不同產(chǎn)地幼齡秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀家系變異分析

肖德卿，沈 斌，羅芊芊，徐肇友，金霖芳，周志春＊

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江省林木育種技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311400；2. 浙江省龍泉市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 龍泉 323700；3. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866)

植物生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀變異受遺傳適應(yīng)性和環(huán)境異質(zhì)性的雙重影響，變異越豐富，越能適應(yīng)環(huán)境的變化[1-2]。生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀研究是探討植物遺傳變異和性狀分化最直接、最基礎(chǔ)的方法[3]，也是對(duì)種質(zhì)資源變異進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要手段。對(duì)于分布廣泛的樹種而言，長(zhǎng)期的地理隔離等會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)地間發(fā)生嚴(yán)重的遺傳分化，同種植物不同產(chǎn)地間差異顯著[4]。洪舟等[5]在生長(zhǎng)性狀統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)基礎(chǔ)上，篩選出10 個(gè)降香黃檀（Dalbergia odoriferaT. Chen）速生優(yōu)良家系。潘艷艷等[6]對(duì)日本落葉松（Larix kaempferi(Lamb.) Carr.）的生長(zhǎng)性狀進(jìn)行分析，篩選出17 個(gè)優(yōu)良家系。蔣冬月等[7]對(duì)浙江野生櫻花（Cerasusspp.）枝干及葉片形態(tài)變異進(jìn)行分析，根據(jù)主成分得分，將91 份櫻花種質(zhì)資源分為5 類。大量研究結(jié)果證明，掌握植物表型性狀的變異規(guī)律及分類，是進(jìn)行植物種質(zhì)資源收集、保存、挖掘和利用的基礎(chǔ)。

秀麗四照花（Cornus hongkongensissubsp.elegans（W. P. Fang & Y. T. Hsieh）Q. Y. Xiang)為山茱萸科（Cornaceae）山茱萸屬（CornusL.）常綠小喬木或灌木，廣泛分布于我國(guó)浙江、江西和福建等省。秀麗四照花不僅樹形美觀、整齊，且是集彩花、彩葉和彩果于一身的景觀樹種，其觀賞時(shí)期貫穿于四季，極具開發(fā)利用前景[8-9]。秀麗四照花是一種典型的森林下層和林緣樹種[9]，光照過(guò)強(qiáng)會(huì)影響其生長(zhǎng)，加上夏季高溫環(huán)境，常導(dǎo)致植株生長(zhǎng)良莠不齊和病蟲害嚴(yán)重等問(wèn)題，從而影響觀賞價(jià)值。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)部分秀麗四照花家系出現(xiàn)植株矮小、枝葉稀疏、枝干細(xì)弱和葉片卷曲等現(xiàn)象，甚至有的家系出現(xiàn)植株死亡情況，因此，對(duì)其栽培品種進(jìn)行選育成為重要研究方向和內(nèi)容[9]?，F(xiàn)階段應(yīng)在秀麗四照花優(yōu)良種質(zhì)收集和保護(hù)的基礎(chǔ)上，掌握生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀變異規(guī)律及其分類，為進(jìn)一步選育研究提供參考。本研究選用來(lái)自11 個(gè)產(chǎn)地秀麗四照花的92 個(gè)優(yōu)株家系種質(zhì)資源測(cè)定材料，分析其生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀在產(chǎn)地間及產(chǎn)地內(nèi)家系間的變異規(guī)律及各性狀間的相關(guān)性，并通過(guò)主成分分析和聚類分析，結(jié)合各性狀的綜合表現(xiàn)初選出具有生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、可塑性強(qiáng)和樹干修直等特點(diǎn)的育種類群，以期為觀賞型秀麗四照花的遺傳改良和推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源與試驗(yàn)地概況

2015 年11 月，收集浙江、江西、福建、湖南和湖北等地秀麗四照花自然分布區(qū)的優(yōu)樹種子，采種的優(yōu)樹要求生長(zhǎng)量大、葉量多、秋葉深紅且無(wú)明顯病蟲害，同時(shí)結(jié)實(shí)正常。確定優(yōu)樹選擇的天然居群后，進(jìn)行全面踏查，每個(gè)居群選擇2～3 株優(yōu)樹，每產(chǎn)地（縣、市）要求選擇10 株優(yōu)樹左右，優(yōu)樹間的距離不小于50 m。有些產(chǎn)地因秀麗四照花天然居群資源較少，選擇的優(yōu)樹為3～4 株。共采集到92 株優(yōu)樹的種子，每株優(yōu)樹采集種子在1.0 kg 以上。

秀麗四照優(yōu)樹家系育苗地和遺傳測(cè)定造林地位于浙江省龍泉市林業(yè)科學(xué)研究院國(guó)家重點(diǎn)林木良種基地（119°04′ E, 27°59′ N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.6℃，年降水量1 699.4 mm，無(wú)霜期263 d，地帶性植被為中亞熱帶常綠闊葉林，海拔高度300 m，土壤為酸性紅壤。于2016 年3 月進(jìn)行秀麗四照花優(yōu)樹家系輕基質(zhì)容器苗培育，每家系苗木培育數(shù)量在100 株以上。因立地條件基本一致，于2017 年3 月采用隨機(jī)完全區(qū)組（RCB）設(shè)計(jì)營(yíng)建秀麗四照花優(yōu)樹家系測(cè)定林，單株小區(qū)，重復(fù)15 次呈單列排布，株行距2 m × 2 m。造林時(shí)家系容器苗平均高度和地徑分別為44.00 cm 和0.44 cm。參試產(chǎn)地及其家系等信息詳見表1。

表1 參試秀麗四照花家系的產(chǎn)地及數(shù)量Table 1 The family Seed source and number of C. hongkongensis

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)定方法

于2019 年11 月中旬對(duì)秀麗四照花優(yōu)樹家系試驗(yàn)林進(jìn)行測(cè)定，每家系選擇前8 株（重復(fù)）進(jìn)行生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的測(cè)定。生長(zhǎng)性狀包括樹高、地徑和冠幅，形質(zhì)性狀包括當(dāng)年抽梢長(zhǎng)、一級(jí)分枝數(shù)、最大分枝角、最大分枝長(zhǎng)、最粗分枝基徑和樹干通直度。樹高用測(cè)桿測(cè)量，冠幅、當(dāng)年抽梢長(zhǎng)和最大分枝長(zhǎng)均用米尺測(cè)量，地徑和最粗分枝基徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，最大分枝角用量角器測(cè)量。樹干通直度分通直（5 分）、較通直（4 分）、一般（3 分）、彎曲（2 分）和嚴(yán)重彎曲（1 分）5 級(jí)，分?jǐn)?shù)越高越通直。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，依照拉依達(dá)準(zhǔn)則[10]去除異常數(shù)據(jù)。采用SPSS 19.0 軟件計(jì)算生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的均值及變異系數(shù)，分析各性狀間的Pearson 相關(guān)性[11]，并對(duì)9 個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析（PCA）[12]?；谄椒紼uclidean 距離，對(duì)生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀進(jìn)行Ward 法聚類分析[13-14]。采用SAS 9.0 軟件的GLM 和過(guò)程進(jìn)行性狀方差分析[15]。在方差分析時(shí)，樹干通直度及一級(jí)分枝數(shù)經(jīng)X1/2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最大分枝角經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換，最粗分枝基徑經(jīng)1/X轉(zhuǎn)換。

方差分析的線性模型為：Yijk=μ+Pi+F(i)j+E(ij)k

式中：Yijk為第i個(gè)產(chǎn)地第j個(gè)家系第k個(gè)單株的觀測(cè)值，μ為總體平均值，Pi為第i個(gè)產(chǎn)地的效應(yīng)值，F(xiàn)(i)j為第i個(gè)產(chǎn)地內(nèi)第j個(gè)家系的效應(yīng)值，E(ij)k為機(jī)誤。

表型變異系數(shù)（CV）：CV= 標(biāo)準(zhǔn)差/均值

式中：covpxy為性狀x和y的表型協(xié)方差；σpx2和σpy2為性狀x和y的表型方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)家系間遺傳變異

由表2 可知：秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)家系間均呈極顯著差異（P＜ 0.01）。生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的變異系數(shù)均較大，變幅為21.53%～38.78%。生長(zhǎng)性狀中冠幅的變異系數(shù)最大（26.66%），最大家系為最小家系的2.54 倍，而樹高的變異系數(shù)最小（21.53%）。形質(zhì)性狀中最大分枝長(zhǎng)的變異系數(shù)最大（38.78%），最大家系為最小家系的3.59 倍，樹干通直度的變異系數(shù)則最小(25.64%)。相對(duì)于生長(zhǎng)性狀，形質(zhì)性狀的變異系數(shù)相對(duì)較大，其中，有4 個(gè)性狀的變異系數(shù)在30.00%以上，包括最大分枝長(zhǎng)（38.78%）、最粗分枝基徑（37.06%）、最大分枝角（36.11%）和當(dāng)年抽梢長(zhǎng)（30.19%）。

表2 秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀方差分析Table 2 Variance analysis of growth and form-quality traits of C. hongkongensis

比較發(fā)現(xiàn)，秀麗四照花地徑、冠幅、最大分枝長(zhǎng)和最粗分枝基徑在產(chǎn)地間方差分量大于產(chǎn)地內(nèi)家系間方差分量，而其它5 個(gè)性狀產(chǎn)地內(nèi)家系間變異則大于產(chǎn)地間變異（表3）。秀麗四照花9 個(gè)性狀產(chǎn)地間平均方差分量百分率（18.86%）小于產(chǎn)地內(nèi)家系間平均方差分量百分率（26.61%），機(jī)誤平均方差分量百分率為54.53%，表明秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀變異主要來(lái)自產(chǎn)地內(nèi)家系間，且其易受環(huán)境影響。

2.2 家系生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

秀麗四照花家系樹高、地徑和冠幅3 個(gè)性狀間均呈極顯著的正相關(guān)（表4），相關(guān)系數(shù)為0.544～0.859。當(dāng)年抽梢長(zhǎng)與樹高和地徑間呈極顯著的正相關(guān)，一級(jí)分枝數(shù)、最大分枝長(zhǎng)和最粗分枝基徑與樹高、地徑和冠幅間均呈極顯著的正相關(guān)，說(shuō)明高徑生長(zhǎng)量較大的秀麗四照花其分枝數(shù)較多，分枝較長(zhǎng)且粗壯。因此，若選用速生的秀麗四照花家系，需加強(qiáng)修剪以保持適當(dāng)?shù)墓谛魏头种ιL(zhǎng)。最大分枝角與冠幅、最大分枝長(zhǎng)和最粗分枝基徑間呈極顯著的負(fù)相關(guān)，而最大分枝角與樹高、地徑的相關(guān)性不顯著，意味著冠幅較大、分枝較長(zhǎng)且粗壯的秀麗四照花其分枝角度則較小，這有利于增加抗擊風(fēng)雪的能力。樹干通直度與冠幅呈極顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)年抽梢長(zhǎng)、一級(jí)分枝數(shù)和最大分枝角呈極顯著正相關(guān)，而與其余性狀的相關(guān)性均較低，意味著樹干通直度較高的秀麗四照花，其冠幅較小、分枝數(shù)較多且分枝角較大。

表3 秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的方差分量Table 3 Variance components of growth and form-quality traits of C. hongkongensis

表4 秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation among growth and form-quality traits of C. hongkongensis

2.3 秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的主成分分析

秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的主成分分析結(jié)果見表5。3 個(gè)主成分（特征值 ＞ 1）累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到82.636%，即3 個(gè)主成分所蘊(yùn)含的信息占總信息的82.636%，可以較完整地表現(xiàn)出秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的綜合信息。主成分1（PC1）主要涵蓋了樹高（0.850）、一級(jí)分枝數(shù)（0.825）和冠幅（0.811）等性狀，其中，樹高起主導(dǎo)作用；主成分2（PC2）主要涵蓋了最大分枝長(zhǎng)（0.797）、最大分枝角（-0.768）和最粗分枝基徑（0.738）等性狀，其中，最大分枝長(zhǎng)起主導(dǎo)作用；主成分3（PC3）中的樹干通直度（0.862）起主導(dǎo)作用。分析結(jié)果表明：秀麗四照花生長(zhǎng)性狀中的樹高、形質(zhì)性狀中的最大分枝長(zhǎng)和樹干通直度是主要的變異因子。

2.4 秀麗四照花家系聚類分析

秀麗四照花家系聚類分析結(jié)果見圖1?；? 個(gè)主成分負(fù)荷值,采用聚類分析可以把秀麗四照花92 個(gè)家系完全分開，說(shuō)明選取的3 個(gè)主成分可以反映各個(gè)家系間的差異。在歐氏距離為11.5 處，可將秀麗四照花92 個(gè)家系分為2 類。各類型的表型平均值見表6。類型Ⅰ中有56 個(gè)家系，占全部家系的61%，包括江西廣豐、江西上猶、江西龍南、福建大田、福建武平和湖北興山等產(chǎn)地內(nèi)的家系，主要特征為樹形高大，可塑性較強(qiáng)，株型緊湊，分枝較粗；類型Ⅱ中有36 個(gè)家系，占全部家系的39%，包括浙江龍泉、江西袁州、江西分宜、福建延平和湖南南岳等產(chǎn)地內(nèi)的家系，主要特征為樹枝開展，速生性較差，樹干通直度較高。整體來(lái)看，類型Ⅰ家系的產(chǎn)地在地理位置上大部分偏南部，而類型Ⅱ家系的產(chǎn)地則大部分偏北部。

表5 秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的主成分分析Table 5 Principal component analysis of growth and form-quality traits of C. hongkongensis

3 討論

圖1 秀麗四照花家系聚類圖Fig. 1 A family cluster diagram of C. hongkongensis family

表6 不同類型秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的平均值Table 6 Mean values of growth and form-quality traits for different types of C. hongkongensis

由于長(zhǎng)期受產(chǎn)地不同生境條件的影響，植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)會(huì)通過(guò)外在的表現(xiàn)表達(dá)出來(lái)。本研究中，秀麗四照花的生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)家系間均存在極顯著變異，各性狀的變異系數(shù)均大于20.00%，且形質(zhì)性狀的變異系數(shù)普遍大于生長(zhǎng)性狀，說(shuō)明秀麗四照花在生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀上都存在較大的改良潛力，且形質(zhì)性狀在變異過(guò)程中占主要部分，為選育生長(zhǎng)健壯且冠形良好的品種提供了種質(zhì)資源保障。秀麗四照花的產(chǎn)地間平均方差分量百分率（18.86%）小于產(chǎn)地內(nèi)家系間平均方差分量百分率（26.61%），說(shuō)明秀麗四照花的生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀變異主要來(lái)源于產(chǎn)地內(nèi)家系間。究其原因，可能與物種本身的繁育系統(tǒng)有關(guān)[16]，秀麗四照花以種子繁殖為主，種子被包裹在香甜的果皮中，對(duì)鳥類和嚙齒動(dòng)物有一定的吸引作用，這些因素推進(jìn)了基因流動(dòng)，從而減少遺傳漂變對(duì)遺傳結(jié)構(gòu)的影響，降低了產(chǎn)地間的遺傳分化，頻繁的基因交流活動(dòng)有助于穩(wěn)定產(chǎn)地內(nèi)家系間的遺傳變異水平，并將其保持在較高的水平。此外，還可能與地形、氣候、土壤條件、地理隔離和自然選擇等有關(guān)[17-18]。同時(shí)，研究中發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀機(jī)誤方差分量值偏高，說(shuō)明秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀易受環(huán)境的影響，在加強(qiáng)秀麗四照花產(chǎn)地內(nèi)家系間變異挖掘的同時(shí)，應(yīng)結(jié)合多區(qū)域進(jìn)一步測(cè)定其性狀的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

通常一個(gè)性狀的改變會(huì)直接或間接地導(dǎo)致另一個(gè)性狀的改變[19]，分析性狀的相關(guān)性可間接為良種選育提供理論指導(dǎo)。性狀相關(guān)分析表明，秀麗四照花冠幅、當(dāng)年抽梢長(zhǎng)、一級(jí)分枝數(shù)、最大分枝長(zhǎng)和最粗分枝基徑與樹高、地徑呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明樹高和地徑生長(zhǎng)突出的家系，分枝多且粗、枝葉茂密[20]。在生產(chǎn)上，可選擇速生的家系，再通過(guò)合理疏伐來(lái)培育高等級(jí)的秀麗四照花優(yōu)質(zhì)品種。在景觀環(huán)境中，可選擇速生、枝葉茂密的優(yōu)株，再經(jīng)過(guò)整形修剪，及時(shí)調(diào)整優(yōu)株與環(huán)境的比例，以達(dá)到良好的視覺(jué)效果。

秀麗四照花的主成分分析結(jié)果表明，生長(zhǎng)性狀中的樹高和形質(zhì)性狀中的最大分枝長(zhǎng)、樹干通直度等是主要的區(qū)別性狀，這有利于間接且快速地篩選出生長(zhǎng)健壯、可塑性強(qiáng)、樹干修直的秀麗四照花。晏姝等[21]運(yùn)用聚類分析法分別為廣東博羅與增城地區(qū)選出優(yōu)良南洋楹（Paraserianthes falcataria(L.)Nielsen）材料。本研究將92 個(gè)秀麗四照花家系分為2 類，發(fā)現(xiàn)地理相鄰的家系不能完全聚在一起，生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀表現(xiàn)為空間上的不連續(xù)變異，這一規(guī)律與彭興民等[16]對(duì)印楝（Azadirachta indicaA.Juss.）的聚類分析結(jié)果一致，這是因?yàn)槌乩砦恢貌町愅?氣候、地形、海拔和土壤等方面的環(huán)境異質(zhì)性對(duì)生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀變異也帶來(lái)較大的影響。另外，類型Ⅰ和類型Ⅱ的秀麗四照花家系具有不同的特點(diǎn)，可通過(guò)設(shè)計(jì)師的不同要求與應(yīng)用，在增強(qiáng)景觀效應(yīng)和審美情趣的同時(shí)產(chǎn)生畫龍點(diǎn)睛的視覺(jué)效果。如在開闊的草坪內(nèi)、重要位置或視線的集中點(diǎn)栽植樹形高大，可塑性較強(qiáng)的秀麗四照花，可以起到突出景觀引導(dǎo)視線的作用。在園林綠地中以叢植的方式選擇樹枝開展、樹干修直的秀麗四照花，既豐富景觀層次又活躍了園林氣氛。株型緊湊的秀麗四照花栽植在庭院、花池等小景處，其景觀效果也較明顯。

合理運(yùn)用不同特點(diǎn)的秀麗四照花豐富景觀要素的同時(shí)又提高了園林質(zhì)量。限于林木生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，現(xiàn)階段試驗(yàn)林仍處于幼林階段，只能對(duì)其生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀進(jìn)行初步分析，今后還需結(jié)合葉片、花朵和果實(shí)進(jìn)行綜合分析，并結(jié)合多區(qū)域測(cè)定來(lái)驗(yàn)證秀麗四照花家系的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，以更好地開發(fā)、改良和利用秀麗四照花種質(zhì)資源。

4 結(jié)論

秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀在產(chǎn)地間及產(chǎn)地內(nèi)家系間均存在顯著差異，變異幅度大，產(chǎn)地內(nèi)家系間變異大于產(chǎn)地間變異。速生的秀麗四照花家系，具有分枝多且粗、枝葉茂密的特點(diǎn)，樹高、冠幅、最粗分枝基徑和樹干通直度等是秀麗四照花主要變異因子，這有利于間接且快速地篩選出生長(zhǎng)健壯、可塑性強(qiáng)且樹干較為通直的秀麗四照花。聚類分析中，92 個(gè)秀麗四照花家系聚為2 類，類型Ⅰ家系的產(chǎn)地在地理位置上大部分偏南部，主要特征為樹形高大，可塑性較強(qiáng)，株型緊湊，分枝較粗，速生性較好；類型Ⅱ家系的產(chǎn)地則大部分偏北部，主要特征為樹枝開展，樹干通直度較高，速生性較差。以上秀麗四照花生長(zhǎng)和形質(zhì)性狀的初步研究結(jié)果，以期為其種質(zhì)資源利用和遺傳改良提供科學(xué)依據(jù)。