贵州小果油茶表型多样性分析及综合评价

徐嘉娟，朱亚艳，王港

（贵州省林业科学研究院，贵州 贵阳 550005）

植物个体在长期的自然选择过程中所产生的表型特征是生物界最基本的特性之一，这种形态特征往往是遗传与环境因素共同作用的结果，同时也是遗传因素受制于环境多样性变化的外在表现形式[1-4]。表型多样性主要研究物种在不同生境下的表型变异，是遗传多样性和环境多样性的综合体现[5-7]，能在一定程度上反映个体水平及群体水平的遗传变异情况，是遗传变异的重要表征，一直以来被广泛应用于种群遗传多样性的研究，为种质资源的评价及保护利用提供重要指标[8-11]。

小果油茶Camellia meiocarpa是山茶科Theaceae山茶属Camella的灌木或小乔木，其年产量及分布面积均处于山茶属油用物种的第二位，仅次于普通油茶C.oleifera[12-13]。与目前栽培较为广泛的普通油茶相比，小果油茶虽然果实较小，但其具有果皮较薄、出籽率高、含油率高、适应性和抗病性较强、高产稳产、群体效应好等优点[14-17]，具有较高的开发利用价值和生产潜力。贵州小果油茶主要分布在黔东南黎平、榕江等县的偏远山区[17]，主要以人工栽培为主，伴有野生、半野生状态[18]，经过长期的自然进化、天然杂交、人工选择及引种[19]，形成了多种多样的变异类型，为良种选育提供了丰富的遗传基础。本文以小果油茶的叶、花、果实、种子等表型性状研究其表型多样性，了解不同居群的小果油茶的表型变异情况，揭示其表型变异规律，为筛选优良变异、引种、育种及种质资源保护提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2017年春季抽梢期和秋季果实成熟期进行野外实地调查，在贵州小果油茶主要分布区选择了5个居群，其分布地点及地理生态因子见表1。每个居群选取5～7株生长良好、无明显病虫害的成年植株，对其叶、花、果实等主要植物学特征进行定点观测，对每个植株进行挂牌标记以便跟踪调查，为避免试验材料中出现子代或同一农家品种的重复，两个单株间的距离大于50 m。

表1 小果油茶居群的地理位置及生态因子Table 1 Location and ecological factors of sampled C.meiocarpa populations

1.2 表型性状的测定

选用芽鳞绒毛、叶片颜色、花瓣颜色、果实形状、种子颜色等19个非数值型性状和果横径、果纵径、果皮厚度、花瓣数、萼片数等11个数值型性状分析小果油茶的表型多样性。于3月中旬抽梢期，每个植株按东、西、南、北4个方向随机选取10个生长良好的枝条观察芽鳞绒毛有无及芽鳞颜色；于10月中旬果实成熟和盛花期，对叶片、花朵、果实各性状进行调查测定，在供试单株各个方向随机选取20张完全功能叶片，观察叶片颜色、叶片形状、叶尖形状等7个叶片描述型性状，记录叶脉数，用游标卡尺测定叶片长度和宽度，计算叶形指数（叶长/叶宽）；在各个方向随机选取20朵花，观察花瓣颜色、萼片颜色、花柱裂位、雌雄蕊相对高度等6个描述型性状，记录单朵花瓣数、萼片数、柱头开裂数，用游标卡尺测定花冠直径；每个植株随机采集20个果实，观察果实颜色和形状及籽粒形状和颜色，记录单果籽粒数，用表卡尺测量果纵径、果横径、果皮厚度，计算果形指数（果纵径/果横径），用电子天平测定单果质量、鲜籽质量。

1.3 统计分析

利用Excel软件统计非数值型性状的变异情况，并计算Shannon-weaver多样性指数（H′）：

式中，i表示级别，s表示级别数，Pi为某个性状第i级别内的样品份数占总份数的比例。

用SPSS18.0软件计算数值型性状的平均值（Mean）、标准差（SD）、变异系数（CV）和表型分化系数（Vst）：

2 结果与分析

2.1 小果油茶描述型性状的多样性分析

由表2和表3可知，32个小果油茶单株的19个描述型性状中有17个性状存在不同程度的变异，仅花瓣颜色和子房绒毛不存在变异，其余各性状在其描述级别上均有分布，但不均匀，芽鳞绒毛有2种表型，大部分无芽鳞绒毛；芽鳞颜色有7种表型，以绿色所占比率最高，其余6种颜色频率分布均匀；叶片颜色有5种表型，以绿色为主；叶片有3种表型，以平滑型居多；叶缘有3种表型，以平滑型所占比例较高，其次是隆起，微隆起所占比例最少，其中P1、P2居群的叶缘为隆起或微隆起，而P3、P4、P5居群的叶缘均为平滑型；叶形有4种表型，以椭圆形为主；叶片质地以革质为主，有小部分为厚革质；叶尖形状有2种表型，大部分为渐尖；叶基形状有2种表型，以楔形为主；萼片颜色有3种表型，以绿色所占比例最高，其次为红色，有小部分褐色；萼片绒毛有2种表型，大部分萼片无绒毛；花柱裂位有2种表型，以浅裂为主；雌雄蕊相对高度有2种表型，以雄蕊高于雌蕊所占比例较大，少部分等高；果实形状有5种表型，以球形所占比例最大；果实颜色有6种表型，以青黄色所占比例较高，其余颜色的频率分布分散；种子形状有6种表型，以半圆形所占比例较高，其次为圆形、不规则形；种子颜色以黑色为主。

表2 小果油茶描述性性状的赋值Table 2 Assignment of descriptive traits of C.meiocarpa

表3 小果油茶19个描述型性状的频率分布及多样性指数Table 3 Diversity index and frequency distribution of 19 descriptive traits of C.meiocarpa

可见，小果油茶19个描述型性状的遗传多样性水平不同，花瓣颜色和子房绒毛为稳定遗传性状，其多样性指数均为0，其余17个性状的遗传多样性指数在0.139 1～1.615 9之间，平均为0.657 2，其中种子形状的遗传多样性指数最大，叶基形状的最小，果实颜色、芽鳞颜色的遗传多样性指数较大，分别为1.499 3、1.354 8，花柱裂位较小，为0.165 4。

2.2 数值型性状的变异特征

从表4中5个小果油茶居群的11个数值型性状的平均值、标准差及多重比较结果可以看出，P2的果实最大，果高、果径均与其他4个群体存在显著差异（P＜0.05）；P3、P4具有相同的果形指数，并与其他3个群体之间存在显著差异（P＜0.05）；P1的平均果皮厚度最大，P4最小，两者之间差异显著（P＜0.05），且与其余3个群体差异显著（P＜0.05）；P2平均单果质量最大，P5最小；P2单果籽粒数最多、籽粒质量最大、花冠直径最大，与其余居群之间存在显著差异（P＜0.05）；P3和P5的萼片数最多，二者间差异不显著，但与其他三个群体之间差异显著（P＜0.05）。由表5可知，果高、果皮厚度等11个性状的变异幅度为8.90%～42.25%，平均变异系数为22.66%。其变异程度为单果籽粒数＞果皮厚度＞单果质量＞鲜籽质量＞花瓣数＞花冠直径＞萼片数＞果径＞果高＞果形指数＞柱头开裂数。其中，单果籽粒数、果皮厚度、单果质量、鲜籽质量4个性状的平均变异系数超过35%，稳定性较低；果高、果径、果形指数柱头开裂数的变异较小，平均变异系数不到10%，其中P4居群的柱头开裂数均为3裂，变异系数为0。5个居群所有性状的平均变异系数从大到小分别为P2（26.16%）＞P1（23.65%）＞P5（23.24）＞P4（20.81）＞P3（19.43%），均有较高的变异系数，说明这5个群体的表型变异丰富。相同性状在不同群体间的变异幅度也具有一定差异，其中以P2各性状的平均变异系数最大，P3的平均变异系数最小。P2居群的果皮厚度变异最大，变异系数为55.69%，P3居群的较小，为22.98%。

表4 5个居群间表型性状的平均值、标准差及多重比较Table 4 The mean value standard deviation and multiple comparison on phenotypic traits of 5 populations

表5 5个居群表型性状的变异系数Table 5 Coefficient variation of phenotypic traits of 5 populations

2.3 群体间性状的表型分化

表型分化系数表示种群间方差分量占遗传总变异（种群间和种群内方差分量之和）的百分比，反映了种群间表型分化的大小，其值越大，表明种群间的遗传分化和遗传变异也越大。为明确小果油茶11个数值型性状的变异来源，采用巢氏方差分析将其变异分为种群间、种群内、随机误差三部分，以每一部分的方差分量百分比来反映小果油茶的变异来源。5个小果油茶居群表型分化系数统计结果见表6。

由表6可知，各性状在群体间和全体内存在较大的遗传差异，5个居群间的方差百分比在31.25%～79.32%之间，平均为57.88%；居群内的方差百分比在20.35%～68.09%之间，平均为40.55%。其中，果形指数、花冠直径、萼片数和鲜籽质量4个性状在居群间的变异大于居群内的变异，分化较大。果皮厚度、花瓣数、柱头开裂数3个性状的表型分化系数较小，说明这些性状以种群内的变异为主，在居群间的变异较小，相对稳定。5个居群小果油茶的11个表型性状的平均表型分化系数为58.79%，即小果油茶表型变异在居群间的贡献率为58.79%，居群内的贡献率为41.21%。说明5个小果油茶居群在居群间和居群内都有一定程度的变异，多样性较大。进一步说明基因型和环境因子对小果油茶的生长存在着较为复杂的影响。

2.4 小果油茶表型性状的综合评价

2.4.1 表型性状间的相关性分析 由表7相关性分析表明，11个表型性状间存在不同程度的相关性。其中，果纵径与果横径、果形指数、果皮厚度、单果质量、单果籽粒数、鲜籽质量、花冠直径呈极显著正相关（P＜0.01），与花瓣数、萼片数呈极显著负相关（P＜0.01）；果横径与果形指数、花瓣数呈极显著负相关（P＜0.01），与果皮厚度、单果质量、单果籽粒数、鲜籽质量、花冠直径程极显著正相关（P＜0.01）；果形指数与果皮厚度间呈极显著正相关（P＜0.01），与单果籽粒数、花冠直径、萼片数呈极显著负相关（P＜0.01）；果皮厚度与单果质量、单果籽粒数、鲜籽质量呈极显著正相关（P＜0.01），与花冠直径呈显著正相关（P＜0.05）；单果质量与单果籽粒数、鲜籽质量、花冠直径呈极显著正相关（P＜0.01），与花瓣数、萼片数呈极显著负相关（P＜0.01）；单果籽粒数与鲜籽质量、花冠直径呈极显著正相关（P＜0.01）；鲜籽质量与花冠直径呈极显著正相关（P＜0.01），与花瓣数、萼片数呈极显著负相关（P＜0.01）；花冠直径与萼片数呈极显著负相关（P＜0.01）。上述分析表明，种实性状与花朵性状间相关性显著。

表7 表型性状间相关性分析Table 7 Correlation analysis of phenotypic traits of C.meiocarpa

2.4.2 小果油茶表型性状的主成分分析 主成分分析可以在不损失或很少损失原有信息的前提下，将原来个数较多而且彼此相关的指标转换为新的个数较少且彼此独立的综合指标[20-23]。本研究对32个小果油茶单株的11个数值型性状进行主成分分析（表8），分析结果显示，前6个主成分的累计贡献率达到88.54%，表明前6个主成分代表了小果油茶表型性状的大部分信息。

表8 11个表型性状主成分分析Table 8 Principal component analysis on phenotype traits of C.meiocarpa

第Ⅰ主成分的特征值为4.12，解释了11个表型性状37.44%的变化，特征向量值较大的为单果质量、籽粒质量、果纵径、果横径，说明第Ⅰ主成分主要是与果实大小相关的性状；第Ⅱ主成分的特征值为1.73，贡献率为15.71%，特征向量绝对值最大的为果形指数（0.89），表明在第Ⅱ主成分中果形指数为主要的性状决定因子，说明第Ⅱ主成分主要与果实形状有关；第Ⅲ主成分的特征值为1.09，贡献率为10.21%，果皮厚度的特征向量值最高；第Ⅳ主成分的贡献率为9.91%，花瓣数的特征向量值最高（0.71），其次是花冠直径（0.62），主要解释花部特征；第Ⅴ主成分的贡献率为8.34%，柱头开裂数特征向量值最大；第Ⅵ主成分的贡献率为6.94%，花冠直径和萼片数的特征向量值较大。总的来说，前三个主成分主要反映的是油茶产量有关性状情况，第Ⅳ、第Ⅴ、第Ⅵ三个主成分主要解释花部特征性状情况。

为了更直观地展现小果油茶表型性状的分布情况，以第Ⅰ主成分为横坐标，第Ⅱ主成分为纵坐标得出主成分分析散点图，如图1。由图1可看出，将32个小果油茶单株分为3个类群，类群Ⅰ包括了2个单株，分别为来自P3居群的14号单株和来自P5居群的29号单株；类群Ⅱ包括了29个单株，来自不同居群，遗传特性较丰富；类群Ⅲ仅有来自P2居群的12号单株。

图1 32个小果油茶单株的主成分分析图Figure 1 Principal component analysis of 32 single C.meiocarpa

2.4.3 32个单株表型性状的综合评价 根据特征向量矩阵及标准化的11个表型性状值，代入上述6个主成分中，由此可以获得6个因子的得分公式，如下：

根据计算所得F1、F2、F3、F4、F5、F6的数值，以及各主成分的贡献率权重（0.42、0.18、0.12、0.11、0.09、0.08）得出每个品种的综合得分（F值）公式：

由上述公式计算得出F值[20]，对32个小果油茶单株的表型性状进行综合评价，综合评价根据F值大小进行排序（表9），F值越高表型综合性状越好[21]。由表9可知，按照综合得分，排在前5位的依次是12号、1号、7号、10号、17号单株。其中，来自黎平洪州的12号单株F值最高（3.86），说明12号单株的综合性状最好；来自榕江忠诚的29号单株F值最低（－1.29），表明29号单株的综合表现最差。

表9 小果油茶表型性状的综合评价Table 9 Comprehensive assessment onphenotypic traits of C.meiocarpa

3 结论与讨论

表型性状是基因型与生态环境相互作用的结果，表型变异必然蕴涵着遗传变异[24-25]，表型多样性研究是植物遗传多样性研究中最基础、最直观的方法[20]，能简便、快捷地对遗传资源做出评价，已广泛应用在很多植物的种质资源评价研究[20-23,25]。本研究选用30个表型性状对5个居群32个小果油茶的单株遗传多样性分析表明，小果油茶形态特征变异丰富。在19个描述型性状中，小果油茶的花瓣颜色均为白色，子房均有绒毛，不存在变异，其余17个性状表现出不同程度的遗传分化，Shannon-Weaver多样性指数在0.139 1～1.615 9之间，其中有4个性状（芽鳞颜色、果实形状、果实颜色、种子形状）的多样性指数大于1，有7个性状（叶片颜色、叶缘、种子颜色等）的多样性指数大于0.5，而叶基形状多样性指数最小（0.139 1），这与蒋会兵等[24]对云南不同地区的830份茶树种质资源的表型多样性分析一致。

本研究中小果油茶5个居群的11个数值性状的平均变异系数为22.66%，变异系数在8.9%～42.25%之间，变化幅度大，表明小果油茶表型性状的离散程度较高，具有丰富的变异。其中，单果籽粒数、果皮厚度、单果质量和鲜籽质量的变异系数较大，果纵径、果横径、果形指数的变异系数较小，这3个性状是果实形态的一个直观表现，是小果油茶表型性状中较为稳定的遗传特征，与其他研究中认为果实形态在许多物种的表型性状中是较稳定的遗传性状的结论一致[26-28]。同一居群的不同表型性状变异程度不同，表明小果油茶的相同性状对不同环境条件的适应性不同，不同表型性状对相同环境条件的响应也不同。小果油茶表型变异在居群间的贡献率为58.79%，居群内的贡献率为41.21%，说明5个小果油茶居群在居群间和居群内都有一定程度的变异，多样性较高。果形指数、花冠直径、萼片数和鲜籽质量4个性状在居群间的变异大于居群内的变异，分化较大；果皮厚度、花瓣数、柱头开裂数3个性状的表型分化系数较小，以种群内的变异为主，在居群间的变异较小，相对稳定。小果油茶丰富的变异可以为育种提供良好的材料。

本研究基于5个居群小果油茶的表型性状，利用隶属函数法与主成分分析相结合的方法对小果油茶种质资源进行评价，此方法已在陆地棉Gossypium hirsutum[29]、落花生Arachis hypogaea[20]、柑橘Citrus reticulata[21]等物种表型性状的综合评价中得到应用。对小果油茶的11个表型性状进行主成分分析结果表明，前6个主成分因子的累计贡献率达88.54%，认为单果质量、籽粒质量、果纵径、横径、果形指数、果皮厚度、花瓣数、花冠直径等是小果油茶表型多样性的重要指标，反映了油茶产量有关性状和花部特征性状情况。李春侨等[30]对天山樱桃Cerasus tianschanica表型性状的主成分认为果实纵径、果实横径、雌蕊长度、花瓣长和1年生枝长度可以代表原始数据的大部分信息。刁松锋等[31]对无患子Sapindus mukorossi种实表型性状进行主成分分析表明，种子质量、种子纵径、种子横径、果实纵径和果实横径可以代表原始因素的大部分信息。本文的研究结果与前人的结果具有相似之处，但也存在一定的差异，可能与物种和测定指标不同有关。通过表型性状综合得分（F值）对32个小果油茶单株进行排序，评价其综合优劣程度。结果表明，来自黎平洪州的12号单株的综合得分最高，来自榕江忠诚的29号单株的综合得分最低。通过比较综合得分值的大小筛选出的优异种质资源，可以作为杂交育种亲本材料或优异种质在育种和生产中利用[20-21]。