蔡年輝 李亞麒 許玉蘭 李 偉 汪夢婷 陳 詩 王亞楠 王大瑋

( 1. 西南林業(yè)大學西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室，云南 昆明 650233；2. 西南林業(yè)大學云南省高校林木遺傳改良與繁育重點實驗室，云南 昆明 650233；3. 云南吉成園林科技股份有限公司，云南 紅河 652300)

云南松（Pinus yunnanensis）是我國云貴高原的主要鄉(xiāng)土樹種和重要用材樹種[1-3]，在分布區(qū)域的林業(yè)生產和生態(tài)經(jīng)濟建設中具有舉足輕重的作用[3]。目前云南松種質資源的退化比較明顯，遺傳改良工作迫在眉捷，然而種質資源的準確、系統(tǒng)評價對其保護與利用比較重要。可利用的各種遺傳標記包括形態(tài)學標記、細胞學標記、同工酶標記和分子標記等，其中形態(tài)學標記是比較快捷的途徑，也是種質資源多樣性評價方面不可或缺的，是遺傳多樣性研究的重要內容[4]。對于云南松種質資源有過相關的研究報道，對其不同地理分布區(qū)域和不同海拔梯度群體進行了研究，群體間表型分化均很低，地理距離、生態(tài)距離等引起針葉性狀變異的趨勢不明顯[5-6]。綜合來看，現(xiàn)有對云南松種質資源的表型遺傳多樣性以群體間和群體內的評價居多。在林分中，個體的生長因遺傳基礎或環(huán)境因素產生了分化，呈現(xiàn)出不同生長優(yōu)勢等級，如優(yōu)勢木、中等木、被壓木或劣勢木等[7-9]，而不同生長優(yōu)勢等級間的遺傳多樣性尚不清楚，在林木經(jīng)營管理中，可能因優(yōu)勢度的不同采取不一樣的經(jīng)營管理措施，有必要分析不同優(yōu)勢等級林木間的遺傳多樣性變化。鑒于此，本研究在樣地內林木生長測定的基礎上，按照樹高和胸徑（地徑）生長因子，將樣株劃分為優(yōu)勢木、中等木和劣勢木3類，對其針葉表型性狀的測定，進而進行遺傳多樣性的評價，以期為該樹種的經(jīng)營管理、利用研究提供有效信息。

1 材料與方法

1.1 研究對象

在全面踏查的基礎上，在云南省雙江縣云南松林分設置3個30 m×30 m樣地。分別對樣地內的云南松進行每木檢尺，測定時將林冠層和更新層分開進行，胸徑大于或等于5 cm的云南松視為林冠層；將胸徑小于5 cm的云南松視為更新層[10]，林冠層測量樹高和胸徑，更新層測量樹高和地徑。參照梅婷婷等[11]研究，以樹高和胸徑（地徑）為主要分類因子，將樣地內林冠層和更新層各樣株按樹高和胸徑（地徑）劃分為3類：優(yōu)勢木、中等木和劣勢木。以樣地中云南松針葉為研究對象。

1.2 性狀測定

采集樣地中每株云南松樹冠中上部位2年生針葉，用自封袋保存并進行單株編號。對采集針葉每株隨機抽取健康完整的10束用于表型測定，直尺測量針葉長和葉鞘長，精確到0.1 cm；游標卡尺測量針葉粗和針葉束粗，精確到0.01 mm；計算針葉長/針葉粗、針葉長/葉鞘長和針葉束粗/針葉粗。

1.3 統(tǒng)計分析

依據(jù)上述樣品的分類，每個樣地按林冠層和更新層，每層分優(yōu)勢木、中等木和劣勢木3類，3個樣地共計18組針葉束數(shù)據(jù)。各組數(shù)據(jù)測定的數(shù)量如表1所示。

表 1 各樣地測定的針葉束數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 1 Needle beam statistics measured in each plot

所采用SAS 9.0軟件對各性狀進行巢式方差分析，線形模型為：

式中：Yikj為第i個組第j個單株第k個觀測值，μ為總平均值，Si為組效應（固定），T(i)j為組內單株效應（隨機）；ε(ij)k為試驗誤差，分析云南松針葉表型變異特征，并計算表型分化系數(shù)[12]，計算公式為：

VST表示組間變異占遺傳總變異的百分比。

采用 Bio-Dap 軟件計算針葉性狀多樣性Shannon-Wiener指數(shù)[13-14]：

式中：Pi為某性狀第i個級別出現(xiàn)的概率。

對數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行統(tǒng)計，運用SPSS 19.0進行方差分析、相關性分析，并計算平均值、標準差以及變異系數(shù)，其中以變異系數(shù)來分析各生長優(yōu)勢等級內的變異情況。

2 結果與分析

2.1 不同生長優(yōu)勢等級云南松針葉表型性狀特征

將各個樣地內林冠層和更新層的針葉性狀單獨進行分析，計算云南松不同生長優(yōu)勢等級針葉表型性狀特征。結果表明（表2），在林冠層，3個樣地的針葉長均表現(xiàn)為優(yōu)勢木最低，其次是中等木，以劣勢木最高；針葉長/針葉粗在樣地1和樣地2也表現(xiàn)出與針葉長相似的變化規(guī)律。針葉粗和針葉束粗在3個樣地的變化規(guī)律不一致，樣地1表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞中等木＞劣勢木，樣地2表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞劣勢木＞中等木，樣地3表現(xiàn)為：劣勢木＞中等木＞優(yōu)勢木，但總體各生長優(yōu)勢等級間的差異較小。同樣地，針葉長/葉鞘長在樣地1、樣地2和樣地3分別表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＜中等木＜劣勢木、優(yōu)勢木＜中等木＜劣勢木、劣勢木＜優(yōu)勢木＜中等木。

表 2 不同生長優(yōu)勢等級云南松針葉的表型性狀Table 2 Phenotypic traits of P. yunnanensis needles with different growth dominant grades

在更新層，樣地3除葉鞘長和針葉長/葉鞘長外，其余5個性狀表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞劣勢木＞中等木。針葉長和針葉束粗在樣地1表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞中等木＞劣勢木、在樣地2表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞劣勢木＞中等木；針葉粗在樣地1和樣地2均表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞中等木＞劣勢木；葉鞘長樣地1和樣地2均表現(xiàn)為：劣勢木＞優(yōu)勢木＞中等木；針葉長/針葉粗在樣地1和樣地2依次表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞劣勢木＞中等木和劣勢木＞優(yōu)勢木＞中等木?？傮w來看，以針葉長/針葉粗的變化波動較大，而其他指標的變異在不同生長優(yōu)勢等級間差異均較小。

2.2 不同生長優(yōu)勢等級內云南松針葉性狀變異系數(shù)分析

對云南松不同生長優(yōu)勢等級云南松針葉表型性狀的變異程度進行分析，以3個樣地同一生長優(yōu)勢等級的變異系數(shù)均值計算，結果見圖1。由圖1可知，同一林層同一生長優(yōu)勢等級各性狀的變異波動有所不同，林冠層優(yōu)勢木和中等木中，各針葉性狀的變異系數(shù)波動表現(xiàn)較為相似，除針葉長/針葉粗和針葉束粗/針葉粗外，其余5個性狀均表現(xiàn)為：針葉長/葉鞘長 ＞ 葉鞘長 ＞ 針葉長 ＞ 針葉粗 ＞ 針葉束粗。其中優(yōu)勢木變化于13.28%～20.74%，平均16.96%；中等木波動于14.56%～20.00%，平均16.87%。劣勢木表現(xiàn)為：針葉長/葉鞘長 ＞ 葉鞘長 ＞ 針葉束粗 ＞ 針葉長/針葉粗 ＞ 針葉粗 ＞ 針葉長 ＞ 針葉束粗/針葉粗，變異系數(shù)波動于13.41%～17.79%，平均15.58%。3個生長優(yōu)勢等級均表現(xiàn)為以針葉長/葉鞘長的變異系數(shù)最大，而低值出現(xiàn)不一致，優(yōu)勢木為針葉束粗、中等木和劣勢木為針葉束粗/針葉粗。同一林層同一性狀不同生長優(yōu)勢等級的變動也不一致，針葉長、葉鞘長和針葉長/葉鞘長均表現(xiàn)為：優(yōu)勢木＞中等木＞劣勢木；針葉粗、針葉長/針葉粗和針葉束粗/針葉粗均表現(xiàn)為：中等木＞優(yōu)勢木＞劣勢木；針葉束粗表現(xiàn)為：劣勢木＞中等木＞優(yōu)勢木。7個性狀的平均值比較來看，優(yōu)勢木（16.96%）和中等木（16.87%）比較接近，以劣勢木（15.58%）稍低。

圖 1 云南松不同優(yōu)勢等級針葉表型性狀變異系數(shù)Fig. 1 Variation coefficients of needles phenotypic traits in the different dominance hierarchies of P. yunnanensis

更新層的變化有所不一樣，在優(yōu)勢木和中等木，各個性狀的變異系數(shù)較低，而劣勢木7個性狀的變異系數(shù)均較高，總體平均值表現(xiàn)為：優(yōu)勢木（15.88%）和中等木（15.71%）比較接近，以劣勢木（19.35%）較高。

變異系數(shù)可間接反映變異的豐富程度，綜合來看，林冠層以優(yōu)勢木和中等木的變異較豐富，而更新層則以劣勢木的變異更豐富。

2.3 不同生長優(yōu)勢等級內云南松針葉性狀Shannon-Wiener指數(shù)分析

在前述分析的基礎上，進一步對各組林木的多樣性指數(shù)進行比較（圖2），結果表明，林冠層優(yōu)勢木7個性狀的Shannon-Wiener指數(shù)變化于1.342 4～1.427 0，平均為1.399 5 ；中等木變化于1.357 1～1.432 9，平均為1.394 1；劣勢木為1.340 5～1.443 4，平均為1.412 7。不同生長優(yōu)勢等級Shannon-Wiener指數(shù)最高值均為葉鞘長，低值優(yōu)勢木和中等木出現(xiàn)在針葉粗，劣勢木出現(xiàn)在針葉長/葉鞘長。從平均值來看，以優(yōu)勢木和中等木較為接近，而劣勢木稍高。

圖 2 不同生長優(yōu)勢等級云南松針葉表型性狀Shannon-Wiener指數(shù)Fig. 2 Shannon-Wiener index of needles phenotypic traits in the different dominance hierarchies of P. yunnanensis

更新層各性狀的Shannon-Wiener指數(shù)變化表現(xiàn)為，在優(yōu)勢木，最高出現(xiàn)在針葉長/葉鞘長，為1.462 3，最低出現(xiàn)在針葉束粗/針葉粗，為1.405 2；在中等木和劣勢木，最低值出現(xiàn)在葉鞘長，分別為1.255 2和1.330 7，而高值出現(xiàn)的性狀不一，中等木以針葉長/針葉粗最高（1.430 9），劣勢木以針葉粗最高（1.443 6）。從各個性狀的平均值比較，表現(xiàn)為優(yōu)勢木＞劣勢木＞中等木。

對不同生長優(yōu)勢等級間的進行方差分析，各性狀的多樣性指數(shù)差異較?。≒＞0.05），性狀間分布較均勻。

2.4 不同生長優(yōu)勢等級云南松針葉性狀表型分化

進一步進行方差分析，分別對每個樣地的3類林木進行巢式方差分析，估算方差分量及其方差分量百分比，進而求算表型分化系數(shù)，結果見表3。結果表明，在各樣地的林冠層和更新層的每個性狀均表現(xiàn)為不同生長優(yōu)勢等級間的方差分量遠低于各等級內的方差分量，林冠層7個性狀平均組間方差分量（6.67%）遠低于組內方差分量（51.90%）；更新層3個樣地組間的方差分量為5.02%，組內平均為42.80%，同樣表現(xiàn)為組間的方差分量遠低于組內，即云南松針葉表型性狀的變異主要存在于不同生長優(yōu)勢等級內。

從表型分化系數(shù)也可以看出，各性狀的表型分化存在波動，但總體均表現(xiàn)低于50%，3個樣地林冠層表型分化系數(shù)為5.71%～13.14%，平均9.85%。更新層平均表型分化系數(shù)也較低（9.08%），進一步表明云南松針葉表型性狀的變異主要存在于組內（不同生長優(yōu)勢等級內），而組間的變異較少，即組內變異是云南松針葉性狀的主要變異來源。

表 3 云南松不同優(yōu)勢等級針葉表型性狀方差分量分析Table 3 Variance components of P. yunnanensis in the different dominance hierarchies %

3 結論與討論

表型性狀的評價是種質資源遺傳多樣性評價的基本手段，目前的應用較為廣泛[15-17]。葉片的形態(tài)特征變化可反映其對環(huán)境的適應性變化[18-19]，云南松針葉性狀是進行表型多樣性評價的重要部位之一，且易于采樣與測定，前期的研究利用針葉進行遺傳變異的評價也反映其可行性[5-6]。變異系數(shù)和多樣性指數(shù)都是反映遺傳多樣性的指標[20]，本研究表明，各性狀在不同生長等級間的變異系數(shù)波動于13.28%～20.74%，以優(yōu)勢木的針葉粗表現(xiàn)最低、以優(yōu)勢木的針葉長/葉鞘長最高。多樣性指數(shù)不僅能夠反映變異范圍的大小，而且能反映出基因型頻率的分布，在形態(tài)多樣性的研究中，多樣性指數(shù)越高，表明形態(tài)性狀的多樣性越豐富，其中Shannon-Wiener多樣性指數(shù)廣泛應用于表型性狀多樣性評價[20]。測定的7個針葉性狀中，以劣勢木中葉鞘長的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最低（1.340 5）、以劣勢木的針葉長/葉鞘長最高（1.443 4）?？偟膩砜?，不同性狀間的變異系數(shù)或多樣性指數(shù)差異不大，但不同性狀對揭示各生長優(yōu)勢等級林木遺傳多樣性的貢獻不一樣。因此，綜合多個性狀能反映各等級林木間的遺傳變異。

不同生長優(yōu)勢等級林木間的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)比較來看，優(yōu)勢木各性狀間的變異系數(shù)波動于1.342 4～1.427 0，平均1.399 5；中等木波動于1.357 1～1.432 9，平均1.394 1；劣勢木為1.340 5～1.443 4，平均1.412 7。綜合多個性狀的均值比較，表現(xiàn)為劣勢木＞優(yōu)勢木＞中等木。這可能與云南松不同生長等級林木間所占的林層位置和環(huán)境條件有關，表型性狀受基因型、基因型與環(huán)境互作以及環(huán)境選擇壓等方面的影響，劣勢木在林層中處于下層，受環(huán)境的影響較大，如光照、溫度、光合有效輻射等[21]，在這樣的選擇壓下，提高遺傳變異來適應環(huán)境條件。上層的優(yōu)勢木占據(jù)一定的空間優(yōu)勢，接受更多光照，從環(huán)境中獲得較多的資源，提高對環(huán)境干擾的恢復能力和環(huán)境改變的緩沖能力[8-9,22]，表現(xiàn)出遺傳變異和適應能力的提高[23]。但是，總體來看，它們之間的差異不顯著，即不同生長優(yōu)勢等級對云南松針葉表型性狀的遺傳變異影響較小。

云南松不同生長優(yōu)勢等級林木間的方差分量所占比例波動于3.16%～9.13%，各組內的方差分量所占比例為51.45%～52.80%，總體來看，組間方差分量（6.67%）遠低于組內方差分量（51.90%）。表型分化系數(shù)也可以看出，盡管各性狀的表型分化存在波動，但總體均表現(xiàn)低于50%，3個樣地表型分化系數(shù)為5.71%～13.14%，平均9.85%。較低的表型分化系數(shù)進一步表明不同生長優(yōu)勢等級對其遺傳多樣性的影響較小。云南松為風媒異花授粉植物，花粉流或種子流均可削弱群體間的遺傳分化，差異變小[24-25]。

綜合來看，不同生長優(yōu)勢等級林木間的遺傳分化較低，遺傳多樣性差異較小，即林木生長分化對遺傳多樣性的影響較小。但是，云南松分布生境多為高山陡坡，天然更新仍為主要重建方式，以優(yōu)勢木作為更新母樹，有望下代獲得較高的遺傳改良潛力。

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