不同香榧單株種實(shí)表型性狀變異

方明慧，鄭思靜，王思凡，陳 黎，萬(wàn)志兵

（黃山學(xué)院，安徽黃山 245041）

香榧Torreya grandis屬裸子植物紅豆杉科香榧屬常綠喬木，又名羊角榧、細(xì)榧，是第三紀(jì)孑遺植物，為我國(guó)特有珍稀經(jīng)濟(jì)樹種［1］，有食用［2］、藥用［3-5］、油用［6］、材用［7］、綠化觀賞［8］等多種用途.香榧是國(guó)家衛(wèi)生部首批批準(zhǔn)的藥食兩用食物之一，其種仁炒熟后，有化痰、止咳、潤(rùn)肺、明目等功效［9］，陳振德等［4］研究表明香榧子油能夠預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化，周大錚［5］研究證實(shí)了香榧酯具有抗腫瘤及抗病毒的功效.

香榧是榧樹中優(yōu)良變異類型經(jīng)人工選育后嫁接繁殖的優(yōu)良栽培品種［10］.我國(guó)香榧大部分呈野生狀態(tài)，主要分布于長(zhǎng)江流域以南的浙江、江蘇和安徽等省份［11］.近年來(lái)由于香榧的經(jīng)濟(jì)效益不斷增長(zhǎng)，因而在其生態(tài)適應(yīng)區(qū)得到了大力推廣與發(fā)展［8］.但由于香榧異花授粉、自然雜交等特殊的生物特性，其性狀變異會(huì)逐代積累，導(dǎo)致其個(gè)體之間和群體之間的差異性愈發(fā)顯著，這就增加了香榧良種選育工作的難度［12-13］.因此，選育出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)佳的優(yōu)良品種是發(fā)展香榧過(guò)程中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題.為此，許多學(xué)者對(duì)香榧的遺傳多樣性做了相關(guān)研究，目前主要從兩個(gè)方面展開：一是分子標(biāo)記，如閔會(huì)等［14］利用AFLP 得出香榧物種水平和群體水平的遺傳多樣性都比較高，且群體內(nèi)變異大于群體間；戴正等［15］利用ISSR 研究發(fā)現(xiàn)香榧的遺傳多樣性高于其它古老孑遺的裸子植物，如銀杏、水杉和銀杉等.二是表型遺傳，如閔會(huì)［16］研究結(jié)果表明，香榧針葉、果實(shí)等8 個(gè)表型性狀在群體間和群體內(nèi)都存在顯著差異；詹利云等［17］通過(guò)表型性狀變異分析，在5 個(gè)雄性榧樹天然居群的121個(gè)單株內(nèi)初步篩選雄性榧樹優(yōu)良單株.

植物表型遺傳多樣性研究是鑒定種群遺傳變異時(shí)最簡(jiǎn)便直觀的一種研究方法［18］，為尋找優(yōu)良的遺傳材料奠定基礎(chǔ)［19-20］.種實(shí)性狀是植物生存和繁衍適應(yīng)性的集中表現(xiàn)，其優(yōu)良性是優(yōu)樹選擇的重要考慮因素［21-22］.探討種實(shí)表型性狀之間的相關(guān)關(guān)系，可以用來(lái)指導(dǎo)選擇育種［23］.如郭松等［24］以5 個(gè)種源掌葉木為研究對(duì)象，通過(guò)分析11 個(gè)種實(shí)表型性狀，得出掌葉木變異豐富，并以種源間變異為主，且具有隨機(jī)變異的特點(diǎn).林玲等［25］研究表明，砂生槐群體的種實(shí)表型性狀均存在著較豐富的遺傳變異，為優(yōu)良種源和單株選擇提供了基礎(chǔ)材料.目前針對(duì)香榧的種實(shí)變異研究較少，鄔玉芬等［26］、李楊等［12］對(duì)香榧的種實(shí)變異研究主要集中在浙江、安徽的極少部分地區(qū).本研究以安徽省績(jī)溪縣鎮(zhèn)頭林場(chǎng)種植的由不同地區(qū)引進(jìn)所形成的14個(gè)香榧單株種實(shí)為試材，分析其種實(shí)表型的變異幅度和指標(biāo)間的相互關(guān)系，探究香榧種實(shí)表型性狀的變異規(guī)律，為后續(xù)香榧優(yōu)良單株選擇和品種選育提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

香榧種植于安徽省宣城市績(jī)溪縣鎮(zhèn)頭林場(chǎng)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°29′46″，北緯30°8′36″，東南接壤歙縣，西南連接黃山，西北與旌德比鄰，屬皖南山區(qū)變層巖系的中山、低山地區(qū).該地最高月平均氣溫29.3 ℃，最低月平均氣溫1 ℃，年平均氣溫15.9 ℃.年平均降水量1 412 mm，夏季和秋季雨水偏多.該地土質(zhì)肥沃，黃壤約占80%，多為輕壤和中壤，石礫含量約占15%，土壤pH為6～7，為香榧適生區(qū).

1.2 試驗(yàn)材料

供試香榧種實(shí)為不同地區(qū)引進(jìn)品種，詳細(xì)情況見表1.

表1 不同來(lái)源的香榧單株

1.3 試驗(yàn)方法

2019年9月下旬，隨機(jī)選擇14株生長(zhǎng)健壯、樹齡相同的香榧單株，每株隨機(jī)采摘30顆完整青果.選擇種實(shí)縱徑（seed vertical diameter，SVD，mm）、種實(shí)橫徑（seed horizontal diameter，SHD，mm）、種實(shí)側(cè)徑（seed side diameter，SSD，mm）、種形指數(shù)（SVD/SHD）、單種重（seed weight，SW，g）和單核重（nut weight，NW，g）遺傳相對(duì)穩(wěn)定、易于獲得的表型性狀進(jìn)行測(cè)定.

在所采樣品中每個(gè)單株隨機(jī)選取10 個(gè)鮮果，用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺分別測(cè)定種實(shí)縱徑、種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑，精確到0.01 mm，取平均值，重復(fù)3次；用精密電子天平測(cè)量種實(shí)的單種重和單核重，精確到0.01 g，取平均值，重復(fù)3次.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 22.0 軟件對(duì)14 株單株的6 個(gè)性狀進(jìn)行系統(tǒng)分類、性狀相關(guān)性分析和聚類分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 香榧種實(shí)表型性狀分析

由表2可知，14株單株香榧種實(shí)縱徑的總體均值為30.31 mm，最大種實(shí)縱徑均值為34.62 mm（67號(hào)單株），最小種實(shí)縱徑均值為26.15 mm（56號(hào)單株）；種實(shí)橫徑的總體均值為21.65 mm，最大種實(shí)橫徑均值為25.33 mm（67 號(hào)單株），最小種實(shí)橫徑均值為19.42 mm（63 號(hào)單株）；種實(shí)側(cè)徑的總體均值為21.63 mm，最大種實(shí)側(cè)徑均值為25.56 mm（57號(hào)單株），最小種實(shí)側(cè)徑均值為19.51 mm（63 號(hào)單株）；種形指數(shù)可反映種實(shí)的大小和特點(diǎn)，14 個(gè)單株香榧種形指數(shù)的總體均值為1.41，最大種形指數(shù)均值為1.57（63號(hào)、74號(hào)單株），最小種形指數(shù)均值為1.04（56號(hào)單株），最大、最小種形指數(shù)均值均大于1.00，即縱徑大于橫徑，可看出香榧種實(shí)以長(zhǎng)果形為主；種子重量的大小也可反映種實(shí)體積的大小［27］，也可作為香榧良種的參考指標(biāo).14個(gè)不同香榧單株單種重的均值為8.96 g，最大單種重均值為13.32 g（67 號(hào)單株），其次是11.41 g（57 號(hào)單株），最小單種重均值為7.08 g（66號(hào)單株），最大單種重是最小單種重的1.88 倍；單核重的均值為3.32 g，最大單核重均值為5.75 g（57 號(hào)單株），最小單核重均值為2.36 g（66 號(hào)單株），最大單核重是最小單核重的2.44 倍.由以上數(shù)據(jù)可分析得到，67 號(hào)單株、57 號(hào)單株相比較于其他單株生長(zhǎng)發(fā)育較好，而63、64 號(hào)單株相比較于其他單株生長(zhǎng)發(fā)育較差.

變異系數(shù)的大小可間接反映出群體的表型多樣性豐富程度，即變異系數(shù)大說(shuō)明該群體的性狀變異幅度高，表型多樣性豐富；變異系數(shù)小表明該群體的性狀變異幅度低，表型多樣性差［28］.從表2 可以看出，14 株香榧單株的果實(shí)表型指標(biāo)總體變異幅度不同，變異系數(shù)依次為單核重（12.39%）＞單種重（10.96%）＞種實(shí)縱徑（7.20%）＞種實(shí)側(cè)徑（4.97%）＞種實(shí)橫徑（4.62%）＞種形指數(shù)（4.53%），相對(duì)而言，單核重變異系數(shù)最大，其次是單種重，說(shuō)明其變異幅度最大，受環(huán)境影響大，不穩(wěn)定.其中，種實(shí)縱徑、種實(shí)側(cè)徑、種實(shí)橫徑、種形指數(shù)的變異系數(shù)均在10.00%以下，表明這4個(gè)性狀都相對(duì)穩(wěn)定.6個(gè)指標(biāo)變異幅度在不同單株間差異較大，其中差異最明顯的是單種重，64號(hào)單株變異系數(shù)（16.52%）是37 號(hào)單株（2.51%）的6.59 倍，其次是種形指數(shù)，74 號(hào)單株變異系數(shù)（8.15%）是56號(hào)單株（1.45%）的5.61倍.

為明確香榧種實(shí)表型性狀在不同種實(shí)間的差異，在α=0.05的顯著性水平上進(jìn)行了方差分析.由表2 可看出，不同單株間種實(shí)縱徑、種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑、種形指數(shù)、單種重、單核重6 個(gè)表型性狀差異顯著.種實(shí)縱徑方面，67 號(hào)單株與68 號(hào)單株差異不顯著，而與剩余12 株單株均差異顯著；56 號(hào)單株與剩余13 株單株均差異顯著.種實(shí)橫徑和種實(shí)側(cè)徑方面，67 號(hào)單株與56、57 號(hào)單株差異不顯著，與剩余11 株單株均差異顯著；種形指數(shù)方面，67 號(hào)單株與37、69、79、71 號(hào)單株差異不顯著，與剩余9 株單株均差異顯著；57 號(hào)單株與剩余13 株單株均差異顯著；單種重方面，67 號(hào)單株與剩余13 株單株均差異顯著；單核重方面，67 號(hào)單株與65、68、71 號(hào)單株差異不顯著，與剩余10株單株均差異顯著，56號(hào)單株與57號(hào)單株差異不顯著，與剩余12株單株均差異顯著.

表2 不同香榧單株種實(shí)表型性狀的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異分析及多重比較

2.2 香榧種實(shí)表型性狀的相關(guān)性分析

對(duì)香榧種實(shí)6 個(gè)表型性狀進(jìn)行了相關(guān)性研究，結(jié)果見表3.由表3 可看出，種實(shí)縱徑與種形指數(shù)、單種重均呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.542和0.468；種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑、單種重、單核重兩兩之間均具有極顯著的相關(guān)性，種實(shí)橫徑越大，種實(shí)側(cè)徑就越大，相應(yīng)的單種重、單核重也就越大，而種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑均與種形指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑越大，則種形指數(shù)越小，即種實(shí)形狀越扁，飽滿程度低.種實(shí)縱徑與種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑均呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性并不顯著.

表3 香榧種實(shí)表型性狀間的相關(guān)分析

2.3 香榧種實(shí)表型性狀的聚類分析

將表4 的6 個(gè)表型性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用重心聚類法進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖1，反映了不同香榧種實(shí)間的親疏關(guān)系、表型變異層次和各組單株的特征，在歐式距離等于5.0時(shí)，可將14個(gè)不同香榧單株分成4個(gè)類群.表4中各種實(shí)表型性狀均值用于各類特征分析.

表4 香榧聚類分組中四類種實(shí)表型性狀均值的比較

由圖1可知，一類有10株單株，占樣本總量的71.43%.該類種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑、單種重、單核重4個(gè)表型性狀平均值在4個(gè)類群中均最小，種實(shí)橫徑均值也相對(duì)較小，說(shuō)明這10株單株間的親緣關(guān)系較近，均具有種實(shí)形狀較小、重量較輕的特點(diǎn).二類只有68 號(hào)一株單株，占樣本總量的7.14%，其種形指數(shù)在4個(gè)類別中最大，說(shuō)明該類種實(shí)的主要特點(diǎn)是形狀趨于長(zhǎng)圓形，單種重和單核重相對(duì)較大.三類由56號(hào)、57號(hào)2個(gè)單株組成，占樣本總量的14.29%，該類種實(shí)橫徑、種形指數(shù)2個(gè)表型形狀平均值在4個(gè)類別中均最小，但種實(shí)橫徑、種實(shí)縱徑、單種重、單核重均相對(duì)較大，說(shuō)明該類種實(shí)的主要特點(diǎn)是形狀趨于圓形、種實(shí)和種核較大.四類僅有67號(hào)一個(gè)單株，該類種實(shí)縱徑、種實(shí)橫徑、單種重3 個(gè)表型性狀均值在4 個(gè)類別中均最大，種實(shí)側(cè)徑、單核重均位居第2，說(shuō)明該類種實(shí)的主要特點(diǎn)是形狀大、單種重量大.

圖1 14株不同香榧單株表型性狀的聚類分析

3 結(jié)論與討論

表型性狀變異是長(zhǎng)期適應(yīng)與進(jìn)化的產(chǎn)物，是反映群體生物遺傳信息最直接的表現(xiàn)［29］.對(duì)14個(gè)不同香榧單株種實(shí)表型性狀的分析表明，該群體存在豐富的遺傳變異和分化，為后期良種選育和遺傳改良提供了良好基礎(chǔ).變異系數(shù)是種質(zhì)的固有特征，反映種質(zhì)差異的范圍和程度，決定著資源的選擇范圍［30］.本研究表明，香榧種實(shí)的6 個(gè)表型性狀存在不同的變異情況，平均變異系數(shù)變化較大（4.53%～12.39%）.其中，單核重（12.39%）、單種重（10.96%）、種實(shí)縱徑（7.20%）的平均變異系數(shù)較大，在香榧的選育過(guò)程中，這3 個(gè)表型性狀的選擇空間都很大，為后期的良種選育提供了理論依據(jù).種形指數(shù)是反映種實(shí)形態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，縱橫徑的協(xié)同關(guān)系保證了種實(shí)形態(tài)的基本穩(wěn)定［31］.種形指數(shù)（4.53%）的平均變異系數(shù)在6 個(gè)表型性狀均值中最小，說(shuō)明種形指數(shù)是較穩(wěn)定的遺傳特征.

表型性狀相關(guān)性是植物資源研究和利用的重要內(nèi)容.通過(guò)對(duì)性狀間的相關(guān)性研究，可以確定不同性狀間的關(guān)系，可以在選擇某一個(gè)性狀的同時(shí)預(yù)測(cè)其對(duì)其它性狀可能產(chǎn)生的影響或選擇壓［32］.香榧種實(shí)的6個(gè)表型性狀間的相關(guān)性結(jié)果表明，種實(shí)縱徑、種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑、種形指數(shù)、單種重、單核重是香榧種實(shí)較為重要的表型性狀.種實(shí)、橫徑、種實(shí)側(cè)徑、種形指數(shù)、單種重、單核重兩兩之間均具有極顯著的相關(guān)性，種實(shí)橫徑與種實(shí)側(cè)徑、單種重、單核重均呈極顯著正相關(guān)，而與種形指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與李楊等［12］對(duì)野生香榧種實(shí)表型性狀的研究結(jié)果一致.種實(shí)縱徑與種形指數(shù)、單種重均呈極顯著相關(guān)，但與種實(shí)橫徑、種實(shí)側(cè)徑相關(guān)性不顯著.因此，對(duì)相關(guān)性極強(qiáng)的性狀組進(jìn)行選擇時(shí)，對(duì)其中一個(gè)性狀進(jìn)行改良，可以同時(shí)影響其它性狀；而對(duì)相關(guān)性不顯著的性狀組進(jìn)行選擇時(shí)，由于一個(gè)性狀的改良對(duì)其它性狀影響不大，所以在性狀選擇上應(yīng)當(dāng)有不同的改良方向和選擇標(biāo)準(zhǔn)［33］.

本研究采用重心法將14個(gè)不同香榧單株聚類分成4個(gè)組群，每個(gè)組群都具有其主要特征，這就從形態(tài)特征和經(jīng)濟(jì)性狀角度初步明確了個(gè)體間的親緣關(guān)系，為培育不同目標(biāo)的優(yōu)良單株奠定了基礎(chǔ)［34］.根據(jù)表型性狀進(jìn)行分類后，每類果實(shí)特征明顯，加之?dāng)?shù)量性狀一般呈連續(xù)性分布，表明每類果實(shí)中均有一個(gè)或多個(gè)性狀的極端值，這在育種過(guò)程中實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較大［35］.本研究從種實(shí)表型性狀變異的角度分析香榧群體的遺傳多樣性，揭示了不同香榧單株種實(shí)表型性狀的遺傳分化特性，旨在為后續(xù)香榧的優(yōu)良單株選擇和品種選育提供理論依據(jù).