(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院/廣東省森林植物種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點實驗室/亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室，廣東 廣州 510642)

構(gòu)樹(BroussonetiaPapyrifera(L.)Vent.)為?？?Moraceae)構(gòu)樹屬(Broussonetia)植物，落葉喬木，具有速生、適應(yīng)性強、分布廣、易繁殖、熱量高、輪伐期短的特點。其根系淺，側(cè)根分布很廣，生長快，萌芽力和分蘗力強，耐修剪，抗污染性強[1,2]。集中分布于我國19～39°N，100～121°E。除我國外，在日本、馬來西亞、印度、泰國、緬甸、越南、韓國、太平洋諸島、中東和歐洲也均有分布[3]，由于分布廣，種源之間在性狀上可能存在較大的遺傳變異[4-6]。

同一樹種不同種源的地理變異與采種點經(jīng)緯度和海拔的關(guān)系可通過多元回歸擬合曲面方程揭示各性狀的變異趨勢[7]。目前國內(nèi)對種子種源地理變異研究有很多，陳曉陽等[8-10]對側(cè)柏不同試驗點對種源的越冬枯死率、一年生苗高、苗高/主根長、總根長等性狀進行了趨勢面分析，得出了不同性狀在種源間的地理變異規(guī)律；廖博勇等[11]對分布區(qū)70個苦楝種源作果核和種子8個表型性狀的地理變異進行了趨勢分析；鄧波等[12]對12個種源33個家系青錢柳的生長和黃酮積累進行了趨勢分析以及聚類分析。這些研究表明，趨勢面分析和聚類分析是解釋地理變異規(guī)律的有效工具。

目前，人們對構(gòu)樹的研究多關(guān)注于其繁育、資源開發(fā)、生理化學(xué)和遺傳多樣性等方面，而對其天然形態(tài)地理變異和果核及種子性狀地理變異的相關(guān)研究較少。雖然以前對構(gòu)樹種源果核形態(tài)和種子性狀地理變異曾有過類似研究，但是有種源范圍不夠廣泛，采種地點較少，母樹不夠代表性的局限性。本研究加大了構(gòu)樹種源的采集范圍，對21個省份42個構(gòu)樹種源的種子表型性狀進行觀測，再使用多種統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析，通過分析其地理變異探索構(gòu)樹種源地理變異規(guī)律。旨在揭示構(gòu)樹種子在中國的地理變異規(guī)律及其氣候生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，為我國構(gòu)樹的種源地理類群劃分，造林用種，區(qū)劃種子的調(diào)撥范圍提供嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的實驗依據(jù)。另外，由于人口劇增帶來的生態(tài)環(huán)境壓力，導(dǎo)致物種的遺傳多樣性在慢慢地喪失，研究構(gòu)樹種源地理變異有助于保護構(gòu)樹的基因多樣性，完善構(gòu)樹基因庫，因此研究具有一定的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料的采集

根據(jù)構(gòu)樹在中國的分布區(qū)域和分布點的均勻性，確定構(gòu)樹種子采種點[13]。因構(gòu)樹的人工林較少再加上調(diào)查分析，可以保證采種點的構(gòu)樹屬于當(dāng)?shù)仄鹪?。采種母樹應(yīng)達(dá)到正常的開花結(jié)實年齡，生長正常且無明顯病蟲害。為了避免親緣關(guān)系和個體偶然性的影響，要求每個采種點的采種母樹不少于30株，母樹之間距離大于100 m。2017—2018年從21個省(區(qū)、市)的42個地點采集構(gòu)樹種子，每個采種點采種母樹供試種源的種子是30 株母樹種子混合組成，平均取各采種點母樹種子均勻混合組成種源材料。各地區(qū)種源編號、具體采種點地理位置見表1，地理因子中經(jīng)度、緯度和海拔的數(shù)據(jù)均為采種點GPS記錄數(shù)據(jù)。

表1 構(gòu)樹種子性狀觀測的種源信息

1.2 試驗材料與觀測方法

采集的種子洗凈晾干，然后將種子裝入真空密封袋中，放置于4 ℃的低溫種子存儲柜中保存。將每個種源種子按30株母樹種子均勻混合，每個種源隨機抽取30粒種子，由于構(gòu)樹種子體型小，質(zhì)量輕，在體式顯微鏡下觀測種子長(種子最長)、寬(種子長垂直的最長)、厚(與種子長、寬均垂直)，精確到0.001 mm。種子千粒重采用電子天平進行測量，每個種源隨機抽取1 000粒種子進行測量，重復(fù)3次，精確到0.000 1 g。

1.3 試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析方法

采用Excel軟件計算出各項數(shù)據(jù)的平均值，采用SAS 9.0軟件對種源間性狀的差異進行方差分析、聚類分析[14]，并對各種源性狀與采種點地理因子進行多項式回歸分析[13]。在多項式回歸計算中，將各性狀回歸擬合系數(shù)控制在0.5以上，系數(shù)最高且各多項式分項系數(shù)都達(dá)到顯著水平以上的回歸方程作為最優(yōu)回歸方程。將試驗點各種源海拔平均值代入各性狀最優(yōu)回歸方程中，采用Surfer 13.0軟件做各性狀與經(jīng)度、緯度趨勢面圖；再用試驗點各種源經(jīng)緯度平均值代入最優(yōu)回歸方程，采用Excel軟件做各性狀與海拔趨勢曲線圖。經(jīng)度、緯度和海拔為采種點GPS記錄數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源各性狀變異幅度與方差分析

由表2可知，不同種源在種子的長、寬、厚和千粒重上均有明顯差異。其中，種源間種子長的變異幅度為0.918 0～1.257 0 mm；種子寬為0.804 0～1.134 0 mm；種子厚為0.621 0～0.836 0 mm；千粒重的質(zhì)量為1.875 0～3.589 2 g。各性狀中變幅占均值比值最大的是千粒重，為0.692 6，其次是種子寬、種子長，種子厚的相對極差最小，為0.301 8。

經(jīng)方差分析(表3)，各種源間構(gòu)樹種子長、寬、厚、千粒重存在顯著性差異。F值大小順序為千粒重(253.91)>種子長(45.26)>種子厚(15.82)>種子寬(1.97)。4個性狀中千粒重的重復(fù)力最高(99.6%)，種子寬最低(49.2%)。說明種子長、種子厚、千粒重這3個性狀差異由遺傳控制較強。

2.2 各種源性狀與地理因子多項式趨勢面分析

2.2.1種子各性狀與經(jīng)緯度的多項式趨勢面分析

將種子的長、寬、厚以及千粒重與采種點經(jīng)緯度和海拔作1～4多項式回歸分析，結(jié)果(表4)表明：4個性狀中，種子長、厚、千粒重3個性狀擬合系數(shù)都在0.5以上，可用于分析性狀變異的地理趨勢。種子寬擬合系數(shù)最高只達(dá)到了0.280 2，故不可用于分析性狀變異的地理趨勢。由表4可以看出，種源種子長、厚、千粒重與地理因子多項式回歸的擬合系數(shù)均達(dá)到極顯著水平。

分別對種子長、種子厚、千粒重與采種點的經(jīng)緯度做趨勢面圖。由圖1可看出，種子性狀呈西南-東北梯度變異趨勢，采種點經(jīng)度對種子長度的影響大于緯度。

在同一經(jīng)度上，種子長、厚和千粒質(zhì)量隨緯度的升高而升高；同一緯度上，種子長、厚和千粒質(zhì)量隨經(jīng)度的增加而增加。

表3 構(gòu)樹不同種源間種子表型性狀方差分析

注：“*”表示0.05水平上差異顯著，“**”表示0.01水平上差異顯著。

注：多項式變量中x為緯度，y為經(jīng)度，e為海拔。

2.2.2種子各性狀與經(jīng)緯度的多項式趨勢面分析

分別將經(jīng)度和緯度均值代入各性狀的最優(yōu)多項式中，作各性狀海拔曲線圖。從圖2～圖4可以看出，種子長、厚、千粒重均與海拔呈正相關(guān)，隨著海拔的升高，種子長、厚、千粒重均有所增大。其中，千粒重地理變異受海拔的影響最大。

圖2 種子長與采種點海拔趨勢曲線

圖3 種子厚與采種點海拔趨勢曲線

2.3 種子各性狀的種源類群劃分

將種子長、寬、厚及千粒重數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，做各性狀R2值、半偏R2值、偽T2值、偽F值的散點圖(圖5)。采用可變距離法對4個性狀做種源聚類分析，聚類結(jié)果見圖6。根據(jù)聚類分析參數(shù)R2值、半偏R2值以及偽F值可將不同種源聚為4類；而按偽T2值可將各種源聚為3類。綜合4個聚類分析參數(shù)，當(dāng)遺傳距離為0.8時，將42個種源聚為4類。計算出4個聚類群各性狀均值，并統(tǒng)計種子徑長比(種子徑為種子寬與厚的均值)(表5)。

圖5 R2、半偏R2、偽T2、偽F值散點圖

圖4 千粒重與采種點海拔趨勢曲線

表5 聚類各性狀均值分析

由圖6可以看出：類群Ⅰ由山東青島種源單獨組成，其特點是種子體積質(zhì)量均為最大，種子外觀呈細(xì)長型；類群Ⅱ為2、14、26、12、16、3、8、7、13號種源，主要由北京、河北、山西、陜西、河南種源組成，其種子特點是體積大、質(zhì)量大，種子外觀相對其他聚類群而言較為圓潤；類群Ⅲ為4、5、11、30、15、34、27、10、17、18、6、25、40、41、42、33、29、32、38、39、24、31、9號種源，主要由浙江、福建、湖北、安徽、河南、云南、江西、湖南、貴州、四川、甘肅種源組成，其種子特點是體積、質(zhì)量相對其他聚類群較為適中，種子外觀相對圓潤；類群Ⅳ為19、20、37、36、21、23、22、28、35號種源，主要由海南、廣東、廣西種源組成，其種子特點是體積小、質(zhì)量小，種子外觀最為圓潤飽滿。

注：圖中數(shù)字1～42為種源編號。圖6 種源間構(gòu)樹種子性狀平均距離法聚類分析

3 結(jié)論與討論

植物種子尤其是林木種子在其表型形態(tài)上具有較高的穩(wěn)定性，種子的形態(tài)是植物分類學(xué)的重要依據(jù)，常用于植物品種鑒定與分類，同時對樹種遺傳變異多樣性研究具有重要參考價值。構(gòu)樹從亞熱帶到溫帶的低緯度地區(qū)都有分布，由于不同地理種源長期在不同氣候區(qū)域生長繁育，產(chǎn)生了地理隔離，不同種源間在某些性狀上存在遺傳分化的變異現(xiàn)象。本研究對全國42個種源的構(gòu)樹種子進行地理變異分析。結(jié)果表明:構(gòu)樹種子形態(tài)特征及質(zhì)量在種源間差異顯著。種子長、厚、千粒重的地理變異受經(jīng)度、緯度變異的雙重控制，呈連續(xù)的漸變?nèi)旱乩碜儺惸Ｊ?，種子寬與地理差異相關(guān)甚微。種子長、厚、千粒重均呈西南-東北梯度變異趨勢，其中種子長、厚受經(jīng)度的影響大于受緯度的影響[15,16]，而千粒重呈均勻的西南-東北梯度變異趨勢。構(gòu)樹種子的地理變異除了受經(jīng)緯度影響之外，也受到海拔的影響，種子的長、厚、千粒重隨海拔的上升而增加，均呈正相關(guān)，其中千粒重受海拔的影響最大。

采用平均距離法分析可將種源聚為4類。其中山東青島種源獨立成一類，為聚類群Ⅰ。其種子特點是體積最大，外觀相對其他聚類呈細(xì)長型，質(zhì)量最大，與其他種源相比相差甚遠(yuǎn)。山東青島地處我國東北沿海區(qū)域，氣候條件獨特，受當(dāng)?shù)厮赜械纳鷳B(tài)氣候微環(huán)境的影響，產(chǎn)生了獨特的地理變異，但結(jié)論有待證實。類群Ⅱ由東北部的種源構(gòu)成，其種子特點是體積相對類群Ⅲ、Ⅳ較大，外觀相對圓潤，質(zhì)量比類群Ⅲ、Ⅳ的大。類群Ⅲ由中部、中南部的種源構(gòu)成，其種子特點是體積相對聚類群Ⅳ較大，外觀相對圓潤，質(zhì)量相對聚類群Ⅳ較大。聚類群Ⅳ由南部、西南部的種源構(gòu)成，其種子特點是體積相對其他聚類群最小，外觀最為圓潤飽滿，質(zhì)量相對其他聚類群最小。所有種源表型性狀地理變異趨勢明顯，類群種子性狀出現(xiàn)明顯的從南往北方向種子變大變重的趨勢，但進行聚類分析時出現(xiàn)了部分種源地理相隔很近卻不屬于同一類的情況。

構(gòu)樹種子表型性狀各種源間形態(tài)差異較大，有著明顯的地理變異。隨地理因子和氣候因子的變化，種源間形成了逐步的變異趨勢以適應(yīng)環(huán)境變化，并在長期的進化中逐漸形成各自特有的適應(yīng)特征。根據(jù)各種源種子形態(tài)差異可以對構(gòu)樹進行簡單的種源區(qū)劃，而進一步增加分子遺傳證據(jù)，以及中長期多點種源試驗是驗證構(gòu)樹區(qū)劃可靠性的重要方法。