百色地区香合欢种子表型性状变异分析

罗群凤，胡 拉，谭健晖，贾 婕，冯源恒，杨章旗

(1.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；2. 广西马尾松工程技术研究中心，广西 南宁 530002)

香合欢[Albiziaodoratissima(Linn.f) Benth.]又名黑格、香须树，含羞草科合欢属常绿大乔木，分布于广西、广东、福建、贵州和云南等地，印度、越南、马来西亚亦有分布。一般呈散生或数量不多的群状聚生。在土层较深厚、湿润的缓坡地生长良好，萌芽力强。香合欢木材重硬(密度0.68～0.82 g·cm3)，与格木相当，心材颜色深呈栗褐色或巧克力色，在木材构造上接近格木，木材外观也与格木有些相似，硬度比格木低，尺寸稳定性比格木好，被称为“土格木”。香合欢材性优良，不仅耐腐抗虫，而且不开裂不变形，主要用于加工实木地板、家具和门等木制品，经济价值极高。但由于近年来香合欢产地人为破坏严重，分布范围日渐缩小，濒危状况日益严重，急需对香合欢不同居群分布格局和遗传变异进行评价研究，并开展优质种质资源的收集选育，为进行遗传改良和发展人工种植奠定基础。

遗传变异是开展林木改良的前提条件，种实变异是林木遗传变异的重要内容[1-2]。种实性状不但影响种子的生活力，也与树种居群分布格局密切相关[3-4]。表型变异则是遗传变异在个体上的综合表现，是遗传多样性研究的重要内容[5]。研究一个物种不同居群的种实表型变异，有助于准确全面地了解该物种的遗传变异规律和居群分布格局关系，为优良种源选择和种质创新提供理论依据[6]。本研究通过对百色地区香合欢6个自然居群26株优良单株进行实地观察测量和种子收集，分析香合欢种子性状在居群间、局群内的变异程度，揭示香合欢表型性状的变异规律，以期为香合欢种质资源的收集保护、种源区划、优良种源和单株选择、种源试验采样和试验设计提供重要技术支持，为日后良种选育工作提供一定参考，同时也为香合欢种质资源的保存利用和遗传改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验地概况

以广西百色地区香合欢分布区澄碧河、田林县、西北乐、田东县、隆林县和西林县6个自然居群(JQ1～JQ6)的香合欢优良单株为试材，每个居群选取3～5株生长正常、无病虫害的优良单株，于2017年2月采荚果并调查各项基本信息，各居群和单株的基本情况见表1。将荚果带回室内，获得纯净的种子后对种子性状进行测定，而后进行发芽试验。在所测定的性状中，种子的长、宽、厚直接反应了母本对繁殖资源的投入情况；而种子百粒重、发芽率则反映了繁殖的成功率，有助于分析各居群的交配系统状况。

试验设置于广西壮族自治区林业科学研究院科研试验基地(108°20′E， 22°55′N)，位于南宁市北郊，海拔约80 m。年均气温21.7 ℃，年均降水量1 300 mm，平均相对湿度为80%左右，属亚热带季风气候。土壤为赤红壤，肥力中等，pH值约为5.6。2017年4月播种，播种前将种子置于清水中浸泡24 h，待半数以上种子充分吸水、种壳开裂后，捞出沥干，然后均匀播种于细沙中，苗木出土后移植至规格为8 cm×12 cm的无纺布杯袋中，采用随机区组设计，20株小区，5次重复。

表1 香合欢6个自然居群的地理位置与环境因子Table 1 Geographical location and environmental factors of 6 natural populations of A. odoratissima

1.2 性状指标测定与计算

每个家系随机挑选30粒饱满、健壮的种子，用数显游标卡尺分别测量长度、宽度和厚度(精确到0.01 mm)；采用十字对角取样法抽取100粒种子，用电子天平(精度0.01 g)称其百粒重量，8次重复。

用四分法随机抽取50粒种子并称重，将称重后的种子置于发芽盒中进行发芽率试验，4次重复。以胚根突破种皮、胚芽达种长1/2 作为萌发标准[7]，每天观察记录1次发芽粒数，统计种子的发芽率。发芽率/%=n/N×100，其中，n为正常发芽粒数，N为供测种子总数[8-11]。

1.3 数据统计分析

所有数据采用Microsoft excel 2007和SAS 8.1软件提供的程序进行分析。

1.3.1 方差分析 以各性状指标的每次观测值为统计单元，采用巢式设计方差分析。线性模型见式(1)：

Yijk=u+Fi+Sj(i)+Bk(ij)+Eijkl

(1)

式中：u表示总体平均值；Fi表示居群效应；Sj(i)为居群内家系效应；Bk(ij)为区组效应；Eijkl为随机误差。

1.3.2 均值、标准差及变异系数 统计参数的计算根据顾万春[12]的方法进行分析。

(2)

(3)

(4)

1.3.3 表型分化系数 表型分化系数(Vst)是性状居群间平均方差占居群间与居群内合计方差的百分比，反应居群间表型分化的大小。参照葛颂等[13]的方法进行计算表型分化系数，其公式如下：

(5)

1.3.4 相关性分析 以各居群平均值为统计值探讨各性状间及其与居群所在地的纬度、经度、海拔、年均气温、年均降水量等环境因子间的相关性。

2 结果与分析

2.1 香合欢种子表型性状变异水平方差分析

对6个香合欢自然居群的5个性状进行巢式方差分析，结果如表2所示。5个表型性状在居群间、居群内单株间均存在极显著差异(P<0.000 1)，说明香合欢种子性状在居群间和居群内变异丰富。这种变异的产生一方面与其遗传因素有关，另一方面与各居群所处的不同生态环境相关。

表2 香合欢5个种子表型性状的巢式方差分析Table 2 Nested variance analysis of 5 seed phenotypic traits of A.odoratissima

2.2 香合欢居群间和居群内的种子表型变异

对各居群主要性状进行变异特征分析(表3)，各居群间性状差异较大。JQ6种子长、种子宽、种子百粒重、种子萌发率均值都最大，分别为8.893 mm、6.468 mm、7.181 g、69.83%；JQ1种子厚均值最大，为2.351 mm。JQ3种子长、种子宽均值最小，分别为7.070 mm、5.285 mm；JQ4种子厚、种子百粒重均值最小，分别为1.829 mm、4.354 g；JQ5种子萌发率最小，为20.17%。由此可见，来自西林县的JQ6在6个居群中表型性状表现最好，来自澄碧河的JQ1次之。

变异系数可以揭示表型性状的变异幅度和规律，数值越大表型性状的离散程度越大，数值越小表型性状越稳定[14]。由表4可知，香合欢5个表型性状平均变异系数在10.68%～49.30%之间，各个性状间差异较大，种子长、种子宽、种子厚的变异系数相对较小，种子发芽率的变异系数最大，达49.30%。说明香合欢居群内种子大小变异相对稳定，而种子生活力的变异则受居群结构影响更大。

表3 香合欢6个自然居群种子表型性状 Table 3 Seed phenotypic traits in 6 natural populations of A. odoratissima

各个性状在各居群间变异系数差异明显，特别是种子百粒重和种子发芽率，JQ2的种子发芽率变异系数是JQ4的3.6倍，JQ3的种子百粒重变异系数是JQ2的5倍多。说明不同居群的交配系统效率存在较大差异。变异系数越小，居群内部个体间授粉成功率越接近，交配系统更通畅；反之，变异系数越大，居群内部个体间授粉成功率差异越大，居群部分片段化现象越严重。

表4 香合欢6个自然居群种子表型性状变异系数Table 4 Coefficient of variation of seed phenotypic traits in 6 natural populations of A. odoratissima

2.3 香合欢居群间表型分化

按巢式设计计算各方差分量及占比和表型分化系数(表5)。居群间的方差分量占总变异的31.67%，居群内的方差分量占总变异的28.67%。种子长、种子宽、种子百粒重性状的居群间表型分化系数均在60%以上，说明这3个性状变异主要存在于居群间；种子厚性状居群间和局群内的变异相差不大，局群内稍高于居群间；种子发芽率性状居群间表型分化系数只有18.12%，变异主要存在于局群内。

表5 方差分量与居群间表型分化系数Table 5 Variance component and phenotypic differentiation coefficient among populations

2.4 香合欢种子表型性状相关性分析

对香合欢的各性状进行相关分析(表6)，结果显示：种子长与种子宽、种子厚和种子百粒重均呈显著正相关，种子宽与种子百粒重呈显著正相关。

表6 性状间Pearson相关分析Table 6 Inter-trait Pearson correlation analysis

对香合欢的5个种子表型性状与居群地的地理、环境因子等进行相关性分析(表7)，结果显示：香合欢种子性状均与海拔呈正相关，与年均降水量呈负相关。这意味着随着海拔的升高，香合欢种子与幼苗表现均变强；年均降水量适当减弱，种子与幼苗生长表现相应加强，间接说明香合欢适合生长在较干爽的气候条件下。但香合欢表型性状与地理、环境、母树生长等相关性均未达显著水平，这可能与香合欢居群地较少的原因有关，需要加大样本数量来进一步验证。

表7 种子表型性状与地理环境因子的相关关系Table 7 The correlation between seed phenotypic traits and geographic environmental factors

3 讨论与结论

3.1 香合欢种实性状表型遗传多样性

自然存在的表型变异是生物遗传变异最直接的体现，是遗传多样性的重要组成部分，表型变异越大，可能存在的遗传变异也越大。表型多样性是在形态水平上对遗传多样性进行阐述，反映了遗传与环境共同作用的复杂性及适应环境压力的广泛程度[15-16]。本研究中，6个香合欢自然居群5个表型性状的变异系数为10.68%～49.30%，性状间存在较大差异；居群间的表型分化系数变异范围为18.12%～70.73%，且各性状在居群间、局群内均达到极显著差异水平，表明香合欢居群具有较丰富的遗传变异，有利于优质种质资源的选择和利用。

居群间与居群内的方差分量分别为31.67%、28.67%，相差不大；而表型分化系数分别为47.36%、52.64%，表明香合欢种实性状在居群间存在一定的遗传分化，在局群内也存在丰富的遗传变异，虽与花楸树(Sorbuspohuashanensis)[5]、滇橄榄(Phyllanthusemblica)[17]、野生樱桃李(Prunusdivaricata)[18]、腊梅(Chimonanthuspraecox)[19]、中国沙棘(Hippophaerhamnoides)[20]等植物结果稍有差异，但也说明物种间的差异性。居群内的多样性变异是种内多样性的重要组成部分，而分布在居群间的变异反映的是地理和生殖隔离上的差异[21]，也反映群体遗传与环境交互效应的复杂性及其适应环境能力的差异[22-23]，是群体分化的源泉[24]，其大小在某种程度上反映了该物种对不同环境的适应程度，值越大，适应的范围越广。

3.2 香合欢种实性状表型变异与居群结构

本研究发现5个表型性状中种子长、宽、厚的居群内变异系数相对较小，说明香合欢居群内种子大小变异相对稳定。但种子长、宽在居群间的方差分量明显高于居群内，表性分化系数均在60%以上，说明香合欢的种子大小的居群间发生明显的遗传分化，据此可推测由于生境不同，香合欢不同居群在雌性繁殖资源投入策略上发生了改变。如后续研究可以获得单株开花总量、单株结实总量、P/O比等繁殖性状数据可以进一步深入分析不同居群在繁殖资源投入策略上的差异。

与种子长、宽所不同的是香合欢的种子厚度在居群间与居群内的方差分量差异不大，说明种子厚度不但居群间发生存在遗传分化，还受所在居群结构的影响。因为，种子厚度既能反映母树在结实上的资源投入，同时香合欢的种子厚度也能体现种子的饱满度，该性状与百粒重和发芽率都受到所在居群交配系统效率的影响。居群分布相对集中，传粉效率越高，结实率越高，种子越饱满；反之居群分布越分散，交配系统不畅，结实率越低，空瘪种子越多。

种子百粒重也反映所在居群交配系统效率。本研究分析结果显示，香合欢各居群在种子百粒重和发芽率的变异系数上差异明显，表明不同居群的结实效率因居群结构差异而不同。而研究也发现种子百粒重在居群间存在较明显的遗传分化，基于此可推测居群结构差异是导致香合欢发生遗传分化的推动力之一。

3.3 香合欢种质资源的保存和利用

由于复杂的生境变化、长期对环境的适应性和自然选择，香合欢种子性状表现出丰富的变异特征，物种表型变异越大，可能存在的遗传变异也越大[25]。因此，表型变异研究对优良种质资源的开发利用及遗传改良具有极其重要的意义。进行香合欢性状改良时，可将群体和个体选择结合起来，既充分利用群体内的变异，又更好地挖掘群体间的遗传变异，有助于选择更具生存力的优良资源，为资源良种化和产业化发展提供广阔的前景。目前，对于香合欢仅进行了比较零散的优良单株选择，还没有开展系统的种质资源收集保存、种源试验等，应大力开展香合欢种质资源收集保存，建立种质资源库，并结合课题组前期研究基础和现代生物技术，选育香合欢优良种源、家系和无性系，促进香合欢优良资源保存利用的可持续发展。