不同種源楠木葉片表型性狀變異分析

歐漢彪，林建勇，李 娟，梁瑞龍

(廣西林業科學研究院/國家林業與草原局中南速生材繁育重點實驗室/廣西優良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002)

【研究意義】楠木(Phoebebournei)屬樟科(Lauraceae)高大喬木，在我國主產于福建、浙江、湖北、湖南、江西、四川、重慶、廣東和廣西等地，大部分散生長于山地丘陵或溪溝旁。其樹干通直、樹形優美、材質細密且極耐腐，是我國特有珍貴闊葉樹種，具有極高的經濟價值和觀賞價值。目前，楠木制作的高檔家具、建筑、雕刻等聞名中外，優良材質讓消費者趨之若鶩，市場供不應求[1]。由于人類長期強烈的干擾，導致楠木天然資源已急劇減少，因此楠木已被列為國家Ⅱ級野生瀕危保護植物。已有研究表明，植物葉片性狀受控于植物遺傳特性，具有相對穩定性，但也受生境條件和氣候特性等綜合環境影響而表現出差異性[2-3]，常作為區分品種間、種源間及家系間的重要生理性狀指標[4]。因此，分析不同種源楠木的葉片形態性狀及了解楠木不同種源間的遺傳變異規律，對其良種選育具有重要意義。【前人研究進展】迄今，學者對楠木的研究主要集中在生理生態學[5]、育苗技術[6]、遺傳改良[7]和造林技術[8]等方面，對其他葉片性狀變異研究的樹種有紅錐(Castanopsishystix)[9]、刨花潤楠(Machiluspauhoi)[10]、米老排(Mytilarialaosensis)[11]、苦楝(Meliaazedarach)[12]、厚樸(Magnoliaofficinalis)[3]、油茶(Camelliaolerfera)[14]等，并發現葉片形態性狀對環境因子的響應表現出顯著變異。植物群體在長期適應環境過程中會產生不同形式及程度的變異形態[15]，葉片是決定植物生長的重要器官，具有較強的可塑性和環境敏感性[16-17]。在不同光照、溫度、水分條件下植物葉片形態、內部結構和厚度會產生不同的變化[18]。表型多樣性是遺傳多樣性的直接體現，是基因表達與環境因子在長期進化過程中共同作用的結果[3，19]，而不同生境下植物種源的表型變異是遺傳變異格局、適應機制和環境可塑性研究的前提[20]。葉片性狀受控于植物遺傳特性，故物種的葉片性狀常被認為相對穩定[13]。此外，葉片性狀還受生境條件和氣候特性等綜合環境影響而表現出差異性，常作為品種間、種源間及家系間的重要生理性狀加以研究[21]。【本研究切入點】目前，關于楠木葉片表型性狀變異的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】分析6個不同地理種源4年生楠木幼樹的葉片形態變異情況，為楠木種質資源收集、保存、評價及其良種選育和開發利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在廣西南寧市廣西林業科學研究院苗圃進行，該區海拔約80 m，屬北熱帶季風氣候，年均氣溫21.7 ℃，年極端低溫-1.5 ℃，年極端高溫39.4 ℃，年均降水量1300 mm，日照時數1550 h以上，具有雨熱同期、陽光充足等特征。土壤屬赤紅壤，pH約4.2。

1.2 試驗材料

供試驗6個楠木種源分別來自重慶江津、貴州思南、廣西富川、湖南沅陵、江西崇義和福建建甌的自然分布天然群落，于2015年12月采集種子進行育苗；2017年4月換大袋移植于直徑20 cm、高20 cm的無紡布育苗袋繼續培育，行株距為1.0 m×1.5 m；2018年4月移植于苗圃空地。各種源地理位置和氣候因子概況見表1。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 從本研究項目團隊收集的楠木種源中，按照其天然群落地理分布范圍，篩選6個最具代表性的種源，每個種源選取3株生長狀態良好的幼樹為重復，在每株樹冠外層向陽面的枝條摘取30片長勢良好、無病蟲害的成熟葉片進行標記，裝入密閉自封袋帶回實驗室測量性狀指標。

1.3.2 測定指標及方法 葉片性狀指標中，葉面積、葉周長、葉長、葉寬、長寬比和形狀因子(葉片面積與周長的校正比)使用手持式激光葉面積儀CI-203(美國CID公司)測定，葉厚用游標卡尺測量，葉柄長和寬基距用直尺測量，葉基角、葉尖角和葉脈角用量角器測量。

表1 6個天然楠木種源概況Table 1 Overview of 6 natural populations of P. bournei

表2 楠木葉片表型性狀的方差分量及種源間的表型分化系數Table 2 The variance component of phenotypic traits of P. bournei and the phenotypic differentiation coefficient between populations

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)，下同。

Note:* represented significant difference(P<0.05)，** represented extremely significant difference(P<0.01)，the same as below.

1.4 統計分析

2 結果與分析

2.1 楠木葉片的表型變異分析結果

由表2可知，楠木葉片表型性狀在種源內和種源間均存在極顯著差異(P<0.01，下同)，其中葉柄長、葉長和葉面積在種源間的方差分量百分比在30.00 %以上，說明這3個葉片表型性狀在種源間變異較大，易受地理位置的影響，而其他性狀變異主要表現在種源內，易受環境因子影響；葉柄長、葉厚、葉面積、葉基角和葉長5個性狀的表型分化系數均大于60.00 %，說明這5個性狀在種源間變異較大，而長寬比和寬基距的表型分化系數較小，為3.79 %和3.84 %，即該2個性狀在種源間表現相對穩定。楠木葉片表型性狀在種源間的方差分量百分比(18.01 %)大于種源內的方差分量百分比(17.92 %) ，說明葉片的表型性狀以種源間分化為主。

由表3可知，楠木葉片表型性狀表現出明顯的變異，變幅為11.96 %～31.97 %。其中，葉基角的變異系數最大，為31.97 %，最小值為10°，最大值為65°，極差達55°；葉柄長的變異系數較大，為27.02 %，最小值0.15 cm，最大值1.66 cm，極差達1.51 cm；葉尖角的變異系數也較大，為24.04 %，最小值27°，最大值89°，極差達62°；葉厚的變異系數最小，為11.96 %；其他葉表型性狀變異的變幅在12.09 %～19.92 %。說明葉基角和葉尖角的變異非常明顯，離散程度大，而葉厚性狀較穩定。

由表4可知，福建建甌種源的葉面積最大(26.82 cm2)，重慶江川種源次之，二者差異不顯著(P>0.05，下同)，但顯著大于其他種源(P<0.05，下同)，而廣西富川種源的葉面積最小(20.01 cm2)，江西崇義種源次之，二者差異不顯著，但顯著小于其他種源；葉長以重慶江津種源最長(12.85 cm)，福建建甌和湖南沅陵種源次之，三者差異不顯著，但顯著長于其他種源，而江西崇義種源的葉長最短(10.36 cm)，廣西富川種源次之，二者差異顯著且均顯著短于其他種源；葉寬以貴州思南種源最寬(3.43 cm)，重慶江津和福建建甌種源次之，三者差異不顯著，而廣西富川種源的葉寬最窄(2.90 cm)，江西崇義種源次之，二者差異不顯著，但顯著窄于其他種源；葉周長以湖南沅陵種源最長(28.95 cm)，福建建甌種源次之，二者差異不存在，而江西崇義種源的葉周長最短(25.25 cm)，廣西富川次之，二者差異不顯著，但顯著短于其他種源。說明重慶江津種源和福建建甌種源的葉形整體偏大，廣西富川種源和江西崇義種源的葉形整體偏小。

表3 楠木葉片表型性狀的變異情況Table 3 Variation coefficient of phenotypic traits in P. bournei leaves

從表4可看出，重慶江津種源、福建建甌種源、江西崇義種源、廣西富川種源、湖南沅陵種源和貴州思南種源楠木的形狀因子分別為0.42、0.41、0.40、0.38、0.37和0.36，長寬比分別為3.91、3.72、3.50、3.88、3.85和3.53，說明狹長形數值較小，寬闊形數值較大，楠木葉片具有向圓形變異的趨勢。

一般氣溫高、陽光輻射程度較強會使葉片變厚。在表4中，不同種源楠木的葉厚排序為湖南沅陵種源(0.22 cm)>江西崇義種源(0.19 cm)=廣西富川種源(0.19 cm)=福建建甌種源(0.19 cm)>貴州思南種源(0.17 cm)>重慶江津種源(0.16 cm)，其中重慶江津和貴州思南種源的葉厚較薄，二者差異不顯著，但顯著薄于其他種源，說明重慶江津和貴州思南種源較耐陰。

葉基角、葉尖角、寬基距、葉脈角和寬基距葉長比等指標可以表征心形葉的基部凹陷和先端削尖程度。從表4還可看出，葉柄長、寬基距和寬基距葉長均以湖南沅陵種源最大，即湖南沅陵種源葉片的基部較狹小；葉尖角、葉基角和葉脈角均以江西崇義種源最大，即江西崇義種源基部葉片的先端最寬闊。

2.2 楠木葉片表型性狀與地理因子和氣候因子的相關性

由表5可知，楠木的葉面積與葉長、葉寬和葉周長呈極顯著正相關，相關指數均大于0.600，表明葉面積隨著葉長、葉寬和葉周長的增加而增加，葉面積主要受這3個性狀指標影響；與長寬比呈極顯著負相關，與性狀因子呈極顯著正相關，說明葉片形態狹長則葉面積較小；與葉柄長、寬基距和寬基距葉長比呈極顯著正相關，表明葉面積較大則葉柄也較長，且葉片最寬處離葉基較遠。

楠木種源采集點位于東經106°03′35″～118°06′32″、北緯24°34′48″～28°55′44″，海拔160～750 m，包含楠木所有分布區域，各種源的地理位置和氣候條件差異明顯(表1)。相關性分析結果表明，經度與葉厚、葉柄長、葉尖角和葉基角呈極顯著正相關，與葉長和葉脈角呈極顯著負相關，表明楠木種源地從西到東其葉厚、葉柄長、葉尖角和葉基角隨經度增加而增大，葉長和葉脈角隨經度增加而減小，即不同種源地楠木葉片從西到東表現變近圓的變化趨勢；緯度與葉面積、葉長、葉寬、葉周長、葉柄長和寬基距均呈極顯著正相關，與葉尖角和葉基角呈極顯著負相關，表明楠木種源地自南到北其葉面積、葉長、葉寬、葉周長、葉柄長、寬基距和葉脈角隨緯度的增加而增大，葉尖角和葉基角隨緯度的增加而減小，即不同種源地楠木葉片從南到北表現變狹長趨勢；年降水量與葉面積、葉長、葉寬、葉周長、寬基距和葉脈角呈極顯著負相關，表明隨年降水量的增加葉片呈變小趨勢；≥10 ℃年積溫與葉寬、葉周長、葉柄長、寬基距和寬基距葉長比呈極顯著負相關，表明隨≥10 ℃年積溫的增加葉片呈變窄趨勢；海拔與葉寬和葉柄長呈極顯著正相關，與長寬比、形狀因子、葉厚、葉尖角和葉基角呈極顯著負相關，表明隨海拔的升高葉片呈變寬長趨勢。

表4 6個種源楠木13個葉片表型性狀的多重比較結果Table 4 Multiple comparisons of 13 leaf phenotypic traits in 6 provenances of P. bournei

注：同行數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same row represented significant difference(P<0.05).

表5 楠木葉片表型性狀間及其與地理因子的相關性分析結果Table 5 Analysis of phenotypic traits of P. bournei leaf and its correlation with geographical factors

表6 楠木葉片表型性狀的主成分分析結果Table 6 P. bournei leaf phenotype principal component analysis

2.3 楠木葉片表型性狀的主成分分析

由表6可知，楠木葉片表型性狀的第1～第4特征值分別為4.254、2.613、1.654和1.142，均大于1.000(第5個特征值為0.8270，小于1.000)，故取前4個主成分進行分析。前4個主成分的累計貢獻率為74.338 %，其中第1主成分貢獻率為32.726 %，與葉面積、葉長、葉周長和寬基距相關度較高，主要表征葉片表型的葉大小性狀；第2主成分貢獻率為20.104 %，與葉面積、葉寬和葉尖角相關度較高，主要表征葉片表型的寬闊程度；第3主成分貢獻率為12.721 %，與葉面積、葉長和形狀因子相關度較高，主要表征葉片表型的狹長程度；第4主成分貢獻率為8.788 %，與葉厚相關度較高，主要表征葉片表型的薄厚程度。

根據主成分分析結果，利用提取的4個主成分對楠木葉片表型性狀進行聚類分析。從圖1可看出，以歐式距離5為閾值，6個楠木種源可分為3個類群：廣西富川種源和江西崇義種源為一類，處于楠木分布范圍的南部；福建建甌種源和湖南沅陵種源為一類，處于楠木分布范圍的東北部；重慶江津種源和貴州思南種源為一類，處于楠木分布范圍的西部。

3 討 論

3.1 關于楠木葉片表型性狀變異

本研究發現，6個楠木種源的葉片表型性狀在種源間和種源內均存在極顯著差異，說明楠木葉片表型性狀在種源內的變異非常豐富。種源間的變異不僅受遺傳多樣性影響，也受長期地理阻隔、基因交流受限及地理環境因子變化的共同影響，其表型分化是在長期選擇中的適應性進化，比種源內變異更有意義[2]。楠木葉片表型性狀分化系數的均值達52.0 %，高于白皮松(Pinusbungeana)(Vst=22.8 %)[23]、復傘房薔薇(RosabrunoniiLindl.)(Vst=33.1 %)[24]、川西云杉(Piceabalfouriana)(Vst=36.5 %)[25]、大花香水月季(R.odoratavar.gigantea)(Vst=37.3 %)[26]和紫丁香(Syringaoblata)(Vst=43.9 %)[27]，小于蒙古櫟(Quercusmongolica)(Vst=54.0 %)[28]、中甸刺玫(R.praelucens)(Vst=69.6 %)[29]、峨眉薔薇(R.omeiensis)(Vst=73.6 %)[30]和云南黃連(Coptisteeta)(Vst=74.4 %)[31]。說明楠木葉片表型性狀分化屬于中等水平，種源間分化相對種源內稍高，受地理因子的影響較明顯。

變異系數可揭示葉片表型性狀的變異格局，變異系數越大，說明離散程度越大，性狀越不穩定。本研究結果表明，楠木葉片表型性狀變異幅度為11.96 %～31.97 %，高于紅錐(0.67 %～26.09 %)[9]、水青樹(Tetracentronsinense)(4.17 %～26.25 %)[32]，低于苦楝(16.48 %～41.26 %)[12]，與高州油茶(Camelliagauchowensis)(9.87 %～35.02 %)相近[14]。由于本研究選取的6個楠木種源涉及楠木分布的整個地理分布范圍，能較明顯反映葉片表型各器官的變異程度，有助于進一步開展葉片性狀對楠木生長影響機理的研究。

圖1 6個種源楠木的聚類分析結果Fig.1 Cluster diagram of six P. bournei provenances

葉片大小和形狀能有效反映植物生存環境的變化狀況，通過發生形態變化來調節水分蒸發和熱量散失以適應環境[3]；植物葉片具有較厚的角質層，一般可反映當地氣溫高、陽光輻射程度較強；葉柄長決定葉片的空間結構，可反映對光截留的程度。本研究結果表明，葉面積、葉長、葉寬、葉厚、葉柄長、葉基角和葉脈角的表型分化系數均高于50.0 %，說明楠木在不同生境中具有較大的表型性狀變異。調查發現，相同種源同一批采集種子培育的3年生苗，其葉片在南寧市廣西林業科學研究院苗圃和融水縣貝江河林場種苗基地呈現較大的性狀分化，南寧市的光熱相對融水縣充足，葉片表現更寬闊綿薄，進一步表明楠木對環境具有選擇性適應性。

3.2 關于楠木的地理變異規律

不同樹種的地理變異規律十分復雜，對環境的適應和敏感程度存在差異，隨經度和緯度變化具有不同的變異模式，如苦楝的葉面積和葉寬與緯度呈顯著正相關[12]，高州油茶的葉形指數與經度和緯度呈顯著負相關[14]，厚樸的葉柄長和葉長與緯度呈顯著負相關[13]，紅錐的葉長、葉寬和葉面積等與經度呈極顯著負相關[9]。本研究發現，楠木葉片的表型性狀與經度和緯度均呈極顯著相關，與張鳳良等[9]對紅錐、陳麗君等[12]對苦楝的研究結果一致，整體來看，在水平上的漸變特征表現出連續性。

在長期的地理阻隔及基因交流受限下，植物為了適應環境會進行自然選擇，由于氣候具有區域性特征，植物也表現區域變異特征，通過種源試驗可以揭示楠木種源變異情況，為劃分種源區提供科學依據。本研究通過聚類分析發現，楠木具有地理來源的南部、東北部和西部3個不同群體特征，即具有區域性；結合相關性分析結果，楠木葉片表型形狀變異規律具有地理連續性，說明楠木的地理變異規律屬于連續性和區域板塊性兩種分布模式并存，與舒梟等[13]對厚樸的研究結果相似。

4 結 論

楠木葉片的表型性狀在種源間和種源內均存在極顯著差異，葉片的表型性狀分化屬于中等水平，種源間的變異大于種源內變異，受地理因子的影響較大。不同種源地楠木葉片具有從西到東表現變近圓趨勢、從南到北表現變狹長趨勢、隨年降水量的增加表現變小趨勢及隨≥10 ℃年積溫的增加表現變窄趨勢的特征，可供楠木品種選育和利用研究參考。