河南新县野生油茶群体表型变异特征研究

程离，夏建梅，胡冬南，闫梦，杨陆暘，孙荣喜，周增亮，曾凡朴

(1.江西农业大学林学院，江西 南昌330045； 2.江西省森林培育重点实验室 江西 南昌 330045； 3.羚锐油茶研究院，河南 新县 464000)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)又名茶子树、油茶树，属于山茶科(Theaceae)山茶属(CamelliaL.)的灌木或中乔木。油茶是中国特有的木本食用油料树种，也是世界四大木本油料作物之一[1-2]。已经发现山茶属中种子油脂可以食用的树种达30多种，如普通油茶，小果油茶等[2]。种植油茶不仅能够绿化荒山和保持水土，同时还能产生经济效益[3]，在中国获得政府部门和林农工作者的大力推广。表型多样性是生物遗传与环境互作的综合体现，是遗传多样性研究的重要内容之一[4-6]，从表型性状检测遗传变异是一种简便易行的方法，能在一定程度上揭示遗传变异的大小[7-9]，且不同群体表型变异的评估对种质资源的管理也有一定的帮助[10-11]。表型多样性在适应和进化上具有重要意义[12-13]，而植物种实形态主要受遗传控制，但在不同分布区也会由于适应不同生境而产生分化，其在大尺度上的变化格局通常与气候及纬度梯度有关[14]。河南省是油茶分布的北部边缘产区，新县有较为丰富的野生油茶资源，由于目前油茶研究主要集中在无性系和人工栽培等方面，野生油茶资源没有得到合理的开发利用与保护。与人工栽培的油茶相比，野生油茶具有高产、抗炭疽病以及耐寒等优点[15]。关于河南新县地区油茶遗传变异方面的研究至今未见报道，基于新县现有的野生油茶资源，本研究设置长期跟踪调查研究样地，调查并测定了群体内油茶的生长指标和果实的经济性状，研究结果揭示了表型变异程度和规律，以期为野生油茶遗传资源的保护、开发与利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

野生油茶样本采自河南省信阳市新县7个不同海拔和经纬度的野生油茶群体，采样地分别是王湾(Wangwan)、金兰山(Jinlanshan)、夏湾(Xiawan)、小刘山(Xiaoliushan)、曾家冲(Zengjiachong)、土坯坳(Tupiao)、高塆(Gaowan)。根据油茶的生长规律，野生油茶样本采集时间设定在2017年6月至11月之间，每个群体选取15株长势好、结实量稳定的单株，用全球定位系统 (GPS) 测定其经纬度和海拔，群体的地理位置、生境概况见表1。

表1 新县各野生群体取样地的地理位置及生境概况Table 1 Geographical location and habitat profile of each natural Camellia oleifera populations sampling site inXinxian

注：表中气象数据来源于国家气象局网(http://www.cma.gov.cn/)。

Note：The meteorological data in the table is taken from the network of National Meteorological Administration(http://www.cma.gov.cn/).

1.2 测定方法

1.2.1 叶表型性状测定 每个样株按东西南北中5个方向各选取1个标准枝，每个枝条上随机采6张成熟的完整叶片，共计30张。利用CI-203手持式激光叶面积仪测得叶长、叶宽、叶面积、叶周长、叶形指数(叶长/叶宽) 、叶性状系数等参数。叶柄长及叶片厚度用电显示游标卡尺测定，目测叶形和叶先端。

1.2.2 花表型性状测定 油茶始花期为9月中旬，12月初进入末花期，在盛花期于野外,每个待测单株按东、西、南及北4个方向各选取1个标准枝，每个标准枝随机选取发育正常的5朵花，每株总测定数为20朵。用游标卡尺测量花柱长、花冠冠幅、花径及花高，目测单朵花瓣数。

1.2.3 果实表型性状测定 目前河南分布的油茶以霜降籽为主，立冬籽次之，寒露籽、秋分籽最少，油茶良种皆为“霜降”籽[15]。每个样株随机采集20个果实，用电显式游标卡尺分别测定果高、果径、果皮厚度、种子长、种子宽，计算果型指数(果高/果径)及种形指数(种子长/种子宽) ；测定鲜籽数、单果质量和鲜籽质量。

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 新县野生油茶群体表型多样性分析

2.1.1 新县野生油茶群体性状的方差分析 对7个野生油茶群体的15个表型性状进行巢式方差分析(表2)，经F值检验，可以看出群体间的F值范围为2.60～21.45，15个表型性状在群体间存在极显著差异。群体内的F值范围为1.25～10.35，其中叶宽、叶形指数、果皮厚、鲜籽数以及花瓣数未达到显著水平，其他8个性状均达到极显著水平。说明野生油茶群体间和群体内表型性状均存在广泛的差异。

2.1.2 新县野生油茶群体叶、花以及果实表型性状的变异系数 由表3可知，新县7个不同油茶群体间表型存在丰富的变异，其叶、花以及果的平均变异系数大小为果实(27.63%)>花(13.93%)>叶(11.71%)，这说明果实的变异程度最大，7个群体表型性状平均变异系数幅度为18.25%～23.38%，其中群体土坯坳变异系数最高(23.38%)，说明该群体遗传变异丰富，可以在此群体进行优株选择；不同油茶群体内的15个性状的平均变异系数中鲜籽质量的变异程度最高(49.79%)，其次是鲜籽数(42.29%)，叶长的平均变异系数最小(10.67%)。

表2 新县野生油茶群体各表型性状的方差分析Table 2 Analysis of variance of phenotypic traits of natural Camellia oleifera populations in Xinxian

注： 表中同行数据的*表示差异性显著P<0.05,**表示差异性极显著P<0.01。下同。

Note: In the same row, superscript * means a significant difference atP<0.05,**mean an extremely significant difference atP<0.01. The same as below.

表3 新县7个不同群体油茶叶、花及果实表型性状的变异系数Table 3 Variation coefficients of leaf,flower and fruit phenotypic traits of 7 natural Camellia oleifera populations in Xinxian %

根据群体各性状的变异系数计算出各群体的总变异系数，群体间总的变异系数由高到低依次为土坯坳(23.38%)、金兰山(22.35%)、高塆(20.02%)、夏塆(19.65%)、王塆(19.63%)、曾家冲(18.78%)、小刘山(18.25%)。这表明群体小刘山的表型性状较为稳定，变化不大。通过比较群体间和群体内各性状的变异系数可以得出，各性状群体内的变异均大于群体间的变异。

2.1.3 新县野生油茶群体表型性状的多重比较 对7个油茶群体的叶、花和果等15个表型性状的平均值及标准差进行分析(表4)可知，这15个表型性状间存在差异，部分群体间差异达到显著水平。群体曾家冲(7.794)的叶长平均值最大，其次为夏塆(7.749)，而土坯坳(6.652)和王塆(6.924)的叶长差异不显著；群体高塆(17.080)花柱长与其他群体均存在显著差异，变化范围为14.522～17.080；群体金兰山(19.866)与小刘山(12.522)的单果质量间存在显著差异；这7个群体中，花径长最长(73.628)、单果质量(19.886)和鲜籽质量(4.864)最大的是金兰山群体；花柱长(17.080)最长、果皮厚(433.000)最厚以及鲜籽数(4.440)最多的是高塆群体，而群体土坯坳的花柱长(14.522)、果皮厚(366.565)和鲜籽数(2.304)都是最小，低于其他群体；叶片宽度(3.405)最宽、花瓣数量(7.000)最多的是群体夏塆。

表4 新县野生油茶群体叶、花以及果实表型性状差异分析(平均值±标准差)Table 4 Analysis of leaf,flower and fruit phenotypic characteristics of natural Camellia oleifera populations in Xinxian (mean±SD)

注：同行不同小写字母表示水平差异显著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters in the same row indicate significant differences(P<0.05).

2.2 新县野生油茶群体表型性状相关性分析

对7个群体的叶、花及果实的15个性状数据进行相关分析，由表5和表6可看出，叶和花的8个性状存在一定的相关性；果实的7个性状大多存在极显著相关性，相关系数在-0.37～0.94之间。其中，叶长与叶宽(0.60)、叶形指数(0.23)，花径长与雄蕊长(0.48)、花柱长(0.27)，雄蕊长与花柱长(0.31)呈极显著正相关；叶宽与叶形指数(-0.63)、花柱长(-0.22)呈极显著负相关。果实部分除果型指数与横径(-0.35)、单果质量(-0.22)和鲜籽数(-0.34)呈极显著负相关，与鲜籽质量(-0.20)呈显著负相关，其余性状都呈极显著正相关。

综上所述，这7个群体各表型性状间有密切的相关性，这些性状是能够代表油茶叶、花果实特征的重要性状，结果表明，新县地区的油茶花越大，雄蕊和花柱就越长；油茶果越大，鲜籽数出籽越多。

表5 新县野生油茶群体间叶、花性状的相关性分析Table 5 Correlation analysis of leaf and flower traits of natural Camellia oleifera populations in Xinxian

表6 新县野生油茶群体间果实性状的相关性分析Table 6 Correlation analysis of fruit traits among natural Camellia oleifera populations in Xinxian

2.3 新县野生油茶群体表型性状主成分分析

进行主成分分析时，对各指标的原始数据采用标准化法转化为标准化数据，再采用主成分分析提取6个特征值大于1的主成分(表7) 。由表7可知，前6个主成分的累积方差贡献率为75.86%。主成分1中，横径(0.93)和单果质量(0.93)的荷载系数最大，其次是鲜籽质量(0.81)和鲜籽数(0.68)，反映了油茶果实以及种实的主要因子，因此可称为产量因子，其特征值为3.72，贡献率达到24.78%；主成分2中，荷载系数最大的是叶宽(0.94)，其次是叶长(0.57)，因此，主成分2可称为叶形态因子，特征值为2.11，贡献率为14.07%；主成分3可称为花形态因子，雄蕊长和花径长的荷载系数分别为-0.61和-0.59，其特征值为1.92,贡献率为12.79%；主成分4最高荷载系数为花瓣数(0.65)，可称为花形状大小因子，特征值为1.39，贡献率为9.26%；主成分5荷载系数最高的是柱头裂数(0.79)，特征值为1.17，贡献率为7.79%；主成分6可称为叶型大小因子，荷载系数较高的是叶形指数(0.50)，特征值为1.08，贡献率为7.17%，累计贡献率达75.86%。

根据以上结果，可依据各主成分贡献率的大小，以主成分为单位选育优质高产的野生油茶群体。主成分分析结果表明，油茶表型多样性是众多因子综合作用的结果，其中，果皮厚度、单果质量以及花柱裂数的荷载较高，说明它们与造成油茶表型变异的关系较为密切。

2.4 新县野生油茶群体表型性状的聚类分析

利用各性状的平均值，进行UPGMA聚类分析，生成聚类树系图，见图1。若在欧式平均距离为10的阈值处，可将新县地区7个群体的油茶表型性状划分为3大类，第1类为：金兰山和高湾，第2类为：小刘山、土坯坳和王塆，第3类为：夏塆和曾家冲，被划分在同一类的群体其地理上并不是距离相近的 ，而且在地理上分布距离较近的群体没有被优先聚合成一类；若在欧氏平均距离为15的阈值处，可将新县地区7个群体的油茶表形性状划分为两大类，第一类为：小刘山、土坯坳、王塆、夏塆和曾家冲，该类型的表型性状表现为大叶、小果、籽少、皮薄；第二类为：金兰山和高塆，其表型性状主要表现为叶小、大果、籽多、皮厚。

表7 新县野生油茶群体各表型性状主成分分析Table 7 Principal component analysis of phenotypic traits of natural Camellia oleifera populations in Xinxian

图1 基于新县7个野生油茶群体表型性状的聚类树系图 Fig.1 Cluster tree diagram based on phenotypic traits of 7 natural Camellia oleifera populations in Xinxian

3 讨论与结论

3.1 新县野生油茶群体表型变异具有丰富的多样性

植物表型性状是各种外部形态特征的组合体，也是遗传变异的表型特征，通过对其表型性状遗传多样性的分析研究，即可快速了解其遗传变异状况[17]。巢式方差分析表明，新县野生油茶的表型性状在群体间和群体内均存在差异，说明不同群体发生了明显的分化，群体的性状不稳定，容易受影响发生改变。通过对新县7个野生油茶群体的的15个表型性状分析，发现群体的叶、花和果实都有丰富的遗传变异，变异类型也很多，变异系数可以在一定程度上衡量性状的离散程度，变异系数越大，说明该种群的性状离散程度越大，表型多样性越高，反之，变异系数越小，性状离散程度越低[18]。研究结果表明，7个野生油茶群体间和群体内的表型性状的变异程度都比较大，群体间的变异范围为18.25%～23.38%，群体间表型性状变异程度最大的是果实，果实的表型性状也是影响出籽率等的重要因子，这为今后选育优树，加强油茶品种资源的利用研究提供了理论依据。

3.2 新县野生油茶群体表型性状的相关性

变异是人为选择和环境作用的共同结果[19],相关性分析结果显示，除叶形指数、花瓣数和果皮厚与其他性状没有显著相关性，其他14个性状均与其他性状有显著或极显著相关性。戚嘉敏等[20]和姚小华等[21]研究表明，植物的表型变异与其地理生态因子显著相关，其中，靳高中等[22]对滇西腾冲红花油茶的研究表明，红花油茶种实性状的果高与经度纬度和海拔有显著相关；黄勇等[23]对小果油茶的研究表明，影响小果油茶花和叶的表型性状主要与无霜期及7月降雨量等生态因子有关，可能是由于，本研究新县地区野生油茶群体选择区域过于狭窄的原因，各表型性状在纬度地理和生态因子上没有表现出显著的相关性。

3.3 新县野生油茶表型性状的地理变异

通过主成分分析，把新县野生油茶群体的15个主要性状转化为6个主成分。6个主成分提供了原性状75.86%的信息，能较完整地表现出野生油茶群体各表型性状间关系的主导因素，其中果皮厚度、单果质量以及花柱裂数为主要因素。利用15个表型性状的平均值，对野生油茶群体的7个不同地理居群进行聚类分析，在欧氏平均距离15处，可以很明显地将7个居群分为两个大类，一类可划分为大叶、小果、籽少、皮薄，另一类则是叶小、大果、籽多、皮厚的特征，但是并没有呈现较强的地理区域特征，没有将地理位置相近的归为一类，这与徐佳娟等[24]在望谟红球油茶中得出的结果一致。综合主成分分析和聚类分析的结果，在以后的优树选择中可依靠叶片的形状、果实的大小和质量等主要因素来选择。表型遗传分析容易受外界(自然和人为)影响，导致利用表型确定的群体间及群体内的亲缘关系不够可靠。因此，还需要利用分子标记技术[25]，对其展开更深入的研究，以保证研究结果的真实可靠。