王潤輝 ，胡德活，鄭會全，晏 姝 ，蔣 燚 ，朱積余

（1. 廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西 南寧 530002）

江南油杉球果種子特性種源變異分析

王潤輝1，胡德活1，鄭會全1，晏 姝1，蔣 燚2，朱積余2

（1. 廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；2. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西 南寧 530002）

江南油杉是我國珍貴用材樹種，其資源分布日益減少。為了更有效的評價江南油杉種質資源的遺傳多樣性，選擇廣東、江西境內的五個種源地開展球果和種子形態(tài)特征差異性的研究。方差分析結果表明，球果和種子的形態(tài)性狀差異在種源間均達極顯著水平，多重比較進一步證明種源間差異的真實存在；球果和種子形態(tài)性狀間的相關分析顯示，球果短徑與三個種子性狀間均存在極顯著地表型和遺傳相關。主成分分析和聚類分析等多元統(tǒng)計分析揭示了五個種源的相似性情況，與行政區(qū)劃不同，廣東的南雄種源與江西的大余種源和崇義種源間的相似性大，這可能與三地的地理位置相鄰空間隔離較小有關。

球果；種子；遺傳變異；江南油杉

江南油杉Keteleeria cyclolepisFlous.是我國特有的珍貴針葉用材樹種，主要分布于福建、浙江、江西、廣東、廣西、湖南、貴州、云南等省區(qū)[1-2]，是松科油杉屬的常綠大喬木。天然或次生林分中生長的江南油杉，高可達40 m，胸徑達100 cm以上，有很好的用材價值；同時其枝葉茂密濃綠、樹形優(yōu)美，具有良好的觀賞價值，于是也成為優(yōu)良的園林綠化樹種。江南油杉含有膠質，廣東粵北南雄等地區(qū)早年常用其樹根、樹葉和樹枝蒸煮膠液用于造紙，說明其有多種用途，潛在的利用價值有待深入開發(fā)。由于江南油杉樹形高大，易受人為砍伐破壞，導致江南油杉的自然分布數(shù)量有限，天然群落日漸稀少，資源已經(jīng)處于瀕危狀態(tài)，宜加大力度開展繁殖和保護研究。2000年福建省將其列為重點保護樹種[3]，目的在于通過人為措施來挽救和保護該樹種。廣東、江西都是江南油杉的自然分布區(qū)，但由于遭到一定程度的破壞其分布地區(qū)和數(shù)量極為有限，據(jù)調查兩省只在少數(shù)較為邊遠山區(qū)有江南油杉的分布。

植物的表型性狀是環(huán)境與遺傳因素共同作用的結果，表型多樣性是遺傳多樣性研究的重要內容，也是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)[4-5]。顧萬春[6]提出表型多樣性研究主要通過科學有效地采樣，合理的數(shù)學統(tǒng)計方法，采用總體形態(tài)性狀、繁殖器官性狀、生理生化性狀等較穩(wěn)定的性狀，來揭示群體的遺傳規(guī)律、變異大小，以客觀評價其遺傳多樣性。根據(jù)球果、種子等繁殖器官較為穩(wěn)定的性狀，臧潤國等[7]、王小平等[8]、孫玉玲等[9]、王旭軍[10]、梁曉靜[11]和、Gil等[12]分別研究了天山云杉、白皮松、秦嶺冷杉、紅櫸、肉桂和加納利松Pinus canariensis等群體的表型多樣性，指出了這些珍貴樹種群體形態(tài)變異規(guī)律，為這些樹種的保護和利用提出了合理的意見和建議。

為了有效的保護和利用廣東、江西兩省的江南油杉種質資源，本研究在兩省調查收集種源、家系遺傳材料，開展不同種源和家系的球果和種子特性的表型多樣性及遺傳變異規(guī)律分析。旨在挖掘表型數(shù)據(jù)中隱藏的信息，為該樹種的繁殖、保護和利用提供表型變異的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

在查閱文獻的基礎上，2012年分別在廣東、江西兩省的江南油杉天然分布地區(qū)開展分系采種，詳見下表1。

表1 種源家系材料Table 1 Material of provenances

1.2 數(shù)據(jù)收集

參照臧潤國等[7]和孫玉玲等[9]的方法測定球果、種子特征數(shù)據(jù)。球果特性數(shù)據(jù)在收集球果后進行測定，其中球果長徑直接測定球果縱軸上球果的長度，球果短徑為球果中部橫向的最大直徑；兩性狀重復測定3次，每次重復測定5個球果數(shù)據(jù)（共測15個球果）。在球果晾曬干種子自然脫落后，測定種子特性數(shù)據(jù)，其中，種翅長度為種翅縱軸上種翅的最大長度，種翅寬度為種翅中部橫軸上的長度；重復測定3次，每次重復測定5個種子數(shù)據(jù)（共測15個種子）；千粒重由100粒種子的重量計算得出，重復測定3次。

1.3 統(tǒng)計分析方法

運用SAS 9.1開展數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計模型：yijkl=μ+pi+fj(pi)+bk+bk*fj(pi)+eijkl，其中，yijkl為在k區(qū)組內的第i種源第j家系第l個體觀察值，μ為群體均值，pi為第i種源效應，fj(pi)為第i種源內的第j家系效應，bk為第k區(qū)組效應，eijkl為在k區(qū)組內的第i種源第j家系第l個體誤差。

方差分析使用Proc GLM過程，多重比較采用Duncan方法；性狀表型相關采用Proc Corr過程[13]；性狀遺傳相關系數(shù)估算根據(jù)公式其中covGXY為性狀X和Y的遺傳協(xié)方差，為性狀X和Y的遺傳方差，運用Proc Mixed過程估算[16-17]。

運用主成分分析及聚類分析等多元統(tǒng)計方法進行因子統(tǒng)計分析[18]，其中，主成分分析采用SAS PROC PRINCOMP過程；聚類分析運用SAS PROC CLUSTER和SAS PROC TREE過程[19]。

2 結果與分析

2.1 球果種子性狀的差異分析

球果、種子性狀特性數(shù)據(jù)在種源間存在很大的差異（圖1）。各性狀方差分析結果見表2，球果長徑性狀的種源效應、種源內的家系效應均達到極顯著水平（P值＜.0001），區(qū)組效應達到極顯著水平，但種源內家系與區(qū)組的互作效應差異不顯著；球果短徑性狀方差分析結果與球果長徑性狀相同，只是其種源內家系與區(qū)組的互作效應差異同樣達到極顯著水平。種翅長度性狀的種源效應達到極顯著水平（P=0.001 4）、種源內的家系效應差異顯著水平（P=0.017 1），區(qū)組效應、種源內家系與區(qū)組的互作效應差異均不顯著；種翅寬度性狀方差分析結果與種翅長度性狀相同，只是其種源內家系效應的差異也達到極顯著水平。千粒重性狀方差分析結果，由于沒有開展多次測定，沒有區(qū)組和互作效應，其種源、種源內家系效應的差異均達極顯著水平（P＜.0001）。這些說明球果、種子特性在種源、種源內家系的差異是真實存在的，不同種源間、不同家系間的球果和種子的差異較大。

圖1 江南油杉球果種子性狀描述統(tǒng)計( 平均值±標準誤)Fig. 1 Character statistics of the seeds of Keteleeria cyclolepis

表2 方差分析結果?Table 2 Results of ANOVA

2.2 球果種子性狀多重比較分析

球果、種子性狀在種源間的Duncan多重比較結果如表3所示。球果長徑大小順序為：dy＞dp＞cy＞nz＞ln，球果短徑大小順序為：dp＞nx＞ln＞dy＞cy。這表明dy種源的球果短徑較小、但縱長較大，為細長型球果；dp種源球果短徑較大、縱長也較大，為粗大型球果；cy崇義種源球果短徑最小、縱長較一般，為較細小球果；nx南雄種源球果短徑最大、縱長較小，為粗短型球果；ln連南種源球果短徑一般、縱長最小，也是較細小球果。

種翅長度、種翅寬度和千粒重都是dp大埔種源最大，屬于大粒種子；ln連南種源的種翅長度較大，但其種翅寬度和千粒重都是最小，屬于細長型種子；nx南雄種源的種翅長度一般，但種翅寬度和千粒重都較大，屬于寬短型種子；dy大余種源和cy崇義種源種翅長度、種翅寬度和千粒重都較小，屬于較細小種子。

2.3 相關分析

球果長徑、球果短徑、種翅長度、種翅寬度和千粒重等五個性狀的表型、遺傳相關系數(shù)如表4所示。五個性狀的相關系數(shù)都為正，表明它們的存在正向的相關性，呈現(xiàn)球果性狀越大種子性狀也越大的趨勢。其中，球果長徑與種翅寬度間的表型相關系數(shù)為0.735，遺傳相關系數(shù)為0.749，均達到顯著水平，說明球果長徑較大種翅寬度也將較大；球果短徑與種翅長度、種翅寬度和千粒重的表型相關系數(shù)分布為0.876、0.878、0.795，遺傳相關系數(shù)分別為0.944、0.890、0.861，均達到極顯著水平，說明球果短徑越大，種子的種翅長度、種翅寬度和千粒重將越大。

表3 Duncan多重比較結果Table 3 Results of Duncan multi-comparison

表4 性狀表型及遺傳相關?Table 4 Characters phenotypic and genetic correlation

2.4 主成分分析

為了綜合反映球果、種子等的五個測定性狀在不同種源間差異的信息，采用多元分析技術中的降維分析方法，對不同種源間的球果種子性狀開展主成分分析，五個主成分信息如表5所示，第一主成分解析了總變異的77.1%，第二主成分解析了總變異的19.6%，前兩個主成分累計解析了總變異的96.7%，說明用前兩個主成分可較好地解析了五個測定性狀反映的不同種源間差異的信息。前兩個特征向量計算得出的不同種源的前兩個主成分值見表6。

表5 主成分信息Table 5 Information of principal component analysis

表6 種源主成分量值Table 6 Values of different PCA

圖2 種源兩主成分的散點圖（橫、豎線為各種源主分量的均值，圓表示其中的種源相似性大）Fig. 2 Plot of two PCA of provenances (vertical and horizontal lines were the mean values, provenances in the circle were more similarity)

根據(jù)不同種源主成分值，以第一主成分為橫坐標、第二主成分為縱坐標，作不同種源的散點圖如下圖2。從圖2中，可較明顯地看出不同種源的差異性，dp大埔種源的兩個主成分值均較大，dy大余種源、cy崇義種源和nx南雄種源兩主成分值均處于中等水平，而ln連南種源的兩個主成分值均較小。根據(jù)主成分值可初步判斷dy大余種源、cy崇義種源和nx南雄種源的球果種子特性較為相似，與dp大埔種源和ln連南種源有較明顯的差異。

2.5 聚類分析

為了更好地反映不同種源間的球果種子等特性的差異性，各測定性狀按歐幾里得距離算法，球果種子等性狀的差異性在SAS PROC DISTANCE中計算，再用PROC CLUSTER和PROC TREE作聚類分析如圖3所示。圖3更為直觀表現(xiàn)出不同種源球果種子特性差異程度，cy崇義種源和dy大余種源首先聚為一類，說明它們間的最相似，都為江西省的種源；與廣東的nx南雄種源最相似，其次是ln連南種源，最后是dp大埔種源。

五個種源的地理分別位置圖如下如下圖4所示，盡管nx南雄種源、dy大余種源和cy崇義種源在行政區(qū)劃上隸屬于不同省份，但在地理位置上是相互連接的，位于南嶺山脈和武夷山脈交界處。Ln連南種源位于粵北偏西方向，處于廣東與湖南和廣西交界處；dp大埔種源位于粵東，處于廣東與福建交界處。廣東的三個江南油杉種源地在空間上存在較大距離的隔離，而江西的dy大余種源和cy崇義種源與廣東的nx南雄種源的空間隔離程度較小。

圖3 種源聚類圖Fig. 3 Cluster of provenances

圖4 種源地理位置圖Fig. 4 Geographical location of different provenances

3 結論與討論

由于天然分布區(qū)日益減少，江南油杉被列為珍貴樹種加以保護利用。為更好地推廣利用江南油杉種質資源，首先應對其遺傳多樣性開展研究。本研究從球果和種子的形態(tài)特征方面對不同種源的差異進行分析，揭示了江西的大余、崇義和廣東的連南、南雄和大埔等五個種源地上的差異存在極顯著差異，表明了在種源水平上江南油杉由于空間的隔離在球果和種子的形態(tài)特性方面上差別較大。種源間的多重比較分析進一步證明差別的證實存在。

多元統(tǒng)計分析中的主成分分析和聚類分析的結果都說明，與行政區(qū)劃不同，nx南雄種源與dy大余種源和cy崇義種源的在球果和種子的特性上的相似性較大，而與ln連南種源和dp大埔種源的相似性較小。從五個種源地的地理分布位置來看，nx南雄種源、dy大余種源和cy崇義種源由于地理位置的鄰近，可以推測其空間隔離而形成居群的時間相對較短，從而導致在種源水平上存在較大的相似性。這可能就是主成分分析和聚類分析中的上述三種源存在較大的相似性的原因。

另外，球果長徑、球果短徑、種翅長度、種翅寬度和千粒重等五個性狀的表型、遺傳相關分析顯示球果短徑與種翅長度、種翅寬度和千粒重的表型相關均達到極顯著水平，說明球果短徑越大，種子的種翅長度、種翅寬度和千粒重將越大。

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Analysese of genetic variation of fruit and seed on Keteleeria cyclolepis

WANG Run-hui1, HU De-huo1, ZHENG Hui-quan1, YAN Shu1, JIANG Yi2, ZHU Ji-yu2
(1. Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China;2. Guangxi Academy of Forestry, Nanning 530002, Guangxi, China)

Keteleeria cyclolepisFlous is the rare timber species in China, but its distribution becomes smaller and smaller. For the sake of evaluation of the diversity ofKeteleeria cyclolepis, fi ve provenances within Guangdong and Jiangxi provinces were applied to study the phenotypical variation of cone and seed. Results from ANOVA indicated that phenotypical differeces of both cone and seed reached highly signi fi cant level. Multiple comparison also approved that. Correlation between all the fi ve traits showed that cone diameter had signi fi cant correlation with seed wing length, seed wing width and Thousand-grain weight. The similarity between the fi ve provenances was revealed by principal components analysis and cluster analysis. Unlike administrative zoning, provenance of nanxiong (nx) from Guangdong province and provenances of Dayu (dy) and chongyi (cy) from Jiangxi province possessed more similarity, perhaps because of the smaller geographical isolation.

cones; seeds; genetic variation;Keteleeria cyclolepis

S791.15

A

1673-923X(2016)02-0019-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.02.004

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-10-29

國家林業(yè)局林業(yè)行業(yè)公益性專項“江南油杉良種選育及栽培關鍵技術研究”（201304108）

王潤輝，高級工程師

胡德活，研究員；E-mail：hudehuo@163.com

王潤輝，胡德活，鄭會全，等. 江南油杉球果種子特性種源變異分析[J].中南林業(yè)科技大學學報，2016, 36(2): 19-24.

[本文編校：吳 彬]