山桐子天然群体表型遗传多样性研究

李大伟，龚榜初，白杰建，彭佳龙，陈红星

（1.中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400；2.青川县林业局，四川青川281000；3.台州市仙居县林业局，浙江 台州 317300；4.金华市磐安县林业局，浙江 金华 322300）

山桐子（Idesia polycarpa）为大风子科山桐子属植物，在中国主要分布于长江流域、华北和西北南部的17个省区。另外，朝鲜、日本的南部也有分布。山桐子是阳性速生树种，适应性强，对气候要求不严格。山桐子结实量大，含油率高，果实成串，鲜红艳丽形似玛瑙，既可以作为冬季观果的园林绿化树种，又是良好的新型能源树种。其油脂成分中不饱和脂肪酸的含量在80%以上，作为食用油对人体健康十分有益，并且对高血压、高血脂等心脑血管疾病有很好的预防作用和辅助疗效[1]。迄今，陕西、四川等地仍有食用山桐子油的习惯。但是对于山桐子的研究基础十分薄弱，近年来一些学者对山桐子的栽培技术[2]，果实成分[3]、组织培养[4]以及引种育苗方面[5]做过一些研究，但有关山桐子天然居群遗传多样性方面的研究尚未见报道。笔者以山桐子叶片、果实、果穗和种子等形态特征为研究内容，对秦岭淮河以南、四川以及陕西等八个省份山桐子天然居群的群体遗传结构和遗传多样性进行了研究，旨在为我国新一代能源树种的资源保护和生产应用提供帮助，同时也为基因资源保存和遗传改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 群体选择和试验材料的采集

在全面收集山桐子天然分布区资料和实地勘测的基础上，于2008年9～12月在我国山桐子自然分布区内选择12个群体进行调查采样。经调查和试验获得各居群生态与地理状况见表1。在每个群体内，选取15～20株、10～20 a生处于盛果期的健康植株作为样株，株间距离在200 m以上。对样株进行定位、标记，在样株树冠中上部外缘随机采集30片叶子和30穗成熟果穗做测试材料。由于山桐子种子自然萌发率极低，天然分布稀少，所以湖北宜昌、湖南通道和浙江磐安三地采集的样品数量不足，以下主要对其他9个群体所采集样品的数据进行分析。

表1 山桐子采样群体的地理位置及生态因子情况

1.2 性状测定方法

选取相对稳定、便于测量的表型性状，每个地点选取15株树，每株树选取叶片30个，果穗30串，随即选择果实30颗。用直尺测定叶长、叶宽、叶柄长、果穗长、果穗宽，精确到0.1 cm。用数显游标卡尺测量叶柄径、果长、果宽，精确到0.01 cm。定义叶长/叶宽为叶形指数，果长/果宽为果形指数。从每个单株中随机选取50粒种子称重，换算成千粒重。

1.3 统计分析

对各性状采用巢氏设计方差分析[6]，生态梯度综合值（EGA）是生态因子经过CA、PCA降维的综合值，能够综合反映生态诸因素的综合效应[7]。

采用双变量相关分析对山桐子各表型性状和采集点的地理生态因子进行相关分析。表型数据标准化以后，利用欧式离差平方和法对表型性状进行聚类分析。

其他统计运算按照常规方法并利用EXCEL2003，DPS11.5，SPSS16.0 软件包提供的有关程序进行。

2 结果与分析

2.1 山桐子群体间表型性状的形态变异特征

表2为山桐子群体间和群体内表型性状的变异均方及F值，叶片、叶柄、果实、果穗、种子等15个表型性状在群体间和群体内均存在极显著差异。从各表型性状的均值及均值的多重比较结果可知，山桐子各性状在群体间大多存在显著差异，叶长和叶宽变异相近，均值较大的群体均为朝天、宁强。各样本间叶长差异显著，而叶宽不显著。叶形指数测量值较大的群体为奉化和黄山相互差异不显著，较小群体为上犹和分宜相互之间差异显著。叶柄长均值较大群体为奉化和朝天相互之间差异显著，较小群体为元坝和黄山相互差异显著。果穗的性状研究结果表明，每穗出果数变异最大，各群体间均存在显著差异，其次为果穗长。果穗宽比较稳定，各样本间均值的变幅为5.772～9.324 cm，果实大小较为稳定，各群体内果长和果宽的均值都在8.0～9.5 mm之间，只有奉化群体的均值达到10.572 mm。其余性状例如果形指数、果重、单果种子重、千粒重各群体间均值差异较小，只有单果出籽数这一指标各地样本的均值变幅18.593～41.937，并且各群体间存在显著差异。由此可见，山桐子群体间各性状差异较大，从叶片和果实表型指标测定结果而言，采集于西北地区朝天和宁强的山桐子种源优于东部采集地。

表2 山桐子群体间及群体内表型性状方差分析结果

2.2 山桐子表型变异和地理、气候生态因子的相关性

进一步对山桐子15个表型性状与海拔、经纬度、年均温、年降雨量、无霜期和生态梯度值等生态因子进行相关性分析。结果表明：果形指数与经度和年降雨量，叶片长、宽与纬度分别呈正相关关系，相关系数分别为 0.856**、0.668*、0.732*、0.794*。叶片长、宽与年均温和EGA，单果出籽数和经度，千粒重与无霜期分别呈负相关，相关系数分别为-0.786*、-0.752*、-0.696*、-0.738*、-0.708*。15个性状与海拔的相关性均为不显著，以上可知，生态环境因子对山桐子表型性状的影响主要集中在叶片长、宽，果实大小，单果出籽数和千粒重。

2.3 山桐子群体表型聚类分析

为进一步研究山桐子群体间的遗传关系，利用欧式离差平方和法对9个天然群体的叶形指数、叶柄长、果穗长、单果重等15个表型数据进行聚类分析（图 1）。

根据聚类分析结果，可将9个群体归为3个类群。其中上犹与仙居表型性状相近，黄山与其接近，这3个种源属于第一类群。分宜与元坝归为第二类群。青川与朝天距离很相近，奉化与这两个种源接近，宁强距离稍远但也同属于第三类群。由图可知，山桐子的表型性状聚类与地理距离聚类不相一致。分宜与元坝分别属于江西省与四川省，但山桐子的表型性状却很相近，具体原因还有待进一步研究。

3 结论与讨论

3.1 山桐子遗传变异丰富

本研究结果表明山桐子表型性状存在广泛变异，通过群体间和群体内表型性状的变异均方及F值检验，所研究的叶长、宽，果实大小，果穗，种子等15个表型性状在群体间和群体内均存在极显著差异。各性状指标变异系数的变幅为12.65%～74.22%。充分说明山桐子群体表型性状变异丰富。山桐子这种变异是自身遗传因素和环境因素共同作用的结果。这种多层次的变异为优质种质资源和生物多样性保护提供了物质基础，同时也表明了生物多样性保护任务的艰巨性。

3.2 环境对山桐子遗传变异的影响较大

山桐子在我国的17个省区都有分布，植物在与环境长期互作或生存竞争的过程中，形成了许多适应或防御机制，包括形态结构、生理生化代谢等方面，这些特性逐渐转变为可遗传的性质保留下来，这是植物适应环境发展的结果[8]。形态或表型特征变异反映基因型、群体或生态型的变异丰富度，表型变异是基因组的遗传变异与环境互作的结果[9]。山桐子分布区内地形、气候等环境生态因子复杂多变，以及通过长期的地理隔离和自然选择，使其产生了极其丰富的种间和种内变异。本研究表明，山桐子对纬度变化表现出一定的梯度规律性，随着纬度的变化，由南向北，叶片长和叶宽等性状都有增加的趋势，作为一个优良的速生阳生树种，这也是山桐子适应环境的一种表现。

另外，研究还表明山桐子的单果重、单果出籽率、单果种子重等性状对经度变化改变比较明显，从东到西均有增加的趋势，形态特征的变异往往具有适应意义，自然群体中保持较大的变异贮存对群体是有利的，因此山桐子丰富的表型变异，也进一步说明了山桐子抗逆性强、适应性广的原因。

3.3 山桐子种质资源遗传改良前景广阔

本研究主要从山桐子表型变异着手，表型变异是遗传型和环境因子共同作用的结果[10-11]，而且表型变异必然蕴涵着遗传变异，表型变异越大，可能存在的遗传变异越大。研究自然存在的表型变异，是研究遗传变异的先导。根据山桐子丰富的自然变异情况，可以推断山桐子的改良前景是广阔的。山桐子具有较高的变异水平，遗传潜力很大。因此，在遗传改良工作中，要兼顾优良种源、优良群体和优良个体进行选择。

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