江西南方红豆杉球果表型性状多样性分析

吴少东，郭昌庆，于 宏，裘利洪*，张文根*

（1.江西农业大学 野生动植物保护与利用研究中心/林学院，江西 南昌 330045；2.江西省上饶市林业科学研究所，江西 上饶 334000）

【研究意义】南方红豆杉（Taxus wallichianaZucc.var.mairei（Lemee&H.Léveillé）L.K.Fu&Nan Li）为裸子植物红豆杉科（Taxaceae）常绿乔木，主要分布于我国秦岭以南各省区，属国家一级重点保护植物[1]。其树姿优美，树干紫红通直，叶片排列整齐、浓绿，树冠塔形，颇为美观，特别是其假种皮肉质红色，鲜艳美丽，故又称之为“美丽红豆杉”[2]。同时，假种皮含有较高的可溶性糖、蛋白质、脂肪、维生素C、氨基酸、矿物质元素等成分，无毒[3]，可鲜食，也可晒干制成果脯，具有较高的营养价值和观赏价值，经济开发潜力巨大。【前人研究进展】目前，南方红豆杉的研究大多集中在化学成分[4-6]、繁殖体系[7-9]、种群动态[10-12]等方面。南方红豆杉表型方面的研究主要是针对其枝叶性状。例如，肖遥等[13]对24 个产地的南方红豆杉树高、胸径和冠幅等生长性状进行了研究，结果发现各性状在不同产地之间差异显著，存在着不同程度的变异。罗芊芊等[14]对18 个天然居群的叶子表型进行了多样性分析，发现各性状在居群间和居群内差异极显著。欧建德等[15]则对不同种源南方红豆杉3 年生幼树的抽侧枝密度、侧枝数量等10 个枝干性状指标进行了分析，发现单株和家系之间的枝干性状均存在着明显的差异。而对南方红豆杉球果（为叙述方便，将含假种皮的种子称“球果”）鲜有专题报导，一定程度上不利于其优良种源的筛选和育种工作。【本研究切入点】表型观测是研究植物多样性最直观、最基础的方法，通过这一方式可以从整体上了解资源的丰富程度，为基因和细胞的研究提供直观依据。本研究首次对南方红豆杉球果的表型性状进行分析，探讨各表型性状间的相关性以及聚类情况，并对其球果表型进行综合评价，这对南方红豆杉品种的选育工作具有重要的意义。【拟解决的关键问题】为南方红豆杉观果和食用品种选育提供基础数据，弥补南方红豆杉球果表型研究方面的一些空白。

1 材料和方法

1.1 试验材料

根据“江西省第二次国家重点保护野生植物资源调查”的南方红豆杉资源调查结果，并考虑实验材料的代表性，于2020 年在宜春市、上饶市、抚州市等江西南方红豆杉集中分布地采集37 份实验材料，详情见表1。

表1 37份南方红豆杉实验样品Tab.1 37 Samples of Taxus wallichiana var. mairei

1.2 数据采集

选取球果形状、假种皮颜色、开口形状及开口先端翘起情况和种子外露情况5个球果描述性状，球果和种子的长度、宽度和长宽比及球果百粒质量、种子千粒质量和假种皮颜色9 个数量性状来分析南方红豆杉球果的表型多样性[16]。描述性状采用目测观察法，等级划分如表2。

表2 5个描述性性状的赋值情况Tab.2 Valuation information of 5 descriptive characters

数量性状测量：每株南方红豆杉随机抽取30粒球果，用精度为0.01 mm 的电子游标卡尺测定球果的长度、球果的宽度；之后将球果用刀片切开，将种子和假种皮分离，用游标卡尺测量其假种皮厚度；球果去假种皮后，测量种子长度、种子宽度，3 次重复取平均值；之后，每株树随机抽取100 粒球果，用精度为0.01 g 的电子天平测量球果百粒质量，5 次重复取平均值；最后，球果去假种皮，用吸水纸吸净表面水分，再用精度为0.01 g的电子天平测量种子的千粒质量，5次重复取平均值。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2016 进行数据整理，计算平均值、标准差、变异系数、分布频率和Shannon-weaver（H’）多样性指数[17]；利用SPSS 22.0软件对各表型数据进行聚类分析、主成分分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 南方红豆杉球果表型性状分析

2.1.1 描述性状分析 由表3 可知，37 份江西南方红豆杉球果的5 个描述性状均有不同程度的变异（图1），多样性指数在0.494～1.876，其中球果形状和开口形状多样性指数较大。球果形状有4 种表型，以长球形和椭球形为主，共有26 份，两者所占频率相同，都为0.351；圆球形和扁球形分布较少。球果颜色4 种，以红色为主，橙黄色次之，黄色、橙色最少。开口先端有翘起和不翘起2 种表型，以不翘起为主，频率为0.676。种子以不外露的为主，33 份，频率为0.892。开口形状3 类，以开口为椭圆形为主，频率为0.595。

图1 南方红豆杉球果形态多样性Fig.1 Cones diversity of Taxus wallichiana var.mairei

表3 南方红豆杉描述性状的频率分布及多样性指数Tab.3 Frequency distribution and diversity index of descriptive traits in Taxus wallichiana var.mairei

2.1.2 数量性状分析 从表4可以看出，不同种源南方红豆杉的球果百粒质量之间有较大的差异。球果百粒质量反映的是球果的大小：百粒质量在80.0～102.0 g 的有7 份，占总数的20%；在60.0～80.0 g 的有13 份，占总数的35%；60.0 g 以下的有17 份，所占比例为45%；球果最小的为YC-WZ-03，百粒质量仅为38.95 g。由此可将其划分为3 类：（1）小果型，百粒质量在60.0 g 以下，如YC-WZ-02、YC-WZ-03、YCTG-03；（2）中果型，百粒质量在60.0～80.0 g，如YC-TG-02、YC-TG-04、YC-GS-05；（3）大果型，百粒质量在80.0 g以上，如JA-SC-03、JA-SC-04、GZ-CY-03等。球果的长宽比反映的是球果的形状：球果长宽比在0.8 以下的仅有5 份，如YC-TG-03、GZ-LN-01、GZ-LN-02；大多集中在0.8 以上，如YC-WZ-01、YCWZ-02、YC-TG-01，这说明球果形状以圆球形和椭球形为主，扁球形的较少。假种皮厚度则与南方红豆杉的可食率息息相关：假种皮厚度在3 mm 以上的有8 份，如JA-SC-03、JA-SC-04、JA-AF-01 等，假种皮较厚，可食率较高，可以拿来鲜食或制成蜜饯。

表4 南方红豆杉球果性状指标Tab.4 Cone traits of Taxus wallichiana var. mairei

从表5可知，南方红豆杉球果的表型性状变异系数为7.49%～26.55%，变异程度由高到低依次为球果百粒质量、假种皮厚度、种子千粒质量、球果长、球果长宽比、种子长宽比、球果宽、种子宽和种子长。球果百粒质量最大值为102.04 g，最小为38.95 g，变异系数为26.55%，说明不同种源间南方红豆杉球果大小差异较大。球果长、球果宽、球果百粒质量的变异系数大于种长、种宽、种子千粒质量的变异系数，说明南方红豆杉的假种皮变异程度是普遍大于种子的，可能具有重要的适应性意义。

表5 南方红豆杉球果数量性状多样性分析Tab.5 Diversity analysis of quantitative traits of Taxus wallichiana var. mairei cone

2.2 南方红豆杉球果表型相关性分析

从表6 可知，南方红豆杉球果9 个数量性状之间存在着不同的相关性。球果长和球果宽、球果百粒质量、球果长宽比都存在极显著的正相关性，种子长和种子宽之间相关性不显著，种子千粒质量与种子长种子宽呈显著的正相关，种子长宽比和球果长宽比之间存在着显著的正相关。假种皮厚与球果长、球果宽、球果百粒质量存在着极显著正相关。这种性状之间的相关性显示了植物在生长过程中性状之间的协调性。

表6 南方红豆杉球果表型相关性分析Tab.6 Correlation of traits among the cone phenotypes of Taxus wallichiana var. mairei

2.3 南方红豆杉球果表型数量性状主成分分析

主成分分析结果（表7）表明：前4个主成分的累计贡献率达97.494%，说明前4个主成分可基本反映南方红豆杉球果表型的大部分信息。第1主成分的贡献率为35.85%，其中，球果宽、球果长、球果百粒质量、假种皮厚度特征向量的绝对值均大于0.6，说明该主成分主要反映球果的大小。第2主成分的贡献率为29.216%，其中，种子宽、种子长宽比的特征向量的绝对值较大，均在0.7 以上，说明该主成分主要反映的是种子的宽度。第3主成分贡献率为18.503%，其中种子千粒质量、种子长特征向量绝对值较大，均在0.6以上，说明该成分主要反映种子的质量。第4主成分的贡献率为13.925%，其中球果长宽比特征向量绝对值最大，说明该主成分反映的是球果的形状。

表7 南方红豆杉球果表型主成分分析Tab.7 Principal component analysis of the fruit phenotype of Taxus wallichiana var. mairei

根据特征向量矩阵及标准化的9个表型性状值，代入上述4各主成分中，由此可以得到4个主成分得分公式，公式如下：

将9 个数量性状数值进行标准化处理，代入公式，得到F1、F2、F3 和F4。根据F1、F2、F3 和F4 数值以及各主成分的贡献率，计算出每个球果表型的综合得分，综合得分公式为F=0.358 5F1+0.292 16F2+0.185 03F3+0.139 25F4。基于F值对37 个球果表型数量性状进行综合评价（表8），F值越大，表型综合性越好。综合得分第1 的是JA-SC-03，球果百粒质量最大，假种皮厚，具有良好的食用价值和观赏价值。第2为SR-DX-02，假种皮橙色，球果较大，观赏价值极高。综合得分最低的是GZ-LN-02，表现最差。其余得分情况见表8。

表8 南方红豆杉球果表型性状综合评价Tab.8 Comprehensive score of cone phenotypic in Taxus wallichiana var. mairei

2.4 南方红豆杉球果表型聚类分析

从图2 可知，以欧氏距离10 为阙值，37 份南方红豆杉球果被分为4 类：A 类，包含YC-WZ-01、YCGS-03、YC-TG-03等11份，种子的表现较好，主要反映的是种子的优良性状；B类，包含YC-WZ-02、YCWZ-03、JA-SC-01 等13 份，表现均为中等；C 类，包含YC-TG-02、SR-WY-01、FZ-NF-01 等6 份，假种皮较厚，可食率较高。D 类，包括JA-SC-04、FZ-LA-01、GZ-CY-03 等7 份，球果表现较其他3 组较好，球果性状优良。并且，37个南方红豆杉球果并没有按照地理上的分布聚集在一起，其球果表型在地理上没有特异性。

图2 南方红豆杉球果表型聚类分析Fig.2 Cluster analysis of cone traits in Taxus wallichiana var.mairei

3 结论与讨论

本研究以37 份南方红豆杉球果为材料，对其球果表型的5 个质量性状、8 个数量性状进行了分析，其中5 个质量性状的多样性指数在0.494～1.876，8 个数量性状的变异系数在7.49%～26.55%。据前人研究[17]结果表明多样性指数大于1.0，则此性状多样性较高；而变异系数大于10%，则变异程度较为丰富。南方红豆杉开口形状和球果形状的多样性指数均大于1.0；除种子长、种子宽之外，其余数量性状的变异系数均大于10%，这说明南方红豆杉表型变异比较丰富。南方红豆杉的植被区跨越了亚热带常绿阔叶林和暖温带针叶林，分布范围较广，可生长于山坡、湿地、林缘等多种生境之中，其较强的适应性为球果多样性提供了基础。种子成熟后，假种皮变红色且味甘甜，常常吸引鸟类和小型哺乳动物取食[18]，因此其种子常会随着动物以及鸟类的迁徙散落在不同的空间中，由于环境和其自身遗传作用下可能会导致其发生一定的变异，这可能也是南方红豆杉球果多样性形成的原因之一，具体的作用机制则需要进一步研究。

南方红豆杉球果是鸟类越冬的重要食材，其大小、颜色和形状可能与鸟类演化密切相关。已有研究表明，不同体型的鸟类对南方红豆杉球果取食方式是不同的，体型较大的鸟类，喙大，如红嘴蓝鹊（Urocissa erythrorhyncha）、绿翅短脚鸭（Hypsipetes mcclellandii）、灰树雀（Dendrocitta formosae）等采取的是整吞的方式，之后通过粪便排出传播其种。而体型较小的鸟类，喙亦小些，如红胁蓝尾鸲（Tarsiger cyanurus）、棕脸鹟莺（Seicercus albogularis）和灰眶雀鹛（Alcippe morrisonia）等则采取啄食的方式，即直接在空中悬停啄食假种皮或将果实衔至附近再撕食假种皮[18-20]。因此推断，南方红豆杉球果大小、形状与鸟类喙的演化可能存在较为密切的关系，其协同演化式样有待进一步验证。

南方红豆杉球果是一种具有巨大潜在开发价值的新型果实。目前，人们对南方红豆杉的认识和研究主要还是在于树皮中紫杉醇的药用开发或作为常绿乔木的园林绿化利用，而对其假种皮资源尚没有得到足够的重视和有效的开发。南方红豆杉假种皮中可溶性糖、蛋白质、脂肪、粗纤维、VC含量、人体生长发育所必需的8种氨基酸，均高于许多果蔬。而且，不管是野外调查取食，还是鸟类摄食事实，以及食品级毒性研究[3]，均表明南方红豆杉假种皮无急性毒性，是安全的果实食品。因此，水果级品种选育，球果大、种子小、肉质多、味甘美的果用型南方红豆杉选育，将是今后南方红豆杉良种选育、苗木繁殖和定向培育的重点方向之一。本研究发现，JA-SC-03、SR-DX-02、GZ-CY-03、FZ-LA-01和SR-WY-02等具备部分上述优良特质，蕴藏着较大的开发潜力，可作为第二代品种选育的母本，建议加大引种驯化，扩大栽培规模。

南方红豆杉是价值较高的园林树种。目前，人们对其园林开发价值的关注和研究主要在于树形和枝叶方面。例如，欧建德等[21]对来自江西、福建、贵州等地的35 个南方红豆杉单株的枝干表型进行了筛选和综合评价，获得了一批具有较高园林开发价值的单株。而对其球果的观赏特性关注不够，对其相关品种选育更是空白。本文研究发现，南方红豆杉球果在大小、形状、颜色等方面都存在着丰富的变异，其中FZ-LA-01和SR-DX-02假种皮颜色特异，呈黄色系，JA-SC-03的果实大小显著不同于普通的南方红豆杉，是其观果品种选育的优良株系。因此，建议对南方红豆杉野生资源加大关注力度，并对其优良株系进行扦插和嫁接等无性繁殖试验。

总之，南方红豆杉球果表型多样性较为丰富，具有较高的园林景观价值和极具开发潜力的食用价值。本文首次针对南方红豆杉的球果进行了表型多样性分析和综合评价，获得了一批球果表型综合表现较好的优良株系，为其观果和食用品种选育提供了参考依据和理论基础。