧，主要特征為葉長、葉寬、葉面積、葉柄長、葉柄寬、葉柄面積和葉脈間距值均最?。ū?），表現(xiàn)為小葉片小葉柄類；第二類為湖南靖州、浙江松陽和湖南插柳，其葉寬、葉面積、葉柄長、葉柄寬、葉柄面積和葉脈間距的值最大，葉長寬比值最低，說明第二類呈現(xiàn)出葉片大、葉寬且葉柄粗長的特征，表現(xiàn)為大葉片大葉柄類；第三類包括湖南保靖、湖南通道、湖南正板、湖南洞口、湖南安化、湖南龍山、湖南常寧、江西婺源和浙江普陀9個種群，屬于第一類和第二類的銜接部分，葉片形態(tài)接近第二類，葉長、葉寬、葉面積的值普遍較大，但葉柄形態(tài)更接近第一類，普遍較小，總體表現(xiàn)為中葉片小葉柄類。通過比較種群的聚類結(jié)果和地理位置之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者關(guān)聯(lián)并不顯著，說明赤皮青岡表型性狀與地理因子間的相關(guān)性不明顯。

3?討論與結(jié)論

3.1 赤皮青岡表型性狀的多樣性

表型性狀的變異是環(huán)境和遺傳因子共同影響下的表達（曹德美等，2021），尤其是赤皮青岡這類珍稀植物，種質(zhì)資源流失嚴重且面臨復雜的生存環(huán)境和長期的地理隔離，極易發(fā)生樹體和葉片等表型性狀的變異。

本研究結(jié)果表明，赤皮青岡15個表型性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在1.543～2.142之間，平均值為1.998。高于瀕危植物云南黃連（1.634～1.839）（Coptis chinensis）（楊維澤等，2013），與瀕危植物格木（Erythrophleum fordii）（2.027 8）（李洪果等，2019）相近，低于四川珙桐（2.360）（Davidia involucrata）（張騰駒等，2019）。這表明赤皮青岡雖面臨種質(zhì)資源流失的問題，仍表現(xiàn)出較高的多樣性水平，特別是葉長、葉寬和葉脈間距等性狀。葉片的形態(tài)直接影響葉片生長發(fā)育特性，間接影響植物的適應(yīng)能力，赤皮青岡葉片表型性狀的多樣性說明其具有較強的環(huán)境適應(yīng)性。

本研究中，赤皮青岡15個表型性狀的極大值是極小值的1.78（葉長寬比）～1 174.40（材積）倍，其中樹體性狀的極大值與極小值的比值普遍大于葉片性狀，表明樹體性狀較葉片性狀更易受到樹齡本身的影響。本研究中，赤皮青岡15個表型性狀的變異系數(shù)在11.868%～152.606%之間，天然種質(zhì)間表型性狀差異較大，尤其是樹高、胸徑、冠徑和材積等受樹齡影響大的樹體性狀；剔除以上4個性狀后，其余11個表型性狀的變異系數(shù)為11.868%～29.718%，與灰楸（Catalpa fargesii）（9.66%～30.39%） （于曉池等，2021） 和板栗（Castanea mollissima）（8.68%～32.73%）（郭燕等，2022）相近。這說明赤皮青岡干型和葉片性狀變異豐富，在不同環(huán)境因子和遺傳因子的影響下做出相應(yīng)的改變，這與Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的結(jié)論一致，表明赤皮青岡在復雜生長環(huán)境中表現(xiàn)出較強的適應(yīng)能力。

3.2 赤皮青岡表型性狀的變異來源和分化

本研究中，赤皮青岡15個表型性狀在種群間和種群內(nèi)都表現(xiàn)出較豐富的變異，而種群內(nèi)的表型變異更為豐富（平均表型分化系數(shù)VST=41.491%）。這與大多數(shù)林木種質(zhì)資源的表型研究結(jié)果基本一致，如小果白刺（Nitraria sibirica）（40.71%）（董昕等，2017）、香椿（Toona sinensis）（40.209%）（吳軍等，2018）等樹種均存在較為豐富的表型變異。這表明赤皮青岡葉片等表型性狀在種群間的遺傳分化程度相對較低，可能是本研究所調(diào)查種群均位于我國亞熱帶地區(qū)，分布區(qū)內(nèi)土壤理化性質(zhì)和氣候環(huán)境等條件差別不大，并且赤皮青岡在自然分布范圍內(nèi)呈碎片化分布的時間較短，暫未因生殖隔離而形成較大的差異。

本研究中，赤皮青岡11個葉片及干型性狀無論是在種群間還是在種群內(nèi)都存在極顯著差異，而種群內(nèi)的表型變異為主要變異來源（表型分化系數(shù)在23.420%～56.757%之間）。同時，14個種群的11個葉片及干型性狀的變異系數(shù)平均值在7.35%（干型）～23.33%（葉柄面積）之間，并且同一表型性狀的Shannon-Wiener指數(shù)在種群間存在較大差異，提示該物種較易發(fā)生種群分化。本研究所調(diào)查的赤皮青岡天然種群大多零散分布于村落周圍，雖然個別天然種群保存較為完整，但大部分種群因受人為干擾較嚴重而造成天然生境的改變，加上生境不連續(xù)、樣本較少的零散分布，種群間的基因流受阻，從而引起種群分化和表型性狀變異。

3.3 赤皮青岡表型變異與地理氣候因子間的相關(guān)性

不同物種對環(huán)境因子的敏感度和適應(yīng)力有一定的差異，其表型性狀呈現(xiàn)出不同的地理變異規(guī)律，如板栗（郭燕等，2022）的葉片由南向北表現(xiàn)出長寬比變小的趨勢，唐古特白刺（吉德娟等，2021）的葉片厚度與海拔呈正相關(guān)，青楊（Populus cathayana）（曹德美等，2021）的側(cè)脈數(shù)與經(jīng)緯度呈極顯著正相關(guān)。本研究中，在適宜赤皮青岡生長的環(huán)境下，經(jīng)緯度和溫度對赤皮青岡表型性狀的影響不顯著，而降水與赤皮青岡表型性狀間存在一定的相關(guān)性。這與姜小龍（2020）的研究結(jié)果類似，降水是影響南嶺青岡（Quercus championii）和福建青岡（Q. chungii）分布最大的氣候因子。本研究發(fā)現(xiàn)，氣候因子中最濕月份降水量、最濕季度降水量以及最暖季度降水量僅與赤皮青岡干型呈正相關(guān)，而最濕月份降水量和最暖季度降水量與葉寬和葉柄寬呈負相關(guān)。在適宜的降水范圍內(nèi)，降水量的增加會促進維管形成層的活動，有助于樹干的均勻增粗，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的干型。隨著降水量的增加，櫟類樹種的葉片和葉柄傾向于長條狀發(fā)展（李東勝等，2013），葉寬和葉柄寬表現(xiàn)出減小的趨勢，該現(xiàn)象與苦楝（Melia azedarach）（陳麗君等，2016）、板栗（郭燕等，2022）等的研究結(jié)果相似。因此，降水是影響赤皮青岡表型和分布最主要的因子，這為赤皮青岡的資源圃和人工林基地建設(shè)提供了科學依據(jù)。

3.4 赤皮青岡的保護與開發(fā)利用策略

赤皮青岡天然種群的生境不連續(xù)、跨度較大、碎片化較為嚴重，目前大多天然種群處于被孤立狀態(tài)且包含的種質(zhì)數(shù)量較少。赤皮青岡種子為頑拗性種子，外形較大，自然擴散距離十分有限，并且花粉的傳播受到我國南方復雜地形的阻礙，長此以往，高片段化分布的種群間基因流受阻（姜小龍，2020），加上環(huán)境異質(zhì)性的影響，從而引起種群分化和表型性狀變異。因此，僅開展就地保護既不能有效地為赤皮青岡種群間的基因交流提供廊道，也不利于種群的延續(xù)和遺傳多樣性的維持。為了更好地保護、管理和利用赤皮青岡種質(zhì)資源，應(yīng)加強對現(xiàn)有天然種群和單株的保護力度，特別是單株數(shù)量稀少的種群；加快開展種質(zhì)資源收集工作，鑒于赤皮青岡種群內(nèi)表型變異水平較高，要注重對種群內(nèi)每個單株的收集；應(yīng)將赤皮青岡作為鄉(xiāng)土樹種在其天然分布區(qū)內(nèi)推廣造林，以適應(yīng)能力較強的大葉片大葉柄類的靖州、松陽和插柳種群為種源進行采種育苗和造林，既可提高赤皮青岡的適應(yīng)性，又可改善種群片段化分布的現(xiàn)狀，為種群間的交流提供廊道，幫助該物種的延續(xù)。

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（責任編輯?蔣巧媛?王登惠）