不同地区种源青檀皮质量与生态因子的关联性分析

2017-10-16常强强范佳佳李晓红刘慧君张小平

生物学杂志 2017年5期

关键词：青檀泾县纤维长度

常强强, 范佳佳, 李晓红, 刘慧君, 张小平

(安徽师范大学生命科学学院，芜湖 241000)

不同地区种源青檀皮质量与生态因子的关联性分析

常强强, 范佳佳, 李晓红, 刘慧君, 张小平

(安徽师范大学生命科学学院，芜湖 241000)

青檀树皮是制造宣纸的主要原材料，为获得较高质量的檀皮并对青檀的人工种植提供理论指导，选取安徽周边青檀分布比较集中的6个省份作为采集样地，比较了各地青檀檀皮纤维长度、宽度以及长宽比，并采用相关性分析和主成分分析法分析了青檀纤维指标与各生态因子之间的联系。结果表明：不同生长环境下，青檀的檀皮纤维长度、宽度及长宽比有显著差异，其中山东青檀寺和安徽泾县的纤维长宽比分别为283.87和229.55，明显高于其他4个地区，檀皮质量较好；相关性分析显示青檀檀皮的质量与各生态因子均呈一定程度的正负相关性，但相关性不显著；主成分分析中，3个主成分的积累贡献率达94.66%，大小顺序依次为温度光照因子>土壤因子>地理位置因子，说明温度光照对青檀的檀皮影响较大。

青檀；檀皮质量；生态因子；相关性分析；主成分分析

AbstractPteroceltistatarinowiiMaxim., the main raw material for manufacturing of rice paper, has a high economic value. In order to obtain high-quality bark ofP.tatarinowiiand provide theoretical guidance for artificial cultivation of it, this paper selected six provinces around Anhui Province where abundantP.tatarinowiidistribute, and compared fiber length, width and length-width ratio ofP.tatarinowiithere. Results showed that the fiber length, width and length-width ratio ofP.tatarinowiivaried with its growing environments and has a significant difference. TheP.tatarinowiiin Qingtansi, Shandong Province and Jingxian, Anhui Province all has high quality and its length-width ratio is 283.8 and 229.55, respectively, which were obviously higher than that in other four places; Correlation analysis showed that the quality ofP.tatarinowiibark has a certain degree of positive and negative correlation with its various ecological factors; the principal component analysis indicated that the accumulated contribution rate of three principal components reached 94.66%, and the rank of each factor for the accumulated contribution rate from better to less was: temperature-light factor, soil factor and location factor, which manifested that the temperature-light factor had the largest effect on the quality ofP.tatarinowii.

KeywordsPteroceltistatarinowiiMaxim.; bark quality; ecological factor; correlation analysis; principal component analysis

青檀(PteroceltistatarinowiiMaxim.)是我国特有第三纪残遗温带落叶树种，隶属于榆科(Ulmaceae)唯一的单种属——青檀属(Pteroceltis)。青檀皮富有纤维、绵韧易剥，是生产宣纸的主要原料。青檀树树形优美，木材坚硬细致，耐旱、耐瘠、适应性强，根系发达，固土效果显著，是集观赏、经济、水土保持、薪炭于一体的树种，是泾县具有地域特色的经营树种，栽培历史悠久[1-2]。青檀的地理分布较广，我国的安徽、河北、云南、江苏等20余个省市均有分布[3]。如今，由于宣纸产量增加，宣城泾县檀皮产量出现供不应求的现象，生产厂家常需引进外地檀皮来生产宣纸，檀皮质量的差异使得宣纸质量存在较大差异。

关于檀皮质量和环境间的相互关系，目前已有报道。陈一锟等[4]以我国12个省市的19个野生青檀种群作为研究对象，分析了青檀不同分布地土壤中的大量元素、微量元素、有机质和pH，并作了相关性分析。结果表明，青檀生长地中大部分大量元素与微量元素含量高且富集化，对青檀的生长发育起着至关重要的作用。刘慧君等[5]采集我国不同省市11个种群的青檀，分析了不同种群青檀檀皮的差异，并得出青檀檀皮的纤维素含量与纤维长度受环境影响程度较高，且一般而言，低纬度的檀皮优于高纬度的檀皮[5]。方升佐、洑香香等也研究了土壤种类和矿质元素对檀皮质量、产量的影响[6-8]，青檀的解剖形态、群落关系、内生真菌等也有相关文献报道[9-12]。前人的研究对青檀的檀皮质量和环境的相互关系有了初步了解，但是对于青檀的集中分布区华东和华中地区的选样较为薄弱，而宣纸的主要生产基地在安徽和湖北地区，因此从经济性考虑，项目组针对华东和华中地区设置7个采集样地，包括河南新县、山东青檀寺、浙江武山村、江西岩泉、福建武夷山、湖北三潭和安徽泾县。通过青檀檀皮形态学指标的比较，并结合土壤和气候因子，运用相关性分析和主成分分析，揭示影响檀皮质量的主要影响因子，为以后的檀皮原材料的选择和抚育提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料来源

选取7个青檀分布样地(河南新县、山东青檀寺、浙江武山村、江西岩泉、福建武夷山、湖北三潭和安徽泾县)的檀皮进行比较分析，每个样地做3个重复。取样时，在每个青檀群落中随机选取10个青檀个体，采集10～20根2～3年生青檀枝条，带回实验室，烘干至恒重，测量各地区檀皮质量指标。7个地区的地理位置分布如图1所示，各采样地点的地理位置信息及基本气候状况如表1所示。

表1 各采样地点的地理位置信息及气候、土壤状况

图1青檀样品采集地分布图

Fig 1 The sampled populations distribution ofP.tatarinowii

1.2 实验方法

纤维形态的测定:将每种树皮的韧皮部按长宽切成30 mm×2 mm大小，放在水中多次煮沸，使试样条下沉。然后将体积比为1∶1的冰乙酸与过氧化氢(30%～35%)溶液及试样放入10 mL玻璃试管中，并用塑料袋封口后，放在60℃下的恒温培养箱中浸泡30～48 h，使试样变白、纤维分散。分散好的试样用水冲洗至无酸性，再用番红染液染色，制成纤维悬浊液。用滴管吸取2～3滴悬浊液，置于载玻片上，制成纤维分散的临时纤维切片，然后在Olympus显微镜下观察并拍照。每个样品纤维长宽均测定50根[6]。

1.3 数据处理

本文实验数据中，年平均气温、年日照时数、年均降水量取自当地气象局的观测数据，土壤钙含量、土壤pH来源于采样点土壤的实测数据。数据经Excel整理分析后，利用 SPSS19.0软件的比较均值单因素方差分析以及利用SPSS19.0软件进行相关性分析及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同地区的檀皮纤维的长宽值(均值)

青檀檀皮的纤维形态是影响宣纸质量的重要参数之一，也是判断青檀经济性和实用性的重要指标之一[13]。7个不同区域种群青檀檀皮的纤维长度和宽度及平均长宽比见表2。

表2 不同地区青檀檀皮质量指标

注：表中数据后的字母表示Duncan多重比较结果，字母相同表示差异不显著，字母不相同表示差异显著；*表示α=0.05时具有显著差异

从表2可知不同区域的青檀檀皮纤维长度和宽度均差异显著(P<0.05)，Duncan多重比较发现浙江武山村、江西岩泉、福建武夷山、湖北三潭和河南新县的纤维长度无显著差异(P>0.05)；安徽泾县、山东青檀寺和其他区域的纤维素长度具有显著差异。山东青檀寺的檀皮纤维最长，达3068.63 μm，安徽泾县次之(2474.56 μm)，其余各地纤维长度均在 900～1100 μm之间。不同地区的檀皮纤维宽度多集中在10～13 μm，浙江武山村檀皮纤维最窄，为10.71 μm，其余采集点檀皮纤维宽从小到大依次为安徽泾县、山东青檀寺、河南新县、湖北三潭、江西岩泉、福建武夷山。其中，纤维最宽的福建武夷山，檀皮纤维宽度达到了13.84 μm。根据Duncan分析，福建武夷山与其他区域的檀皮宽度具有显著不同；山东青檀寺、浙江武山村、安徽泾县之间无显著差异；湖北三潭、河南新县之间无显著差异。值得一提的是，不同地区檀皮的纤维长、宽的方差分析也具有显著差异性。从表2中可以看出，不同地区檀皮的纤维长宽比差异明显，极差为209.78，其中，浙江武山村、江西岩泉、福建武夷山、湖北三潭和河南新县的纤维长宽比数据较均整，介于70～90之间，而山东青檀寺和安徽泾县的纤维长宽比分别为283.87和229.55。

2.2 生态因子对青檀檀皮质量的影响

2.2.1 相关性分析

相关性分析结果显示，纤维长度与年降水量存在一定程度的正相关，与纬度存在一定程度的负相关，相关性不显著。结合表1和表2数据可知，福建南平武夷山、安徽泾县纬度较低，年降水量较高，其纤维较长；在纬度较高，年降水量较低的湖北广水三潭、河南新县等地，其纤维较短。表3数据还表明，纬度、年降水量两个气候因子对檀皮纤维的长度影响相对较大。经度、年平均气温与纤维长度呈正相关，福建南平武夷山、安徽泾县经度较高，年平均气温相对较高，其纤维长度较大；在纤维较短的湖北广水三潭、河南新县等地，经度较低，年平均气温相对较低。

表3 中国青檀的3个檀皮质量指标与生态因子的相关性分析

上述相关性分析还表明，纤维宽度与土壤钙含量、纬度、年日照时数、土壤pH呈一定程度的正相关，与年降水量、经度、年平均气温呈一定程度的负相关。纤维的长宽比与各生态因子存在一定程度的正负相关性，但相关程度不显著。

此外，在纤维长度的相关性分析中，纤维长度较大的山东青檀寺，纬度较高，年降水量较低。

2.2.2 主成分分析

对檀皮质量影响的7个生态因子，进行主成分分析，分析表明前3个主成分的积累贡献率达94.663%，很清晰地反映出7个生态因子对檀皮纤维的影响，选择这3个主成分进行分析，分析结果见表4。从表4可知，第一主成分中负荷量较大的指标因子是反映气候的年平均气温和年日照时数，故将第一主成分定义为温度光照因子。第二主成分中负荷量较大的指标因子是表示土壤情况的土壤钙含量和土壤pH，故将第二主成分定义为土壤因子。第3主成分中负荷量较大的是表示地理位置的经度，故将其定义为地理位置因子。这三个主成分的贡献率分别为50.525%、28.761%和15.878%，这3个主成分的贡献率累计达94.663%，能够很清楚地反映出生态因子对青檀檀皮纤维长宽的影响，按照其影响程度的大小依次为：温度光照因子>土壤因子>地理位置因子。综上所述，温度光照因子可能是本实验生态因子中的主要影响因子。

表4 主成分分析

3 讨论与结论

通过对不同地区檀皮纤维长宽数据的Duncan多重比较，安徽泾县、山东青檀寺与其他地区的纤维长度差异显著，且纤维长宽比较大，与刘慧君等[5]的研究结果一致。有研究指出，造纸用纤维宜又细又长，且长宽比应大于50，愈大愈好[14]，这表明纤维的长宽比可作为衡量造纸用檀皮优劣的一个重要因素。山东青檀寺的檀皮纤维长宽比为283.87，安徽泾县的为229.55，其他地区的均小于100，因此，山东青檀寺和安徽泾县两地的檀皮用来制造宣纸比较适宜。

由相关性分析可知，纤维长度与纬度存在一定的负相关关系，这与刘慧君等[5]得出的低纬度地区檀皮纤维长度较长，高纬度地区檀皮纤维长度较短的结论相近，说明实验结果可靠。分析结果还表明，纤维长度、宽度与各生态因子均存在一定程度的正负相关性，说明气候、土壤对檀皮纤维存在一定的影响；不同生态因子相关性系数差别较明显，说明檀皮纤维长宽并不单一地受某一生态因子影响，檀皮质量高低是气候因子和土壤因子综合作用的结果。

值得一提的是，刘慧君等[5]还指出纤维长度的主要影响因素是土壤速效钾及土壤速效磷，在本文纤维长度的相关性分析中，纬度较高，年降水量较低的山东青檀寺，檀皮纤维较长可能与此相关。另外，同一样点青檀种群生长的位置不同，如山脚和山顶，其光合速率、蒸腾速率、水分利用效率也有很大差异[15]，这也可能是造成山东青檀寺的檀皮纤维与其他地区差异较大的原因之一。

主成分分析中，温度光照因子、土壤因子和地理位置因子这3个主成分的贡献率累计达94.663%，其中温度光照因子>土壤因子>地理位置因子，温度光照因子贡献率达50.525%，温度光照因子可能是本文生态因子中对檀皮纤维影响最大的生态因子。青檀的分布生境多为岩石、峭壁，土壤营养匮乏，群落结构单一，郁闭度低，蒸腾作用强，且南方湿润，能吸收相对较多的水分，因此在本研究所分析的生态因子中，温度光照成为影响檀皮质量最大的生态因子，也是有一定原因的。

综上所述，檀皮质量的差异形成受到多个相关成分的综合因素影响，温度光照因子可能影响较大，但要单独分析某一生态因子对檀皮质量影响程度的大小，有一定的局限性和不可操作性。因此，全面的结合青檀的生长环境气候以及生物因素，综合分析多因素的交叉影响，同时进一步探讨青檀纤维素合成酶的分子机制是非常有必要的。

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