苦楝不同种源叶片性状变异研究

2016-10-26陈丽君刘明骞廖柏勇丁美美陈晓阳

西南林业大学学报 2016年5期

陈丽君　刘明骞　廖柏勇　丁美美　陈晓阳

(1. 华南农业大学试验中心、农事训练中心，广东广州 510642；2. 华南农业大学华南农业博物馆筹建办公室，广东广州 510642；3. 广东省森林植物种质创新与利用重点实验室，华南农业大学林学与风景园林学院，广东广州 510642)

苦楝不同种源叶片性状变异研究

陈丽君1刘明骞2廖柏勇3丁美美3陈晓阳3

对苦楝10个种源的叶片性状进行测定，分析不同种源叶片的遗传变异。结果表明：种源间6个叶片性状变异系数幅度为16.48%～41.26%，表明不同种源间叶片性状的变异明显；叶面积和叶柄长的种源重复力较高，达到70%以上，其他4个叶片性状也超过45%，说明苦楝叶片生长性状差异在一定程度上是受遗传控制的；对各种源建立叶面积方程，除广东兴宁种源外，其他种源方程相关系数均在0.70以上，说明模拟方程拟合效果较好；偏相关分析表明，叶片性状与纬度、海拔、年均温、年降水量、无霜期、年均日照均相关；株高与叶长/叶宽呈显著正相关，冠幅与叶面积呈显著负相关，与叶长/叶宽呈显著正相关；根据叶片的6个性状可将10个不同苦楝种源聚为2类。

苦楝；种源；叶片性状；遗传变异

苦楝 (Meliaazedarach) 又名翠树、楝树、紫花树、森树等，为楝科楝属落叶乔木，我国分布广泛，区域分布跨纬度21°、经度34°[1-2]。苦楝生长速度快、木材材质优良、纹理美丽，易加工，可用于家具、建筑、农具、船舶、乐器等方面，木材抗白蚁、抗虫蛀、耐腐。苦楝耐烟尘、能大量吸收有毒有害气体，是优良的城市及工矿区绿化树种，也是我国南方四旁绿化常用树种[3-4]。苦楝的根、皮、花、果、叶均可入药，也可作为植物源农药[5]。

叶片是植物制造光合产物的重要器官，是影响植物生产力大小的决定性器官之一[6-7]。叶片受控于植物遗传特性，其表型是植物遗传变异和环境差异的共同反映，所以通过对苦楝不同种源间叶片性状变异的研究可为优良种源选择提供依据[8-10]。目前，关于其叶片的研究仅限于药用方面[11-12]。本试验以10个种源为研究对象，从形态学水平上对苦楝叶片表型变异进行观测，以期为其遗传多样性研究、良种选育等提供参考。

1　试验地概况

试验地设在广州市华南农业大学苗圃，该地属海洋性亚热带季风气候，全年平均气温20.0～22.0 ℃，极端低温-0.3 ℃，极端高温39.1 ℃。年降雨量约为1 720 mm，平均相对湿度77%，具有温暖多雨、光热充足、夏季长、霜期短等特征。地貌为变质岩为主的台地，海拔30～50 m，土壤为红壤，用腐熟的牛粪和腐殖质做基肥。

2　材料与方法

2.1试验材料

供试的10个种源分别来自海南三亚、广州兴宁、广西钦州、广西梧州、福建建瓯、江西南昌、安徽利辛、安徽歙县、陕西蒲城、河北邯郸，2012年9月育苗，2012年11月初种植于大田，试验采用完全随机区组设计，株行距为1.0 m × 1.5 m。

2.2试验方法

2013年11月对不同种源选取5株平均株，以南向，顶端向下第3回羽状复叶为观测对象，共选取了30个叶片，并测定其叶片性状指标。其中叶面积、叶长、叶宽、叶周长、叶长/叶宽用软件WinFOLIA Pro 2008a LEAF软件 (Regent Instruments, Canada) 测得，叶柄长用游标卡尺测量。

2.3数据处理

采用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行数据处理和统计分析。

种源重复力 (R)=1-1/F

式中，F值为方差分析的处理与机误均方比。

变异系数 (CV)=(SD/MN)×100%

式中，SD为标准偏差，MN为平均值。

3　结果与分析

3.1苦楝不同种源叶片形态性状差异分析

苦楝不同种源间叶片性状的平均值见表1。由表1可以看出，10个种源叶片性状差异很大。如种源间在叶面积、周长、叶长、叶宽上的变异幅度分别为5.83～10.48 mm2、14.51～20.13 mm、4.93～6.09 mm、2.13～3.20 mm，上述4个性状，陕西蒲城种源叶片最大，叶面积和周长分别为10.48 mm2和20.13 mm，广西梧州种源叶片最小，叶面积和周长分别为5.83 mm2和14.51 mm ；在叶柄长上，种源间的变异幅度为3.35～3.68 mm，叶柄最长的种源是安徽歙县，最短的是安徽利辛种源，二者相差2倍。总的来看，广东兴宁、广西钦州、广西梧州等偏南种源叶片较小，而安徽歙县、陕西蒲城等偏北种源叶片较大。

表1　各种源叶片性状的平均值及多重比较

注：α=0.05。

由表2可看出，种源间在6个叶片性状上的变异系数为16.48%～41.26%，表明不同种源间叶片性状的遗传变异是明显的。经方差分析，叶片6个性状种源间差异均达到极显著水平。对不同种源在6个性状的平均值进行了多重比较 (表1)，可以看出种源间差异的显著性。

由表2还可看出，叶面积、叶柄长种源重复力较高，达到70%以上，其他生长性状的种源遗传力也超过45%，说明苦楝种源叶片生长性状差异在一定程度上是受遗传控制的[13]。

表2　不同种源苦楝叶片6个性状的遗传变异分析

注：*、**分别表示在 0.05，0.01水平上显著相关。

3.2苦楝不同种源叶面积方程的建立

为了方便计算叶面积，以叶长、叶宽的乘积为自变量 (x)，以叶面积为因变量 (y) 进行线性回归分析，分别得到各苦楝种源叶面积线性回归方程 (y=a+bx)，相关参数a、b和相关系数R2[7]。由表3可知，各苦楝种源叶面积回归方程式的相关系数除广东兴宁种源外，均在0.700以上，说明这些模拟方程拟合效果较好。可以根据叶长、叶宽的乘积反映叶面积的大小。此外，从各种源间线性模型的系数a值的差异大小可知，各种源叶面积差异较大。

表3　苦楝不同种源叶面积模拟方程参数

3.3苦楝叶片形态性状相关分析

对苦楝叶片各形态性状进行相关分析可得 (表4)，叶片湿质量和干质量与叶面积、叶的长度和宽度极显著正相关；叶柄的长度与叶的周长、长度和宽度显著正相关；叶面积与叶的长度和宽度呈显著正相关。

表4　苦楝叶片形态性状间相关性分析

注：*、**分别表示在 0.05、0.01水平上显著相关。

3.4苦楝叶片形态性状与地理、气候因子相关性分析

对苦楝叶片各性状与地理、气候因子相关分析可得 (表5)，各种源叶片的大小与采种点的纬度和经度均呈正相关，纬向的相关系数明显大于经向的相关系数，由此说明，苦楝叶片大小的地理变异是以纬向变异为主的，特别是叶面积、叶宽与纬度的相关性达到显著水平。叶的大小与海拔呈显著的正相关，表明高海拔种源比低海拔种源叶片更大；叶片长/宽与采种点的纬度和海拔呈显著的负相关，说明海拔由低到高，叶片形状趋向圆形；叶面积、叶宽与年均温和无霜期显著的负相关，即气温由低到高，叶片变小；叶宽、叶长与年均日照时数呈显著的正相关，表明日照时间长的地方，其苦楝叶片更大；叶片长/宽与年均温、降水量、无霜期和年平均日照时数均呈显著正相关，说明温暖和降水量大的地方，苦楝的叶片趋于柳叶形。

表5　苦楝叶片形态性状与地理、气候因子相关性分析

注：*、**分别表示在 0.05、0.01水平上显著相关。

3.5苦楝叶片形态性状与生长性状相关性分析

据苦楝叶片形态性状与其生长性状进行相关性分析结果 (表6)，株高与叶长/叶宽呈显著正相关，冠幅与叶面积呈显著负相关，冠幅与叶长/叶宽呈显著正相关。叶片大小与株高和地径呈正相关，但未达到显著水平。

表6　苦楝叶片形态性状与生长性状相关性分析

注：*、**分别表示在 0.05、0.01水平上显著相关。

3.6苦楝叶片形态性状聚类分析

根据叶片6个性状对苦楝不同种源进行聚类分析，从聚类分析结果 (图1) 可知，以欧式距离15为阈值，可将10个种源聚为2类。第1类包括海南三亚、广东兴宁、广西钦州、广西梧州、安徽利辛、河北邯郸6个种源，这类种源叶片形状较小，主要为偏南方种源；第2类包括福建建瓯、江西南昌、安徽歙县、陕西蒲城4个种源，这类种源叶片形状较大，主要为偏北方种源。

图1不同种源苦楝叶片形态性状聚类分析

Fig.1Cluster analysis of leaf morphological characteristics ofMeliaazedarachfrom different provenances

4　结论与讨论

苦楝叶片种源间表现出明显的地理变异趋势，该结果与其他许多树种如刨花润楠 (Machiluspauhoi)、黎蒴 (Castanopsisfissa)、厚朴 (Magnoliaofficinalis) 等的研究结果类似[8,14-15]，采种点气候类型及海拔差异较大可能是导致苦楝叶片形态变异的主要因素。苦楝各种源叶片的大小与采种点的纬度和经度均呈正相关，且纬向的相关系数明显大于经向的相关系数，由此说明，苦楝叶片大小的地理变异是以纬向变异为主的，特别是叶面积、叶宽与纬度的相关性达到显著水平，该结果与程诗明[16]对苦楝的研究结果一致。叶的大小与海拔呈显著正相关，表明高海拔种源比低海拔种源叶片更大，这可能是由于随着海拔的升高，低二氧化碳浓度会降低植物光合作用的速率，叶片面积增大在一定程度上可加强光合速率；叶片长/宽与采种点的纬度和海拔呈显著的负相关，说明海拔由低到高，采种点由南向北，叶片形状趋向圆形；叶面积、叶宽与年均温和无霜期呈显著负相关，即气温由高到低，叶片变大，该结果与舒枭等[8]对厚朴的研究结果不一致，与程诗明[16]对苦楝的研究结果一致，其原因可能是不同植物对环境适应方式不同导致的，由于温度的降低引起的叶片大小增大有助于叶片加强光照辐射吸收，以阻止温度下降及转化外界热量以储备干物质[17]；叶宽、叶长与年均日照时数呈显著正相关，表明日照时间长的地方，其苦楝叶片更大；叶片长/宽与年均温、降水量、无霜期和年平均日照时数均呈显著的正相关，说明温暖和降水量大的地方，苦楝的叶片趋于柳叶形。苦楝叶片形态性状与其生长性状进行相关性分析可得，株高与叶长/叶宽呈显著正相关，冠幅与叶面积呈显著负相关，与叶长/叶宽呈显著正相关，即叶片由圆形趋向柳叶形，株高及冠幅有增大的趋势。叶片大小与株高和地径呈正相关，但未达到显著水平。因此，根据叶片的大小对生长性状进行间接选择是不可靠的，但叶片作为自然界中初级生产者的能量转换器，其性状还受地理位置、生境条件和气候特性等综合环境影响而表现出差异性[8]，因此对苦楝生长性状的影响需进一步开展研究。

对不同种源苦楝叶片6个性状进行聚类分析可将10个种源聚为2类。第一类包括海南三亚、广东兴宁、广西钦州、广西梧州、安徽利辛、河北邯郸6个种源，这类种源叶片形状较小，主要为偏南种源，其中河北邯郸种源与其他5个种源地理距离较远，但这6个种源在海拔和年均日照上都具有海拔较低、年均日照较长的特点，这可能是它们聚为一类的主要原因。第二类包括福建建瓯、江西南昌、安徽歙县、陕西蒲城4个种源，这类种源叶片形状较大，主要为偏北种源，采种点年均温较低。聚类结果进一步证明苦楝叶片大小的地理变异是以纬向变异为主的，即采种点由南向北，苦楝叶片形状趋于增大。

[1]杨湘. 不同果核群苦楝中苦楝素含量变化规律研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2011.

[2]董金生. 苦楝种子休眠解除的研究[D].青岛: 青岛农业大学, 2014.

[3]陈丽君, 刘明骞, 廖柏勇. 苦楝不同种源苗期生长性状和生长节律研究[J]. 西南林业大学学报, 2014, 34(4): 1-7.

[4]曾东东. 家具用苦楝集成材的研究[D]. 南京: 南京林业大学, 2011.

[5]程诗明, 顾万春. 苦楝遗传资源学研究进展及其展望[J]. 浙江林业科技, 2007, 27(2): 64-69.

[6]李守勇, 赵永军, 孙明高, 等. 11个黑杨无性系叶片性状变异研究[J]. 山东林业科技, 2002(2): 5-7.

[7]王旭军, 程勇, 吴际友, 等. 红榉不同种源叶片形态性状变异[J]. 福建林学院学报, 2013, 33(3): 284-288.

[8]舒枭, 杨志玲, 杨旭, 等. 不同种源厚朴叶片性状变异及幼苗生长量研究[J]. 生态与农村环境学报, 2009, 25(4): 19-25.

[9]张凤良, 张方秋, 潘文, 等. 17个红锥种源叶片性状变异分析[J]. 广东林业科技, 27(3): 20-26.

[10]Chechowitz N, Chappell D M, Guttman S I, et al. Morphological electrophoretic and ecologi-cal analysis ofQuercusmacrocarpapopulation in the Black Hills of South Dakota and Wyoning[J]. Canada Journal of Botany, 1990, 68(10): 2185-2194.

[11]张峰, 李艳明, 原玲芳, 等. 苦楝叶中挥发油成分及抑菌作用研究[J]. 安徽农业科学, 2009, 37(27): 13097-13098.

[12]顾文彪, 张仪, 夏尚光, 等. 苦楝叶对钉螺酶组织化学的影响[J]. 中国病原生物学杂志, 2014, 9(1): 16-19.

[13]陈晓阳, 沈熙环. 林木育种学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

[14]张冬生, 叶雪兰, 谢金兰, 等. 刨花润楠叶片形态表型分析[J]. 广东林业科技, 2015, 31(3): 24-28.

[15]吴清, 何波祥. 黎蒴叶片形态的表型多样性分析[J]. 广东林业科技, 2014, 30(3): 8-13.

[16]程诗明. 苦楝聚合群体遗传多样性研究与核心种质构建[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2004.

[17]韩威, 刘超, 樊艳文, 等. 长白山阔叶木本植物叶片形态性状沿海拔梯度的响应特征[J]. 北京林业大学学报, 2014, 36(4): 47-53.

(责任编辑张坤)

Variation of Leaf Morphological Characters ofMeliaazedarachfrom Different Provenances

Chen Lijun1, Liu Mingqian2, Liao Boyong3, Ding Meimei3, Chen Xiaoyang3

(1. Experiment Station and Agriculture Training Center, South China Agricultural University, Guangzhou Guangdong 510642, China;2. The Preparation Office of South China Agricultural Museum, South China Agricultural University, Guangzhou Guangdong 510642, China;3. Key Laboratory for Innovative Development and Utilization of Forest Plant Germplasm of Guangdong Province, College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou Guangdong 510642, China)

Leaf traits of 10 provenance resources were determined, and the genetic variations of leaf from different provenances were analyzed. The results showed that variance coefficient of 6 leaf traits ranged from 16.48%～41.26%, and significant difference of leaf traits existed from different provenances. There existed high heritability in footstalk length and leave area, reached more than 70%, the other four leaf traits reached more than 45%, the difference ofMeliaazedarachleaf traits is controlled by genetic control to a certain degree. Their coefficients of the regression equation were greater than 0.70 except the provenance of Xingning, and there were significant correlation between leaf traits and latitude, altitude, annual average temperature, annual rainfall, frost-free period, annual average sunshine, there was significant positive correlation between plant height and the ratio of leaf length/width. The crown breadth was negatively correlated with leaf area, positively correlated with the ratio of leaf length/width. Using the cluster analysis of 6 leaf characteristics ofMeliaazedarach, 10 provenances can be divided into 2 types.

Meliaazedarach, provenance, leaf trait, genetic variation