閩楠種實性狀表型多樣性與環(huán)境地理因子的關系1)

歐漢彪 董利軍 李娟 林建勇 梁瑞龍

(廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，南寧，530002) (融水縣國營貝江河林場) (廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院)

種實表型是植物生命史的一項重要特征，決定了天然建群及群落演替。由于不同種源分布范圍廣，地理氣候差異大，長期自然選擇過程中，遺傳、環(huán)境多樣性綜合影響植物性狀，使其具有豐富的表型多樣性[1]。林木表型變異主要來源于3個因素：林木不同的生長環(huán)境、林木間的遺傳差異、林木基因型與林木生長環(huán)境間的相互作用[2]。植物種實的表型性狀是植物分類學上重要的辨別依據(jù)，具有穩(wěn)定的遺傳特征，不易受區(qū)域環(huán)境影響，有力的反映群體遺傳規(guī)律、環(huán)境變異特征。目前，國內(nèi)外研究了文冠果(Xanthocerassorbifolia)[3]、蒜頭果(Malaniaoleifera)[4]、蒙古櫟(Quercusmongolica)[5]、西伯利亞杏(Armeniacasibirica)[6]、油茶(Camelliaoleifera)[7]、無患子(Sapindusmukorossi)[8]、砂生槐(Sophoramoorcroftiana)[9]、楓香(Liquidambarformosana)[10]等闊葉樹種的種實表型性狀，為不同樹種種質資源收集及利用、遺傳選育奠定了基礎。

閩楠(Phoebebournei)是樟科(Lauraceae)楠屬植物，主要分布長江中下游以南，如福建、浙江、江西、湖北、湖南、四川、貴州、重慶、廣東、廣西等地區(qū)，是我國特有的珍貴用材樹種。閩楠花期在4月，果實于10月中旬—11月中旬成熟，果形呈橢圓形或長圓形，長1.1～1.5 cm，直徑6～7 mm，成熟時由青變紫黑，表面光滑。國內(nèi)對閩楠進行了大量的研究，包含造林[11]、栽培[12]、天然林[13-14]、光合特性[15]、木材材性[16]、遺傳基因[17]等方面，李娟等[18]對9個閩楠種源的種子形態(tài)特征、營養(yǎng)成分進行了研究，但未研究環(huán)境地理因子對9個閩楠種源種實的影響。本研究對閩楠天然分布區(qū)內(nèi)14個種源的種實表型性狀進行研究，探索種源間及種源內(nèi)變異來源的規(guī)律，研究閩楠種實與環(huán)境地理因子的關系，探究區(qū)域環(huán)境對表型性狀的影響機制，以期為閩楠種質資源保存、利用、開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 群體選擇及試驗材料采集

于2016—2019年，采集全國閩楠天然分布范圍內(nèi)9省(區(qū)、市)35個種源365個單株的閩楠樹果實。母樹選擇結實良好、生長健壯的優(yōu)良單株，株距100 m以上。果實成熟時，各單株采果2 kg以上，帶回實驗室進行果實表型數(shù)據(jù)測量，之后洗凈果皮、果肉，自然陰干，進行種子表型數(shù)據(jù)及種子質量測量。由于閩楠天然種群數(shù)量極少，種群規(guī)模存在差異，同時滿足至少5株株距100 m及單株采果2 kg的種群有限，所以從35個種源中選取14個具有代表性且滿足條件的天然群體，平均每個種源采集8.2株，12月完成全部果種的采集，各種源地理因子見表1。

表1 閩楠14個種源地理氣候因子

1.2 表型測定

每個種源選取單株數(shù)量如表1所示，每個單株隨機取60個果實，用游標卡尺對果實、種子的縱徑、橫徑進行測量，隨機取1 000粒種子測量種子質量，重復3次。

種形指數(shù)=種子縱徑/種子橫徑；

果形指數(shù)=果實縱徑/果實橫徑。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SAS 9.4軟件進行巢式分析、LSD多重分析，采用Canoco5.0軟件進行RDA分析，采用R3.6.1軟件分析熱圖。

2 結果與分析

2.1 閩楠種實表型性狀

巢式方差分析將閩楠種實性狀變異分為種源間、種源內(nèi)、機誤3個部分，以每部分的方差分量比例反映閩楠的變異來源。

由表2可以看出，閩楠種實的表型形狀在種源間、種源內(nèi)均表現(xiàn)出極顯著差異。閩楠種實性狀的表型分化系數(shù)處于52.43%～84.72%，均值為70.83%，果實縱徑的表型分化系數(shù)最大(84.72%)，種子橫徑的最小(52.43%)。種源間的方差分量占總變異的46.31%，種源內(nèi)占18.93%，隨機誤差占34.76%，表明閩楠種實表型變異主要為種源間變異，種源間種實表型多樣性大于種源內(nèi)。

表2 閩楠樹種子與果實方差分量及種群表型分化系數(shù)

對種源內(nèi)種實各性狀進行多重比較，由表3可知，所有種實表型性狀在種源內(nèi)均存在顯著差異，其中福建明溪的種子縱徑最長，湖南永順的最短；廣西全州的種子橫徑最寬，福建建甌的最窄；湖北來鳳的種子質量最重，江西井崗山的最輕；福建建甌的種形指數(shù)最高，貴州從江的最低；江西崇義的果實縱徑最長，湖南永順的最短；福建建甌、延平的果實橫徑最寬，江西井崗山的最窄；江西崇義的果形指數(shù)最高，湖南永順的最低。

表3 閩楠種實性狀種群內(nèi)的多重比較

對種源間的閩楠種實表型性狀變異進行分析(表4)，結果表明：所有性狀中，種形指數(shù)的變異系數(shù)最高(13.33%)，果實橫徑的變異系數(shù)最低(7.03%)。不同種源間種子縱徑、橫徑、種子質量、種形指數(shù)的變異系數(shù)均高于果實縱徑、橫徑、果形指數(shù)，表明閩楠種源間種子變異程度高于果實。

表4 閩楠種實性狀的變異系數(shù)

對種源內(nèi)閩楠種實表型性狀變異進行分析(表5)。結果表明，不同性狀的變異系數(shù)均值變化幅度為0.31%～13.96%。種源內(nèi)各性狀的變異系數(shù)與種源間的存在差異，其中，種子橫徑最大(9.23%)，種子質量最小(2.13%)，表明種子橫徑變異最豐富，種子質量性狀最穩(wěn)定。從種實性狀來看，種子質量的極差最大(7.60%)，其中湖南沅陵的種子質量最大，廣西全州的最小。果形指數(shù)極差最小(3.91%)，其中湖南金洞的果形指數(shù)最大，江西崇義的最小。不同種源存在不同程度的變異，其中湖南永順種源的平均變異系數(shù)最高，為7.62%；福建延平最低，為4.93%。福建延平每個性狀的變異系數(shù)均小于湖南永順，表明湖南永順種源的變異最為豐富，而福建延平種源的變異最穩(wěn)定。

表5 閩楠種實性狀種群內(nèi)的變異系數(shù)

2.2 閩楠種實表型性狀與環(huán)境地理因子相關性

喬木適應生長過程中，不同種源的種實表型性狀指標受地理環(huán)境因子的綜合影響。為了更加直觀地表現(xiàn)種實表型性狀指標與地理環(huán)境因子之間的關系，對其進行冗余分析。根據(jù)RDA模型對種實性狀特征及地理環(huán)境因子進行排序(表6)。Monte Carlo 檢驗表明，典范軸整體顯著性檢驗表現(xiàn)為極顯著(P<0.01)，表明RDA排序結果可信，可以較好地解釋種實性狀與環(huán)境地理因子間的關系[18]。年降水相關性極顯著，解釋率達29.3%，貢獻率達55.6%，表明年降水與閩楠種實表型性狀相關性最強，為關鍵影響因素；經(jīng)度、海拔、日照時間相關性顯著，貢獻率均處于10%左右，表明經(jīng)度、海拔、降水與閩楠種實表型性狀相關性次之，為主要影響因素；其他地理環(huán)境因子相關性不顯著，對閩楠種實表型性狀無顯著影響。

表6 基于RDA模型8種地理氣候因子的貢獻率和相關性

RDA雙序圖能較直觀的反映閩楠表型性狀與地理環(huán)境因子的關系(圖1)，紅色空心箭頭為環(huán)境地理因子，藍色實心箭頭為種實特性，紅色箭頭連線長度為地理環(huán)境因子對種實性狀影響的大小，箭頭連線間夾角的余弦值表示相關性，樣方連線距離為相似程度。所有地理環(huán)境因子對閩楠表型性狀因子前2軸的總解釋率為52.7%(第1軸為52.62%，第2軸為 0.08%)。種子橫徑、種子質量與年降水、經(jīng)度、日照時間、≥10 ℃年積溫呈負相關，與緯度、海拔、無霜期呈正相關。果實橫徑、果實縱徑、種子縱徑、果形指數(shù)、種形指數(shù)與年均溫、年降水、經(jīng)度、日照時間呈正相關，與緯度、海拔呈負相關。分析種實表型性狀間相關性可知，種子橫徑與種子質量呈正相關，種子越寬質量越重；種子橫徑、種子質量與種形指數(shù)呈負相關，種子越狹長質量越輕。果實橫徑、果實縱徑、種子縱徑、果形指數(shù)4個性狀間呈正相關，但果實縱徑和果形指數(shù)相關性不明顯，既果實變異較小，符合表5分析結果。

圖1 閩楠種實表型性狀與地理環(huán)境因子RDA雙序圖

對種源和種實表型性狀進行熱圖分析(圖2)。種源共分為3大類，湖南永順、江西井崗山、江西上猶3個種源為第1類；貴州從江、湖南沅陵、湖北來鳳、廣西全州、湖南金洞5個種源為第2類；福建明溪、福建建甌、福建延平、江西崇義、廣西富川、廣西資源6個種源為第3類。從顏色梯度、相似程度分析種源間、性狀間的相似性及差異性。第1類果實橫徑、種子縱徑、果實縱徑、種子質量同第2類、第3類相比，均偏向“-2”顏色梯度，表現(xiàn)為種實較瘦??；第2類種形指數(shù)、種子縱徑、果實縱徑同第3類相比，偏向“-2”顏色梯度，種子橫徑、種子質量同第1類、第3類相比，偏向“2”顏色梯度，表現(xiàn)為種實較寬闊飽滿；第3類種子縱徑、果實縱徑整體顏色更偏向“2”梯度，表現(xiàn)為種實較狹長。

圖2 閩楠種實表型性狀熱圖

3 結論與討論

對閩楠14個天然種源的7個種實表型性狀進行研究，發(fā)現(xiàn)閩楠在種源間、種源內(nèi)都存在極顯著差異，且種源間變異比種源內(nèi)變異更豐富，這與李娟等[19]對閩楠不同地理種群遺傳多樣性ISSR研究結果一致，反映出閩楠長期的地理隔絕阻礙了基因交流，也是植物對環(huán)境選擇、適應的結果。閩楠的平均表型分化系數(shù)為70.83%，種源間的方差分量比例(46.31%)遠高于種源內(nèi)的(18.93%)。與其他物種相比，閩楠的平均表型分化系數(shù)低于夏蠟梅(Calycanthuschinensis)的(89.30%)[20]、高于楓香的(57.55%)[10]、五角楓(Acerpictumsubsp.mono)的(48.42%)[21]、云南含笑(Micheliayunnanensis)的(24.38%)[22]、皂莢(Gleditsiasinensis)的(20.42%)[23]、元寶楓(Acertruncatum)的(11.46%)[24]，表明閩楠的種實表型性狀分化屬于偏高水平，種源間變異較豐富。

植物種實受遺傳和環(huán)境的雙重影響，表現(xiàn)出不同程度的變異。本研究中閩楠的平均變異系數(shù)為6.14%，與其他物種相比，閩楠的平均變異系數(shù)高于紅砂(Reaumuriasoongarica)的(1.93%)[25]，低于楓香的(15.83%)[10]、元寶楓的(11.46%)[24]、國槐(Amorphafruticosa)的(9.40%)[26]、江南油杉(Keteleeriafortuneivar.cyclolepis)的(7.25%)[27]，表明閩楠果實與種子表型性狀變異相對穩(wěn)定。閩楠種子縱徑(7.04%)、橫徑(9.23%)平均變異系數(shù)高于果實縱徑(5.12%)、橫徑(5.52%)的，其果實表型性狀比種子更穩(wěn)定，這與關于無患子[8]、江南油杉的研究結果一致，與皂莢[23]、思茅松(Pinuskesiyavar.langbianensis)[28]的研究結果相反。種實是植物建群及天然更新的主要因素，其較大的變異程度體現(xiàn)出閩楠適應生殖的繁育策略[10]。

不同的物種對環(huán)境因子存在不同的反映，產(chǎn)生的變異趨勢也不同。研究表明，影響楓香種實的主要地理氣候因子為1月平均氣溫、海拔、緯度[10]。川西云杉(Picealikiangensisvar.rubescens)的球果性狀隨經(jīng)度增加而變大[29]；紅砂種子表型性狀根據(jù)地理位置由西到東，種子質量、種子長、種子長寬比均有所增大，根據(jù)地理位置由北到南，種子長、種子寬、種子長寬比勻有所降低[25]；元寶楓翅果表型性狀根據(jù)地理位置由西向東有變長、變寬的趨勢[24]；青海云杉(PiceacrassifoliaKom)種實性狀根據(jù)地理位置從東向西，球果逐漸變大變重[30]；苦楝(Meliaazedarach)在南部、東部種群的種粒比北部、西部種群的小[31]。江南油杉種實表型隨著分布區(qū)海拔的升高，形狀由橢圓形趨于圓形，形態(tài)逐漸飽滿[27]；岷江柏木(Cupressuschengiana)表現(xiàn)為高海拔地區(qū)球果質量較好，但種子在低海拔地區(qū)質量更優(yōu)良[32]。本研究發(fā)現(xiàn)，閩楠種子表現(xiàn)為年降水豐富地區(qū)種子生長偏向狹長的變異模式。經(jīng)度、海拔、日照時間是影響種實表型性狀的次要因素。結合RDA雙序圖發(fā)現(xiàn)，經(jīng)度、日照時間與種形指數(shù)呈正相關，與種子質量呈負相關。隨經(jīng)度增加，種子呈近橢趨勢，高經(jīng)度種子更飽滿厚重。海拔與果形指數(shù)、種形指數(shù)均呈負相關，隨海拔的增加，果實、種子呈近圓趨勢。在日照時間較少、海拔較高、降水較少的地區(qū)，種子為了適應惡劣的環(huán)境，進化成寬闊厚重的種子，既能滿足營養(yǎng)物質的積累，也能維持外在條件的抗壓。

閩楠分布范圍寬泛，不同分布區(qū)域具有不同氣候條件。植物為了適應環(huán)境，其表型性狀逐漸具有區(qū)域特征。本研究發(fā)現(xiàn)，湖南永順、江西井岡山、江西上猶閩楠種實的表型性狀表現(xiàn)為果種較瘦小，為第1類；貴州從江、湖南沅陵、湖北來鳳、廣西全州、湖南金洞的果種較寬闊飽滿，為第2類；福建明溪、福建福州、福建延平、江西崇義、廣西富川、廣西資源的果種較狹長，為第3類。地理位置來看，江西南部為主的第1類種實主要位于湖南羅霄山脈和福建武夷山山脈之間，湖南永順受武陵山山脈影響，其種實劃分為第1類，第1類種實分布區(qū)日照時間較長、無霜期較短；湖南及周邊的第2類種實分布區(qū)因湖南羅霄山脈與南嶺隔絕，日照時間較短、海拔較高、降水較少；福建及東南線的第3類種實分布區(qū)因福建武夷山與湖南南嶺山脈隔絕，降水較豐富、年均溫較高、海拔較低。山系的存在影響閩楠異花授粉及種子傳播，種源間無法進行基因交流，增加了種源間分化的可能性，導致種實表型性狀的豐富變異。