不同产地幼龄秀丽四照花生长和形质性状家系变异分析

肖德卿，沈 斌，罗芊芊，徐肇友，金霖芳，周志春＊

(1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江省林木育种技术重点实验室，浙江 杭州 311400；2. 浙江省龙泉市林业科学研究院，浙江 龙泉 323700；3. 沈阳农业大学林学院，辽宁 沈阳 110866)

植物生长和形质性状变异受遗传适应性和环境异质性的双重影响，变异越丰富，越能适应环境的变化[1-2]。生长和形质性状研究是探讨植物遗传变异和性状分化最直接、最基础的方法[3]，也是对种质资源变异进行评价的重要手段。对于分布广泛的树种而言，长期的地理隔离等会导致产地间发生严重的遗传分化，同种植物不同产地间差异显著[4]。洪舟等[5]在生长性状统计遗传学基础上，筛选出10 个降香黄檀（Dalbergia odoriferaT. Chen）速生优良家系。潘艳艳等[6]对日本落叶松（Larix kaempferi(Lamb.) Carr.）的生长性状进行分析，筛选出17 个优良家系。蒋冬月等[7]对浙江野生樱花（Cerasusspp.）枝干及叶片形态变异进行分析，根据主成分得分，将91 份樱花种质资源分为5 类。大量研究结果证明，掌握植物表型性状的变异规律及分类，是进行植物种质资源收集、保存、挖掘和利用的基础。

秀丽四照花（Cornus hongkongensissubsp.elegans（W. P. Fang & Y. T. Hsieh）Q. Y. Xiang)为山茱萸科（Cornaceae）山茱萸属（CornusL.）常绿小乔木或灌木，广泛分布于我国浙江、江西和福建等省。秀丽四照花不仅树形美观、整齐，且是集彩花、彩叶和彩果于一身的景观树种，其观赏时期贯穿于四季，极具开发利用前景[8-9]。秀丽四照花是一种典型的森林下层和林缘树种[9]，光照过强会影响其生长，加上夏季高温环境，常导致植株生长良莠不齐和病虫害严重等问题，从而影响观赏价值。调查中发现部分秀丽四照花家系出现植株矮小、枝叶稀疏、枝干细弱和叶片卷曲等现象，甚至有的家系出现植株死亡情况，因此，对其栽培品种进行选育成为重要研究方向和内容[9]。现阶段应在秀丽四照花优良种质收集和保护的基础上，掌握生长和形质性状变异规律及其分类，为进一步选育研究提供参考。本研究选用来自11 个产地秀丽四照花的92 个优株家系种质资源测定材料，分析其生长和形质性状在产地间及产地内家系间的变异规律及各性状间的相关性，并通过主成分分析和聚类分析，结合各性状的综合表现初选出具有生长势强、可塑性强和树干修直等特点的育种类群，以期为观赏型秀丽四照花的遗传改良和推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源与试验地概况

2015 年11 月，收集浙江、江西、福建、湖南和湖北等地秀丽四照花自然分布区的优树种子，采种的优树要求生长量大、叶量多、秋叶深红且无明显病虫害，同时结实正常。确定优树选择的天然居群后，进行全面踏查，每个居群选择2～3 株优树，每产地（县、市）要求选择10 株优树左右，优树间的距离不小于50 m。有些产地因秀丽四照花天然居群资源较少，选择的优树为3～4 株。共采集到92 株优树的种子，每株优树采集种子在1.0 kg 以上。

秀丽四照优树家系育苗地和遗传测定造林地位于浙江省龙泉市林业科学研究院国家重点林木良种基地（119°04′ E, 27°59′ N），属亚热带季风气候，年平均气温17.6℃，年降水量1 699.4 mm，无霜期263 d，地带性植被为中亚热带常绿阔叶林，海拔高度300 m，土壤为酸性红壤。于2016 年3 月进行秀丽四照花优树家系轻基质容器苗培育，每家系苗木培育数量在100 株以上。因立地条件基本一致，于2017 年3 月采用随机完全区组（RCB）设计营建秀丽四照花优树家系测定林，单株小区，重复15 次呈单列排布，株行距2 m × 2 m。造林时家系容器苗平均高度和地径分别为44.00 cm 和0.44 cm。参试产地及其家系等信息详见表1。

表1 参试秀丽四照花家系的产地及数量Table 1 The family Seed source and number of C. hongkongensis

1.2 试验设计与测定方法

于2019 年11 月中旬对秀丽四照花优树家系试验林进行测定，每家系选择前8 株（重复）进行生长和形质性状的测定。生长性状包括树高、地径和冠幅，形质性状包括当年抽梢长、一级分枝数、最大分枝角、最大分枝长、最粗分枝基径和树干通直度。树高用测杆测量，冠幅、当年抽梢长和最大分枝长均用米尺测量，地径和最粗分枝基径用游标卡尺测量，最大分枝角用量角器测量。树干通直度分通直（5 分）、较通直（4 分）、一般（3 分）、弯曲（2 分）和严重弯曲（1 分）5 级，分数越高越通直。

1.3 数据处理

采用Excel 2010 软件进行数据整理，依照拉依达准则[10]去除异常数据。采用SPSS 19.0 软件计算生长和形质性状的均值及变异系数，分析各性状间的Pearson 相关性[11]，并对9 个性状进行主成分分析（PCA）[12]。基于平方Euclidean 距离，对生长和形质性状进行Ward 法聚类分析[13-14]。采用SAS 9.0 软件的GLM 和过程进行性状方差分析[15]。在方差分析时，树干通直度及一级分枝数经X1/2数据转换，最大分枝角经反正弦转换，最粗分枝基径经1/X转换。

方差分析的线性模型为：Yijk=μ+Pi+F(i)j+E(ij)k

式中：Yijk为第i个产地第j个家系第k个单株的观测值，μ为总体平均值，Pi为第i个产地的效应值，F(i)j为第i个产地内第j个家系的效应值，E(ij)k为机误。

表型变异系数（CV）：CV= 标准差/均值

式中：covpxy为性状x和y的表型协方差；σpx2和σpy2为性状x和y的表型方差。

2 结果与分析

2.1 生长和形质性状在产地间和产地内家系间遗传变异

由表2 可知：秀丽四照花生长和形质性状在产地间和产地内家系间均呈极显著差异（P＜ 0.01）。生长和形质性状的变异系数均较大，变幅为21.53%～38.78%。生长性状中冠幅的变异系数最大（26.66%），最大家系为最小家系的2.54 倍，而树高的变异系数最小（21.53%）。形质性状中最大分枝长的变异系数最大（38.78%），最大家系为最小家系的3.59 倍，树干通直度的变异系数则最小(25.64%)。相对于生长性状，形质性状的变异系数相对较大，其中，有4 个性状的变异系数在30.00%以上，包括最大分枝长（38.78%）、最粗分枝基径（37.06%）、最大分枝角（36.11%）和当年抽梢长（30.19%）。

表2 秀丽四照花生长和形质性状方差分析Table 2 Variance analysis of growth and form-quality traits of C. hongkongensis

比较发现，秀丽四照花地径、冠幅、最大分枝长和最粗分枝基径在产地间方差分量大于产地内家系间方差分量，而其它5 个性状产地内家系间变异则大于产地间变异（表3）。秀丽四照花9 个性状产地间平均方差分量百分率（18.86%）小于产地内家系间平均方差分量百分率（26.61%），机误平均方差分量百分率为54.53%，表明秀丽四照花生长和形质性状变异主要来自产地内家系间，且其易受环境影响。

2.2 家系生长和形质性状的相关性分析

秀丽四照花家系树高、地径和冠幅3 个性状间均呈极显著的正相关（表4），相关系数为0.544～0.859。当年抽梢长与树高和地径间呈极显著的正相关，一级分枝数、最大分枝长和最粗分枝基径与树高、地径和冠幅间均呈极显著的正相关，说明高径生长量较大的秀丽四照花其分枝数较多，分枝较长且粗壮。因此，若选用速生的秀丽四照花家系，需加强修剪以保持适当的冠形和分枝生长。最大分枝角与冠幅、最大分枝长和最粗分枝基径间呈极显著的负相关，而最大分枝角与树高、地径的相关性不显著，意味着冠幅较大、分枝较长且粗壮的秀丽四照花其分枝角度则较小，这有利于增加抗击风雪的能力。树干通直度与冠幅呈极显著负相关，与当年抽梢长、一级分枝数和最大分枝角呈极显著正相关，而与其余性状的相关性均较低，意味着树干通直度较高的秀丽四照花，其冠幅较小、分枝数较多且分枝角较大。

表3 秀丽四照花生长和形质性状的方差分量Table 3 Variance components of growth and form-quality traits of C. hongkongensis

表4 秀丽四照花生长和形质性状的相关系数Table 4 Correlation among growth and form-quality traits of C. hongkongensis

2.3 秀丽四照花生长和形质性状的主成分分析

秀丽四照花生长和形质性状的主成分分析结果见表5。3 个主成分（特征值 ＞ 1）累计贡献率达到82.636%，即3 个主成分所蕴含的信息占总信息的82.636%，可以较完整地表现出秀丽四照花生长和形质性状的综合信息。主成分1（PC1）主要涵盖了树高（0.850）、一级分枝数（0.825）和冠幅（0.811）等性状，其中，树高起主导作用；主成分2（PC2）主要涵盖了最大分枝长（0.797）、最大分枝角（-0.768）和最粗分枝基径（0.738）等性状，其中，最大分枝长起主导作用；主成分3（PC3）中的树干通直度（0.862）起主导作用。分析结果表明：秀丽四照花生长性状中的树高、形质性状中的最大分枝长和树干通直度是主要的变异因子。

2.4 秀丽四照花家系聚类分析

秀丽四照花家系聚类分析结果见图1。基于3 个主成分负荷值,采用聚类分析可以把秀丽四照花92 个家系完全分开，说明选取的3 个主成分可以反映各个家系间的差异。在欧氏距离为11.5 处，可将秀丽四照花92 个家系分为2 类。各类型的表型平均值见表6。类型Ⅰ中有56 个家系，占全部家系的61%，包括江西广丰、江西上犹、江西龙南、福建大田、福建武平和湖北兴山等产地内的家系，主要特征为树形高大，可塑性较强，株型紧凑，分枝较粗；类型Ⅱ中有36 个家系，占全部家系的39%，包括浙江龙泉、江西袁州、江西分宜、福建延平和湖南南岳等产地内的家系，主要特征为树枝开展，速生性较差，树干通直度较高。整体来看，类型Ⅰ家系的产地在地理位置上大部分偏南部，而类型Ⅱ家系的产地则大部分偏北部。

表5 秀丽四照花生长和形质性状的主成分分析Table 5 Principal component analysis of growth and form-quality traits of C. hongkongensis

3 讨论

图1 秀丽四照花家系聚类图Fig. 1 A family cluster diagram of C. hongkongensis family

表6 不同类型秀丽四照花生长和形质性状的平均值Table 6 Mean values of growth and form-quality traits for different types of C. hongkongensis

由于长期受产地不同生境条件的影响，植物对环境的适应会通过外在的表现表达出来。本研究中，秀丽四照花的生长和形质性状在产地间和产地内家系间均存在极显著变异，各性状的变异系数均大于20.00%，且形质性状的变异系数普遍大于生长性状，说明秀丽四照花在生长和形质性状上都存在较大的改良潜力，且形质性状在变异过程中占主要部分，为选育生长健壮且冠形良好的品种提供了种质资源保障。秀丽四照花的产地间平均方差分量百分率（18.86%）小于产地内家系间平均方差分量百分率（26.61%），说明秀丽四照花的生长和形质性状变异主要来源于产地内家系间。究其原因，可能与物种本身的繁育系统有关[16]，秀丽四照花以种子繁殖为主，种子被包裹在香甜的果皮中，对鸟类和啮齿动物有一定的吸引作用，这些因素推进了基因流动，从而减少遗传漂变对遗传结构的影响，降低了产地间的遗传分化，频繁的基因交流活动有助于稳定产地内家系间的遗传变异水平，并将其保持在较高的水平。此外，还可能与地形、气候、土壤条件、地理隔离和自然选择等有关[17-18]。同时，研究中发现生长和形质性状机误方差分量值偏高，说明秀丽四照花生长和形质性状易受环境的影响，在加强秀丽四照花产地内家系间变异挖掘的同时，应结合多区域进一步测定其性状的稳定性和适应性。

通常一个性状的改变会直接或间接地导致另一个性状的改变[19]，分析性状的相关性可间接为良种选育提供理论指导。性状相关分析表明，秀丽四照花冠幅、当年抽梢长、一级分枝数、最大分枝长和最粗分枝基径与树高、地径呈极显著正相关，说明树高和地径生长突出的家系，分枝多且粗、枝叶茂密[20]。在生产上，可选择速生的家系，再通过合理疏伐来培育高等级的秀丽四照花优质品种。在景观环境中，可选择速生、枝叶茂密的优株，再经过整形修剪，及时调整优株与环境的比例，以达到良好的视觉效果。

秀丽四照花的主成分分析结果表明，生长性状中的树高和形质性状中的最大分枝长、树干通直度等是主要的区别性状，这有利于间接且快速地筛选出生长健壮、可塑性强、树干修直的秀丽四照花。晏姝等[21]运用聚类分析法分别为广东博罗与增城地区选出优良南洋楹（Paraserianthes falcataria(L.)Nielsen）材料。本研究将92 个秀丽四照花家系分为2 类，发现地理相邻的家系不能完全聚在一起，生长和形质性状表现为空间上的不连续变异，这一规律与彭兴民等[16]对印楝（Azadirachta indicaA.Juss.）的聚类分析结果一致，这是因为除地理位置差异外,气候、地形、海拔和土壤等方面的环境异质性对生长和形质性状变异也带来较大的影响。另外，类型Ⅰ和类型Ⅱ的秀丽四照花家系具有不同的特点，可通过设计师的不同要求与应用，在增强景观效应和审美情趣的同时产生画龙点睛的视觉效果。如在开阔的草坪内、重要位置或视线的集中点栽植树形高大，可塑性较强的秀丽四照花，可以起到突出景观引导视线的作用。在园林绿地中以丛植的方式选择树枝开展、树干修直的秀丽四照花，既丰富景观层次又活跃了园林气氛。株型紧凑的秀丽四照花栽植在庭院、花池等小景处，其景观效果也较明显。

合理运用不同特点的秀丽四照花丰富景观要素的同时又提高了园林质量。限于林木生长周期较长，现阶段试验林仍处于幼林阶段，只能对其生长和形质性状进行初步分析，今后还需结合叶片、花朵和果实进行综合分析，并结合多区域测定来验证秀丽四照花家系的适应性和稳定性，以更好地开发、改良和利用秀丽四照花种质资源。

4 结论

秀丽四照花生长和形质性状在产地间及产地内家系间均存在显著差异，变异幅度大，产地内家系间变异大于产地间变异。速生的秀丽四照花家系，具有分枝多且粗、枝叶茂密的特点，树高、冠幅、最粗分枝基径和树干通直度等是秀丽四照花主要变异因子，这有利于间接且快速地筛选出生长健壮、可塑性强且树干较为通直的秀丽四照花。聚类分析中，92 个秀丽四照花家系聚为2 类，类型Ⅰ家系的产地在地理位置上大部分偏南部，主要特征为树形高大，可塑性较强，株型紧凑，分枝较粗，速生性较好；类型Ⅱ家系的产地则大部分偏北部，主要特征为树枝开展，树干通直度较高，速生性较差。以上秀丽四照花生长和形质性状的初步研究结果，以期为其种质资源利用和遗传改良提供科学依据。