翅果油樹人工林表型性狀變異規律研究

楊玉潔，胡曉艷，黃 堯，王升級，程葆昶,，張建國，杜淑輝*，王兆山*

(1. 山西農業大學林學院，北方功能油料樹種培育與研發山西省重點實驗室，山西 晉中 030800；2. 中國林業科學研究院林業研究所 ，國家林業和草原局林木培育重點實驗室 ，北京 100091)

翅果油樹（Elaeagnus mollisDiels.）是胡頹子科（Elaeagnaceae）胡頹子屬（Elaeagnus）落葉喬木或灌木，集中分布于山西省與陜西省，在河南省也有零星分布[1]。由于自然因素與人類活動等影響，翅果油樹分布范圍逐步縮減，種群數量下降明顯，被列為國家二級瀕危珍稀保護植物[2]。翅果油樹有極高的經濟價值和生態價值，是多功能高效益樹種，開發應用潛力巨大[3]。作為重要的木本油料樹種，其種仁出油率高達32.5%，翅果油含有大量對人體有益的功能成分，尤其是超高水平的維生素E（VE）含量，具有很高的食用藥用及保健價值。Wu等[4]比較了長梗扁桃（Amygdalus pedunculataPall.）、文冠果（XanthocerassorbifoliumBunge）、油用牡丹（Paeonia suffruticosaAndr.）和翅果油樹4種木本油料作物油脂中VE含量，發現翅果油中VE含量最高。翅果油樹還可作為園林綠化的優良樹種，并且在荒漠治理、綠化美化、改善林業生態等方面也有極其重要的作用[5]。目前，國內外專家學者對翅果油樹的研究主要涉及群落分布、葉性特征、化學成分、遺傳多樣性等方面[6-17]，如權洪峰等[18]對翅果油樹種子CO2超臨界萃取物進行成分分析，發現翅果油樹種子出油率為35.6%，并從中鑒定出4種脂肪酸成分。Du等[19]采用微衛星分子標記和葉綠體序列片段對翅果油樹野生群體的遺傳多樣性及遺傳結構進行研究，發現翅果油樹具有較高的遺傳多樣性，遺傳變異主要存在于群體內，群體間遺傳分化水平較高。

作為一種新興木本油料樹種，良種或新品種選育是翅果油樹相關產業發展的重要基礎。然而，目前關于翅果油樹表型性狀，尤其是果實性狀變異規律的研究較少開展，不利于翅果油樹優異種質資源的挖掘培育及相關產業發展。應用數量分類法分析植物種質資源表型性狀變異規律的研究已廣泛開展[20-22]。種質資源的調查分析是多樣性研究的基礎，作為衡量物種多樣性重要指標的表型多樣性，在種質資源的收集、保存、評價與利用研究等方面極為重要。張深梅等[23]選取了19個大別山山核桃（Carya dabieshanensisM. C. Liu et Z. J. Li）天然種群，對其表型性狀的變異規律及與地理分布的關系進行分析，為山核桃種質資源的收集、保護及改良提供了重要的理論支持。柴春山等[24]選取了44株文冠果果實的19個表型性狀，研究了文冠果人工種群性狀的變異情況，為篩選文冠果高產單株奠定了堅實的基礎。因此，為了進一步研究及保護翅果油樹種質資源，本研究系統全面分析翅果油樹表型性狀的變異規律，并篩選出一些優良單株，為后續翅果油樹林木良種及新品種選育工作的開展奠定堅實的基礎。

1 試驗區概況和試驗材料

1.1 試驗區概況

試驗區位于山西省翼城縣翅果油樹省級自然保護區（35°23′ ～ 35°52′N，111°34′ ～ 112°03′E），海拔500～1500 m，年平均氣溫10～12 ℃，年平均日照時數2400 h，年降水量 550 mm左右，霜凍期為10月下旬至次年4月上旬，無霜期約200 d。屬暖溫帶大陸性氣候，日照充足，四季分明，為山西省光熱資源豐富、雨量較多、無霜期長的地區之一[25]。

1.2 試驗材料

本研究所用的翅果油樹人工林是對翅果油樹就地保護工作的一部分，位于山西省翼城縣翅果油樹省級自然保護區內。2011年8—9月在山西省翼城縣、絳縣及鄉寧縣等地收集天然林種子，基本覆蓋了翅果油樹在我國的自然分布區，2011年冬季采用隨機混合播種法育苗，2014年定植。2020年7—9月間，本文作者所在研究團隊對保護區內翅果油樹種質資源結實情況進行了全面細致的調查，從中選取了100棵生長健壯、無病蟲害且結實量大的10年生單株作為進一步調查對象，并于2021年3—4月翅果油樹萌芽期、花期對其植株、葉片、花等表型性狀進行了進一步的調查、測量與分析。

2 研究方法

2.1 翅果油樹性狀調查表

根據《中國植物志》[26]、《山西樹木志》[27]等記載的翅果油樹形態特征，從中選取24個表型性狀建立性狀調查表，包括假質量性狀4個，包括葉緣（1：全緣；2：淺波狀；3：其他）、葉基（1：寬楔形；2：近圓形）、花萼形狀（1：萼筒鐘狀；2：其他）、花冠形狀（1：鐘狀；2：管狀；3：其他），數量性狀20個，包括樹高、冠幅、地徑、葉長、葉寬、葉形指數（葉長/葉寬）、葉柄長、葉色、盛花期花徑、花瓣長、花瓣寬、花梗長度、花色、果實縱徑、果實橫徑、果形指數（果實縱徑/果實橫徑）、果實鮮質量、果實干質量、種子干質量、種仁干質量（圖1）。

圖1 翅果油樹果實形態Fig. 1 Detailed morphology of E. mollis fruit

2.2 葉片性狀測定

選取測試植株樹冠中上部當年生枝條的葉片（每個植株選取5個枝條，每個枝條3個葉片），用游標卡尺測量葉片的長度、寬度和葉柄長度，葉片顏色采用英國皇家園藝協會（RHS）植物比色卡測定，葉片其他性狀通過直接觀測得到。

2.3 花朵性狀測定

盛花期時選取植株樹冠中上部枝條中上段花序（每個植株5個花枝，每個花枝10個花朵），用游標卡尺測量花徑、花柄長度、花瓣大小等，花瓣顏色采用英國皇家園藝協會（RHS）植物比色卡測定，其他性狀通過直接觀測得到。

2.4 果實性狀測定

果實成熟期選取植株樹冠中上部當年生結果枝條（每個植株隨機采集30個果實），用游標卡尺測量果實長（縱徑）、寬（橫徑），用電子天平測量鮮質量（質量皆為30個果實的總質量）。將果實放置于烘箱中，50 ℃烘24 h，待果實烘干后，稱果實干質量。去除外果皮，只保留種子，用電子天平測量種子干質量。去除種皮，只保留種仁，用電子天平測量種仁質量。

2.5 其他性狀測定

樹高的測定采用美國RD1000測樹儀，冠幅和地徑均采用直尺測量，其中，地徑取離地面約10 cm處的樹干直徑。

2.6 數據處理

試驗獲得的全部數據均采用 Excel 2010及SPSS18.0軟件進行處理分析。對100棵翅果油樹的24個表型性狀進行方差分析、多樣性指數計算、相關性分析、主成分分析與聚類分析，其中，相關系數使用pearson系數，聚類方法運用非加權配對算數平均法（UPGMA）。數量性狀劃分為10級，1級為< - 2σ，10級為≥ + 2σ，中間每級相差0.5σ，σ為標準差。表型性狀多樣性采用Shannon-Weaver（H'）指數評估，公式為：

式中：i=1，2，3，...，n，Pi指第i級的個體數占總樣品數的百分比[28]。

3 結果與分析

3.1 翅果油樹表型性狀多樣性

調查分析發現，100棵翅果油樹葉色均為144A，花色均為145B，花冠形狀均為管狀，花萼形狀均為鐘狀，葉緣均為全緣，葉基均為寬楔形，因此，后續不再對這6個性狀進行分析。從表1可看出：果實縱徑平均為16.774 mm，果實橫徑平均為18.294 mm，果形指數平均為0.926，表明翅果油樹的果實多為近圓形或闊橢圓形。葉長平均為9.830 cm，葉寬平均為4.463 cm，葉形指數平均為2.238，表明翅果油樹葉片多為卵形或卵狀橢圓形。翅果油樹表型性狀的變異系數（CV= 標準差/平均值 × 100%）為9.72%～37.66%，其中，果實鮮質量的平均變異系數最高（37.66%），果形指數的最小（9.72%）。翅果油樹18個數量性狀的多樣性指數（H'）為1.056～2.213，平均為1.801，表明翅果油樹種質資源數量性狀的變異類型較豐富。

表1 翅果油樹表型性狀的多樣性Table 1 Variance analysis of phenotypic traits of E. mollis

3.2 表型性狀相關性

從表2可看出：翅果油樹果實縱徑與果實橫徑、果形指數、果實鮮質量、果實干質量、種子干質量、種仁干質量等性狀呈極顯著正相關；果形指數與果實橫徑呈極顯著負相關；種子干質量與果實縱徑、果實橫徑、果實鮮質量、果實干質量、種仁干質量呈極顯著正相關。除種仁干質量外，葉長與6個果實性狀均呈顯著或極顯著正相關，葉形指數與葉寬呈極顯著負相關。花徑與花瓣長、花瓣寬呈極顯著正相關。樹高與冠幅呈極顯著正相關；地徑與樹高、冠幅呈極顯著正相關。

表2 翅果油樹表型性狀的相關性Table 2 Correlation analysis of phenotypic traits of E. mollis

3.3 主成分分析

相關性分析表明：翅果油樹表型性狀之間具有較強相關性，因此，將18個表型性狀標準化后進行主成分分析。表3表明：前7個主成分累積貢獻率為79.053%，說明各性狀的貢獻率比較分散，同時也表明翅果油樹表型性狀變異較豐富，具有多向性。第1主成分的貢獻率為26.172%，載荷最高的特征向量是果實性狀，如果實干質量、種子干質量等，稱為果實因子；第2主成分中載荷最高的特征向量是花朵性狀，如花瓣長，花瓣寬等，稱為花朵因子；第3主成分中載荷較高的特征向量是葉片性狀，如葉形指數等，稱為葉片因子。

表3 翅果油樹表型性狀的主成分分析Table 3 The principal component analysis of E. mollis phenotypic traits

以18個表型性狀所對應的主成分載荷值為系數構建綜合評價函數式：，式中Fn為第n主成分得分值，ai為第i個表型性狀對應各主成分的載荷值，xi為表型性狀。綜合得分，式中bi為各主成分的特征向量值，m為7個特征向量值之和。根據上述函數式計算出各單株的綜合得分F值，F值越高表明綜合性狀越優良。經計算100份種質平均綜合得分F值為0.3616，個體48、72和73等22份翅果油樹的綜合得分F值較高，表明其性狀綜合表現良好。以綜合得分F值為因變量，表型性狀值為自變量進行一元逐步回歸線性分析，得到回歸方程y=0.134+0.755x2+0.203x3+0.380x4+0.350x5+0.201x7+0.344x12+0.153x13+0.266x15+0.058x16+0.448x17－0.075x18，方程的相關系數R=0.981，決定系數R2=0.962，表明這11個性狀（冠幅、地徑、葉長、葉寬、葉柄長、果實縱徑、果實橫徑、果實鮮質量、果實干質量、種子干質量、種仁干質量）可以決定綜合得分F值總變異量的96.2%，構建的綜合評價函數式可用于對翅果油樹種質資源進行綜合分析評價，可靠度達96.2%。

3.4 表型性狀聚類分析

利用本研究制定的翅果油樹性狀調查表中所有性狀進行聚類分析（圖2），其中，個體5、15、19、35、38、42、43、46、67、68、78、83、85、86、92、97～100在進行調查時未開花，花朵性狀數據缺失，因此，不對以上個體進行分析。在距離系數為10時，翅果油樹個體聚為3類。對3類的表型性狀進行差異顯著性分析，發現樹高、冠幅在3類間差異顯著，地徑、葉長、葉寬、果實鮮質量在第Ⅰ類與第Ⅱ類間差異顯著，其他性狀在3類間差異均不顯著。作為一種具有良好發展前景的木本油料樹種，獲得優質高產的果實及種子才是目前翅果油樹良種和新品種選育的首要目標。因此，后續僅利用果實性狀對100棵翅果油樹重新進行了UPGMA聚類分析與主成分分析，同時為了更全面地分析與評價所選擇的翅果油樹作為林木良種選育材料的潛力，進一步計算了種子得率（種子干質量/果實干質量）與種仁得率（種仁干質量/種子干質量），并作為果實性狀參與上述分析。聚類分析結果表明：所有翅果油樹個體仍分為3類（圖3），果實鮮質量、果實干質量與種子干質量在3類間均差異顯著，果形指數和種子得率在3類間無差異，果實橫徑與種仁得率在第Ⅰ類與第Ⅱ類間差異顯著（表4）。第Ⅰ類的平均果實縱徑、果實橫徑、果實鮮質量、果實干質量及種子干質量大于第Ⅱ類和第Ⅲ類，而果形指數小于第Ⅱ類和第Ⅲ類，第Ⅲ類的種子得率、種仁得率均大于第Ⅰ類和第Ⅱ類。果實性狀主成分分析結果（表5）表明：前4個主成分的累計貢獻率達89.687%，第1主成分的貢獻率為44.775%，其中，產量相關性狀的載荷最高，如果實干質量、種子干質量等，說明產量可以作為目前翅果油樹良種選育的首要目標；第2主成分中載荷較高的性狀是種仁干質量、種仁得率等，表明在提高產量的同時需進一步重視種仁相關性狀表現，這直接關系到最終翅果油產量的高低。

表4 翅果油樹果實性狀聚類分析差異比較Table 4 Comparison of the differences of cluster analysis of fruit traits of E. mollis

表5 翅果油樹果實性狀主成分分析Table 5 The principal component analysis of fruit traits of E. mollis

圖2 翅果油樹表型性狀聚類分析Fig. 2 Clustering analysis of phenotypic traits of E. mollis

圖3 翅果油樹果實性狀聚類分析Fig. 3 Clustering analysis of fruit traits of E. mollis

4 討論

4.1 翅果油樹性狀變異規律

通過實地調查發現，翅果油樹葉色、葉緣、葉基、花色、花冠形狀和花萼形狀在100棵單株之間無變異，說明上述性狀的表現相對穩定，受外界環境影響較小；其他18個表型性狀的變異幅度較大，平均變異系數達22.26%，多樣性豐富。18個表型性狀中，果實性狀的變異程度高于其他性狀，其多樣性指數也相對較高（表1），表明翅果油樹果實的變異潛力最高，為后續進行優質高產翅果油樹林木良種的選育提供了豐富的材料。果實鮮質量的平均變異系數最高（37.66%），由于翅果油樹果皮為棉質且具大量絲狀棉毛[29]，吸水能力較強，因此，果實鮮質量受外界環境（如溫度、空氣濕度等）的影響較大。在其他物種的性狀變異規律研究中也發現了類似規律，如常君等[30]對浙江省杭州市余杭區長樂林場的美國山核桃（Caryaillinoensis(Wangenh.) K.Koch.）進行變異規律研究，發現10個參試無性系性狀總體變異幅度最大的是單果質量，且美國山核桃果實性狀在不同無性系間差異極顯著。曾少敏等[31]對福建省地方梨（Pyrusspp. L.）資源的果實性狀進行多樣性分析，發現13個果實數量性狀變異系數為 9.83%～67.60%，不同種源間果實性狀存在較大差異，且多樣性豐富。在不同的經濟林樹種中，果實性狀變異均比較豐富，這表明果實性狀的表達受內在和外在因素的影響比較大，如植株個體營養水平、生長勢或當地立地條件等。在后續翅果油樹栽培管理中，應采取科學合理的措施，保證果實相關性狀的充分表達以提高果實品質與產量。

4.2 翅果油樹良種選育策略

通過翅果油樹表型性狀的相關性分析發現，單一器官性狀間均具有顯著相關性，但不同器官表型性狀之間相關性較差，表明單一器官各性狀之間可能產生相互影響，但不同器官間影響較小。在梔子（Gardenia jasminoidesJ. Ellis）、臺灣欒樹(Koelreuteria eleganssubsp.Formosana(Hayata)Meyer)等其他物種的研究中也發現了相同規律[32-33]。本研究發現，葉長與6個果實性狀均具有顯著相關性，表明翅果油樹營養生長的狀況可能對生殖器官的生長發育產生顯著影響，前期積累的營養物質可以保證后期生殖器官生長發育的需要，這為提前確定優質豐產翅果油樹工作的開展提供了一定思路。主成分分析發現，前7個主成分的累積貢獻率為79.053%，但相對比較分散。第1主成分中，果實性狀的載荷值最高，果實體積越大，果實干質量與種子干質量越大，這與果實性狀相關性分析結果一致。第2主成分中載荷最高的是花朵性狀，花徑越大，果實質量越大，與相關性分析結果一致，前期積累的營養物質可能在開花過程中被大量消耗，導致后期結果階段養分供應不充足，果實發育較小。翅果油樹花含蜜量大，是早春優良的蜜源植物[34]，因此，本研究的開展為優良蜜源種質的篩選與培育提供了一定參考，個體3、21、27、48、52、55、62可作為蜜源種質育種材料。第3主成分為葉片因子，翅果油樹葉片加工后可作為天然的健康功能飲品，同時葉片作為重要的營養器官，為后續果實發育提供營養物質。因此，葉片性狀對翅果油樹品種的選育也具有重要意義。根據葉片大小，可以選擇個體6、10、21、22、25、26、53、67、73、85作為后續茶用種質育種材料。目前，我國翅果油樹產業正處于起步發展階段，相關分類標準還沒有制定，從主成分分析的結果出發，翅果油樹種質資源的分類標準可以將果實因子作為第1級，花朵因子作為第2級，葉片因子作為第3級。

當利用所有表型性狀進行聚類分析時，雖然也能把100棵翅果油樹分成3類，但不同類別之間的差異主要體現在樹高、冠幅等方面。目前，翅果油樹良種選育仍以優質高產為主要目標，因此，后續只使用果實性狀進行了分析。果實性狀聚類結果仍將所有個體分為3類，其中果實鮮質量、果實干質量與種子干質量等果實性狀在3類間具有顯著差異，果形指數和種子得率在3類間無差異。從果實形狀與質量等性狀比較看，3類翅果油樹的劃分與趙罕等[35]的劃分結果基本一致，第Ⅰ類和第Ⅱ類的果實整體質量優于第Ⅲ類，但第Ⅲ類的種仁得率最高。在實地調查中發現，翅果油樹果實大小與果實數量呈明顯的負相關，果實越小，果實數量越多，這可能與個體發育過程中積累的營養物質總量有關，果實數量的增加可以彌補質量和重量上的不足。對于不同的翅果油樹，采收相同重量的果實，種仁得率越高，獲得種仁的質量越大，最終產品翅果油的量也就越大。目前，栽培利用翅果油樹的最根本目的是獲得種仁，即種仁得率是目前翅果油樹良種選育的重要評價指標。第Ⅲ類個體的種子得率、種仁得率均大于第Ⅰ類和第Ⅱ類，因此，個體10、17、33、37、56、74可以作為后續翅果油樹林木良種選育的首選材料。目前，翅果油樹的栽培仍以播種繁殖為主，扦插、組培等無性繁殖方法成活率均很低，并且種質退化現象明顯，實生苗結果量與果實質量連年下降。因此，目前較為可行的方法是嫁接繁殖，本文作者所在研究團隊從選育出的優良單株上采集芽做接穗，在2年生實生苗上進行嫁接。這些都為未來翅果油樹良種選育及推廣應用奠定了堅實的基礎。

5 結論

本研究對山西省翼城縣翅果油樹省級自然保護區內100棵翅果油樹實生苗的表型性狀變異規律進行分析，發現山西省翅果油樹人工林表型性狀的變異豐富，同一器官不同性狀的相關性較高，不同器官間性狀普遍沒有相關性。主成分分析發現各性狀貢獻率較為分散，性狀變異具有多向性。果實產量與種仁性狀可以作為翅果油樹良種選育的首要目標，因此，選擇相應個體作為未來翅果油樹林木良種或新品種選育的首選材料。同時，也可選擇其他翅果油樹個體作為蜜源及茶用種質的育種材料。

致謝：本研究得到了翅果生物科技（北京）有限公司張超東、夏良明、明文和山西植康農業開發有限公司時劉軍、邢延春的大力支持。