水榆花楸不同种源表型性状变异分析

王 轩，李 浩，汲宁宁，钱关泽

(聊城大学生命科学学院，山东 聊城 252059)

植物群体在长期适应环境的过程中进化出不同的植物形态，植物个体本身的遗传差异是环境因素和遗传背景共同作用的结果[1].表型性状变异是生物多样性的重要基石.植物叶片具有易于保存，测量相对简单，观察便利等诸多优点，常用作检测植物多样性.不同种源植株既可显示出植物面对不同地理环境所产生的遗传变异现象，也可在研究各种源苗木变异规律的同时筛选出适合生态环境的最佳育种来源，为园林绿化提供更高造林成活率的幼苗[2].

水榆花楸(Sorbusalnifolia(Sieb.et Zucc.) K.Koch.)，又名千筋树，落叶乔木，隶属蔷薇科花楸属[3]，广泛分布于北温带地区，主产于中国，从中国东北部黑龙江到南部广西均有分布.分布海拔为800～1 400 m，是一种典型的北温带分布种，因其卓越的观赏价值、药用价值和经济价值，已成为具有广泛发展前景的多功能树种之一.水榆花楸是一种良好的绿化树种，对环境具有较强的抗逆性和适应性[4]，具有极高的经济价值，近年来，作为绿化树种开始推广种植.迄今为止，有关水榆花楸的研究已涉及种源收集[5]、种子地理变异、植物组织培养[6]、扦插育苗[7]及抗逆性[8]等多个方面，但缺少水榆花楸叶片地理变异差异的研究.为研究不同种源水榆花楸的变异规律，以9个叶片性状(叶片长、叶片宽、叶柄长、宽基距、脉左宽、叶尖角、叶基角、叶脉对数、叶形指数)为测量指标，采用随机区组设计，通过巢式方差分析[9]、表型变异系数等研究水榆花楸不同种源间及种源内的表型变化多样性，同时对不同种源水榆花楸进行聚类分析，以期为种源遗传多样性研究和不同地区水榆花楸分类提供基础试验数据.

1 试验方法

1.1 材 料

表1 水榆花楸17个种源地理坐标及位置信息

试验材料为来自全国17个省市的野生水榆花楸植株，并选取国家数字标本馆(http：∥www.cvh.ac.cn)的标本图片作为补充.每个种源所在省市选择某地区作为代表，每个地区挑选5份以上水榆花楸标本，每份标本选择5～10张完整叶片进行数据统计，最后以各数据平均值作为原始数据.水榆花楸的17个种源地理坐标及位置信息见表1.

1.2 测量方法

实物标本数据的获取采用直尺、游标卡尺、量角器直接测量，标本照片采用Digimizer 4.0测绘软件测量.

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 水榆花楸种源间及种源内表型分化

水榆花楸表型性状方差分析结果见表2，叶片表型性状种群间和种群内方差分量和表型分化系数见表3.

表2 水榆花楸表型性状方差分析结果Tab.2 Variance analysis results of phenotypic traits in Sorbus alnifolia

注：*.P<0.05；**.P<0.01.下同.

表3 水榆花楸不同种源方差分量及表型分化系数Tab.3 Variance components and phenotypic differentiation coefficient of different provenances in Sorbus alnifolia

由表2可见：水榆花楸的叶长、叶宽、叶柄长、叶形指数在种源间和种源内都存在极显著差异，叶长、叶宽、叶柄长在水榆花楸各种源间差异极为显著，而叶形指数在种源内差异显著.

由表3可见：在各叶片性状的总方差分量中，种源间方差分量平均为3.155%，种源内方差分量平均为10.42%，机误高达86.43%；从种间变异幅度看，叶柄长的变异幅度最小，仅为0.68%，而叶宽的变异幅度最大，为7.14%；叶宽的变异幅度最大，其次为叶片长、叶形指数和叶柄长；种源间的叶片性状表型分化系数变化幅度为8.89%～37.13%.其中，叶形指数分化系数最小，叶片长分化系数最大.水榆花楸叶片表型分化系数平均值为21.37%，说明水榆花楸的叶片形态变异主要存在于种源间.

2.2 不同种源水榆花楸表型性状变异特征

水榆花楸不同种源表型性状变异系数见表4，各表型性状的相对极差见表5.由表4可知：叶片各形状变异系数间存在差异.其中，叶柄长的变异幅度最大(23.25%)，其次为叶基角(21.80%)、叶尖角(21.64%)、宽基距(21.31%)、叶片宽(21.94%)、脉左宽(20.28%)、叶片长(16.43%)、叶形指数(12.09%)；不同种源同一性状变异系数差异程度不等，叶长2.83%～28.46%、叶宽8.12%～55.37%、叶柄长7.67%～64.38%、宽基距12.49%～29.18%、脉左宽10.49%～33.22%、叶形指数6.10%～24.21%、叶尖角13.95%～43.14%、叶基角10.76%～30.68%；不同种源水榆花楸表型性状变异较大，无法单一使用个别差异作为区分物种多样性的依据.江西庐山的水榆花楸变异系数最小，仅为14.66%；北京香山的变异系数最大，为33.69%.

表4 水榆花楸不同种源表型性状变异系数Tab.4 Variation coefficient of phenotypic traits of different provenances in Sorbus alnifolia /%

表4(续) /%

由表5可知：水榆花楸各种源平均相对极差有明显差异.其中，北京香山的平均极差最大达到64.10%，多数性状的相对极差密集分布在30%～45%区间内.相对极差体现的是物种性状变异的极端幅度，因此，17个不同种源水榆花楸的极端差异程度明显不同，因此证实：水榆花楸种群内部存在丰富的表型变异.

表5 水榆花楸不同种源表型性状相对极差Tab.5 Relative range of phenotypic traits of different provenances in Sorbus alnifolia /%

2.3 水榆花楸表型性状相关性分析

供试水榆花楸相关性分析结果见表6.由表6可知：在水榆花楸叶片形态中，大多数表型性状呈极显著相关关系，相关系数在0.062～0.879变化较大.其中，叶片长和宽基距呈极显著相关关系，相关系数最大为0.879，其次为叶片长和脉左宽极显著相关(0.713)，而叶尖角与宽基距呈极显著负相关(-0.373)，与叶片长呈极显著负相关(-0.257)，叶尖角越尖锐，宽基距越小，叶片形态更为细长，叶脉对数更多.

2.4 不同种源水榆花楸聚类分析

利用欧式距离法对不同种源水榆花楸进行聚类分析，结果见图1.由图1可知：水榆花楸可明显分为两个类群.其中，第1类群中在距离为8时可分为3个小类.第1类包含15个种源：江西庐山、黑龙江帽儿山、河南商城县、浙江天目山、山东昆嵛山、江苏花果山、北京香山、河北内丘县、河南云梦山、辽宁本溪、福建武夷山、安徽黄山、四川巧家县、甘肃秦安县、湖北神农架、湖南张家界、陕西太白山；第2类包含四川巧家县和湖南张家界两个种源.

表6 水榆花楸表型性状相关系数Tab.6 Correlation coefficient of phenotypic traits in Sorbus alnifolia

2.5 不同种源水榆花楸主成分分析

17个不同种源水榆花楸主成分分析结果见表7.表7表明：水榆花楸表型性状变异第1主成分和第2主成分分别占比36.62%和26.85%.第1主成分主要反映叶片性状，叶片长、叶片宽、脉左宽和宽基距都在80%以上.其中，叶长的贡献率达到87.7%.叶尖角和叶形指数特征量为负值，其余特征量为正值.

表7 水榆花楸主成分分析结果Tab.7 Principal component analysis of Sorbus alnifolia

3 结果与讨论

根据巢式方差分析结果可知：水榆花楸种源间叶长、叶宽、叶柄长、叶形指数差异极为显著，种源内叶宽和叶柄长的差异达到极显著水平；水榆花楸种源内叶长和叶形指数差异达到显著水平.仅从某一性状变异系数分析可知，叶柄长变异幅度最小，叶片宽变异幅度最大.可见，水榆花楸叶柄长度较其他性状相对稳定，叶片长宽变异巨大，说明叶片性状变化剧烈.相对极差代表表型性状的极端变异程度，水榆花楸各性状的相对极差为24.65%～55.44%，变化幅度较为明显.其中，叶片宽的极端差异幅度最小，叶基角相对极差平均值较大，为55.44%，变异程度剧烈.不同种源水榆花楸叶基角极端变异程度显著.

水榆花楸叶片性状表型分化系数约为19.72%，表明水榆花楸种源间遗传变异幅度小于种源内，推测水榆花楸不同种源差异主要存在于种源内.在水榆花楸种源的叶片性状中，多呈极显著正相关或极显著负相关.由此可见，不同种源各叶片性状间具有极显著差异，体现了生长过程中各性状生长发育的协调性.

聚类分析结果表明：不同地理位置水榆花楸可划分为两大类群，第1类群包含15个种源，第2类群包含2个种源.由水榆花楸样本地理分布位置发现，水榆花楸各来源地理分布无明显相关性.由于表型分析受限于当地气候环境条件，存在丰富的变异性.因此，采用表型性状特征作为区分种源间遗传变异特点存在一定的局限性，需要进行染色体水平或分子水平的补充研究.分子标记是常用作研究植物遗传多样性的重要指标之一[11]，采用分子标记技术对水榆花楸各种源进行聚类划分的结果可能更为准确.水榆花楸分布较为广泛，集中分布在北纬20°～50°，是一个典型的北温带分布属，多产在海拔600 m以上[12].不同地区的水榆花楸无法进行基因交流，同种个体在不同区域内展现出不同性状[13].目前，对于9个水榆花楸叶片性状变异是由环境变化引起还是由种间隔离引起的机制尚不清晰.水榆花楸中同时存在二倍体、三倍体、四倍体3种核型[14]，形态变异复杂，而当今分类系统中所采用的分类依据(比如叶脉对数、叶脉形状、小叶数量)能否作为种系的分类依据应重新进行评估，并筛选出更优的分类性状.