孫安然，張 明，龐忠義，于海洋，于海洋，謝 影，張世凱，趙曦陽＊

（1.林木遺傳育種國家重點實驗室，東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040；2.四平市林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 四平 136000；3.國有新民市機械林場，遼寧 新民 110300；4.吉林省紅石林業(yè)局，吉林 紅石 132405）

三花槭（Acer triflorum Komarov）屬槭樹科（Aceraceae）槭屬（Acer Linn.）植物，落葉喬木，是我國的珍稀瀕危樹種[1-4]；其主要分布于日本、朝鮮、俄羅斯、蒙古和中國，在中國主要分布于黑龍江、吉林和遼寧地區(qū)[5]。三花槭在秋季顏色艷紅，引人矚目，是優(yōu)良的綠化、美化工程的點綴樹種，也是營造彩葉景觀特別是廊道彩葉林景觀的優(yōu)選樹種[6-7]。因其較高的應(yīng)用價值，研究者對三花槭的生理生化[8]、播種繁殖[9]、種子內(nèi)含物[10]、葉色變化和呈色機制等[1,11]進行了研究，并取得了一定的進展。

種子發(fā)育是林木生長過程中重要的階段，由于生長環(huán)境迥異、植物長期自然選擇和遺傳因素的綜合影響，使其具有極其豐富的變異，在林木育種中具有重要意義[12-13]。長期以來，在槭屬樹種研究中，國外對于三花槭的表型變異研究較少，只對三花槭的葉綠體全基因組進行分析[14]，利用全基因組超矩陣對槭樹周期性遷移、大規(guī)模滅絕和迅速的譜系分化及槭樹的歷史生物地理學(xué)等進行研究[15-16]。在國內(nèi)主要研究三花槭的葉片生理特性、山地移植技術(shù)、播種繁殖技術(shù)和種實多樣性等方面。賈慶斌等[8]對3種葉色型三花槭葉片生理特性比較，不同葉色型三花槭的葉片生理存在顯著性差異；在其它樹種中，姬志峰等[17]以五角楓為實驗材料，探究不同海拔種群的表型多樣性，表明五角楓不同種群表型性狀存在豐富的遺傳變異，為五角楓種質(zhì)資源的保護、評價和利用提供重要的理論依據(jù)；王丹等[18]探究茶條槭不同海拔種群的表型多樣性，結(jié)果表明5個不同海拔種群表型具有豐富的變異，茶條槭種群內(nèi)、種群間變異的利用對其遺傳改良具有重要的意義；趙陽等[19]探究文冠果種子及苗期生長性狀地理種源變異，發(fā)現(xiàn)種子性狀變異主要受海拔的影響，不同種源間文冠果表型性狀均存在極顯著差異，且這些差異能夠穩(wěn)定遺傳，為文冠果種質(zhì)基因資源的遺傳改良和引種推廣提供了遺傳背景和實驗依據(jù)。一系列研究發(fā)現(xiàn)，植物繁殖體表型性狀的研究將有助于提供豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為其資源保護及合理利用提供寶貴資料。

由于槭樹是我國的瀕危樹種，了解其表型變異及生態(tài)地理變異規(guī)律，為樹種的良種選育、資源保護利用和制定保護對策等提供參考依據(jù)。梁坤楠等[20]以種源/家系柚木生長、形質(zhì)性狀和適應(yīng)性為指標(biāo)，篩選出最適宜生長的優(yōu)良種源/家系，結(jié)果表明，廣州龍洞種源、云南芒市種源和2個云南畹町家系是最適宜生長的優(yōu)良種源/家系，為我國柚木人工林的發(fā)展提供優(yōu)良的種植材料。三花槭作為優(yōu)良的園林綠化樹種之一，雖然用途廣泛，但有關(guān)其繁殖體表型性狀差異及選擇研究的報道較少。因此，對其群體種質(zhì)資源收集、評價和良種選育顯得愈發(fā)重要[21]。本研究以東北地區(qū)不同產(chǎn)地三花槭繁殖體為材料，對其表型與種子活力進行測定，分析表型性狀與環(huán)境因子的相關(guān)性，探討三花槭繁殖體的表型變異程度與變異規(guī)律，最終篩選出優(yōu)良家系和優(yōu)良產(chǎn)地，可為三花槭保存、引種和種質(zhì)資源開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來自東北三省的4個地點，采樣地地理環(huán)境、氣候因子及各地點采樣數(shù)量見表1。對種子表型和種子生活力（SV）進行測定，具體測定性狀包括翅果長（KFL）、翅果寬（KFW）、翅果長寬比（KFLW）、著生痕長（BM）、果實長（FL）、果實寬（FW）、果實長寬比（FLW）、果實厚度（FT）、翅長（W）、帶翅千粒質(zhì)量（WTKW）、去翅千粒質(zhì)量（TKW）、空殼率（SR）。

表1 三花槭 4個產(chǎn)地的地理環(huán)境因子Table 1 Geographical environmental factors of four producing areas of A.triflorum

每個家系隨機選擇30顆繁殖體進行表型測定，翅果長、翅果寬、著生痕長、果實長、果實寬、果實厚度和翅長（圖1）[22]用游標(biāo)卡尺直接測量，測量精度為0.01 mm；翅果長寬比和果實長寬比直接計算。每株選取400顆帶翅繁殖體，利用天平測定，每100顆繁殖體的質(zhì)量作為百粒質(zhì)量，對獲得數(shù)據(jù)乘以10作為帶翅千粒質(zhì)量。測量后手動去翅，同樣方法測量去翅百粒質(zhì)量并計算去翅千粒質(zhì)量；每個單株隨機選取400顆繁殖體，用鉗子夾碎，計算空殼率；選取200顆繁殖體，分成4份，去殼，溫水浸泡24 h，放置30 ℃恒溫箱中保存。配置1%的TTC溶液，進行染色，放置恒溫箱中避光4～6 h后，放在顯微鏡下觀察胚的染色情況（圖2）。

圖1 三花槭果實各指標(biāo)測定示意圖Fig.1 Diagrammatic drawing of different traits of A.triflorum fruits

圖2 三花槭胚染色與未染色對比圖Fig.2 Contrast picture stained and unstand of A.triflorum embryo

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

所有數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0軟件和EXCEL 2010進行計算，空殼率和生活力在方差分析過程中進行反正弦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

種源間/種源內(nèi)家系間方差分析線性模型為[23]：

Xij=μ+Fj+eij

式中：μ為總體平均值，F(xiàn)j為種源效應(yīng)，eij為機誤。

表型變異系數(shù)（PCV）計算公式[24]：

表型相關(guān)系數(shù)（r）計算公式[25]：

式中：σα（xy）為2個性狀的表型協(xié)方差，σ2a（x）、σ2a（y）分別為2性狀的表型方差。

多性狀綜合評價計算公式[26]：

式中：ai=Xij/Xjmax，Xij為性狀的平均值，Xjmax為性狀的最優(yōu)值。

現(xiàn)實遺傳增益估算公式[27]：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地繁殖體表型性狀

表2表明：P2產(chǎn)地的果實長、果實寬、翅果寬、著生痕長、翅長最大，分別為11.50、10.25、15.70、7.69、33.66 mm；P1產(chǎn)地的果實長、果實寬、翅果長和翅果寬平均值最小，分別為9.85、9.23、38.11、12.82 mm；P3產(chǎn)地的空殼率最小，種子生活力最大，分別為23.56%和87.00%；P4產(chǎn)地的空殼率最大，種子生活力最小，分別為83.00%和16.00%。表明P2產(chǎn)地果實生長狀況較好，P3產(chǎn)地種子生活力最好。

表2 三花槭繁殖體表型性狀平均值及標(biāo)準(zhǔn)差Table 2 Mean average and standard deviation of phenotypic traits of A.triflorum propagules

2.2 表型變異參數(shù)分析

表3表明：在家系內(nèi)，不同產(chǎn)地三花槭各性狀表型的平均變異系數(shù)變幅為6.74%～36.25%，總平均變異系數(shù)為12.17%；各表型性狀中，空殼率變異系數(shù)最大（36.25%），其次是去翅千粒質(zhì)量，變異系數(shù)為15.86%，果實長的變異系數(shù)最小（6.74%），種子生活力在P4產(chǎn)地中變異系數(shù)最大（20.34%）。各表型性狀在不同產(chǎn)地變異程度不同，平均變異系數(shù)的變幅為10.44%～13.28%，其中，P1產(chǎn)地的變異較大。

表3 三花槭繁殖體各表型變異系數(shù)Table 3 Coefficients of phenotypic variation of A.triflorum propagules %

2.3 不同產(chǎn)地間方差分析

對4個不同產(chǎn)地三花槭的13個繁殖體表型進行方差分析，結(jié)果（表4）表明：除翅果長寬比在不同產(chǎn)地間性狀差異不顯著（P=0.787）外，其它性狀均差異極顯著（P<0.01），該結(jié)果說明不同產(chǎn)地間表型性狀存在較大差異。

表4 三花槭繁殖體表型性狀產(chǎn)地間方差分析Table 4 Variance analysis of phenotypic traits of A.triflorum propagules between origins

2.4 家系間方差分析

表5表明：P1產(chǎn)地的果實長、果實寬、果實厚度、翅長、帶翅千粒質(zhì)量、去翅千粒質(zhì)量和空殼率在家系間均差異極顯著（P<0.01）；P2產(chǎn)地的果實寬、翅果長、翅長、空殼率在家系間均差異顯著（P<0.05）；P3產(chǎn)地的翅果長、果實厚度、翅長和空殼率在家系間均差異極顯著（P<0.01）；P4產(chǎn)地的果實長、翅長、帶翅千粒質(zhì)量、去翅千粒質(zhì)量和空殼率在家系間均差異極顯著（P<0.01）。結(jié)果說明果實長、果實寬、千粒質(zhì)量和空殼率等指標(biāo)在家系間差異是極顯著的。

表5 三花槭繁殖體表型性狀家系間方差分析Table 5 Variance analyis among families of phenotypic traits A.triflorum propagules

2.5 相關(guān)性分析

2.5.1 表型性狀間相關(guān)系數(shù) 表6表明：果實長與翅果寬呈極顯著正相關(guān)（r=0.477），與果實寬、翅果長、著生痕長、翅長和空殼率均呈顯著正相關(guān)（0.368≤r≤0.421）；果實寬與翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和千粒質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)（0.512≤r≤0.795）；翅果長與翅果寬、果實厚度、著生痕長和翅長均呈極顯著正相關(guān)（0.545≤r≤0.902）；翅果寬與果實厚度、著生痕長、翅長、帶翅千粒質(zhì)量和去翅千粒質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)（0.523≤r≤0.841）；帶翅千粒質(zhì)量與去翅千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.993）；種子生活力與空殼率和翅果長呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=?0.897，r=?0.507）。說明三花槭繁殖體大部分性狀間存在較大的相關(guān)性。

表6 三花槭繁殖體表型性狀間的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficient between phenotypic characters of Acer triflorum propagules

2.5.2 表型性狀與環(huán)境因素間相關(guān)性分析 表7表明：果實長、果實寬、千粒質(zhì)量與海拔呈顯著負(fù)相關(guān)（?0.456≤r≤?0.380）；翅果長、翅果寬、果實厚度、翅長與海拔呈極顯著負(fù)相關(guān)（?0.556≤r≤?0.529）；空殼率與緯度呈極顯著正相關(guān)（r=0.764），與年均氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=?0.549）；種子生活力與年均氣溫呈極顯著正相關(guān)（r=0.516），與緯度呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=?0.736）。說明果實的長寬隨著海拔的升高而減小，相應(yīng)的千粒質(zhì)量也減輕；空殼率隨著年均氣溫的升高而減少，相反種子生活力隨著年均氣溫的升高而增強。

表7 三花槭繁殖體表型性狀與地理環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)Table 7 Correlation between phenotypic traits of Acer triflorum propagules and geographical environmental factors

2.6 主成分分析

表8表明：主成分I特征值為5.087，貢獻(xiàn)率為39.133%，累計貢獻(xiàn)率為38.133%，果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長和翅長等性狀特征值較高，分別為0.727、0.840、0.699、0.748、0.752、0.747、0.753；主成分Ⅱ特征值為2.544，貢獻(xiàn)率為19.571%，累計貢獻(xiàn)率為58.704%，帶翅千粒質(zhì)量、去翅千粒質(zhì)量和種子生活力等性狀特征值較高，分別為0.633、0.615、0.838；主成分Ⅲ特征值為1.367，貢獻(xiàn)率為10.513%，累計貢獻(xiàn)率為69.217%，其中，果實長寬比特征值較高，為0.777；主成分Ⅳ特征值為1.332，貢獻(xiàn)率為10.243%，累計貢獻(xiàn)率為79.460%，其中，翅果長寬比特征值較高為0.795。包含了供試產(chǎn)地和性狀的大部分信息。

表8 三花槭繁殖體各表型性狀主成分分析Table 8 Principal component analysis of phenotypic traits of Acer triflorum propagules

2.7 優(yōu)良產(chǎn)地選擇

依據(jù)主成分分析和相關(guān)性結(jié)果表明，以果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和生活力為選擇指標(biāo)對4個產(chǎn)地進行綜合評價，P1、P2、P3、P4產(chǎn)地的Qi值分別為2.657、2.793、2.744、 2.631。由于P2產(chǎn)地具有較高的綜合評價值（2.793），入選為優(yōu)良產(chǎn)地，該產(chǎn)地果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長均值分別為11.50、10.25、43.24、15.70、7.04、7.69、33.66 mm，帶翅千粒質(zhì)量、去翅千粒質(zhì)量均值分別為220.62、199.96 g，種子生活力均值為73.00（表2），各性狀的現(xiàn)實增益分別為10.97%、6.63%、3.34%、9.48%、5.03%、2.83%、7.92%、9.52%、13.00%、22.08% 。

2.8 優(yōu)良家系選擇

依據(jù)主成分分析和相關(guān)性分析結(jié)果對30個家系進行綜合評價，各家系Qi值見表9。按果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和生活力現(xiàn)實增益在2%以上，兼顧其他性狀對家系進行評價選擇，入選率為20%，家系19、12、6、22、27、28家系入選，入選家系果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長均值分別為10.56、9.66、44.29、14.48、6.76、7.43、33.81 mm，帶翅千粒質(zhì)量、去翅千粒質(zhì)量均值分別為200.56、174.35 g，生活力均值為49%。入選家系的現(xiàn)實增益分別為11.43%～52.81%、7.03%～78.65%、4.08%～47.19%、3.36%～67.50%、2.68%～53.80%、1.13%～26.37%。

表9 不同家系Qi值Table 9 Qi value of different families

3 討論

植物表型性狀不僅受遺傳因素影響，還與外部環(huán)境相關(guān)，因存在生態(tài)適應(yīng)性，致使不同產(chǎn)地存在較大的表型變異，且這種變異可能遺傳給下一代[28-29]。本研究中，根據(jù)方差分析結(jié)果表明，4個產(chǎn)地的三花槭各性狀間差異極顯著（除翅果長寬比外），這可能是三花槭對不同生長環(huán)境所采取的適應(yīng)性策略，這現(xiàn)象與Gouwakinnou等[30]研究的伯爾硬胡桃 （Sclerocarya birrea Rich）、龍鳳等[31]研究的雷公藤 （Triptery giumwilfor-dill Hook）、Munthali等[32]研究的猴面包樹 （Adansonia digitata Linn） 和楊志玲等[33]研究的石蒜 （Lycoris radiate Herb） 等變異情況相似。變異系數(shù)是衡量群體變異程度大小的指標(biāo)，變異系數(shù)越大其性狀變異程度越高[34]，本研究三花槭繁殖體各表型變異系數(shù)變幅為6.74%～36.25%，平均變異系數(shù)為12.17%，說明產(chǎn)地間有豐富的表型變異，可為下一步選擇優(yōu)良產(chǎn)地奠定基礎(chǔ)。

林木改良過程中，常要求綜合性改良，因此，各性狀的相關(guān)性也十分重要[35]。本研究的相關(guān)性結(jié)果表明，種子生活力與翅果長和空殼率呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與王寧等[36]對野生元寶楓相關(guān)性分析研究結(jié)果相似，表明種子生活力與空殼率不是獨立遺傳的2個性狀，在對三花槭優(yōu)良產(chǎn)地篩選時應(yīng)考慮在內(nèi)。由于三花槭來源于4個不同產(chǎn)地，可能會產(chǎn)生與其生長環(huán)境相適應(yīng)的遺傳變異，根據(jù)繁殖體表型性狀與環(huán)境因子間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地三花槭繁殖體表型性狀受海拔影響較大，果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、翅長、千粒質(zhì)量均受產(chǎn)地海拔影響，表現(xiàn)為海拔越高，果實長寬越小，千粒質(zhì)量越輕。這與林瑋等[34]發(fā)現(xiàn)任豆種子厚度隨緯度的增大而變薄，種子長寬比隨海拔的升高而變小的研究結(jié)論相似。千粒質(zhì)量和種子生活力均與產(chǎn)地年均氣溫顯著相關(guān)，表現(xiàn)為氣溫越高，千粒質(zhì)量越重，種子生活力越好。這與何霞等[12]研究發(fā)現(xiàn)苦楝在氣溫較高、日照豐富地區(qū)的種源苗生長快和生物量大的結(jié)論相似。其次，種子上的果實大小和空殼率與緯度也具有相關(guān)性，這與高張瑩等[37]對核桃楸的研究相似，果核形態(tài)變異主要受緯度、溫度和濕度的影響。因此，在考慮三花槭選取優(yōu)良產(chǎn)地和引種時，不能只考慮經(jīng)緯度，還要將海拔和溫度等因素考慮在內(nèi)，為后續(xù)聯(lián)合選擇提供依據(jù)。

本研究對不同產(chǎn)地的三花槭繁殖體進行初選，利用主成分分析可以把多個測定指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)指標(biāo)對待評價植物進行綜合評價，選用果實長、果實寬、翅果長、翅果寬、果實厚度、著生痕長、翅長和生活力等性狀生長特征值較高的為篩選指標(biāo)，篩選出P2產(chǎn)地為最優(yōu)產(chǎn)地，確定的最優(yōu)家系號為19、12、6、22、27、28。

4 結(jié)論

槭樹是我國瀕危樹種之一，因地理環(huán)境和人為活動等因素使其表型存在顯著變異，了解產(chǎn)地的地理變異規(guī)律，可為后續(xù)優(yōu)良三花槭的收集、保存、利用提供思路。本研究發(fā)現(xiàn)三花槭4個產(chǎn)地的果實表型性狀之間存在豐富的遺傳變異，其主要受海拔和年均氣溫2個環(huán)境因子的影響，果實大小和種子生活力對環(huán)境的反映最敏感。初選優(yōu)良產(chǎn)地和家系，為下一步進行三花槭的遺傳多樣性研究、種質(zhì)資源保護和良種選育提供材料與理論基礎(chǔ)。