江西省不同种源香樟叶片表型差异性分析

赵 姣

(1. 南昌工程学院，江西 南昌 330099； 2. 江西省樟树繁育与开发利用工程研究中心，江西 南昌 330099)

香樟[Cinnamomumcamphora(L.) Presl]是常绿阔叶乔木，被广泛应用于园林绿化、优质用材加工和化工原料等行业，具有良好的生态、经济和社会效益。目前以香樟枝叶提取精油的香料产业在江西、广西和湖南等地蓬勃兴起，产业发展空间广阔[1]。香樟不同种源及个体之间的精油含量和主成分比例差异较大，如芳樟的精油含量一般在0.5%～0.8%左右，但优良个体的精油含量超过了2%[2]。同时，香樟精油主成分的类型和含量具有地理分布特征，如芳樟醇型香樟主要分布于江西[3]，因此研究江西香樟种质资源对良种选育具有重要的意义。

叶片是植株与外界进行物质交换和生理过程的重要器官，对光能的获取、水分和营养物质的吸收以及有机物质的合成起着决定性作用[4]。叶片表型是植株遗传特性的外部反映，也是植物响应环境条件的器官。因此，研究叶片表型变异是了解植物遗传多样性的重要指标。国内外关于植物叶片表型的研究较多，主要采用变异系数、方差分析、主成分分析和聚类分析等方法来探究群体内和群体间的差异。董昕等[5]研究山东小果白刺的叶片表型在群体间和群体内均存在显著或极显著的变异，且群体内的变异大于群体间，在地理上遵循随机变异的规律；板栗叶片表型存在类似的结果，且叶片的变异程度大于果实[6]。苦楝不同种源叶片形态性状的变异波动幅度为16.48%～41.26%，其中遗传因素的影响程度更高[7]。综合研究结果表明，叶片表型在不同物种、种源间变异显著，环境和遗传因素的贡献率不同。目前，香樟种质资源叶片表型变异的研究相对较少。张雷[8]针对长江以南不同种源家系香樟苗期叶片表型的差异开展了研究，从大区域角度揭示了香樟叶片形态特征、光合特性和精油性状的差异。黄萌等[9]对江西5个地区古香樟的枝叶形态进行研究发现叶片表型在地区内和地区间差异不显著，但由于所选的地区有限，不能完全反映江西省内叶片表型的变异特征。因此，为了揭示江西省不同种源香樟叶片表型特征、变异程度和地理差异，本研究对江西不同市县香樟叶片表型的种源差异和地理变异规律开展了分析，为香樟种质资源的选择、保存和开发利用提供重要的基础。

1 材料与方法

1.1 采集地概况

试验材料来源于江西省11个市50个县的香樟种质资源(表1)。为了反映地理、气候等因素对香樟表型的影响，选择100年以上树龄的植株作为样本。平均每个县采集4棵，保证每棵树取自不同的乡镇，记录每棵树的基本信息和地理位置。采种区范围为东经113°～119°，北纬25°～30°。

表1 江西省樟树种源地分布Table 1 Distribution of C. camphora provenances in Jiangxi province

1.2 表型测定方法

在树冠中部不同方位选取生长状况良好的叶片30片，装进自封袋保存，实验室内测定相关指标。

叶片生物量：在测量形态指标前统一称量叶片鲜重，待测定完形态指标后将叶片置于80℃烘箱中烘至恒重，称量叶片干重。

叶片形态指标：在实验室用叶面积仪测量叶长、叶宽、叶厚、叶周长、叶面积，其中叶长为叶连接叶柄的最底端至叶梢的距离，叶宽为叶片的最大宽。叶厚用游标卡尺测出10片香樟叶的值，再计算平均值。叶形指数=叶长/叶宽。

叶片表型变异系数表示性状离散程度，变异系数=标准差/平均值×100。

1.3 数据分析

试验数据用Excel 2016软件进行处理，并用SPSS 19.0对数据进行方差分析、多重比较和相关性分析等统计学分析。

2 结果与分析

2.1 江西省不同种源香樟叶片表型特征

江西省不同种源香樟叶片表型特征存在差异。由表2可知，江西省不同种源香樟叶长变化范围为5.45～8.28 cm，平均值为6.93 cm；叶宽在2.94～4.44 cm范围内波动，平均值为3.79 cm；叶周长的极差为8.93 cm，平均值为17.23 cm；叶面积变化范围为10.59～23.65 cm2，最大值比最小值增加了123.32%；叶厚变化范围为0.27～0.36 mm，平均值为0.30 cm；叶形指数变化范围为1.61～2.01，平均值为0.30；叶鲜重变化范围为0.23～0.50 g，平均值为0.37 g；叶干重变化范围为0.12～0.31 g，平均值为0.18 g。江西省香樟叶片各性状均存在不同程度的差异，变异系数为叶干重>叶鲜重>叶面积>叶周长>叶宽>叶长>叶厚>叶形指数。叶干重在各种源间差异最大，遗传多样性相对较丰富，可供选择的潜力大；而叶形指数差异最小，叶片的拓扑形态相对稳定。

表2 江西省不同种源香樟叶片表型特征Table 2 Characteristics of leaf phenotype variationof C. camphora from different species in Jiangxi province

2.2 江西省不同种源香樟叶片表型变异分析

江西省香樟叶片表型在不同的市和县之间存在丰富的变异(表3和表4)，叶长、叶宽、叶周长、叶厚和叶片生物量均存在极显著的差异。但叶形指数稳定性较高，各种源间差异不显著。叶面积在不同市之间差异极显著，而不同县之间则差异不显著。

表3 江西省不同种源香樟叶片表型变异分析

表4 江西省不同种源香樟叶片表型变异Table 4 Variation of leaf phenotype of C. camphora from different provenances in Jiangxi province

各种源中叶长、叶形指数和叶干重以萍乡群体最大，值分别为7.63 cm、1.92和0.23 g，而南昌群体的叶长和叶干重最小，分别比最大值降低了24.25%和43.48%；景德镇群体叶形指数最小，比最大值下降了10.94%。吉安群体的叶宽、叶面积和叶鲜重在各种源中均最大，分别比最小值增加了1.02cm、8.98cm2、0.21 g，相应的种源均为南昌。叶厚的最大值和最小值差值为0.03 mm，分别为吉安和景德镇群体。叶周长最大为鹰潭群体，平均值为22.57 cm；最小为宜春群体，平均值为15.86 cm。

2.3 江西省香樟叶片表型相关性

香樟叶片表型的相关分析见表6，8个叶片表型中多数呈显著或极显著关系。其中，叶长、叶宽、叶周长、叶面积之间均呈极显著正相关；叶厚与叶长呈显著正相关，与叶宽、叶面积间呈极显著正相关，而与叶周长相关性尚未达到显著水平；叶形指数与叶长呈极显著正相关，与叶宽呈极显著负相关，与叶面积、叶厚呈负相关。叶片各形态指标均与叶鲜重、叶干重呈极显著的正相关，其中叶长、叶宽、叶面积与叶片生物量的关系更密切，相关系数均达到0.7以上。而叶形指数与叶片生物量呈显著的负相关。

表6 江西省不同种源香樟叶片表型相关性分析Table 6 Correlation between leaf phenotype of C. camphora from different species in Jiangxi province

2.4 江西省香樟叶片表型地理变异

将江西省不同种源分为赣北、赣中和赣南三个区域，分析叶片表型的差异性(表5)。结果表明，叶长、叶面积、叶鲜重和叶干重在不同区域呈现显著差异，而叶宽、叶周长、叶厚、叶形指数在不同区域无显著差异。赣南地区的叶长、叶面积和叶干重显著高于赣北，但与赣中地区无显著差异；赣南地区叶鲜重显著高于赣北和赣中。

表5 江西省不同区域香樟叶片表型变异Table 5 Variation of leaf phenotype of C. camphora in different regions of Jiangxi province

叶片表型与经纬度存在显著的负相关性。随着经纬度的增加，叶片各形态指标和生物量指标均呈降低趋势，纬向的相关系数总体上大于经向。从图1和图2可知，叶长、叶厚、叶鲜重和叶干重与经度之间存在极显著的负相关，而叶宽、叶周长与经度的相关性尚未达到显著水平。随纬度的增高，叶长、叶宽、叶面积、叶鲜重和叶干重呈降低趋势，相关性达到了极显著水平；而叶形指数与纬度之间呈负相关，但相关性不显著。因此，在江西省范围内越往北分布的群体，香樟叶片大小和重量呈降低趋势；越往东分布的群体，叶片大小和重量越小；但叶形指数的变异较小，形成相对稳定的特征值。

图1 江西省不同种源香樟叶片表型与经度的关系Fig. 1 Relationship between leaf phenotype and longitude in different provenances of Jiangxi province

图2 江西省不同种源香樟叶片表型与纬度的关系Fig.2 Relationship between leaf phenotype and latitude in different provenances of Jiangxi province

3 讨 论

3.1 江西省叶片表型特征变异

植物表型是遗传因素和环境因素共同作用的综合表现，研究表型的多样性有助于了解植物表型的稳定性和进化潜力，为种质资源的开发提供理论基础。叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶片表型能直观反映植物对资源的利用策略和环境条件的适应[10]。本研究中江西省不同种源叶片表型的变异程度存在差异，其中叶片干重和鲜重变异系数大于形态指标。据张莹等[11]研究可知，营养器官对环境的反应较敏感，其变异程度大于生殖器官。植物生长发育和生物量积累是植物同化物代谢功能的反映，不仅与植物的遗传特性相关，而且与植物所处的地理位置和立地条件(包括土壤、光照、地形等)密切相关[12]，因而造成叶片表型的变异。当样品量足够丰富时能反映植物的遗传特征，为筛选香樟高产品种提供指导。

江西省香樟叶片表型在地理上存在显著差异，区域内叶长和叶片鲜干重总体表现为赣南>赣中>赣北。叶片表型与地理位置存在不同程度的相关性，纬向因素的影响大于经向因素，其中叶长、叶宽、叶面积和叶片鲜干重与纬度呈显著的负相关。本研究结果与田苗[13]、王瑞丽等[14]研究结果一致，随着纬度的增加，叶片大小和干重下降。基于纬度梯度研究植物的表型变化，主要能反映出植物对温度和水分的响应机制。叶片的面积和重量是叶片重要的功能属性，前者反映叶片对光能截获的能力，后者表示植物器官建成的物质分配。在低纬度地区，植物会增加叶片建成以维持较高的叶片寿命；而在高纬度地区，植物会趋向于增大叶面积而提高光合作用，以保证在短时间内制造有机物以供植物其他器官的建成。江西省的主要植物群落以常绿阔叶林为主，在植物适应环境策略下[15]，一定纬度范围内，植物会呈现叶片大小与叶片重量呈正相关的稳定变化关系，也是植物充分利用光温资源条件保证最佳营养分配的结果。同时，赣南地区光温潜力大，保证了叶片生长所需的雨热资源。

3.2 种质资源筛选上的应用

叶片表型评价体系构建不仅是品种优劣的重要鉴定指标，也是筛选优良农艺性状的间接指标。选择育种中相关选择法是利用植物性状之间的相关性，通过早期性状而鉴定后期表现的目标性状的提前筛选的方法，能缩短育种年限。同时，叶片的某些性状与目标农艺性状密切相关。研究发现，耐密型桃树新品种是通过狭叶形的资源选育获得[16]。据研究，细毛芳樟叶片精油含量与叶片厚度相关性不大，但与叶片解剖结构中油细胞的大小和密度密切相关[17]。能否根据叶片的表型特征间接反映香樟精油的特性，可以进一步开展深入研究。

气候变暖引发全球气候系统的变化，导致极端天气的频率增加[18]，对植物的生长发育造成重大影响[19-20]。叶片器官是对外界环境条件最为敏感的器官，它的表型是适应生态环境的结果[21]。植物通过减小叶面积来降低水分蒸腾而提高抗旱性[22]。香樟的抗寒性与叶片的厚度、角质层和栅栏组织等解剖结构密切相关[23]。了解江西各种源叶片表型特征，有利于抗逆性品种的筛选。

3.3 分子技术研究前景

目前，采用植物表型和分子标记相结合的方式开展种质资源和遗传育种的研究方法成为热点。刘遵春等[24]通过数量性状基因座(Quantitative trait loci，QTL)定位苹果叶片性状并分析遗传效应；李伟等[25]利用单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms，SNP)与欧洲山杨叶片衰老指标进行相关性分析。目前全基因组关联分析(Genome-wide association studies，GWAS)在林木的生长性状、产量和品质等方面的重要性日益凸显[26]。本研究结果能为表型遗传研究提供大量的数据基础。

本研究仅考虑香樟叶片的表型差异，没有综合分析叶片的形态和解剖性状、叶片的营养和品质成分、果实等性状。在今后的研究中要扩大种质资源收集的范围，另一方面要利用植物形态学的差异，结合基因型和环境的互作影响，从表型、生理生化特性乃至分子水平上揭示香樟遗传的变异规律。

4 结 论

江西省不同种源间叶片表型差异显著，且叶片鲜重和干重的变异程度大于叶片形态指标。叶片表型随经纬度的变化存在一定程度的规律，但叶形指数基本比较稳定。