不同种源黄连木种子形态多样性及地理变异分析

许泽楠，邓伟，李娟娟，郑佳慧，张子君，张晓曼，路丙社

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000)

黄连木(Pistaciachinensis)为漆树科黄连木属落叶小乔木，原产我国，分布很广，北自河北、山东，南至广东、广西，东到台湾，西南至四川、云南都有野生和栽培，耐干旱瘠薄，对土壤要求不高，枝干挺拔，树形优美，是极具开发前景的乡土观赏树种[1]。黄连木的应用价值比较广泛，不仅可用作阿月浑子的嫁接砧木，而且果实含油率高达42.5%，既可以食用，又可以用于工业生产，是特有的木本油料和重点发展的生物质能源树种[2-4]。目前，前人关于黄连木的研究主要集中在资源调查及评价、生物能源利用和栽培繁育技术等方面，而关于不同种源黄连木种子形态特征的研究很少，仅陈隆升和王超等人比较了不同种源黄连木种子的形态差异，却没有进一步分析差异产生的原因[5-9]。本研究以13个种源黄连木种子为材料，以探讨不同种源黄连种子的形态差异及地理变异规律，初步筛选黄连木种源，以期为后续开展优良种质和苗木繁育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2020年9月，成熟黄连木种子分别采自于河北、河南、山东和江苏，种源地信息见表1。

表1 不同黄连木居群信息Table 1 Source information of different Pistacia chinensis

各个居群的气象数据均来源于国家气象数据中心。每个种源地选结实能力较强，且生长发育良好，树干挺拔优美，没有病虫危害的壮年黄连木作为母树，选3～5株分别采种，每2株之间间隔大于20 m。

1.2 试验方法

1.2.1 种子形态指标的测定 (1)横径、纵径：每个种源黄连木随机抽取50粒种子，使用游标卡尺测量其横径和纵径，精确到0.01 mm，并计算横纵径之比。

(2)种子千粒重：按照《林木种子检验规程》，每组1 000粒，每个种源重复3次，计算种子千粒重[10]。

1.2.2 种子品质指标的测定 (1)种子含水量：按照《林木种子检验规程》，采用烘干法，温度为(100±2) ℃，17 h，3次重复[10]。

(2)萌发指标：黄连木种子经过沙藏100 d后，然后分别取出，每个种源50粒为1组， 3次重复。所有种子经过0.15%的高锰酸钾消毒后，放在培养皿中，然后在恒温光照培养箱等待萌发。每天定时进行观察，计算萌发的种子数。直至种子萌发完全，统计总的萌发时间，并计算不同种源的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数。

发芽势(%)=(发芽第10天种子的萌发数/供试种子数)×100%

(1)

发芽率(%)=(全部的种子的萌发数/供试种子数)×100%

(2)

发芽指数Gi=∑(Gt/Dt)

(3)

式中：Gi表示发芽指数；Gt表示第t天的种子萌发数；Dt表示对应的天数。

活力指数Vi=S×∑(Gt/Dt)=S×Gi

(4)

式中：S表示幼苗的生物量；Gi表示发芽指数。

1.3 数据分析

采用SPSS 17.0软件对试验数据进行方差分析、相关性分析以及聚类分析，然后通过隶属函数法和主成分分析对种子的形态指标和品质指标进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同种源黄连木种子形态指标比较

种子的表型性状一般比较稳定，在一定程度上可以作为林木类别和遗传研究的一种重要指标[11]。不同种源黄连木种子形态指标比较，见表2。

表2 不同种源黄连木种子形态指标比较Table 2 Comparison of morphological indexes of Pistacia chinensis seeds from different provenances

由表2可知，不同种源黄连木种子的横径、纵径、横纵径比和千粒重均存在显著差异(P<0.05)，说明黄连木种子在种群间的遗传变异丰富。其中，横径介于4.62～6.37 mm之间，最短为白芟种源，最长为新乡种源，新乡种源是白芟种源的1.38倍；纵径介于5.70～7.57 mm之间，最短为沭阳种源，最长为新乡种源，二者相差1.33倍；横纵径之比介于0.71～0.89之间，最小为白芟种源，最大为红鹤种源，二者相差1.25倍；千粒重介于78.27～175.82 g之间，最大为红鹤种源，最小为沭阳种源，前者是后者的2.25倍。从变异系数来看，横径的变异系数最小，千粒重的变异系数最大，介于3.32%～9.88%之间，说明黄连木种子形态指标在种源内的变异不明显，具有较高的稳定性。

2.2 不同种源黄连木种子品质指标比较

种子的含水量、发芽率和发芽势都是衡量种子品质好坏的重要指标。不同种源黄连木种子发芽指标比较，见表3。

表3 不同种源黄连木种子发芽指标比较Table 3 Comparison of seed germination index of Pistacia chinensis from different provenances

由表3可知，不同种源黄连木种子的含水量、发芽势和发芽率均存在显著差异(P<0.05)。黄连木种子的含水量范围为14.99%～25.17%，最大为红鹤种源，最小为曲阳种源，二者相差10.18%；发芽势范围为14.67%～63.67%，红鹤种源的最高，为63.67%，白芟种源的最低，为14.67%，前者是后者的4.34倍；发芽率范围为34%～89%，最高的仍是红鹤种源，最低的仍是白芟种源，前者是后者的2.62倍。

种子发芽指数在一定程度上代表着种子的发芽速率和齐性，发芽指数越高，证明种子萌发速度较快且整齐，反之，则萌发速度较慢且参差不齐。种子的活力指数不仅能反映种子的萌发能力，还反映了黄连木幼苗对于外部环境的适应性[12]。由表3可知，发芽指数范围为41.48～134.03，红鹤种源最大，白芟种源最小，二者相差3.23倍；活力指数范围为5.47～61.70，南果种源最大，曲阳种源最小，二者相差11.28倍。

2.3 不同种源黄连木种子指标的主成分分析

通过对不同种源黄连木种子的9个指标进行主成分分析，结果见表4。

表4 不同种源黄连木种子指标的主成分分析结果Table 4 Principal component analysis results of Pistacia chinensis seed indexes from different provenances

由表4可知，第1主成分特征值为5.914，方差贡献率为65.711；第2主成分特征值为1.226，方差贡献率为13.620；第3主成分特征值为1.051，方差贡献率为11.676。3个主成分累计贡献率为91.007，因此选择前3个主成分进行分析。

3个主成分的初始因子载荷矩阵矩阵，见表5。

表5 初始因子载荷矩阵Table 5 Initial factor load matrix

由表5可知，横径、纵径、横纵径之比、千粒重、种子含水量、发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数共9个指标在3个主成分中均有较高载荷，可以从整体上反映出黄连木种子的质量。

通过主成分分析结果，对13个种源黄连木种子进行综合评估，结果见表6。

表6 不同种源黄连木种子的主成分分析结果Table 6 Principal component analysis results of Pistacia chinensis seeds from different provenances

由表6可知，红鹤种源和南果种源的黄连木种子质量较好，白芟种源和曲阳种源的表现较差。按照综合得分由高到低，对13个种源进行排序，依次为：红鹤、南果、新乡、红旗、潍坊、东岗、唐县、固新、沭阳、驾游、卜连、曲阳、白芟。

2.4 不同种源黄连木种子指标的隶属函数分析

采用模糊数学中的隶属函数法对13个种源的种子质量进行综合评估，结果如表7所示。

表7 不同种源黄连木种子质量综合评价Table 7 Comprehensive evaluation of Pistacia chinensis seed quality from different provenances

由表7可知，根据隶属函数值大小排序依次为：红鹤>南果>红旗>潍坊>新乡>东岗>固新>沭阳>唐县>驾游>卜连>曲阳>白芟。其中红鹤种源和南果种源在横纵径之比、种子含水量、千粒重、发芽率、发芽势、发芽指数上的数值均较大，说明红鹤种源和南果种源的种子整体质量较好；白芟种源和曲阳种源在横径、横纵径之比、发芽势、发芽率、发芽指数上的数值均较小，说明种子质量较差，这与前面的主成分分析结果保持一致。

2.5 不同种源黄连木种子指标聚类分析

通过对13个种源黄连木种子的形态指标和品质指标共9个指标进行聚类分析，结果如图1所示。

图1 不同种源黄连木种子指标聚类分析Figure 1 Cluster analysis of Pistacia chinensis seeds from different provenances

由图1可知，当欧式距离大约为7.0时，13个黄连木种子可以分为3大类。第Ⅰ大类包括红鹤种源和南果种源；第Ⅱ大类包括东岗种源、红旗种源、潍坊种源和沭阳种源；第Ⅲ大类包括卜连种源、曲阳种源、白芟种源、唐县种源、新乡种源、驾游种源和固新种源。

聚类后，各大类种子的形态指标和品质指标，如表8所示。

表8 不同种源黄连木种子聚类分析结果(平均值±标准偏差)Table 8 Cluster analysis results of Pistacia chinensis seeds from different provenances (Mean±SE)

由表8可知，第Ⅰ大类的种子的纵径、横径、千粒重、发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数的数值均较大，而第Ⅲ大类的各项指标数值较其他大类明显偏低。可见，各大类的黄连木种子性状产生了较大的差异，而产生这种差异的原因可能是受到原种源地地理位置和气候因子等方面的影响。

2.6 种子指标和环境因子的相关性分析

通过对不同种源黄连木种子指标与环境因子进行相关性分析，结果如表9所示。

表9 不同种源黄连木种子指标与环境因子相关分析Table 9 Correlation analysis between seed indexes and environmental factors of Pistacia chinensis from different provenances

由表9可知，种子的横径与年均最低温呈显著正相关(P<0.05)；种子的纵径与海拔呈极显著正相关(P<0.01)，与年降水量呈极显著负相关(P<0.01)；横纵径之比和千粒重与环境因子没有显著相关关系，说明黄连木的种子形态不仅受到遗传物质影响，还受地理环境的影响。发芽势与年均温度和年均最低温度呈显著正相关(P<0.05)，而种子含水量和活力指数与海拔呈显著正相关(P<0.05)。随着年降水量的增加，种子的纵径呈逐渐减小的趋势；而随着年均温度和年均最低温的升高，黄连木种子的发芽势和横径都呈现增高的趋势。综上所述，不同种源黄连木种子性状间的差异不仅是由丰富的遗传分化引起的，同时还受到降水量、温度等地理环境因子的影响。

3 讨论与结论

3.1 讨论

林木种子具有比较稳定的遗传特性，对林木分类与亲缘关系研究都有重要意义，种子性状变异研究对于开展优良种质筛选与保存都非常重要[13-14]。在本研究中，黄连木的种子性状变异十分丰富，均存在显著差异，说明不同种源黄连木具有明显的遗传分化，筛选优质种源的潜力较大。这也与浙江楠、花楸树、沙棘和棕榈等树木的研究结果一致[15-18]。不同地区的同一树种，由于地理环境的影响，产生丰富的遗传变异，并且通过稳定的遗传物质反映在种子的性状方面[19-21]。因此，在林业研究中，根据种子的地理变异规律和遗传分化的差异，进行优良种质筛选，对充分利用林木资源和改良林木品质具有重要意义[22-24]。

常恩福等人通过研究发现，铁橡栎种子表型性状存在显著差异，受自身遗传物质影响，与地理环境因子无明显关系[25]。陈隆升等人虽然对不同种源黄连木种子的形态特征进行了研究，但没有很好的说明种子性状产生差异的原因到底是环境造成的还是自身的遗传物质引起的[8]。本试验表明，不同种源黄连木种子的性状差异受原种源地地理气候环境的影响，尤其是降水量和温度等因素。此外，汪洋等人通过研究表明，不同地区的油松种子发芽率和发芽速度相差较大，这可能是由遗传物质和地理环境因子等因素导致的[26]。高成杰等人的研究表明，种源间种子萌发性能的变化与种子质量有关，而种子质量又受到种子成熟过程中遗传因素和环境因子的控制[27]。本试验中，白芟和红鹤种源的发芽率和发芽势存在明显的变异，而这种变异是由种源本身的遗传物质导致的，这与前人的研究结果一致。

3.2 结论

本研究表明，不同种源黄连木种子性状间差异受遗传分化及降水量、温度等环境因子的影响。13个种源黄连木种子形态指标和品质指标均存在显著差异，红鹤和南果种源综合评价较高，白芟和曲阳种源较差。13种黄连木聚为3类，第Ⅰ大类包括红鹤种源和南果种源；第Ⅱ大类包括东岗种源、红旗种源、潍坊种源和沭阳种源；第Ⅲ大类包括卜连种源、曲阳种源、白芟种源、唐县种源、新乡种源、驾游种源和固新种源。由于原种源地地理位置和气候因子等方面的影响，各分支种子性状产生较大差异。种子纵径随降水量增加逐渐减小；种子含水量和活力指数随海拔升高而逐渐增高；发芽势和横径随温度升高呈增高趋势。

不同种源黄连木种子的纵径、横径、横纵径之比、种子含水量、千粒重、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数均存在显著性差异(P<0.05)。采用主成分分析和隶属函数法对13个种源黄连木种子进行综合评估，其中红鹤种源和南果种源的种子综合评价更高，而白芟种源和曲阳种源种子综合评价则较差，二者的分析结果保持一致。聚类分析表明，当欧式距离大约为7.0时，13个黄连木种子可以分为3大类，各大类的种子性状产生了较大的差异。相关性分析表明，随着降水量的增加，种子的纵径呈逐渐减小的趋势；而随着年均温度的升高，黄连木种子的发芽势和横径都呈现增高的趋势。