樟科楠屬4種植物種實表型性狀及其發芽特性研究

陸云峰， 王 豪， 徐沁怡， 李修鵬， 王建軍

(寧波市林特科技推廣中心， 浙江 寧波 315012)

林木果實、種子作為生殖器官，相較于葉片等營養器官，其表型性狀更具穩定性，是林木長期遺傳和自然環境選擇的綜合體現，在遺傳育種上具有重要意義[1-2]。林木遺傳變異研究可通過表型測定、細胞學、生化和分子標記等方法，其中，表型測定具有簡單、直觀、易測等特點而被廣泛應用[3-4]。種子發芽過程是實現種群更新和物種延續的重要階段，是構建植物群落的關鍵環節[5]。同時，林木種實性狀與發芽特性呈較高程度的相關性[6-7]。因此，開展種實表型性狀及發芽特性的研究，是苗木培育和品種改良的關鍵。

楠屬(Phoebe)是樟科(Lauraceae)中經濟價值極高的一個屬，全世界約有94種，我國有34種3變種，主要零散分布于長江流域及長江以南地區[8]。該屬植物木材堅硬致密，紋理直，有光澤，耐腐且富楠木芳香，是家具、雕刻的高級用材；同時其樹體高大通直，枝葉繁茂且常綠，也可作為優良園林綠化樹種。其中，楨楠(Ph.zhennan)、閩楠(Ph.bournei)、浙江楠(Ph.chekiangensis)、紫楠(Ph.sheareri)等因其珍貴稀有而被稱為“金絲楠木”。然而，由于氣候環境變化，人類過度砍伐，自然更新能力弱等諸多原因，楠屬植物天然資源越來越少，開展資源保護和良種選育工作迫在眉睫[9]。目前，針對楠屬植物的研究主要集中在資源調查、遺傳多樣性分析、育苗技術、造林方法等方面[10-14]，而對其果實、種子性狀及其發芽特性的研究鮮見報道。鑒于此，本研究收集楠屬4種植物(楨楠、閩楠、浙江楠、紫楠)的代表性種源的成熟果實16份，通過測定果實、種子的表型性狀及播種試驗，研究其不同種間、同一植物不同種源間果實、種子表型性狀及其發芽特性，以了解其表型變異規律和實生繁育能力，為楠屬植物的遺傳改良和高效育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在查閱文獻記載和野外實地調查的基礎上，于2018年11—12月在四川、重慶、湖北、湖南、江西、福建、浙江、江蘇等省份開展楠屬4種植物(楨楠、閩楠、浙江楠、紫楠)成熟果實的野外采集工作，共計16個采樣點(表1)。采用全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)記錄各采樣點的經緯度及海拔，并查閱獲得其年均溫、年降水量、年日照時長等氣候因子。選擇生長健壯、結實良好的單株作為采樣母樹，并盡量拉大兩采樣母樹之間的距離，避免其親緣關系。在各母樹的樹冠中上部東、南、西、北4個方向進行均勻采樣，并將各采樣點的樣品混勻保濕保存，帶回實驗室進行測定。

表1 楠屬4種植物16個群體的地理氣候概況

1.2 試驗方法

1.2.1果實、種子表型性狀測定

每個參試種源隨機選取300粒健康飽滿果實，分為3個重復，每個重復100粒。用電子游標卡尺測量果實長與寬(測量精度為0.01 mm)，計算果實長寬比(形態指標)；用電子天平稱100粒果實質量(稱量精度為0.001 g)，記為M果實；剝取果皮，使與種子分離，果皮放入40 ℃烘箱烘干至恒重后稱重，記為M種皮。同理，測量種子長與寬，計算種子長寬比；稱量去皮后的100粒種子質量，記為M種子。

種皮含水量(%)=[1-M種皮/(M果實-M種子)]×100%；

最后，先向100 mL量筒倒入適量自來水，記下讀數1，再將測定完百粒重后的100粒種子加入量筒，記下讀數2，則單粒種子的平均體積為：(讀數2-讀數1)/100。

1.2.2播種育苗

種子去皮后，采用混沙濕藏越冬催芽。播種育苗試驗地位于浙江省寧波市林業局林特種苗繁育中心東吳苗圃(121°42′E，29°49′N)，于2019年2月上旬開始播種，將泥炭與珍珠巖按1∶1的比例混合作為基質，每立方米基質中施入1.5～3.5 kg緩釋肥。所施緩釋肥為美國愛貝施(APEX)長效控釋肥，全氮含量為180 g·kg-1，有效磷和有效鉀含量分別為60 g·kg-1、120 g·kg-1[15]。各個種源隨機選取300粒種子進行播種，分為3個重復，每個重復100粒。將上述基質裝入無紡布容器袋，種子直接播于其中，育苗過程需要保持基質濕潤。種子開始萌發后，持續觀察其生長情況，每天定時記錄當天萌發出土的種子數。當連續5 d無種子萌發出土，結束發芽試驗[16-17]。

試驗結束后分別計算種子的發芽率、發芽勢和發芽指數，計算公式如下：

發芽率(%)=(正常發芽種子粒數/供試種子總粒數)×100%；

發芽勢(%)=(達到高峰時正常發芽種子粒數/供試種子總粒數)×100%；

發芽指數=∑(Gt/Dt)，式中，Gt為不同發芽時間(t)的發芽率，Dt為不同發芽試驗時間(d)。

1.3 數據統計與分析

應用Microsoft Excel 2007與SPSS 22.0軟件進行數據統計，計算楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性的平均值、標準偏差、變異系數，并進行相關性分析、主成分分析及聚類分析等。

2 結果與分析

2.1 楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性分析

由表2可知，楨楠的果實長、寬均值最大，分別為14.65 mm和7.82 mm，其中，果實最長的為PZ-YA種源(16.65 mm)，果實最寬的為PZ-DJY種源(8.84 mm)。果實百粒重由大到小依次為楨楠(59.34 g)、閩楠(54.46 g)、浙江楠(49.99 g)、紫楠(40.69 g)。而果皮含水率由大到小依次為紫楠(70.60%)、浙江楠(69.47%)、閩楠(65.68%)、楨楠(54.34%)。楠屬4種植物的種子長、寬與其果實長、寬表現一致，且種子百粒重與果實百粒重表現也一致，由大到小依次為楨楠(36.02 g)、閩楠(30.09 g)、浙江楠(29.15 g)、紫楠(27.27 g)。楠屬4種植物發芽率由高到低依次為楨楠(88.48%)、閩楠(88.05%)、紫楠(85.76%)、浙江楠(84.48%)，其中發芽率最高的是PZ-YA、PB-YX兩種源，均達到91.79%。發芽勢由高到低依次為楨楠(52.25%)、閩楠(48.94%)、紫楠(47.32%)、浙江楠(45.85%)，而發芽指數由高到低則為楨楠(5.78)、紫楠(5.71)、閩楠(5.58)、浙江楠(5.10)。

表2 楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性的變異情況(平均值±標準偏差)

2.2 楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性的變異系數

變異系數(CV)能反映楠屬4種植物不同種源各性狀間的變異程度，變異系數越大，離散程度越大。由表3可見，楠屬4種植物各性狀平均變異系數由大到小依次為楨楠(11.85%)、閩楠(7.74%)、浙江楠(7.05%)、紫楠(6.64%)。楨楠各性狀中變異系數最大的為種子長寬比(17.44%)，最小的為發芽率(4.45%)；閩楠最大的為種子長寬比(13.20%)，最小的為果皮含水率(4.55%)；浙江楠最大的為單粒種子體積(11.79%)，最小的為果皮含水率(2.90%)；且紫楠最大的為單粒種子體積(13.22 cm3)，最小的為果皮含水率(2.82%)。同一樹種4個不同種源的平均變異系數也存在明顯差異，例如，閩楠最大的為PB-SC種源(6.46%)，最小的為PB-TH種源(4.68%)。

表3 楠屬4種植物16個群體的性狀變異系數

2.3 楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性的相關性分析

果實、種子表型性狀及發芽特性之間相關分析結果(表4)表明，果實長與果實長寬比、果實百粒重、種子長、種子長寬比、種子體積均呈極顯著正相關(p<0.01)，果實長與果皮含水率呈極顯著負相關(r=-0.709;p=0.002)；果實寬與果實百粒重、種子寬、種子百粒重、種子體積均呈顯著負相關(0.01

表4 楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性的相關性分析

2.4 主成分分析

對楠屬4種植物果實、種子表型性狀及發芽特性進行主成分分析。由表5可見，前3個主成分累計貢獻率達到90.622%。其中，第1主成分的特征值為7.114，方差貢獻率為54.722%，主要反映果實長、果實百粒重、種子長、種子百粒重、種子體積的形態特征；第2主成分的特征值為2.989，方差貢獻率為22.994%，主要反映果實寬、種子寬的形態特征；第3主成分的特征值為1.678，方差貢獻率為12.906%，主要反映發芽率、發芽勢、發芽指數的種子發芽特征。

表5 各性狀主成分的因子負荷量、特征值、貢獻率及累積貢獻率

2.5 聚類分析

基于果實、種子表型性狀及發芽特性，對楠屬4種植物16個群體進行UPGMA聚類分析(圖1)。以平均歐式距離18 cm為閾值，可將其分為兩大類，第一大類為閩楠、浙江楠、紫楠3種植物的12個群體；第二大類為楨楠的4個群體PZ-YC、PZ-LF、PZ-YA、PZ-DJY。在第一大類中，浙江楠的4個群體PC-HZ、PC-QY、PC-NB、PC-KH可聚為一類，閩楠的3個群體PB-TH、PB-YX、PB-JD可聚為一類，紫楠的3個群體PS-LA、PS-JD、PS-SC可聚為一類，而PS-NJ、PB-SC則單獨為一類群。

圖1 基于表型性狀及發芽特性的16個群體聚類結果

3 結論與討論

林木種實表型性狀是相對穩定的遺傳特征，是遺傳變異的直接表現形式[18]。經過長期自然選擇，種實性狀表現出了對環境變化的適應性，因此其性狀研究對林木具有重要意義[19]。本研究結果表明，種實性狀在楠屬4種植物種間、種內均存在明顯變異，這與李因剛等[20]的研究結果一致；此外，發芽特性在種間、種內存在明顯變異，這與謝英贊等[21]的研究結果相一致。楠屬4種植物各性狀平均變異系數由大到小依次為楨楠(11.85%)、閩楠(7.74%)、浙江楠(7.05%)、紫楠(6.64%)，均屬于輕度離散，性狀相對穩定[22]。Li等[19]研究指出，閩楠葉片、種子表型性狀平均變異系數為12.12%，遠高于本研究中閩楠的7.74%，這是由于本研究僅測定了閩楠種實和發芽性狀，而未測定葉片表型性狀，這也進一步證實了多數植物種實性狀比葉片性狀更穩定[20,23]。

各性狀間相關分析結果顯示，楠屬植物的果皮含水率與果實百粒重、種子百粒重呈顯著負相關，且與果實長、種子長和種子體積均呈極顯著負相關，這說明果實、種子越長或越重，其果皮含水率則越低。種子發芽率與果實寬、種子寬呈極顯著正相關，且與果實百粒重、種子體積呈顯著正相關，表明楠屬植物種子顆粒越飽滿，質量越大，發芽能力越強，這與砂生槐(Sophoramoorcroftiana)[24]、紅皮云杉(Piceakoraiensis)[25]等種子發芽特性相似。然而，發芽勢則與果皮含水率呈顯著負相關，因此可以推斷楠屬植物因其果實為漿果，果皮含水越多，可能會在一定程度上降低種子活力而影響正常發芽。主成分分析表明，第1主成分、第2主成分均反映出果實、種子的形態特征，同時，聚類分析結果顯示，楠屬4種植物16個群體基本按照物種聚為一類，說明通過果實、種子性狀對不同楠屬物種進行植物學分類的可行性[26]。

楠屬植物作為長江以南地區優良珍貴常綠闊葉樹種，在用材、綠化等方面頗具發展前景和應用價值。其中，楨楠、閩楠、浙江楠均已被列為國家二級保護漸危種，盡管如此，因遭受亂砍濫伐、生境破壞等原因，現存楠屬植物天然資源已經十分稀缺。因此，對楠屬植物資源保護與合理利用刻不容緩。基于楠屬植物種實性狀及發芽特性變異豐富的特點，選擇優良群體或個體進行采種培育，并運用扦插、嫁接、體胚等無性快繁技術保存優株；在楠屬植物采種時應選擇顆粒飽滿，質量體積均較大的種實進行采種播種，可提高其發芽率；進一步觀測本研究中楠屬4種植物苗期生長狀況，為良種選育和資源保護提供依據。