野生山刺玫生长、形质的种源变异与区划

方玉凤　温宝阳　徐连峰　蒋先翠

摘要：  為研究黑龙江省野生山刺玫生长、形质和粒重的种源差异和地理变异模式，从食饮和观赏角度筛选优良种源，以2014年移植造林营建的野生山刺玫试验林为研究对象，采用方差分析、聚类分析、主成分分析等方法，对生长、形质和粒重的种源差异和地理变异模式进行分析。结果表明：黑龙江省野生山刺玫种源的变异系数为9.25%～16.74%，生长、形质及粒重均存在显著的种源效应（P<0.05）；平均表型分化系数为81.71%，种源间方差分量占比56.23%，种源间的变异是野生山刺玫表型性状的主要来源；果长、果宽、花风干重与温度相关因子呈显著正相关性（P<0.05），与湿度相关因子显著负相关（P<0.05），花风干重与果长、果宽呈显著正相关（P<0.05）；Q型聚类分析表明种源区划分基本依据地理经度进行聚类，以欧氏距离10为阈值时，可将20个种源划分为3大类；主成分分析表明果宽、果长、花风干重和果实鲜重的变异对种群变异起主要贡献作用。黑龙江省野生山刺玫生长、形质在不同种源间存在丰富变异，产地温湿度气候因子对果实大小、花产量影响显著，根据食饮和观赏性，从主成分F值角度筛选出4个优良种源，依次是双鸭山宝山经营所、龙江错海林场、鸡西胜利林场和嘉荫太平林场。

关键词：  野生刺玫；  表型性状；  聚类分析；  主成分分析；  优良种源

中图分类号：   S 566. 9               文献标识码：   A                文章编号：１００1 － 9499（２０23）06 － 0021 － 06

Provenance Variation and Regionalization of Growth， Stem-form

Qualities of Wild Rosa davurica

FANG Yufeng WEN Baoyang XU Lianfeng JIANG Xiancui

（Qiqihar Branch Heilongjiang Academy of Forestry Sciences，  Heilongjiang Qiqihar 161005）

Abstract To study the provenance differences and geographical variation patterns of growth， stem-form qualities， quality and grain weight of wild Rosa davurica in Heilongjiang province， and selected superior provenance from food， drink and ornamental. The experiment took the test forest of wild Rosa davurica. built in 2014 as the object， variance analysis， cluster analysis， and principal component analysis were used to analyze the provenances and geographical variation patterns of growth， stem-form qualities and grain weigh. The results showed that coefficient of variation of provenance ranged from 9.25% and 16.74% in Heilongjiang province， there were significant provenance effects on growth， stem-form qualities and grain weight（P<0.05）. The average phenotypic differentiation coefficient was 81.71%， proportion of variance components among provenances was 56.23%， the variation among provenances was the main source of phenotypic traits of wild Rosa davurica. Fruit length， fruit width and 50-flower air dry weight were positively correlated with temperature related factors（P<0.05）， there were significant negative correlation with humidity related factors（P<0.05）. There was a significant positive correlation between 50-flower air dry weight and fruit length， fruit width（P<0.05）. Q-type clustering analysis showed that the origin region was classified based on geographic longitude， with Euclidean distance 10 as the threshold， 20 provenances could be divided into three categories. Principal component analysis showed that the variation of fruit width， fruit length， 50-flower air dry weight and 100-fruit fresh weight played a major contribution role to population variation. There was abundant variation among different provenances of wild Rosa davurica in Heilongjiang province. The climatic factors of temperature and humidity had significant effects on fruit size and flower yield. From the perspective of principal component F value， four excellent provenances were selected according to diet and drinking and ornamental value， which were Baoshan business office in Shuangyashan， Cuohai Forestry Center in Longjiang， Shengli Forestry Center in Jixi， and Taiping Forestry Center in Jiayin.

Key words Rosa davurica; phenotypic traits; clustering analysis; principal component analysis; superior provenance

野生刺玫（Rosa davurica）别名山刺玫[ 1 ]，1992年被列为国家二级珍稀频危植物，作为保护植物编入《中国植物红皮书》[ 2 ]，是栽培玫瑰及蔷薇科植物重要的引种对象，是玫瑰育种的首选种质资源种[ 3 ， 4 ]。目前，以山刺玫果、花开发的产品已广泛应用于医药、保健食品等领域。其果实中含有28种矿物元素[ 5 ]，总氨基酸含量为21.06%[ 6 ]；总黄酮含量为1%～2%[ 7 ]；VC含量高达6 810 mg/100g鲜果。种子出油率高达5.4%，提取的精油是目前最昂贵的香料之一[ 8 ]。花可以泡茶饮和食用，根具有止血、消炎杀菌、收敛止泻、活血调经等功效[ 9 ， 10 ]。研究表明野生山刺玫對盐胁迫表现出良好的抗性[ 11 ]，在低盐碱性的土壤中也能生长[ 12 ]，根状茎、行茎、根共同组成的根系在抗寒、抗旱、抗风沙等方面表现突出[ 4 ]。

表型多样性是遗传多样性的主要研究内容之一，植物通过形态变化和表型性状分化调整自身的生长情况及其与环境之间的关系[ 13 ]。我国野生山刺玫原产于吉林图们江河口、辽宁南部海岸等，俄罗斯远东地区乌苏里、鄂霍茨克等地的沿海地区[ 14 ]，朝鲜半岛的沿海地区及日本均有分布[ 15 ]。陈建军等[ 16 ]早在1997年对吉林珲春地区野生刺玫进行了生态环境调查，对其物候期、生长特性进行了报道。刘治民等[ 17 ]对吉林省野生山刺玫药用情况及资源进行了实地调查，重点掌握野生山刺玫生物学特点、分布区域等。姬璐璐[ 18 ]对辽宁省鲅鱼圈地区野生刺玫进行了系统调查，摸清了野生玫瑰的形态、生物学特性；冯立国等[ 19 ]相继对辽宁南部沿海、山东东部沿海等地的野生刺玫分布情况进行了调查。

黑龙江省野生浆果资源丰富，殷国平[ 20 ]对黑龙江省野生浆果资源进行了区域化探讨，以1986～1988年黑龙江省农科院浆果所[ 21 ]对浆果资源的初步考察为依据，总结为大兴安岭地区、小兴安岭林区、张广才岭等地林缘均有野生山刺玫分布。但关于黑龙江省野生山刺玫不同种源变异的研究处于空白阶段。鉴于此，利用设置在黑龙江省林业科学院齐齐哈尔分院实验基地保存完好的全省及周边20个地区的野生山刺玫种源试验林为对象，研究不同地区野生山刺玫生长、形质和粒重的种源差异和地理变异模式，通过聚类分析开展野生山刺玫种源区划，并从采摘食饮和观赏两方面筛选野生山刺玫优良种源，旨在为今后黑龙江省野生山刺玫产业化资源开发利用及栽培方向提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于黑龙江省林业科学院齐齐哈尔分院实验基地（123°39′32″～123°40′22″E，47°14′26″～47°14′58″N），属中温带大陆性季风气候区，年平均气温0.7 ℃，≥10 ℃年积温为2 598.1℃，无霜期115天，年平均降水量396 mm，土壤为黑钙土、砂土，pH值中性偏碱。

2 研究方法

2. 1 样地设置

2014年4月在全省及周边（一地，近黑龙江）采集2～3年生野生山刺玫萌蘖实生苗，株高0.8～1.0 m，共计20个种源。不同种源实生苗移植到研究区建立试验林，设置3块10 m×20 m的样地，代表3次重复，采用随机区组设计，每个种源相邻两垄栽植，每垄5株/丛，每个种源共栽植10株/丛。不同种源之间隔一垄，栽植株行距1 m×0.65 m，小区周边设西部沙樱（Prunus besseyi）作为保护行。试验林常年进行统一的抚育管理，确保覆盖度不超过70%，并调查生长情况。

2. 2 样品采集及指标测定

2022年5月下旬，山刺玫进入花期，测每株株高、冠幅，计算平均值。分别于6月上旬和9月中旬采取十字对角法采集花和果实，共采集花50朵、果实100颗，花朵于阴凉通风处自然风干后，测花风干重和果实鲜重，用电子游标卡尺测定果实纵径、横径，即果长、果宽，计算平均值。果实进行手工脱粒，测定鲜籽粒重量。

2. 3 数据统计分析

对果长、果宽、株高、冠幅、果鲜重、花风干重、种籽鲜重进行分析。使用Microsoft excel 2007进行数据整理，采用IBM SPSS Statistics 22.0进行数据分析，以单株测定值进行方差分析、多重比较；各性状的平均值与地理气候因子做Pearson相关性分析；Q型聚类分析进行种源区划分；主成分分析中，按照特征值大于1的标准提取主成分，以各表型性状的特征向量值为依据，计算各主成分值Fn（第n个主成分值），再以每个主成分所对应的贡献率占所提取主成分累积贡献率的比例作为权重，计算综合主成分值F，根据得分进行排序[ 22 ]。

变异系数CV（%）=S/X×100

式中，S为标准差；X为平均值。

表型分化系数V=δ/（δ+δ）

式中，δ、δ分别表示群体间方差分量、群体内方差分量。

3 结果与分析

3. 1 生长、形质和粒重的种源差异

方差分析结果（表1）显示，野生山刺玫生长、形质和粒重均存在显著的种源效应（P<0.01）。果长变幅为9.42～15.03 mm，果宽的变幅为9.53～13.84 mm，变异系数分别为9.25%和7.99%。株高变幅为0.75～1.43 m，单株最高种源是最低种源的近2倍。冠幅平均值为0.43 m，变异系数为16.13%。不同种源的果实百粒鲜重差异极显著（P<0.01），双鸭山宝山经营所达到96.29 g，黑河西岗子林场仅为34.33 g，龙江错海林场、鸡西胜利林场、宾县万人欢林场、富锦太东林场、嘉荫太平林场的表现较好，果实百粒鲜重在70 g以上。不同种源的花风干重变异系数较小，为9.90%，50朵花的风干重均值为3.89 g。籽鲜重的变异系数最高，达到16.74%。

3. 2 种源间表型分化系数

由表2可知，野生山刺玫性状的平均表型分化系数为81.71%，种源间方差分量占总变异的56.23%，种源内方差分量占总变异的15.24%，说明种源间的变异是野生山刺玫表型性状的主要来源。7个性状中，只有籽鲜重在种源内的变异大于种源间的变异，其他6个性状均为种源间变异大于种源内变异。

3. 3 生长、形质和粒重地理变异模式及与产地气候因子的关系

由表3可知，果长、果宽与相对湿度、降水量、年积雪日数存在负相关性，与年均温、地面均温、日照时数、蒸发量存在正相关性；株高与相对湿度、降水量、年积雪日数存在显著正相关性（P<0.05），说明降水显著影响野生山刺玫生长高度；冠幅与日照时数显著正相关（P<0.05）。果实百粒鲜重、籽鲜重受产地气候因子的影响不显著；花風干重与年均温、地面均温、蒸发量呈显著正相关（P<0.05），与相对湿度、降水量、积雪天数呈显著负相关性（P<0.05），说明温度对花风干重有正向作用，而湿度对花风干重有负向作用。

性状之间的相关性分析发现，果实百粒鲜重、花风干重均与果长、果宽存在正向相关性，与株高和冠幅呈负相关性。果实百粒鲜重受果宽影响显著，r=0.571*（P<0.05），与果长的相关性未达到显著水平（P>0.05）；花风干重受果长、果宽影响显著（P< 0.05），间接说明花风干重较高的种源，秋季结果的果长和果宽数值较大。籽鲜重与生长性状之间呈不显著负相关性。

3. 4 种源区划分

采用生长、形质和粒重等7个性状的种源均值，对不同种源进行Q型聚类（图1），若以欧氏距离10为阈值，可将20个种源明显的划分为3个大类，龙江错海林场、双鸭山宝山经营所各成一类，龙江错海林场的果长、果宽是最大的，分别为15.03 mm和13.84 mm，株高最低，为0.75 m，冠幅大，达到0.53 m。果实百粒鲜重较高，达到82.26 g/100颗果，若将20个种源的表型性状按照从大到小进行排序，分成3个等级，每个等级包含6、6、7个种源，其花、籽重属于第一等级的尾端，综合表现良好。经纬度方面，龙江错海林场与扎兰屯成吉思汗的地理位置大致相同，处于所有种源中的最西端，海拔上龙江错海林场略高；气候因子方面，龙江错海林场的地面均温、日照时数、蒸发量较高，相对湿度、降水量、年积雪日数属于20个种源中最低的。双鸭山宝山经营所的果实百粒鲜重是所有种源中最高的，达到96.29 g/100颗果，果宽、花风干重属于第一等级较高水平，其余的表型性状处于第二等级。该地位于山区，日照时数、降水量相对较低。第Ⅰ大类包括18个种源，可进一步划分为2个亚类，第Ⅰ-2类包括七台河铁山林场、富锦太东林场、扎兰屯成吉思汗、鸡西胜利林场聚为一类，由此可见，种源的划分基本按照地理经度，由西向东，中间一带聚为一类，主要表现为果长、果宽、果实百粒鲜重、花风干重处于中等及以下水平，冠幅较大。

3. 5 生长、形质的主成分分析

根据特征值大于1的原则提取了3个主要成分，累积贡献率为74.022%，能反应7个性状的基本特征。第1主成分的特征值为2.734，贡献率为39.064%，特征向量值较大的性状是果长、果宽、花风干重和果实鲜重，反应了结实的特征状况；第2主成分贡献率为20.535%，特征向量值较大的性状是冠幅和株高，直观反应了长势情况；第3主成分贡献率为14.605%，特征向量值较大的性状是籽鲜重和冠幅。

3. 6 野生山刺玫生长、形质的综合评价

目前，野生山刺玫直接利用主要在鲜果食用与花的泡茶饮用，并具有一定的观赏性，从这些方面考虑，结合主成分值的排名情况，筛选出4个优良种源（表6），种源按照主成分值排名进行排序，依次是双鸭山宝山经营所、龙江错海林场、鸡西胜利林场和嘉荫太平林场。

4 讨 论

表型分化系数反应了群体间表型分化的程度[ 23 ]。研究认为遗传多样性越高、变异越丰富，对环境变化的适应能力就越强，越容易扩展分布范围[ 24 ]。形态性状作为遗传标记早已被广泛应用于种质资源鉴定、评价与分类研究，是对植物种质资源研究最基本和最传统的方法与途径[ 25 ]。表型分化系数显示导致黑龙江省野生山刺玫变异的主要来源在于种源之间，种源之间的变异反映了地理、生殖隔离上的变异，意义大于种源内变异。邵珠华[ 26 ]的研究表明群体内的变异是云南省大花香水月季（R. odorata Sweet var. gigantea）、尖叶蔷薇（R. longicuspis）的主要变异来源，而向贵生等[ 27 ]对云南省分布的川滇蔷薇自然居群的研究表明，变异的主要来源为居群间变异，说明同一地域的不同蔷薇科植物同样存在着不同的变异来源。

变异系数可以反映材料的变异程度[ 28 ]，从而揭示其变异格局，变异系数越大，则性状值离散程度越大[ 26 ， 29 ]。普遍认为，变异系数大于10%时，表明样本间差异较大[ 30 ]。冠幅、果实鲜重的变异系数较大，分别为16.13%和16.64%，表型分化系数较大，分别为100%和93.29%，种群间的变异系数、表型分化系数较大，说明具有丰富的遗传变异，有利于优质种源的选择和利用[ 31 ]，而冠幅较大的灌木有更大的生长空间，相同条件下利于结实，说明从冠幅和果实鲜重的角度进行优质种源的选择是较好的途径。籽鲜重的变异系数达到16.74%，是7个性状中最大的，表型分化系数显示其变异主要来自于种源内，与生长和形质的相关性不显著，导致这些结果的原因可能是取样的不确定性，在100颗果中随机取10颗进行脱粒，每颗果含有的籽粒大小、多少、是否成熟饱满都是未知的。群体内的变异是物种多样性的重要组成部分，反映着基因突变、环境适应等重要信息，具有重要的意义[ 32 ]，因此，今后有关于籽粒的变异研究应从确定籽粒数进行分析。

株高与气候因子的相关性规律与果长、果宽、花风干重与气候因子的相关性规律完全相反，相关性分析结果表明温度的增加（年均温、地面均温、蒸发量）对果长、果宽、花风干重有正向作用，对株高有负向作用；而降水、积雪天数这些增加湿度的因素会削弱果长、果宽、花风干重的增长，促进植株高度的增长，花风干重与果长、果宽呈显著正相关（P<0.05），说明野生山刺玫对水分的利用主要在株高的增长上，对光照的利用主要在结实方面。果实百粒鲜重、籽鲜重受产地气候因子的影响不显著，影响产量的因素除了种源差异外，还存在抚育管理的部分原因，这可能与试验林建成8年来的统一管护有一定关系。

表型观测是研究植物遗传多样性最直观和最基础的方法，通过这一方式可以从整体上了解资源的丰富程度[ 33 ]。通过直观的表型观测结合粒重进行的聚类分析发现，由西向东，中间一带聚为一类，果长、果宽、果实百粒鲜重、花风干重处于中等及以下水平，冠幅较大。最西端和靠东端自成一类。向贵生等[ 27 ]通过聚类分析显示表型变异大致依地理距离聚类，在黑龙江省地图上对20个种源进行标记发现，黑龙江省野生山刺玫种源的划分基本依据地理经度进行聚类。

李树发等[ 32 ]对云南省中甸刺玫（Rosa praelucens Byhouwer）天然居群进行的研究表明，表型分化系数为69.56%，群体间的变异是其表型变异的主要来源，建议保存其群体内蕴藏的观赏性状。对于黑龙江省野生山刺玫的变异研究表明，表型分化系数为81.71%，种源间的变异是野生山刺玫表型变异的主要来源。进行野生山刺玫性状改良时，可充分利用种源间的遗传变异，有助于选择在结实方面更具优势的优良种源，为资源良种化和产业化发展提供广阔前景。

5 结 论

黑龙江省野生山刺玫种源的变异系数为9.25%～16.74%，生长、形质及粒重均存在显著的种源效应（P<0.05）；平均表型分化系数为81.71%，种源间方差分量占比56.23%；温度相关因子与果长、果宽、花风干重呈显著正相关性（P<0.05），与株高负相关，花风干重与果长、果宽呈显著正相关（P<0.05）；种源区划分基本依据地理经度进行聚类，以欧氏距离10为阈值时，可将20个种源划分为3大类；果宽、果长、花风干重和果实鲜重的变异对种群变异起主要贡献作用；根据食饮和观赏性，确定了4个优良种源，包括双鸭山宝山经营所、龙江错海林场、鸡西胜利林场和嘉荫太平林场。

参考文献

［1］ 俞德浚，  陆玲娣，  谷粹芝.  中国植物志（第三十六卷： 蔷薇科）［M］. 北京： 科学出版社， 1974.

［2］ 傅立国，  金鉴明.  中国植物红皮书： 稀有濒危植物（第一册）［M］. 北京： 科学出版社， 1991.

［3］ 杨继红.  中国濒危物种野生玫瑰的遗传多样性及其影响因子研究［D］. 济南： 山东大学， 2009.

［4］ 童冉.  野生玫瑰表型多样性研究［D］. 山东农业大学， 2017.

［5］ 徐冬梅， 雷钧涛.  刺玫果提取工艺研究［J］.  吉林医药学院学报， 2008（5）： 256-259.

［6］ 王晓燕，  李雪琴.  应县野生刺玫果营养成分分析及评价［J］.科技情报开发与经济， 2004（5）： 140 - 141.

［7］ 王隶书，  王海生，  高军，&nbsp; 等.  山刺玫不同药用部位中总黄酮的含量测定［J］.  中国实验方剂学杂志， 2010， 16（10）： 56 - 58.

［8］ 何媛媛，  陈凡，  孙爱东.  刺玫果功效及食品开发研究进展［J］.中国食物与营养， 2015， 21（6）： 25 - 28.

［9］ 许正斌，  郭秀芳，  史久良.  刺玫根治疗慢性气管炎有效部位的探讨［J］. 黑龙江医药， 1983（2）： 51 - 52.

［10］ 韩晶利，  于文丽，  贾继英.  野玫瑰根多糖对D-半乳糖所致衰老模型小鼠免疫功能影响的实验研究［J］.  中国老年学杂志，2008（8）： 759 - 760.

［11］ 杨志莹，  赵兰勇，  徐宗大.  盐胁迫对玫瑰生长和生理特性的影响［J］.  应用生态学报， 2011， 22（8）： 1993 - 1998.

［12］ 金飞宇，  束華杰，  刘建，  等.  玫瑰种群生物学研究进展［J］.生态学报， 2016， 36（11）： 3156 - 3166.

［13］ 何涛，  樊小莉，  鲁璐，  等.  不同种源石斛表型性状多样性及其与地理因子的相关性［J］.  植物资源与环境学报， 2021， 30（2）：1 - 11.

［14］ Sokolov S Ya， Svjazeva O A. Kubli V. Distribution of Trees and Shrubs in the USSR， Vol. 2： Polygonaceae Rosaceae. Nauka， Leningrad， Russia［J］. Plant Physiology， 1980， 76： 84 - 87.

［15］ Ohwi J. Flora of Japan（translated and edited by F.G. Mayer&E.H. Walker）. Smithsonian Institution， Washington D C， USA.， 1965.

［16］ 陈建军，  王景辉，  王东升，  等.  吉林省珲春地区野生玫瑰的生态调查及栽培技术［J］.  中国林副特产， 1997（2）： 62 - 63.

［17］ 刘治民，  杨建龙，  邢潇，  等.  吉林省山刺玫药用情况及资源调查研究［J］.  中药材， 2017， 40（7）： 1558 - 1562.

［18］ 姬璐璐.  鲅鱼圈地区野生玫瑰种质资源调查研究.  辽宁林业科技， 2006（4）： 44 - 46.

［19］ 冯立国，  邵大伟，  生利霞，  等.  野生玫瑰的花粉形态及其起源与演化的探讨.  林业科学， 2007， 43（12）： 76 - 80.

［20］ 殷国平.  黑龙江省野生浆果资源及开发利用区域化探讨［J］.中国林副特产， 2008（2）： 94 - 95.

［21］ 鲁会玲.  黑龙江省野生浆果资源优势及开发潜力分析［J］.国土与自然资源研究， 2005（1）： 95 - 96.

［22］ 苏群，  杨亚涵，  田敏，  等.  49份睡莲资源表型多样性分析及综合评价［J］.  西南农业学报， 2019， 32（11）： 2670 - 2681.

［23］ 董胜君，  王若溪，  张皓凯，  等.  不同种源东北杏果实表型性状多样性分析［J］.  植物资源与环境学报， 2020， 29（6）： 42 - 50.

［24］ World Resources Institute（WRI）等，  马克平译.  全球生物多样性策略［M］.  北京： 中國标准出版社， 1993.

［25］ Witold M， Lukasz M. First extensive multilocus phylogeny of the genus Milnesium（Tardigrada） reveals no congruence between genetic markers and morphological traits［J］. Zoological Journal of the Linnean Society， 2020， 188（3）： 39 - 45.

［26］ 邵珠华.  大花香水月季与长尖叶蔷薇的遗传多样性研究［D］.重庆： 西南大学， 2010.

［27］ 向贵生，  王其刚，  蹇洪英，  等.  云南川滇蔷薇天然居群表型多样性分析［J］.  云南大学学报（自然科学版）， 2018， 40（4）： 786 - 794.

［28］ 万映伶，  刘爱青，  张孔英，  等.  菏泽和洛阳芍药品种资源表型多样性研究［J］.  北京林业大学学报， 2018， 40（3）： 110 - 121.

［29］ 柳江群，  尹明宇，  左丝雨，  等.  长柄扁桃天然种群表型变异［J］.  植物生态学报， 2017， 41（10）： 1091 - 1102.

［30］ 白史且，  苟文龙，  张新全，  等.  假俭草种群变异与生态特性的研究［J］.  北京林业大学学报， 2002（4）： 97 - 101.

［31］ 罗群凤，  胡拉，  谭健晖，  等.  百色地区香合欢种子表型性状变异分析［J］.  森林与环境学报， 2020， 40（1）： 62 - 67.

［32］ 李树发，  李纯佳，  蹇洪英，  等.  云南香格里拉特有易危植物中甸刺玫的表型多样性［J］.  园艺学报， 2013， 40（5）： 924 - 932.

［33］ 尹世华，  王康，黄晓霞，  等.  47份月季品种表型多样性分析及综合评价［J］.  江西农业大学学报， 2021， 43（1）： 94 - 105.