郝向春， 周 帥， 韓麗君， 翟 瑜， 陳天成

(山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院， 山西 太原 030012)

遼東櫟(QuercusliaotungensisKoidz.)隸屬于殼斗科(Fagaceae)櫟屬(QuercusLinn.)，為落葉喬木，是華北中低山地帶營(yíng)造針闊混交林的良好樹種。遼東櫟天然更新以萌蘗為主，但幼苗生長(zhǎng)退化嚴(yán)重，加上其在土壤種子庫(kù)中因動(dòng)物覓食、蟲蛀和生理死亡等原因而喪失[1-2]，致使遼東櫟種群自然更新困難，現(xiàn)階段，遼東櫟的林分更新和營(yíng)建主要依靠人工繁育方式。已有研究證實(shí)，遼東櫟存在豐富的種源間變異[3-5]，這為研究者開展遼東櫟優(yōu)良種源篩選提供了必要的條件。

種源試驗(yàn)是林木育種的常用方法之一。通過種源試驗(yàn)，可以研究樹種的表型性狀和光合生理特性等在種源間的差異及其與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，為提高樹種在栽植地的生產(chǎn)能力和適應(yīng)能力提供理論支撐。自然狀態(tài)下，遼東櫟的成年植株常出現(xiàn)分枝過早、疤節(jié)過多的現(xiàn)象。研究表明：木材性狀在林分內(nèi)的個(gè)體間差異比種源間差異大[6]，且較少的分枝數(shù)量和較長(zhǎng)的節(jié)間長(zhǎng)度有利于增加木材無(wú)節(jié)材的比例[7]。因此，在開展種源試驗(yàn)時(shí)，對(duì)遼東櫟優(yōu)良個(gè)體進(jìn)行早期篩選，有利于提高遼東櫟的木材質(zhì)量，縮短其林木育種周期。但是，目前能夠支撐遼東櫟種源選擇的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有限，地理和環(huán)境條件對(duì)遼東櫟遺傳變異的影響尚不清晰，阻礙了對(duì)遼東櫟良種的有效選育。

為此，本研究對(duì)山西、甘肅、河北、陜西和遼寧5個(gè)省份12個(gè)遼東櫟種源的種子表型性狀和發(fā)芽率及其幼樹的表型性狀、葉綠素相對(duì)含量(SPAD)和快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行變異分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)這些指標(biāo)間及其與種源地的地理位置和環(huán)境因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，并基于不同類型指標(biāo)對(duì)供試遼東櫟種源進(jìn)行Heatmap聚類分析，以期了解遼東櫟的表型性狀和光合生理指標(biāo)在種源間和個(gè)體間的變異規(guī)律，為遼東櫟良種選育策略制定提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 材料

于2017年秋季，分別在山西、甘肅、河北、陜西和遼寧的自然分布區(qū)內(nèi)選擇12個(gè)遼東櫟野生種源，每個(gè)種源在面積1 km2范圍內(nèi)選擇至少50株生長(zhǎng)旺盛且結(jié)實(shí)良好的實(shí)生植株作為樣株，株距在50 m以上。采集樣株上、中、下部位的成熟種子，每株1.5 kg以上，將同一種源采集的所有種子混勻。各種源的種源地信息見表1。

表1 供試各遼東櫟種源的種源地信息

1.2 實(shí)驗(yàn)基地概況

將遼東櫟幼樹(株齡1 a)種植在山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院陽(yáng)曲實(shí)驗(yàn)基地(東經(jīng)112°44′04.56″、北緯38°05′53.16″，海拔961 m)。該區(qū)域?qū)倥瘻貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，年均溫8.5 ℃，年均降水量430.4 mm，無(wú)霜期164 d。

1.3 方法

1.3.1 種子指標(biāo)測(cè)定 每個(gè)種源隨機(jī)選取成熟、飽滿且無(wú)蟲孔的種子25粒，用蒸餾水洗凈；在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，用蒸餾水浸種24 h；吸干種子表面水分，使用千分之一電子天平(美國(guó)Ohaus公司)稱量單粒種子質(zhì)量，采用量筒水位增加法[8]測(cè)量單粒種子體積，使用游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測(cè)量種子的長(zhǎng)度(即種子縱軸的最大長(zhǎng)度)、寬度(種子橫軸的最大長(zhǎng)度)和碗疤直徑(碗疤的最大直徑)。每個(gè)種源設(shè)置4個(gè)重復(fù)。

每個(gè)種源隨機(jī)選取成熟、飽滿、無(wú)蟲孔且未露白的種子300粒，平均分成3組，每組為1個(gè)重復(fù)。將種子放入鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑14 cm)內(nèi)，用8 mL蒸餾水濕潤(rùn)濾紙，置于晝溫25 ℃、夜溫20 ℃、空氣相對(duì)濕度60%、光照強(qiáng)度60 μmol·m-2·s-1和光照時(shí)間16 h·d-1的人工氣候箱內(nèi)催芽。催芽期間適時(shí)補(bǔ)水，保持濾紙濕潤(rùn)。以種子露白為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)1周無(wú)種子萌發(fā)時(shí)終止實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽種子數(shù)，計(jì)算發(fā)芽率，計(jì)算公式為發(fā)芽率=(發(fā)芽種子數(shù)/種子總數(shù))×100%。

1.3.2 幼樹指標(biāo)測(cè)定 每個(gè)種源隨機(jī)選取成熟、飽滿且無(wú)蟲孔的種子，用糧蟲凈(河北金德倫生化科技有限公司)進(jìn)行除蟲處理；于2017年9月，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)將種子播種在實(shí)驗(yàn)基地的大田中，大田土壤為褐土。每個(gè)種源設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)至少播種8 000粒種子。種子間距約20 cm，采用相同的除草、施肥和澆水等田間管理措施。

于2019年10月，在植株生長(zhǎng)基本停止時(shí)統(tǒng)計(jì)植株的單株分枝數(shù)量，測(cè)量株高(植株根莖結(jié)合部至頂芽的距離)、地徑(植株根莖結(jié)合部的直徑)、根系總長(zhǎng)度和節(jié)間長(zhǎng)度(植株自上而下第2輪與第3輪葉片間的距離)，稱量單株地上部和地下部的干質(zhì)量，并參照相關(guān)文獻(xiàn)[11-12]計(jì)算壯苗指數(shù)和根長(zhǎng)比，計(jì)算公式分別為壯苗指數(shù)=〔(地徑/株高)+(單株地下部干質(zhì)量/單株地上部干質(zhì)量)〕×(單株地下部干質(zhì)量+單株地上部干質(zhì)量)和根長(zhǎng)比=根系總長(zhǎng)度/(單株地下部干質(zhì)量+單株地上部干質(zhì)量)。將植株完整挖出，用蒸餾水洗凈根系附著的土壤，使用萬(wàn)深LA-S根系和葉面積分析系統(tǒng)(杭州萬(wàn)深檢測(cè)科技有限公司)測(cè)定株高、地徑、根系總長(zhǎng)度及節(jié)間長(zhǎng)度。將植株的地上部與地下部分開，置于105 ℃殺青30 min，再置于75 ℃烘干至恒質(zhì)量，使用千分之一電子天平分別稱量單株地上部和地下部的干質(zhì)量。

每個(gè)種源隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)良好的植株測(cè)定上述指標(biāo)，每株各指標(biāo)均測(cè)定1次。

1.3.3 環(huán)境因子提取 按照供試各種源地的經(jīng)度和緯度從WorldClim數(shù)據(jù)庫(kù)(https：∥www.worldclim.org/data/worldclim21.html)中提取11個(gè)溫度因子、8個(gè)降水因子及全年12個(gè)月的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度因子、平均風(fēng)速因子和蒸騰壓力因子，提取分辨率為10′。從國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(HWSD)土壤數(shù)據(jù)集(v1.2)中提取32個(gè)土壤因子，包括16個(gè)上層(0～30 cm土層)土壤因子和16個(gè)下層(30～100 cm土層)土壤因子。比較上述提取因子的相關(guān)系數(shù)，排除共線性影響，最終篩選出28個(gè)環(huán)境因子，包括年均溫(T1)、晝夜溫差月均值(T2)、等溫性(T3)、最熱月最高溫(T4)、年均溫變化范圍(T5)、年均降水量(R1)、最濕月降水量(R2)、降水量變化方差(R3)、1月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(S1)、2月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(S2)、5月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(S5)、6月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(S6)、10月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(S10)、6月份平均風(fēng)速(W6)、8月份平均風(fēng)速(W8)、6月份蒸騰壓力(TP6)、上層土壤碎石體積百分比(US1)、上層土壤沙含量(US2)、上層土壤黏土含量(US3)、上層土壤有機(jī)碳含量(US4)、上層土壤pH值(US5)、上層土壤黏性層土壤的陽(yáng)離子交換能力(US6)、上層土壤陽(yáng)離子交換能力(US7)、上層土壤交換性鹽基(US8)、上層土壤電導(dǎo)率(US9)、下層土壤黏土含量(SS1)、下層土壤有機(jī)碳含量(SS2)和下層土壤基本飽和度(SS3)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較分析(LSD法)。根據(jù)測(cè)定結(jié)果，計(jì)算各指標(biāo)的種源間變異系數(shù)(CV1)和個(gè)體間變異系數(shù)(CV2)，并計(jì)算各指標(biāo)的種源重復(fù)力(T)，計(jì)算公式分別為CV1=(所有種源某指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差/所有種源該指標(biāo)的平均值)×100%、CV2=(某種源供試植株某指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差/該種源供試植株該指標(biāo)的平均值)×100%和T=1-(1/某指標(biāo)種源間方差分析的F值)。利用R 4.0.2軟件對(duì)遼東櫟各指標(biāo)與種源地的地理位置和環(huán)境因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析；基于不同類型指標(biāo)，利用Origin 2019軟件對(duì)供試種源進(jìn)行Heatmap聚類分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同種源遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)的比較及變異分析

2.1.1 種子指標(biāo)的比較及變異分析 對(duì)供試不同種源遼東櫟的種子指標(biāo)進(jìn)行比較和變異分析，結(jié)果見表2。結(jié)果表明：遼東櫟各種子指標(biāo)在種源間差異較大，發(fā)芽率、種子長(zhǎng)度、種子寬度、單粒種子質(zhì)量、單粒種子體積和碗疤直徑的種源間差異均極顯著(P<0.01)。供試12個(gè)種源的發(fā)芽率為8.8%～65.9%，種子長(zhǎng)度為17.29～42.88 mm，種子寬度為12.05～30.99 mm，單粒種子質(zhì)量為1 199.2～2 956.2 mg，單粒種子體積為1.16～3.04 cm3，碗疤直徑為5.79～9.10 mm，各指標(biāo)的最大值均極顯著高于最小值，分別是最小值的7.50、2.48、2.57、2.46、2.62和1.57倍。其中，山西浮山(P7)種源的種子長(zhǎng)度、種子寬度、單粒種子質(zhì)量和單粒種子體積最小，該種源的碗疤直徑和發(fā)芽率較?。簧轿麝?yáng)城(P4)種源的種子長(zhǎng)度最大，該種源其余5個(gè)種子指標(biāo)較大；山西石樓(P6)種源的發(fā)芽率和種子寬度最大，該種源其余4個(gè)種子指標(biāo)也較大；河北圍場(chǎng)(P10)種源的單粒種子質(zhì)量、單粒種子體積和碗疤直徑最大，該種源的發(fā)芽率較大，種子長(zhǎng)度和種子寬度居中。

表2 不同種源遼東櫟種子指標(biāo)的比較及變異分析

從各指標(biāo)的種源間變異系數(shù)看，遼東櫟各種子指標(biāo)的種源間變異較大。其中，發(fā)芽率的種源間變異系數(shù)最大(35.85%)，種子寬度的種源間變異系數(shù)次之(35.51%)，碗疤直徑的種源間變異系數(shù)最小(14.11%)。從各指標(biāo)的個(gè)體間變異系數(shù)看，遼東櫟各種子指標(biāo)的個(gè)體間變異也較大。其中，發(fā)芽率的個(gè)體間變異系數(shù)最大(37.04%)，種子寬度的個(gè)體間變異系數(shù)次之(36.45%)，碗疤直徑的個(gè)體間變異系數(shù)最小(18.95%)。經(jīng)計(jì)算，供試6個(gè)種子指標(biāo)的種源間變異系數(shù)均值為27.81%，明顯小于其個(gè)體間變異系數(shù)均值(32.36%)。

從各指標(biāo)的種源重復(fù)力看，遼東櫟各種子指標(biāo)的種源重復(fù)力均大于0.9，其中，種子長(zhǎng)度和種子寬度的種源重復(fù)力相同且最高(0.99)，而種子發(fā)芽率的種源重復(fù)力最低(0.96)。

表3 不同種源遼東櫟幼樹指標(biāo)的比較及變異分析

從各指標(biāo)的種源間變異系數(shù)看，遼東櫟各幼樹指標(biāo)的種源間變異明顯不同。其中，壯苗指數(shù)的種源間變異系數(shù)最大(48.98%)，RC/CSo的種源間變異系數(shù)次之(33.29%)，SPAD的種源間變異系數(shù)最小(5.47%)。從各指標(biāo)的個(gè)體間變異系數(shù)看，遼東櫟各幼樹指標(biāo)的個(gè)體間變異也明顯不同。其中，壯苗指數(shù)的個(gè)體間變異系數(shù)最大(80.80%)，節(jié)間長(zhǎng)度的個(gè)體間變異系數(shù)次之(45.20%)，TRo/RC的個(gè)體間變異系數(shù)最小(8.31%)。經(jīng)計(jì)算，供試13個(gè)幼樹指標(biāo)的種源間變異系數(shù)均值為20.58%，明顯小于其個(gè)體間變異系數(shù)均值(30.01%)。

由表2可見：遼東櫟各幼樹指標(biāo)的種源重復(fù)力差異較大，其中，壯苗指數(shù)和RC/CSo的種源重復(fù)力相同且最高(0.95)，單葉面積的種源重復(fù)力也較高(0.94)，單株分枝數(shù)的種源重復(fù)力最低(0.33)，其余指標(biāo)的種源重復(fù)力介于0.3～0.7。

2.2 遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)間及其與種源地地理位置和環(huán)境因子的相關(guān)性分析

2.2.1 種子和幼樹指標(biāo)間的相關(guān)性分析 對(duì)遼東櫟的種子和幼樹指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平的結(jié)果見表4。結(jié)果表明：種子長(zhǎng)度與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)；種子寬度與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)，與種子長(zhǎng)度呈極顯著正相關(guān)；單粒種子體積與單粒種子質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)；碗疤直徑與單粒種子質(zhì)量和單粒種子體積呈極顯著正相關(guān)；壯苗指數(shù)與單粒種子體積呈顯著正相關(guān)，與碗疤直徑呈極顯著正相關(guān)；單葉面積與單粒種子體積和壯苗指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與碗疤直徑呈極顯著正相關(guān)。

表4 遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)1)

2.2.2 種子和幼樹指標(biāo)與種源地氣候因子的相關(guān)性分析 對(duì)遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)與種源地氣候因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著和極顯著水平的結(jié)果見表5。結(jié)果表明：發(fā)芽率與晝夜溫差月均值、5月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、6月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和10月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度均呈顯著正相關(guān)；單粒種子質(zhì)量與年均溫變化范圍呈顯著正相關(guān)；單粒種子體積與年均溫變化范圍呈顯著正相關(guān)，與1月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)；碗疤直徑與等溫性呈顯著負(fù)相關(guān)，與年均溫變化范圍呈極顯著正相關(guān)，與降水量變化方差呈顯著正相關(guān)，與1月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)；壯苗指數(shù)與等溫性和1月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與2月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度呈顯著負(fù)相關(guān)，與年均溫變化范圍呈顯著正相關(guān)，與最濕月降水量呈極顯著正相關(guān)；單葉面積與晝夜溫差月均值呈顯著正相關(guān)，與年均溫變化范圍呈極顯著正相關(guān)；葉綠素相對(duì)含量(SPAD)與年均溫呈顯著正相關(guān)，與最熱月最高溫呈極顯著正相關(guān)。

表5 遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)與種源地氣候因子的相關(guān)系數(shù)1)

2.2.3 種子和幼樹指標(biāo)與種源地地理位置和土壤因子的相關(guān)性分析 對(duì)遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)與種源地的地理位置和土壤因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著和極顯著水平的結(jié)果見表6。結(jié)果表明：種子長(zhǎng)度與上層土壤陽(yáng)離子交換能力和上層土壤交換性鹽基呈顯著正相關(guān)；碗疤直徑與經(jīng)度和緯度呈極顯著正相關(guān)，與上層土壤黏性層土壤的陽(yáng)離子交換能力和上層土壤陽(yáng)離子交換能力呈顯著負(fù)相關(guān)；壯苗指數(shù)與經(jīng)度和緯度呈極顯著正相關(guān)，與上層土壤沙含量呈顯著正相關(guān)，與海拔、上層土壤黏土含量、上層土壤黏性層土壤的陽(yáng)離子交換能力、上層土壤陽(yáng)離子交換能力和上層土壤交換性鹽基呈顯著負(fù)相關(guān)；單葉面積與緯度呈顯著正相關(guān)，與上層土壤黏性層土壤的陽(yáng)離子交換能力呈顯著負(fù)相關(guān)，與下層土壤基本飽和度呈極顯著負(fù)相關(guān)；性能指數(shù)與上層土壤有機(jī)碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與上層土壤酸堿度呈顯著正相關(guān)；SPAD僅與海拔呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表6 遼東櫟種子和幼樹指標(biāo)與種源地地理位置和土壤因子的相關(guān)系數(shù)1)

2.3 遼東櫟不同種源的聚類分析

基于種子指標(biāo)、幼樹指標(biāo)(其中快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)只選擇性能指數(shù)1個(gè)指標(biāo))和種源地環(huán)境因子分別對(duì)供試遼東櫟種源進(jìn)行Heatmap聚類分析，并綜合這些指標(biāo)對(duì)供試種源進(jìn)行Heatmap聚類分析，結(jié)果見圖1。

從種子指標(biāo)聚類結(jié)果(圖1-A)看，供試的12個(gè)種源被分成3組，山西和順(P1)、山西交口(P3)、山西陽(yáng)城(P4)、山西石樓(P6)和山西寧武(P2)5個(gè)種源聚為一組，河北圍場(chǎng)(P10)和遼寧海城(P12)2個(gè)種源聚為一組，山西沁源(P5)、山西浮山(P7)、甘肅清水(P9)、山西方山(P8)和陜西黃陵(P11)5個(gè)種源聚為一組。從幼樹指標(biāo)聚類結(jié)果(圖1-B)看，供試的12個(gè)種源被分成2組，P10和P12種源聚為一組，其余種源聚為另一組，并且，前組各種源的壯苗指數(shù)明顯高于后組。從種源地環(huán)境因子聚類結(jié)果(圖1-C)看，供試的12個(gè)種源被分成3組，P10和P12種源分別單獨(dú)為一組，其余種源聚為一組。從綜合聚類結(jié)果(圖1-D)看，P10和P12種源也分別單獨(dú)為一組，其余種源聚為一組，與種源地環(huán)境因子的聚類結(jié)果相似。

P1： 山西和順Heshun of Shanxi； P2： 山西寧武Ningwu of Shanxi； P3： 山西交口Jiaokou of Shanxi； P4： 山西陽(yáng)城Yangcheng of Shanxi； P5： 山西沁源Qinyuan of Shanxi； P6： 山西石樓Shilou of Shanxi； P7： 山西浮山Fushan of Shanxi； P8： 山西方山Fangshan of Shanxi； P9： 甘肅清水Qingshui of Gansu； P10： 河北圍場(chǎng)Weichang of Hebei； P11： 陜西黃陵Huangling of Shaanxi； P12： 遼寧海城Haicheng of Liaoning.A1： 發(fā)芽率Germination rate； A2： 種子長(zhǎng)度Seed length； A3： 種子寬度Seed width； A4： 單粒種子質(zhì)量Single seed mass； A5： 單粒種子體積Single seed volume； A6： 碗疤直徑Cupule scare diameter. B1： 壯苗指數(shù)Seedling index； B2： 單葉面積Single leaf area； B3： 根長(zhǎng)比Root length ratio； B4： 葉綠素相對(duì)含量Relative chlorophyll content (SPAD)； B5： 節(jié)間長(zhǎng)度Internode length； B6： 單株分枝數(shù)Branch number per plant； B7： 性能指數(shù)Performance index on absorption basis. T1： 年均溫Annual mean temperature； T2： 晝夜溫差月均值Monthly mean diurnal range of temperature； T3： 等溫性Isothermality； T4： 最熱月最高溫The maximum temperature of the hottest month； T5： 年均溫變化范圍Annual mean temperature range； R1： 年均降水量Annual mean precipitation； R2： 最濕月降水量Precipitation of the wettest month； R3： 降水量變化方差Variance of precipitation variation； S1： 1月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Solar radiation intensity in Jan.； S2： 2月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Solar radiation intensity in Feb.； S5： 5月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Solar radiation intensity in May； S6： 6月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Solar radiation intensity in Jun.； S10： 10月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Solar radiation intensity in Oct.； W6： 6月份平均風(fēng)速M(fèi)ean wind speed in Jun.； W8： 8月平均風(fēng)速M(fèi)ean wind speed in Aug.； TP6： 6月份蒸騰壓力Transpiration pressure in Jun.； US1： 上層土壤碎石體積百分比Volume percentage of gravel in upper soil； US2： 上層土壤沙含量Sand content in upper soil； US3： 上層土壤黏土含量Clay content in upper soil； US4： 上層土壤有機(jī)碳含量Organic carbon content in upper soil； US5： 上層土壤pH值pH value of upper soil； US6： 上層土壤黏性層土壤的陽(yáng)離子交換能力Cation exchange capacity of soil in clay layer of upper soil； US7： 上層土壤陽(yáng)離子交換能力Cation exchange capacity of upper soil； US8： 上層土壤交換性鹽基Total exchangeable bases of upper soil； US9： 上層土壤電導(dǎo)率Electrical conductivity of upper soil； SS1： 下層土壤黏土含量Clay content in subsoil； SS2： 下層土壤有機(jī)碳含量Organic carbon content in subsoil； SS3： 下層土壤基本飽和度Basic saturation of subsoil.A： 基于種子指標(biāo)的聚類結(jié)果Cluster result based on seed indexes； B： 基于幼樹指標(biāo)的聚類結(jié)果Cluster result based on sapling indexes； C： 基于種源地環(huán)境因子的聚類結(jié)果Cluster result based on environmental factors of origins； D： 基于種子指標(biāo)、幼樹指標(biāo)和種源地環(huán)境因子的聚類結(jié)果 Cluster result based on seed indexes， sapling indexes， and environmental factors of origins.圖1 遼東櫟不同種源的Heatmap聚類分析Fig. 1 Heatmap cluster analysis on different provenances of Quercus liaotungensis Koidz.

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的西部地區(qū)、南方濕潤(rùn)區(qū)和高海拔地區(qū)均不適宜遼東櫟生長(zhǎng)[13]。本研究中，遼東櫟幼樹的壯苗指數(shù)與種源地經(jīng)度和緯度呈極顯著正相關(guān)，與海拔呈顯著負(fù)相關(guān)。另外，隨著海拔升高，遼東櫟葉片的葉綠素相對(duì)含量(SPAD)降低；隨著經(jīng)度升高，遼東櫟種子的碗疤直徑增大；隨著緯度升高，遼東櫟種子的碗疤直徑和幼樹的單葉面積均增大。值得注意的是，壯苗指數(shù)與表征種子營(yíng)養(yǎng)豐富程度的單粒種子體積和碗疤直徑分別呈顯著或極顯著正相關(guān)。據(jù)此推測(cè)，在遼東櫟分布區(qū)內(nèi)，隨著經(jīng)度和緯度升高，遼東櫟種子碗疤直徑和幼樹葉片面積明顯增大，其光合產(chǎn)物的積累量及其在種子中的儲(chǔ)存量也隨之增高。另外，高海拔區(qū)域的遼東櫟幼樹葉片的葉綠素極可能因受到過量紫外線輻射而加速分解，導(dǎo)致光合產(chǎn)物積累量減少，影響種子營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備。這些因子對(duì)遼東櫟種子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)備的影響，導(dǎo)致其幼樹性狀出現(xiàn)差異，進(jìn)而影響遼東櫟的天然分布格局。

種子大小對(duì)種子萌發(fā)具有重要影響[14]。遼東櫟的種子質(zhì)量與種子的長(zhǎng)度、寬度和發(fā)芽率的相關(guān)性較高[15-17]。本研究中，遼東櫟的種子長(zhǎng)度和種子寬度與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)，表明從種子長(zhǎng)度和種子寬度看，遼東櫟大粒種子的發(fā)芽率優(yōu)于小粒種子，但單粒種子體積與發(fā)芽率的相關(guān)性卻不顯著，具體原因有待深入研究。碗疤對(duì)櫟屬植物種子與母株間的物質(zhì)交流至關(guān)重要[8]。供試12個(gè)種源遼東櫟種子的碗疤直徑與單粒種子質(zhì)量、單粒種子體積、壯苗指數(shù)、單葉面積以及種源地的等溫性、年均溫變化范圍、降水量變化方差、1月份太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、經(jīng)度、緯度、上層土壤黏性層土壤的陽(yáng)離子交換能力和上層土壤陽(yáng)離子交換能力顯著或極顯著相關(guān)，可見，遼東櫟種子的碗疤直徑對(duì)生境變化敏感，可通過碗疤直徑大小推測(cè)其種子的養(yǎng)分儲(chǔ)備狀態(tài)。

李梅[3]的研究結(jié)果表明：遼東櫟的群體間表型變異僅達(dá)到群體內(nèi)表型變異的59.41%，而本研究中遼東櫟幼樹指標(biāo)的種源間變異系數(shù)均值(20.58%)占個(gè)體間變異系數(shù)均值(30.01%)的68.58%，說(shuō)明遼東櫟育種應(yīng)側(cè)重于單株選擇。此外，單株分枝數(shù)和節(jié)間長(zhǎng)度的個(gè)體間變異系數(shù)分別較種源間變異系數(shù)增加58.63%和46.90%，說(shuō)明遼東櫟無(wú)節(jié)材育種也應(yīng)側(cè)重于單株選擇。

溫度[18-19]、水分[20-21]、鹽分[22-23]、光照[24-25]、昆蟲取食[26-27]及酸雨[28]等環(huán)境脅迫均能誘導(dǎo)植物快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)顯著變化。Kurjak等[29]的研究結(jié)果表明：歐洲山毛櫸(FagussylvaticaLinn.)的PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和PIABS的種源間差異顯著。本研究中，遼東櫟幼樹的多個(gè)快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的種源間差異顯著，例如：山西方山(P8)種源幼樹的PIABS極顯著高于山西沁源(P5)種源，而其PSⅡ單位反應(yīng)中心耗散的能量(DIo/RC)卻顯著低于P5種源，這可能是因?yàn)镻5種源幼樹在實(shí)驗(yàn)地受到環(huán)境脅迫，影響了光合電子傳遞效率，為避免過量光能誘導(dǎo)的活性氧破壞光合機(jī)構(gòu)，P5種源幼樹提高了DIo/RC。本研究還發(fā)現(xiàn)，遼東櫟幼樹的RC/CSo的種源重復(fù)力達(dá)0.95，且該指標(biāo)的種源間差異極顯著，預(yù)示著快速葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量技術(shù)可用于遼東櫟種源的快速鑒定。對(duì)遼東櫟種源進(jìn)行早期選擇能大幅縮短其育種周期，但關(guān)于遼東櫟各種源幼樹指標(biāo)在后期生長(zhǎng)中的延續(xù)程度尚不清楚，需要進(jìn)一步深入研究。另外，盡管本研究采用大量混合采種方法來(lái)減少種源內(nèi)的個(gè)體間差異，但仍然無(wú)法消除同一地區(qū)不同半同胞家系間的基因差異可能對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生的影響，后續(xù)研究應(yīng)采取有效措施避免這方面的影響。