浙江红花油茶种实性状多样性分析

周文才，王仲伟，董 乐，温 强*，黄文印，李 田，叶金山，徐立安

(1.江西省林业科学院，江西省油茶种质资源保护与利用重点实验室，江西 南昌 330032；2.江苏省中国科学院植物研究所,江苏 南京 210014；3.南京林业大学，南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037)

浙江红花油茶(Camelliachekiangoleosa)属山茶属(Camellia)红山茶组(Sect.Camellia)植物，是我国南方山区的特有树种，主要天然分布于江西、浙江和福建等海拔600～1 400 m的山地[1-2]，低海拔引种栽培亦见诸文献报道[3-5]，其分布面积和产量在全国油茶主栽品种中居第4位[6]。浙江红花油茶的种仁含油率60%以上，油脂中不饱和脂肪酸含量可达90%，其籽仁还含有丰富的茶皂素等营养物质[7-8]，是一种优质的木本食用油料树种；此外由于花红色艳且花期长，园林观赏价值亦较高[9]。然而，作为具油用与观赏双重价值的重要经济树种，尤其与同为油茶主栽物种的普通油茶相比，浙江红花油茶目前还处于野生或实生繁育状态，没有形成专门油用或观赏的优良品种或家系。浙江红花油茶开发与利用仍处于起步阶段，由于人为干扰、生境破碎，其自然资源甚至趋于渐危[10-11]。

当前植物遗传资源开发利用已然从强调采集具有直接利用价值的特定基因、群体或生态型资源转变为重视收集现有全部遗传变异类型[12-13]。因此开展遗传多样性评价是开发利用植物资源的重要基础。表型多样性是遗传多样性研究的重要内容[14]，而对于经济林木而言，种实性状则是其表型性状的主要体现[15]。浙江红花油茶作为以果实和种子为主要经济价值载体的木本油料树种，种实性状在一定程度上决定了其生产价值。因此探讨种实性状遗传变异，可指导其种质资源保存策略的制定和选择育种。然而现有研究仅见刘子雷等[16]的相关报道，且研究仅以浙江省丽水、金华产区的浙江红花油茶为研究对象。由于植物种实形态除受遗传控制,还会因适应不同分布区生境而产生遗传分化[17]。鉴于此，笔者通过在赣、浙、闽浙江红花油茶主分布区范围内选择优势林分，调查分析不同产地浙江红花油茶种实经济性状，以期较全面地揭示浙江红花油茶种实性状变异规律，从而为浙江红花油茶保护生物学及选择育种提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料采集

用于试验的浙江红花油茶种实样品分别来自江西省、浙江省、福建省主分布区6个产地的优势林分(见表1)，植株表现结实优良、产量稳定。乐平产地为人工林(种源地为德兴十八亩段)，其他林分均为天然林分，其中乐平林分林龄大于15 a，其余各林分林龄30 a以上。2017年9月上旬于果实成熟期采集样品，视各产地的林分大小随机选择样株，各样株之间至少相隔20 m，对于面积较大的林分适当多选样株，各个林地取样株数见表1。以每个样株按东南西北4个方向随机采摘20个果实为标准，对于可入选样株较少的产地适当增加取果数量(20～30个)进行测定，而对于样株果实不足20个的则全部采摘。样品采集同步记录各产地的GPS数据。各地气象资料来源于中国气象科学数据共享服务网络，数据包括年均气温、平均湿度与平均降水量，其中采集了浙江红花油茶果实发育3个关键时期(3月结实初期、6月果实膨大期、9月果实成熟期)的月平均气温。

表1 浙江红花油茶种实样品来源地及其林地相关信息Table 1 Origins of seed and fruit samples and related information about forest land of C.chekiangoleosa

1.2 种实主要经济性状的测定

对采集的果实逐一用游标卡尺测定其果高、果径、果皮厚度，同时计算果形指数(果的高径比)，精确到0.01 cm；用天平称量单果质量、籽粒质量，精确到0.01 g；并统计单果籽粒数，计算千粒质量(百粒法估测)与鲜出籽率[鲜出籽率=(鲜籽质量/鲜果质量)×100%]。

1.3 数据处理

采用SAS统计软件完成巢式方差、多重比较(Duncan法)、遗传聚类及相关性等分析，其中聚类分析以欧式距离为遗传距离，采用离差平方和法(Ward法)进行。变异系数(CV)、表型分化系数(VST)、Shannon-Wiener信息指数(H′)等分析利用Excel软件完成，其中表型分化系数参考郭平毅[18]的方法；多样性指数的计算采用Shannon-Wiener信息指数(H′)算法,即H′=-ΣPilnPi,Pi为某性状第i个代码值出现的概率。各表性状分级赋值及出现概率的统计方法参照秦倩等[19]的方法进行。

2 结果与分析

2.1 浙江红花油茶种实性状变异特征

本研究测定了浙江红花油茶果径、果高、果形指数、果皮厚、单果籽数、千粒质量、单果质量、鲜出籽率等8个种实性状，各性状数值均值、标准差、变异系数等指标见表2。由表2可知，浙江红花油茶果皮厚度0.31～2.43 mm，均值1.19 mm，平均鲜出籽率3.02%～48.63%，均值20.54%。各种实性状的变异有一定差异，各性状变异由大到小依次为单果籽数、单果质量、千粒质量、鲜出籽率、果皮厚、果高、果径、果形指数。其中单果籽数变异最大，单果籽数量为1～27粒，变异系数达到39.58%；其次为单果质量，最大的为203.3 g，最小的只有12.8 g，变异系数为39.55%；而果实形态参数中果形指数、果径、果高的变异系数较小，为12.32%～15.49%，其中数值上果径略高于果高，表明浙江红花油茶果型差异小，且整体呈扁球形。另对浙江红花油茶8个性状的数值进行相关分析和检验，结果表明，除千粒质量与果形指数、鲜出籽率与果形指数相关不显著外，其他性状两两间均表现为极显著相关(P<0.01)。

表2 浙江红花油茶各种实性状均值及变异情况Table 2 The mean value and variation of various seed and fruit traits of C.chekiangoleosa

2.2 浙江红花油茶不同产地间种实性状变异

浙江红花油茶产地间和产地内种实性状的变异均方及F值见表3。经F检验,8个性状在产地间和产地内都存在极显著差异(P<0.01)。进一步对各性状在产地间进行Duncan多重比较(表4)，结果表明，鲜出籽率、果形指数及千粒质量在各产地间差异显著。武夷山产地单果质量最大(平均106.50 g)，但果皮厚度最厚且鲜出籽率最低，平均仅为16.53%；霞浦产地具有最高的鲜出籽率(平均23.68%)，而具有最小的千粒质量，显示其种子在6个产地中最小；乐平产地果形指数和千粒质量最大，而单果籽数最小，显示果型变异较大且具有较大的种子。从单性状来分析，单果籽数最多的为开化产地，德兴产地平均果皮厚最小。另比较低海拔的乐平产地与高海拔的德兴产地，虽然种源一致，但二者种实性状除果径外具较明显差别。

表3 不同产地群体间和群体内的种实性状方差分析Table 3 Variance analyses of seed and fruit traits among and within populations of different producing regions

表4 各产地种实经济性状的均值及多重比较Table 4 The mean value and multiple comparisons of economic traits of seed and fruit for various producing regions

2.3 产地内单株间种实性状变异

对浙江红花油茶各产地单株间种实经济性状变异进行分析，结果(表5)表明，不同产地内单株间种实各经济性状变异幅度不同，其中单果质量、鲜出籽率、千粒质量、单果籽数为变异程度较大的几个性状。单果质量变异系数最大的为德兴产地，达到了39.82%；最小的为武夷山，只有26.66%。鲜出籽率变异系数最大的为武夷山产地(31.42%)，最小的为开化(22.54%)。千粒质量变异系数最大的为德兴(30.55%)，最小的为霞浦(24.03%)。单果籽数变异系数最大的为乐平(43.74%)，最小的为开化(23.63%)。变异程度较小的性状为果形指数、果径和果高，其各地的性状变异系数多集中在10%～15%。总体比较浙江红花油茶6个产地单株间种实性状变异程度，可知从大到小为德兴、乐平、婺源、武夷山、霞浦、开化。

2.4 浙江红花油茶种实性状多样性

对浙江红花油茶的种实性状数据进行多样性Shannon-Wiener指数(H′)的计算，结果(表6)显示，浙江红花油茶6个产地种实性状的平均多样性指数为1.885 0，显示了较高的多样性。按产地比较，多样性最高为乐平与德兴产地，分别为1.949 7与1.948 7；低于平均多样性指数的产地为开化与霞浦，其中霞浦最小为1.789 0，总体表现与各产地种实变异程度相对一致。综合性状比较,Shannon-Wiener 指数为1.627 6～1.949 2，也显示了较丰富的遗传多样性，其中最高的为单果籽数与鲜出籽率，多样性指数分别为1.949 2与1.944 1。

表5 不同产地内单株间种实经济性状变异系数Table 5 Variation coefficients of economic traits of seed and fruit among individual plants in different producing regions %

表6 浙江红花油茶的种实性状Shannon-Wiener多样性指数Table 6 Shannon-Wiener index of seed and fruit traits of C.chekiangoleosa

2.5 浙江红花油茶种实性状的表型分化

以供试产地为群体单位，采用巢式设计方差分量比组成各方差分量占总变异的比例，并用群体间方差分量占遗传总变异(群体间、群体内方差分量之和)的百分比表示群体间的表型分化系数(表7)。从表7可以看出，浙江红花油茶8个种实性状的表型分化系数变化幅度为19.12%～49.33%，其中单果质量、果径、果高在群体间分化较大，而果形指数和千粒质量性状在群体间呈较低的分化水平。据8个种实性状的方差分量均值可以看出，群体间的方差分量占总变异的19.17%，而群体内占35.25%，平均表型分化系数达35.31%，即浙江红花油茶产地水平的变异贡献为35.31%，而不同个体水平的贡献占64.69%。

表7 浙江红花油茶性状的方差分量及产地(群体)间(内)表型分化系数Table 7 Variance components and differentiation coefficient of phenotypic traits among/within producing regions (population) of C.chekiangoleosa

2.6 浙江红花油茶种实性状聚类分析

利用欧式平均距离，采用离差平方和法对各产地种实性状数据进行聚类分析，结果见图1。

图1 浙江红花油茶不同产地种实性状的聚类图Fig.1 Dendrogram based on fruit and seed traits of different producing regions of C.chekiangoleosa

以遗传距离0.2～0.3为阈值，6个产地可分为3组，同属江西上饶地区的德兴、婺源首先聚在一起，并与乐平(德兴种源)组成一类；开化与霞浦产地聚为一类，而武夷山则单独成组。聚类结果进一步说明地理环境因素影响种实性状分化，在各产地中武夷山产地种实性状分化较大。

2.7 浙江红花油茶种实性状与产地生态因子的相关性

对浙江红花油茶种实性状与产地生态因子相关指标进行相关性分析与检验，结果(表8)发现果皮厚度与海拔呈正相关并达显著水平，千粒质量与降水量呈正相关并达到显著水平，其他指标之间相关性均没有达到显著水平。

表8 种实性状与产地生态因子的相关性Table 8 Correlation between seed and fruit traits and ecological factors in production regions

3 讨 论

掌握植物性状整体变异水平及不同分布区的遗传变异情况有助于了解其生长性状及遗传分化水平，对植物的遗传评价、良种选育及保护等具有重要作用[20]。本研究在主分布区选择6个产地的优势林分调查浙江红花油茶种实性状多样性。结果表明8个种实性状变异系数为12.32%～39.58%，高于广宁红花油茶(C.semiserrata)[21]的研究结果。除千粒质量与果形指数、鲜出籽率与果形指数相关不显著，其他供试种实性状两两相关，可推测果型差异对鲜出籽率影响不显著，而较重的果实其籽粒数更多且更为饱满。各种实性状变异程度依次为单果籽数>单果质量>千粒质量>鲜出籽率>果皮厚>果高>果径>果形指数，其中果高、果径、果形指数表现为较小的变异程度(<20%)，这与腾冲红花油茶(C.reticulata)[22]、海南油茶[23]的研究结果一致。总体与刘子雷等[16]研究浙江省丽水、金华地区的浙江红花油茶果实性状变异排序略有不同，原因可能是后者研究样品来源相对有限，而本研究中样本取自浙江省、江西省和福建省的浙江红花油茶优势林分，涉及研究地理变异的材料更为广泛。

浙江红花油茶种实性状在不同产地间表现为极显著的差异，各地单株间种实性状变异幅度不同，这和整体种实性状的变异规律较一致，各产地种实性状总体变异程度依次为德兴>乐平>婺源>武夷山>霞浦>开化。浙江红花油茶6个产地的种实性状多样性Shannon-Wiener 指数为1.789 0～1.949 7，平均为1.885 0，显示了浙江红花油茶较高的多样性。两种多样性统计方法排序有些差异，但总体反映了德兴与乐平产地在6个产地中具有更高的多样性。根据产地间的表型分化系数结果可知，浙江红花油茶8个种实性状表型分化系数的变异幅度为19.12%～49.33%,其中单果质量、果径、果高在产地间差异较大，而果形指数和千粒质量性状在产地间较稳定，这和产地间的种实性状方差分析结果相一致。总的分析产地间平均表型分化系数为35.31%，表明浙江红花油茶不同产地的个体变异是其种实性状总体变异的主要来源，这一结论与同为油茶主栽物种的腾冲红花油茶[22]的相关研究一致，而与小果油茶(C.meiocarpa)[16]的不同，表明由于物种不同，其群体基因适应环境选择压力的程度也会有不一样的表现，而群体内变异主要和遗传有关，群体间变异由遗传与环境共同作用[24]。由本研究结果可知遗传因素对浙江红花油茶变异影响大于环境因素，因此在浙江红花油茶良种选育中，在进行优良种源选择的同时，要加大种源内植株个体的选择力度。此外，作为油用经济林，经济性状是浙江红花油茶良种选育的主要目标，本研究结果表明，浙江红花油茶的单果质量、果径、鲜出籽率、果皮厚度等经济性状变异较大，这也为今后有针对性地开展果大皮薄、出籽率高的浙江红花油茶高产品种选育提供依据。

植物的性状变异由植物内部的遗传特性和外部生态环境共同决定，从而保证植物在复杂自然环境中繁衍[25-26]。聚类结果显示，德兴与婺源产地首先聚在了一起，随后与乐平产地聚成一组；开化与霞浦种源聚为一组，武夷山则单独成组，究其原因，可能与植物生长适应环境的因素有关，德兴与婺源同属江西上饶，表明两地种源亲缘性较高；而乐平产地种源来自德兴，为高海拔(平均700～800 m)向低海拔(平均60 m)引种的人工种植林，长期以来的人为砍杂、选择等干扰措施结合不同生境的适应，可能造成了该地种实性状与原种源产地的差异；同样，武夷山产地与其他产地分化较大，而武夷山产地平均海拔(平均1 190 m)高于其他产地，高海拔的气候可能造成了浙江红花油茶种实性状的分化。研究表明，环境因子影响了植物的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等指标，影响籽数、果径和千粒质量及产量等经济性状[27]，不同种群间的性状变化也反映了物种对环境变化的响应[28-29]。本研究中种实性状及其产地生态因子相关性分析结果表明，果皮厚度与海拔呈正相关并达到显著水平，千粒质量与降水量呈正相关并达到显著水平。因此推测环境差异对浙江红花油茶种实性状变异具一定的影响，海拔升高，年均气温降低，果皮厚度适当增加从而适应低温环境；而降水量充裕，则有利于种子的生长发育，从而促进千粒质量的提高。浙江红花油茶作为自然生境高海拔树种，向低海拔引种必然存在环境适应性问题，而对于引种到不同区域后由于海拔、气候等环境条件改变造成的性状分化值得进一步研究。