秀丽四照花叶色参数和叶形性状的变异及相关性分析

徐肇友， 肖德卿， 沈 斌， 肖纪军， 陈杏林， 周志春

(1. 浙江省龙泉市林业科学研究院， 浙江 龙泉 323700；2. 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研究重点实验室， 浙江 杭州 311400；3. 沈阳农业大学林学院， 辽宁 沈阳 110161)

叶片是植物对环境变化反应最敏感的器官之一，能够在不同选择压力下形成适应性特征，因此，可通过叶片表型性状间接判断植物的遗传变异状况及其对环境变化的适应性，植物的叶片表型性状变异越大，表明植物体越能适应环境变化[1-3]。开展植物叶片表型性状研究不但能揭示植物的遗传变异规律，还对其良种选育具有重要意义[4-6]。

秀丽四照花〔Cornushongkongensissubsp.elegans(W. P. Fang et Y. T. Hsieh) Q. Y. Xiang〕为常绿小乔木或灌木，主要分布在浙江、江西和福建等省，具有一定的耐盐性[7]，且树形美观、叶色艳丽[8-9]，极具开发利用前景。作者观察发现，秀丽四照花的叶片在入秋后随温度降低逐渐转红，并且，全株叶片在冬季及早春时完全变红，但在春季气温升高时又逐渐复绿。秀丽四照花喜温暖、阴湿的环境，常生长于山林内及阴湿溪边，在阳光直射条件下叶片下垂、生长矮小，且叶尖在夏季易出现枯焦现象[10]。作者在野外调查时发现，部分秀丽四照花植株瘦弱，叶片发黄、卷曲，甚至整株干枯死亡，因此，亟需加强对秀丽四照花优良种质资源的收集和保护，并在此基础上进行良种选育，为该种的开发应用奠定基础。

鉴于此，作者以浙江、江西、福建和湖南4个省份9个产地51个秀丽四照花家系的3年生子代试验林为研究对象，对其叶色参数和叶形性状在产地间和产地内的变异规律进行了分析，并对其叶色参数和叶形性状间的相关性以及叶色参数和叶形性状与产地地理-气候因子的相关性进行了分析，以期为秀丽四照花的遗传改良和推广提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料来源

于2015年11月，在浙江、江西、福建和湖南4个省份内，选择秀丽四照花分布较为集中的9个产地，在每个自然居群中至少选择3株优树(即居群内生长量大、叶多、秋季叶片深红、无明显病虫害且正常结实的植株)，收集优树种子，共选取51株优树。居群内优树间距离不小于50 m，每株优树采集种子1.0 kg以上。各产地的地理-气候信息及优树数量见表1。根据相关文献[11-12]确定地理-气候因子，通过国家气象局气象信息中心(http：∥data.cma.cn/)获取各地理-气候因子数据。

表1 秀丽四照花各产地的地理-气候信息及优树数量

1.2 试验地概况

在浙江省龙泉市林业科学研究院林木良种基地进行秀丽四照花优树家系遗传测定林造林。该基地的具体地理坐标为东经119°04′、北纬27°59′，海拔300 m。该区域的气候类型属于亚热带季风气候，年平均气温17.6 ℃，年降水量1 699 mm，无霜期263 d。基地内的地带性植被为中亚热带常绿阔叶林；土壤为酸性红壤。

1.3 方法

1.3.1 育苗方法 于2016年3月培育秀丽四照花各优树的轻基质容器苗，获得51个优树家系的苗木，各家系苗木数量均在100株以上。

于2017年3月，在每个家系中选择15株株高约44.00 cm、地径约0.44 cm的1年生轻基质容器苗，营建秀丽四照花优树家系遗传测定林。因立地条件基本一致，造林采取随机完全区组(RCB)设计，株距和行距均为2 m。

1.3.2 叶色参数和叶形性状测定 于2019年12月中旬在秀丽四照花全株叶片变红时，对秀丽四照花植株叶片的叶色参数和叶形性状进行观测。其中，叶色参数包括明度(L*)、色相(a*和b*)、饱和度(C*)、色相角(h°)和彩叶期6个指标，叶形性状包括叶长(叶基部至叶尖的长度)、叶宽(叶片最宽处的长度)、叶长宽比(叶长与叶宽的比值)、叶周长和叶面积5个指标。

采用CM-700D分光测色计(日本Konica Minolta公司)在秀丽四照花植株叶片进入全红期(红色叶片占全株叶片的95%)后测定叶片正面的色彩。在每个家系的同一区域内选择3株生长健壮的植株，采集植株东、西、南和北4个方向冠层中部的健康叶片，每株采集40枚叶片，混合均匀后，随机选取15枚叶片测定L*、a*和b*值。L*值越大表示叶片色彩越明亮；a*值越大表示叶片色彩越偏红，a*值越小表示叶片色彩越偏绿；b*值越大表示叶片色彩越偏黄，b*值越小表示叶片色彩越偏蓝[13]。根据L*、a*和b*值计算C*和h°值[14-15]。

彩叶期指红色叶片占全株叶片50%及以上的天数。植株进入彩叶期后(11月初)，在每个家系的同一区域内选择3株生长健壮的植株进行定期观测，一般情况下5～7 d观测1次，在物候转折期2～3 d观测1次。

使用LA2400扫描仪(日本Epson公司)扫描叶片，通过WinRHIZO软件测定叶长、叶宽、叶面积和叶周长，并计算叶长宽比。在每个家系的同一区域内选择8株生长健壮的植株，采集植株阳面冠层中部的健康叶片，每株30枚。

1.4 数据处理

采用EXCEL 2010软件整理数据，依照拉依达准则[16]去除异常数据。采用SPSS 19.0软件计算叶色参数和叶形性状的均值及变异系数，分析各叶色参数和叶形性状间及其与产地地理-气候因子的相关性。采用SAS 9.0软件中的GLM和PROC VARCOMP对各性状进行方差分析，并估算方差分量[17]。方差分析线性模型为Yijk=μ+Si+Tij+Eijk，式中，Yijk为第i个种源第j个单株的第k个观测值，μ为总体平均值，Si为第i个种源的效应值，Tij为第i个种源第j个单株的效应值，Eijk为机误。

2 结果和分析

2.1 秀丽四照花叶色参数和叶形性状的变异分析

供试秀丽四照花家系叶色参数和叶形性状的统计、变异系数及方差分析结果见表2。由表2可见：秀丽四照花叶色参数L*、a*、b*、C*和h°值的变幅分别为26.41～31.25、6.76～12.21、5.09～9.11、8.99～14.90和0.53～0.77，均值分别为29.23、9.52、6.96、11.81和0.63，其中，a*、b*和C*值的变异系数较高(分别为20.07%、19.26%和11.77%)，而L*和h°值的变异系数却较低(分别为5.52%和7.94%)；彩叶期变幅为121～146 d，均值为138 d，变异系数为5.43%。叶片C*值在产地间的差异以及L*、a*和C*值在产地内的差异均显著(P<0.05)，彩叶期在产地间的差异极显著(P<0.01)。

由表2还可见：秀丽四照花的叶长、叶宽、叶长宽比、叶周长和叶面积的变幅分别为6.57～10.19 cm、2.89～4.70 cm、1.64～2.53、16.94～26.32 cm和14.06～32.08 cm2，均值分别为8.31 cm、4.00 cm、2.12、21.88 cm和23.18 cm2，变异系数分别为13.74%、14.96%、13.43%、13.16%和24.79%。叶长、叶宽、叶长宽比、叶周长和叶面积在产地间和产地内的差异均极显著。

表2 供试秀丽四照花家系叶色参数和叶形性状的统计、变异系数和方差分析1)

供试秀丽四照花家系叶色参数和叶形性状的方差分量分析结果见表3。由表3可见：秀丽四照花叶色参数中，L*、a*、b*、C*和h°值在产地内的方差分量百分率大于产地间，而彩叶期在产地内的方差分量百分率却小于产地间；叶长、叶宽、叶长宽比、叶周长和叶面积在产地内的方差分量百分率均大于产地间。秀丽四照花叶色参数和叶形性状在产地内的方差分量百分率均值为20.09%，明显大于产地间(13.99%)，说明秀丽四照花叶色参数和叶形性状变异主要来自产地内的家系间。

2.2 秀丽四照花叶色参数和叶形性状间及其与产地地理-气候因子的相关性分析

2.2.1 叶色参数和叶形性状间的相关性分析 对秀丽四照花叶色参数和叶形性状间的相关系数进行分析，结果见表4。由表4可见：L*、a*、b*和C*值间极显著(P<0.01)正相关；h°值与a*值极显著负相关，与b*值显著(P<0.05)正相关，但与L*和C*值的相关性不显著；彩叶期与L*、a*、b*和C*值的相关性均不显著。叶长与叶宽、叶周长和叶面积极显著正相关；叶宽与叶长宽比极显著负相关，与叶周长和叶面积极显著正相关；叶长宽比与叶面积显著负相关；叶周长与叶面积极显著正相关。值得注意的是，叶色参数与叶形性状间的相关性均不显著。

表3 供试秀丽四照花家系叶色参数和叶形性状的方差分量分析

表4 秀丽四照花叶色参数和叶形性状间的相关系数1)

2.2.2 叶色参数和叶形性状与产地地理-气候因子的相关性分析 对秀丽四照花叶色参数和叶形性状与产地地理-气候因子的相关系数进行分析，结果见表5。由表5可见：叶色参数和叶形性状与经度均无显著相关性。L*值与海拔显著负相关；a*值与年均温显著负相关；b*值与纬度显著正相关，与海拔极显著负相关，与年均温和1月均温显著负相关；C*值与年均温显著负相关；h°值与海拔显著负相关；彩叶期与纬度极显著正相关，与海拔和年均温极显著负相关，与1月均温和无霜期显著负相关。叶长与年均温显著正相关；叶宽与海拔极显著负相关，与7月均温显著正相关；叶长宽比与纬度极显著负相关，与海拔显著正相关，与年降水量显著负相关；叶周长与海拔显著负相关；叶面积与海拔显著负相关，与7月均温显著正相关。

表5 秀丽四照花叶色参数和叶形性状与产地地理-气候因子的相关系数1)

3 讨论和结论

研究发现，不同种类植物的叶色和叶形存在明显差异[18]，同种植物不同种质资源的叶色和叶形也存在较大差异[19]。性状变异丰富对于科学选配植物杂交亲本有重要意义[20-21]，有利于良种选育[22-23]。本研究中，秀丽四照花部分叶色参数和供试5个叶形性状的变异系数较高，在产地间和产地内的差异显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)，说明秀丽四照花叶色和叶形性状在产地间和家系间变异丰富，具有较大的遗传改良潜力。然而，各叶色参数和叶形性状的变异程度明显不同，例如，a*、b*和C*值的变异系数明显高于L*和h°值以及彩叶期，且前3个叶色参数的变幅较大，其最大值分别是最小值的1.81、1.79和1.66倍，有利于选育叶色丰富、鲜艳的秀丽四照花品种。

方差分量分析结果表明：除彩叶期外，秀丽四照花其余叶色参数和叶形性状在产地内的方差分量百分率均大于产地间，并且，所有叶色参数和叶形性状在产地内的方差分量百分率均值大于产地间，可见，秀丽四照花的叶色参数和叶形性状变异主要来自产地内的家系间，因此，应加强秀丽四照花产地内优质家系的筛选。其原因可能是秀丽四照花以种子繁殖为主，香甜的果实对鸟类和啮齿动物有一定的吸引作用，动物传播促进了种群间的基因流动，致使产地间的变异较小。此外，秀丽四照花叶色参数和叶形性状在产地间变异较小还可能与气候等环境因子有关[24]，具体原因尚待进一步研究。

植物各性状间通常存在不同程度的相关性，人们可根据性状间的显著或极显著相关关系通过一个性状预测另一个性状的状况[25]。本研究中，秀丽四照花的叶色参数与叶形性状间无显著相关性，彩叶期与其余叶色参数间也无显著相关性，说明秀丽四照花的叶色参数与叶形性状间以及彩叶期与其余叶色参数间的关系均不紧密。L*值与a*和C*值极显著正相关，h°值与a*值极显著负相关，但与b*值显著正相关，说明秀丽四照花叶片的明度越高，叶片越红、色彩饱和度越高；叶片的色调角较大，叶片的黄色越明显，红色越淡。叶长与叶宽、叶周长和叶面积极显著正相关，说明秀丽四照花的叶片越长，其叶片越宽，叶周长和叶面积也越大。叶宽与叶长宽比极显著负相关，与叶周长和叶面积极显著正相关，说明秀丽四照花的叶片越宽，其叶片越接近圆形，叶周长和叶面积也越大。叶长宽比与叶面积显著负相关，说明秀丽四照花的叶片越狭长，其叶面积越小。在实际生产中，可通过叶色参数和叶形性状间的上述相关关系间接筛选出具有不同特点(如叶色鲜艳、叶面积较大和叶片狭长等)的秀丽四照花优良植株。

一般来说，经纬度和海拔能够综合反映气温、降水、土壤和植被等环境因子对植物生长的影响[25]。本研究中，秀丽四照花叶色参数和叶形性状与经度均无显著相关性，多数叶色参数和叶形性状与纬度也无显著相关性，但多数叶色参数和叶形性状与海拔存在显著或极显著相关性。其中，叶宽与海拔极显著负相关，叶周长和叶面积与海拔显著负相关，但叶长宽比与海拔显著正相关，说明海拔较高产地的秀丽四照花的叶较小，且叶片呈狭长形越明显。究其原因，可能是海拔较高地区的生境条件相对恶劣，气温较低，植物生长缓慢，面积较小且狭长形的叶片在低温条件下可增加叶片边界层阻力，能够减少热量散失，降低蒸腾作用强度，从而减少叶片的水分蒸发[26]。秀丽四照花的a*、b*和C*值与年均温显著负相关，彩叶期与年均温极显著负相关，而叶长与年均温显著正相关，说明年均温较低产地的秀丽四照花的叶色较鲜艳、叶片较短、彩叶期长，据此推测秀丽四照花在低温条件下叶片观赏性更强。秀丽四照花的彩叶期与纬度极显著正相关，与海拔和年均温极显著负相关，并与1月均温和无霜期显著负相关，说明秀丽四照花的彩叶期随产地纬度升高而延长，并随产地海拔、年均温、1月均温和无霜期的降低或减小而延长，据此认为，产地的纬度、温度和无霜期对秀丽四照花彩叶期有较大影响。此外，秀丽四照花叶长宽比与产地纬度极显著负相关，与年降水量显著负相关，说明纬度较高(即偏北)产地的秀丽四照花的叶形偏圆，年降水量较少产地的秀丽四照花叶形狭长；秀丽四照花叶片的b*值与1月均温显著负相关，叶宽和叶面积与7月均温显著正相关，说明1月均温较低产地的秀丽四照花叶色偏黄，7月均温较高产地的秀丽四照花叶片较宽、叶面积较大。总体来看，秀丽四照花多数叶色参数和叶形性状与产地纬度的相关性较大，这很可能是因为纬度变化导致温度和降水量明显改变，而温度和水分往往限制植物的生产力和分布[27]，低温和降水量减少可抑制植物光合作用、生长速率和体内的酶活性，从而导致植物形态发生改变[28-29]。同时，本研究结果还表明秀丽四照花的叶色参数和叶形性状受环境影响明显，为了能够更好地开发、改良和利用秀丽四照花种质资源，应通过多区域测定来验证秀丽四照花的适应性和稳定性。

秀丽四照花多数叶色参数和叶形性状的变异较大，且供试5个叶形性状在产地间和产地内的差异极显著；除彩叶期外，其余叶色参数和叶形性状变异均来自产地内的家系间。总体来看，秀丽四照花叶色参数和叶形性状受产地地理-气候因子影响，多数叶色参数和叶形性状与产地海拔关系紧密，且部分叶色参数和叶形性状与产地的纬度和年均温关系紧密。