麻櫟與栓皮櫟不同種源苗期生長差異性及評價1)

李璇 薛美玲 胡榮 楊甲定 方炎明

(南京林業(yè)大學(xué)，南京，210037)

麻櫟(Quercusacutissima)和栓皮櫟(Quercusvariabilis)是殼斗科櫟屬中的落葉喬木，分布于我國溫帶、亞熱帶地區(qū)，是闊葉林的重要組成樹種[1]。櫟木資源在我國分布廣泛，因其具有較強的抗旱性、耐火性和水土保持能力，被譽為良好的生態(tài)樹種[2-5]；櫟木材質(zhì)堅硬，可用于制作車船、農(nóng)具、地板、室內(nèi)裝飾等用材；栓皮櫟由于樹皮木栓層發(fā)達，也是我國軟木的主要原料，可緩解我國珍貴樹種木材短缺問題，是絕佳的用材樹種[6-7]；麻櫟種子含有大量的淀粉，可用于生產(chǎn)酒精，被稱為綠色能源樹種[8-9]。

目前，對櫟屬植物的研究涉及櫟樹的生理[10-13]、生態(tài)[4，14-19]、系統(tǒng)進化[20-24]、群落多樣性[25-27]和遺傳多樣性[28-33]等。我國是櫟屬植物第二大多樣性分布中心，種類超過100種[1，34]。櫟木森林面積達1 672萬hm2，森林蓄積量達1.94億m3，分別占全國森林資源的10.15%和8.9%[35]。因此，選育高品質(zhì)的優(yōu)良種源尤為重要。近年來，我國櫟樹的繁育技術(shù)也在不斷進步，從開始的播種育苗技術(shù)[36-37]到扦插、試管繁育、體細胞胚胎發(fā)生等無性系繁育技術(shù)[38-41]，這些都為櫟樹的良種繁育奠定了基礎(chǔ)。麻櫟和栓皮櫟種源實驗陸續(xù)有報道[42]，大多數(shù)研究只關(guān)注單個物種不同種源之間的葉表型變異[43]、化學(xué)計量特征變異[44]、種子形態(tài)變異和抗逆性等[45-46]，沒有對麻櫟和栓皮櫟苗期生長差異進行對比分析，且種源試驗地較為單一，無法對后期種源的推廣與利用。為了解兩個物種的不同種源在不同生境下的表現(xiàn)以及種源的適應(yīng)性問題，我們在兩個試驗點(下蜀林場、泗陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園)對兩種櫟樹種源(麻櫟、栓皮櫟)進行育苗實驗，通過不同種源苗的生長指標(biāo)在種源×試驗點的交互作用表現(xiàn)做出綜合評價，以期篩選出適合兩種生境的優(yōu)良種源，為櫟樹的良種選育提供技術(shù)支持。

1 試驗地概況

麻櫟與栓皮櫟種源試驗地設(shè)置在南京林業(yè)大學(xué)下蜀林場實踐教研基地與宿遷泗陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園。下蜀林場實踐教研基地(32°7′N，119°13′E),年均氣溫為15.1°，年降水量為1 105 mm，年均日照時間為2 018 h，無霜期為229 d；土壤pH=4.0～5.0，為酸性土壤。宿遷泗陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園(33°40′N，118°36′E)，年均氣溫14.2 ℃，年降水量910 mm，年均日照時間為2 291 h，無霜期為211 d；土壤pH=6.0～7.0，為堿性土壤。

2 材料與方法

2.1 材料來源

由項目組提供收集的種源18個(麻櫟種源8個，栓皮櫟種源10個)，具體種源信息見表1。

表1 麻櫟和栓皮櫟種源信息表

2.2 育苗設(shè)計

2017年3月，在南京林業(yè)大學(xué)下蜀林場實踐教學(xué)基地進行育苗，采用開溝條播法，將露白后的麻櫟種子按行距25 cm，株距8 cm，均勻點播，播后覆土2～3 cm。2018年3月進行定植苗木，株行距為1 m× 2 m，實驗采取完全隨機區(qū)組設(shè)計，5株小區(qū)，3次重復(fù)。同時將部分種源移栽至泗陽農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園栽種，株行距為1 m× 2 m。實驗采取完全隨機區(qū)組設(shè)計，5株小區(qū)，3次重復(fù)。

本研究涉及的觀測指標(biāo)包括下蜀林場和泗陽農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園的2年生麻櫟與栓皮櫟實生苗的苗高與地徑。每個種源隨機觀測10株，重復(fù)3次。苗高和地徑分別使用卷尺和游標(biāo)卡尺完成測量，并進行詳細記錄。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel2018進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與初步簡單的分析，用SPASS19.0完成數(shù)據(jù)方差分析與多重比較。選取同時栽種于下蜀和泗陽農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園的14個種源進行主成分分析。將兩個試驗地種源苗的苗高與地徑作為變量，進行相關(guān)矩陣的特征值、特征向量以及貢獻率的計算，選取了下蜀林場種源的苗高生長與地徑生長2個主成分，將兩個主成分的貢獻率相加，求得主成分綜合得分排名。

3 結(jié)果與分析

3.1 下蜀林場麻櫟和栓皮櫟種源2年生苗生長狀況的差異

由表2、表3可知，在8個麻櫟種源中，江蘇盱眙8號麻櫟種源平均苗高最大，平均苗高為167.40 cm；山東泰安4號麻櫟種源的苗高變異幅度最大，變異幅度為57～104 cm，相差近1.8倍。江蘇鎮(zhèn)江1號麻櫟種源平均地徑最大，平均地徑為21.92 mm；浙江富陽3號麻櫟種源的地徑變異幅度最大，變異幅度為10.1～31.3 mm，相差近3倍。

表2 下蜀林場不同種源麻櫟與栓皮櫟苗高與地徑的差異

表3 下蜀麻櫟與栓皮櫟種源苗木生長特性比較

10個栓皮櫟種源中，安徽龍脊山11號栓皮櫟種源的平均苗高最大，平均苗高為117.09 cm；江蘇棲霞山14號栓皮櫟種源的苗高變異幅度最大，變異幅度為41～93 cm，相差近2.2倍。山東泰安13號栓皮櫟種源的平均地徑最大，平均地徑為14.75 mm；江蘇林科院10號和江蘇棲霞山14號種源的地徑變異幅度最大，變異幅度為5.00～11.00 mm，相差近2.2倍。

從變異系數(shù)看，山東泰安4號麻櫟種源的苗高變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為17.75%，江蘇棲霞山14號栓皮櫟種源的苗高變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為26.67%；甘肅榆樹林場2號麻櫟種源的地徑變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為34.27%，江蘇棲霞山14號栓皮櫟種源的地徑變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為32.47%。

麻櫟種源的平均苗高比栓皮櫟種源大，苗高的最大值與最小值也比栓皮櫟種源大；麻櫟種源的平均地徑、地徑的最大值與地徑的最小值均高于栓皮櫟種源。

由表4可知，8個麻櫟種源的苗高與地徑的生長分別呈現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)；10個栓皮櫟種源的苗高與地徑的生長也呈現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)；兩個種間的苗高與地徑的生長均呈現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)。

表4 下蜀林場各個種源間方差分析

3.2 泗陽產(chǎn)業(yè)園的麻櫟和栓皮櫟種源2年生苗生長狀況的差異

由表5可知，移栽至泗陽的7個麻櫟種源中，江蘇鎮(zhèn)江1號麻櫟種源的平均苗高最大，平均苗高為128.30 cm；山東泰安4號麻櫟種源的苗高變異幅度最大為54～120 cm，相差近2.2倍，且苗高變異系數(shù)為23.44。甘肅榆樹林場2號麻櫟種源的平均地徑最大，平均地徑為16.07 mm；江蘇鎮(zhèn)江1號麻櫟種源的地徑變異幅度最大為8.5～19.9 mm，相差近2.3倍；麻櫟種源地徑變異系數(shù)最大的為湖北恩施5號，變異系數(shù)為27.68。

表5 泗陽產(chǎn)業(yè)園的麻櫟和栓皮櫟種源苗高與地徑的差異

7個栓皮櫟種源中，甘肅榆樹林場16號栓皮櫟種源的平均苗高最大，平均苗高為79.9 cm；安徽淮北18號栓皮櫟種源的苗高和地徑變異幅度均為最大，分別相差近5.5、3.6倍；江蘇林科院10號栓皮櫟種源的苗高變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為38.21。安徽淮北18號栓皮櫟種源的平均地徑最大，平均地徑為11.30 mm；江蘇鎮(zhèn)江9號栓皮櫟種源的地徑變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為29.91。

由表6可知，泗陽的麻櫟與栓皮櫟種源在苗高上相差較大，均表現(xiàn)為麻櫟種源的平均苗高、苗高最大值大于栓皮櫟種源。在地徑上相差較小，但麻櫟種源的平均地徑、地徑最大值大于栓皮櫟。

表6 泗陽麻櫟與栓皮櫟種源苗木生長特性比較

由表7可知，移栽至泗陽的7個麻櫟種源之間的苗高與地徑均表現(xiàn)為極顯著差異(P<0.01)，7個栓皮櫟種源之間的苗高與地徑也表現(xiàn)為極顯著差異(P<0.01)，同時，兩個物種間的苗高與地徑均表現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)。

表7 泗陽各個種源間方差分析

3.3 兩個試驗點的麻櫟和栓皮櫟各個種源苗生長狀況

從表8可知，下蜀林場試驗點的麻櫟和栓皮櫟的苗高和地徑的生長均大于泗陽農(nóng)業(yè)園試驗點的種源；兩個試驗點的7個麻櫟種源中，其中6個種源的苗高生長呈現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)，只有山東泰安4號種源的苗高生長在兩個試驗點無顯著差異(P>0.05)；地徑生長狀況僅有3個種源(江蘇鎮(zhèn)江1號、甘肅嚴(yán)坪林場7號、江蘇盱眙8號)呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。兩個試驗點的7個栓皮櫟種源中，其中江蘇鎮(zhèn)江9號、河南南召12號、河南桐柏15號、甘肅榆樹林場16號的4個種源的苗高生長呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)；地徑生長僅3個種源表現(xiàn)出顯著性差異，分別為江蘇鎮(zhèn)江9號、江蘇棲霞山14號、河南桐柏15號(P<0.05)。

表8 兩個試驗點麻櫟與栓皮櫟不同種源的苗高與地徑的差異

實驗地不同栓皮櫟種源的苗高/cm種源9種源10種源12種源14種源15種源16種源18下蜀(92.00±10.26)bc(52.60±8.29)h(80.15±11.48)cd62.40±16.64)h(113.38±14.96)a(97.50±16.11)b(74.90±12.49)def泗陽(76.20±14.25)de(50.90±19.45)h(67.00±14.56)ef(52.00±12.40)h(70.10±17.65)def(79.90±10.76)cd(73.00±15.44)def

實驗地不同麻櫟種源的地徑/mm種源1種源3種源4種源5種源6種源7種源8下蜀(21.92±4.72)a (17.16±3.46)c(12.52±2.42)g(14.37±4.24)f(16.11±3.61)d(12.84±1.48)efg(19.78±3.15)ab泗陽(14.86±3.55)cde(16.07±2.78)c(11.52±2.63)g(11.67±3.23)f(14.18±2.20)d(6.01±1.46)h(12.53±2.85)efg

續(xù)(表8)

3.4 麻櫟與栓皮櫟的最優(yōu)種源

由表9可知，前兩個主成分的累計方差貢獻率達到90%，涵蓋了大部分的信息，所以提取2個主成分，分別記為Y1和Y2，這兩個主成分是4個原始變量(下蜀種源苗高(X1)、下蜀種源地徑(X2)、泗陽種源苗高(X3)、泗陽種源地徑(X4))的線性組合，每一列代表一個主成分作為原始變量線性組合的系數(shù)(比例)，Y1和Y2表示某種源主成分1和主成分2分值。由表10可知，某種源主成分1和主成分2分值的計算公式為：

表9 4個主成分的特征根及方差貢獻率

表10 4個原始變量的載荷矩陣

Y1=0.892X1+0.868X2+0.915X3+0.815X4；

Y2=-0.296X1-0.385X2+0.180X3+0.531X4。

第一主成分表明，下蜀林場和泗陽農(nóng)場種源的苗高與地徑生長指標(biāo)具有較大的載荷，第二主成分表明泗陽農(nóng)場種源的地徑生長指標(biāo)具有較大的載荷。

由表11可知，兩個試驗地均種植的14個種源中，麻櫟種源的排名優(yōu)于栓皮櫟的排名。各個種源按照綜合得分由高到低順序為：種源1號、種源3號、種源8號、種源6號、種源5號、種源16號、種源15號、種源7號、種源9號、種源4號、種源18號、種源12號、種源14號、種源10號。麻櫟種源按照綜合得分由高到低的順序為：種源1號、種源3號、種源8號、種源6號、種源5號、種源7號、種源4號。栓皮櫟種源按照綜合得分由高到低順序為：種源16號、種源15號、種源9號、種源18號、種源12號、種源14號、種源10號。

表11 主成分值和綜合評價指數(shù)

4 結(jié)論與討論

氣候環(huán)境的變化對植物的生長具有重要影響，植物通過遺傳變異適應(yīng)新的環(huán)境，或者通過功能特性的可塑性來忍受脅迫[47-48]。為了解氣候與植物的生長關(guān)系，有關(guān)植物對氣候的適應(yīng)性進行了大量研究[49-54]。在森林生態(tài)系統(tǒng)中，生理和形態(tài)適應(yīng)對幼苗的生長和繁殖起著重要的作用。與成年的林木相比，幼苗對環(huán)境脅迫的敏感性更高，也是大多數(shù)物種的生命周期中最脆弱的階段[55-57]。因此，對不同種源幼苗期的生長發(fā)育的研究具有重要的意義。

在種源試驗過程中，觀察到不同科的物種之間葉生長與物候特征之間具有遺傳相關(guān)性，大量的差異來自于種子收集地區(qū)的氣候因素。例如，較暖地區(qū)(較高的年平均氣溫)的樹木高生長量更大[58]。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，對18個種源的收集地的年平均氣溫與麻櫟、栓皮櫟的高生長和地徑生長進行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)相關(guān)性不顯著。關(guān)心怡等[59]認為麻櫟適生區(qū)最暖季降水量對麻櫟生長影響更大；李垚等[60]對栓皮櫟適生區(qū)的研究也說明了栓皮櫟對溫度不敏感，適合栓皮櫟生長的溫度為7.5～19.8 ℃，18個種源種源收集地的年平均溫度均在此范圍內(nèi)。

氣候是導(dǎo)致生物適應(yīng)性差異的最常見的因素，而對當(dāng)?shù)赝寥赖纳镆蛩氐倪m應(yīng)性(如土壤生物群等)也是極為重要的因素[61-62]。麻櫟和栓皮櫟作為溫帶、亞熱帶的森林的重要建群樹種，其生境相似，常相伴而生[1]，這對我們研究物種幼苗階段在不同地區(qū)的適應(yīng)性生長提供了一個很好的對比。本文通過生長指標(biāo)對比分析發(fā)現(xiàn)，兩個試驗點的麻櫟與栓皮櫟各物種內(nèi)生長規(guī)律呈現(xiàn)極顯著差異，陳劼等[45]對栓皮櫟的12個種源的苗期變異研究中，發(fā)現(xiàn)各種源在生長期的顯著差異對苗木的優(yōu)良類型選育具有巨大的潛力。本實驗中發(fā)現(xiàn)麻櫟種源比栓皮櫟種源在不同試驗點的生長性狀差異更大，且下蜀林場種源間性狀差異較泗陽農(nóng)場明顯，這可能與兩個試驗地的氣候與土壤有關(guān)。Manzanedo et al.[63]對移栽后的歐洲山毛櫸苗木種源分化研究中發(fā)現(xiàn)，土壤對幼苗的生長發(fā)育有一定的拮抗作用，但是土壤的影響要小于植物來源的影響。在兩個地點的實驗中發(fā)現(xiàn)，苗高的生長差異比地徑明顯，這與大多數(shù)研究一致；同時發(fā)現(xiàn)兩個試驗點都顯示麻櫟種源的苗高與地徑生長均優(yōu)于栓皮櫟種源。說明了不同物種在相同的立地條件下，生長情況會產(chǎn)生差異，這種差異來自于物種本身的遺傳力。這種遺傳差異隨著環(huán)境的改變，種內(nèi)與種間也會產(chǎn)生顯著差異，但是每個物種的生長趨勢保持不變[64-69]。

種源試驗對于良種選擇提供了一定的科學(xué)依據(jù)。通過調(diào)查分析下蜀林場18個種源與移栽至泗陽農(nóng)場的14個種源的生長指標(biāo)，利用主成分分析對兩個試驗地共有的14個種源進行了最優(yōu)種源篩選，發(fā)現(xiàn)麻櫟種源優(yōu)于栓皮櫟種源，且麻櫟種源中，種源1、種源3和種源8的種源苗表現(xiàn)為優(yōu)，與陳康[70]在贛中地區(qū)麻櫟優(yōu)良種源初步篩選研究中的結(jié)果大致相同，江蘇與浙江的種源在江蘇地區(qū)和贛中地區(qū)都表現(xiàn)出良好的環(huán)境適應(yīng)能力。薛美玲等[10]通過研究不同種源麻櫟幼苗葉片性狀與水分利用進一步證實種源1號、種源3號和種源8號的種源苗在試驗地的綜合表現(xiàn)為優(yōu)。劉志龍等[71]對不同地區(qū)麻櫟的種子質(zhì)量進行研究發(fā)現(xiàn)，安徽、浙江和山東等地的種子品質(zhì)較為優(yōu)良，東部地區(qū)的種子質(zhì)量要優(yōu)于西部地區(qū)的種子質(zhì)量。浙江麻櫟幼苗可作為今后造林優(yōu)先發(fā)展的優(yōu)良種源。栓皮櫟種源中，種源16號、種源15號和種源9號表現(xiàn)為優(yōu)。栓皮櫟種源試驗報告較少，大多集中在不同種源的種子與葉片生理特性的研究[45-46]。少部分的栓皮櫟種源研究覆蓋的種源數(shù)量較少，無法與本實驗進行對比。但是本實驗結(jié)果為栓皮櫟的良種選育提供的寶貴的材料。這些研究結(jié)果僅僅建立在生長發(fā)育階段的兩個指標(biāo)，對于種源苗后期的形態(tài)指標(biāo)也要繼續(xù)進行研究。因此，今后可以建立同質(zhì)園，將環(huán)境因素與遺傳結(jié)合，利用全基因組測序，以識別潛在的適應(yīng)性基因，并將這些種源測試收集的數(shù)據(jù)整合在一起，為物種的繁育和群落面臨的多重環(huán)境挑戰(zhàn)提供科學(xué)的保護建議。