蔡金峰，郁萬文，汪貴斌，曹福亮

（南京林業(yè)大學(xué) 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037）

植物表型多樣性是基因表達(dá)與環(huán)境因素長期共同作用的結(jié)果，是遺傳多樣性的直接體現(xiàn)，在植物的環(huán)境適應(yīng)和進(jìn)化上有重要意義[1]。表型多樣性主要研究物種在其分布區(qū)內(nèi)不同生境下的表型變異，通過對遺傳上比較穩(wěn)定、受環(huán)境影響較小的性狀的表型多樣性進(jìn)行研究，可以直接有效地了解植物的變異程度、規(guī)律和環(huán)境適應(yīng)機制[2-3]。林木種實是人們對林木開發(fā)利用的重要經(jīng)濟性狀，其表型變異很大程度上影響物種的擴散能力和種群的分布格局[4]，因此，對于林木種實表型變異的研究在林木良種選育中具有重要意義[5]。

苦楝Melia azedarach為楝科Meliaceae 楝屬Melia落葉喬木，在熱帶和亞熱帶地區(qū)廣泛分布[6]?？嚅偕?，材質(zhì)優(yōu)良，樹形優(yōu)美，是優(yōu)良的速生用材和園林綠化樹種[7]；其根、皮、花、果均可入藥，是高效、低毒的廣譜植物源農(nóng)藥之一[8]；苦楝耐瘠薄，抗鹽能力較強，在總含鹽量0.5%以下的土壤中能正常生長，是鹽堿土和石漠化地區(qū)的生態(tài)植被恢復(fù)樹種[9]。現(xiàn)有苦楝人工林造林苗木大多為未經(jīng)選育的實生苗，遺傳品質(zhì)參差不齊，嚴(yán)重影響了苦楝的開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營。因此，開展苦楝種質(zhì)資源收集，研究其遺傳變異及地理變化格局，對于篩選不同培育目標(biāo)的優(yōu)良種源或無性系，促進(jìn)苦楝的遺傳改良，實現(xiàn)苦楝造林的良種化或無性系化，改善鹽漬化土地生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)鹽漬化土地的合理開發(fā)和利用具有重要意義。本研究以我國華東、華中和華南地區(qū)15 個苦楝天然產(chǎn)地為研究對象，對其果實和果核的表型性多樣性進(jìn)行分析，為苦楝的遺傳改良、種源區(qū)劃和種子生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料采集

2016年11—12月在我國華東、華中和華南地區(qū)選取15 個苦楝天然產(chǎn)地進(jìn)行采種，各采樣點地理分布和氣候條件見表1。采樣單株要求生長健壯、無病蟲害且達(dá)到大量開花結(jié)實年齡，單株間隔300 m 以上，單株采果量不低于2 kg。

表1 苦楝產(chǎn)地采種點地理位置和氣候條件?Table 1 Location and climatic conditions of Melia azedarach seed collection sites

1.2 表型性狀的測定方法

采集果實后先進(jìn)行果實性狀測定，經(jīng)堆漚后脫粒、陰干，測定果核性狀。

每個單株隨機抽取50 粒果實、50 粒果核，參照王家源等[10]和教忠意等[11]的方法，用游標(biāo)卡尺測定果實縱徑（Fruit vertical diameter，F(xiàn)V）、果實橫徑（Fruit horizontal diameter，F(xiàn)H）、果核縱徑（Core vertical diameter，CV）、果核橫徑（Core horizontal diameter，CH），精確到0.01 mm。計算果形指數(shù)（Fruit shape index，F(xiàn)S）：果實縱徑/果實橫徑，核形指數(shù)（Core shape index，CS）：果核縱徑/果核橫徑。按單株隨機挑選100 粒果核進(jìn)行百粒重（100-core weight，CW）測定，精確到0.01 g。參照佘誠棋等[12]方法測定果核體積（V），重復(fù)3 次。

各指標(biāo)的測定以單株為單位，各產(chǎn)地的指標(biāo)值以該產(chǎn)地內(nèi)各單株的均值表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用巢式設(shè)計模型研究苦楝果實和果核性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)差異顯著性[12-13]。

計算不同產(chǎn)地各性狀的平均值（）、標(biāo)準(zhǔn)差（σ）、變異系數(shù)（Cv）、表型分化系數(shù)（Vst）[14]。

利用Pearson 系數(shù)分析各性狀之間及其與地理氣候因子的相關(guān)性，按照累積貢獻(xiàn)率大于85%且特征值大于1 的標(biāo)準(zhǔn)提取主成分并進(jìn)行主成分分析，利用歐式平均距離，采用類間平均連鎖法進(jìn)行聚類分析。

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2016 和SPSS 22.0 軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦楝果實和果核表型性狀差異分析

方差分析（表2）表明，各表型性狀在產(chǎn)地內(nèi)和產(chǎn)地間均達(dá)到極顯著差異（P＜0.01），說明苦楝果實和種核性狀存在廣泛的變異，產(chǎn)地間的遺傳分化顯著。

表2 苦楝各表型性狀的方差分析?Table 2 Variance analysis of phenotypic traits of Melia azedarach seed sources

由表3可知，湖南長沙產(chǎn)地果實和果核長、寬均為最大，顯著高于其他產(chǎn)地。河南信陽產(chǎn)地果實長和寬均顯著低于其余產(chǎn)地，果核長和果核寬均值最小的分別是山東東營產(chǎn)地11.673 mm 和安徽合肥產(chǎn)地7.828 mm。所有產(chǎn)地果形指數(shù)和核形指數(shù)均大于1，果形指數(shù)和核形指數(shù)最大的分別是江蘇邳州和江西井岡山產(chǎn)地，說明與其他產(chǎn)地相比，這兩個產(chǎn)地的果實和果核分別更趨近于長橢圓形，而浙江樂清產(chǎn)地的果形指數(shù)和核形指數(shù)均為最低，說明浙江樂清產(chǎn)地的果實和果核更接近圓球形。果核百粒重平均值為51.189 g，湖南長沙產(chǎn)地最大，為87.729 g，廣東汕頭產(chǎn)地最小，為34.108 g，前者是后者的2.57 倍。

CW/g 51.357±9.104DE V /cm3 0.101 CD 0.513±47.723±6.437F 0.077 F 0.444±49.554±9.744EF 0.113 E 0.479±52.451±18.229 D 0.197 C 0.530±41.231±10.259 G 0.095 H 0.366±41.436±4.055G 0.063 H 0.348±58.435±4.776B 0.094 H 0.363±52.261±4.410D 0.087 G 0.410±34.108±10.186 H 0.137 H 0.332±49.234±5.769EF 0.091 B 0.570±87.729±4.426 A 0.048 A 0.833±54.923±8.725C 0.067 B 0.559±53.074±17.303 D 0.128 DE 0.495±51.788±9.644D 0.128 EF 0.463±42.524±12.954 G 51.189 0.081 H 0.357±0.471 CS 0.247 C?1.490±較比重多及差準(zhǔn)1.397 C標(biāo)CH/mm、值9.213±均的Traits狀狀性性型表核果CV/mm和13.575±2.207D實果楝苦地產(chǎn)0.140 E同F(xiàn)S 3 不1.228±表Table 3Phenotypic traits andmultiple comparison of Melia azedarach seed sources（Mean±SD）FH/mm 13.663±1.500DE FV/mm 16.668±1.678D地產(chǎn)Seedsources JSNJ 0.187 B 1.573±0.957 E 8.546±13.382±1.819D 0.145 A 1.313±12.412±1.197G 16.263±2.124E JSPZ 0.201 D 1.405±1.170 D 8.912±12.410±1.738H 0.116 F 1.207±12.926±1.168F 15.587±1.907GH SDDM 0.181 D 1.401±1.527 C 9.502±13.196±2.116DF 0.110 G 1.180±13.697±2.455DE 16.078±2.786EF JSTX 0.191 C 1.520±1.308 FG 8.121±12.253±2.067HI 0.114 DE 1.239±12.358±1.353G 15.312±2.232H JXNC 0.192 BC 1.529±0.812 D 8.906±13.534±1.404D 0.136 CDE 1.249±11.799±1.357H 14.601±1.519I HNXY 0.140 BC 1.531±1.140 H 7.828±11.931±1.685IJ 0.092 FG 1.197±13.419±1.568E 16.004±1.834EF AHHF 0.229 D 1.432±1.571 F 8.325±11.673±1.6301J 0.141 CDE 1.253±12.357±1.218G 15.417±1.741H SDDY 0.209 BC 1.541±1.015 GH 7.959±12.187±1.824HI 0.107 CDE 1.250±12.251±1.272G 15.302±1.955H GDST 0.208 D 1.397±0.848 C 9.273±12.922±2.031EG 0.141 G 1.178±13.825±1.118D 16.243±2.032E GXNN 0.166 BC 1.538±11.093±1.144 A 17.002±2.086 A 0.090 CD 1.262±17.315±1.169 A 21.813±1.717 A HNCS 0.149 BC 1.526±0.964 C 9.322±14.168±1.587C 0.102 E 1.232±14.288±1.027C 17.563±1.462C HBJZ 0.224 BC 1.538±2.096 B 9.903±14.984±2.635B 0.182 C 1.270±14.610±3.232B 18.223±3.282B ZJLA 0.184 D 1.392±1.434 C 9.235±12.739±1.924G 0.113 H 1.155±13.794±1.632D 15.812±1.457FG ZJYQ 0.179 A 1.688±1.501 1.127 GH 8.062±8.947 13.484±1.419D 0.01）.The same below.13.296 P ＜0.151 B 1.292±1.234。同下0.01），12.735±1.569F（P ＜13.423著顯異差示表同不母字16.321±1.847E，著16.480顯不異差示表同相母字JXJGS Mean列同中值Pairedprovenanceswith thesame letter mean no significantdifference,different lettersindicate significantdifferences（均? 表

2.2 苦楝果實和果核表型性狀變異特征

由表4可知，8 個表型性狀的變異系數(shù)變幅為11.321%～35.051%，平均變異系數(shù)為19.786%，說明苦楝在產(chǎn)地水平表型性狀存在較為豐富的變異。果形指數(shù)均值為1.238，變異系數(shù)最?。?1.321%），果核體積均值為0.477 cm3，變異系數(shù)最大（35.051%）。從不同部位來看，果核的變異系數(shù)要大于果實的變異系數(shù)，說明果實的表型性狀穩(wěn)定性高于果核性狀的穩(wěn)定性。而果核體積和果核百粒重的變異系數(shù)要明顯高于其他性狀，說明苦楝果核的質(zhì)量性狀穩(wěn)定性較低，在生產(chǎn)中選擇的潛力較大。

由表4可知，不同產(chǎn)地內(nèi)的每一性狀的變異系數(shù)存在一定差異，說明不同產(chǎn)地的生存環(huán)境在一定程度上能夠引起表型變異的產(chǎn)生。其中湖南長沙產(chǎn)地的平均變異系數(shù)只有8.243%，說明該產(chǎn)地的表型多樣性低，表型變異不豐富，而平均變異系數(shù)較高的江蘇泰興和浙江臨安產(chǎn)地，變異系數(shù)分別達(dá)到20.192%和20.783%，說明這兩個產(chǎn)地的表型多樣性高，表型變異豐富。

表4 不同產(chǎn)地苦楝果實和果核表型性狀的變異系數(shù)Table 4 Variation coefficients of phenotypic traits of Melia azedarach seed sources %

2.3 苦楝果實和果核表型性狀的表型分化

表型分化系數(shù)反映了種源或產(chǎn)地間表型分化的程度，值越大就代表種源或產(chǎn)地間的遺傳分化和遺傳變異越大，反之亦然。由表5可知，苦楝8 個表型性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)的平均方差分量百分比分別為18.002%和53.675%，表明苦楝產(chǎn)地內(nèi)的分化程度大于產(chǎn)地間。各性狀表型分化系數(shù)的變異范圍為6.337%～31.800%，其中果實長、果實寬、果核長、果核寬、果核體積和果核百粒重的表型分化系數(shù)均超過平均值，而果形指數(shù)和核形指數(shù)的表型分化系數(shù)則明顯低于平均值，說明苦楝果實和果核的大小性狀和重量性狀在產(chǎn)地間的變異較大，而果實和果核形態(tài)相對穩(wěn)定，這與前文各性狀變異系數(shù)的研究結(jié)果一致?？嚅鞅硇托誀畹钠骄硇头只禂?shù)為23.890%，表明產(chǎn)地內(nèi)的變異程度大于產(chǎn)地間的變異，說明產(chǎn)地內(nèi)的表型變異是苦楝果實和果核表型性狀變異的主要來源。

表5 苦楝果實和果核表型性狀的方差分量及表型分化系數(shù)Table 5 Variation component and differentiation coefficients of phenotypic traits among and within seed sources of Melia azedarach

2.4 苦楝果實和果核表型性狀與地理氣候因子間的相關(guān)性

由表6可知，僅果形指數(shù)和核形指數(shù)與7月均溫達(dá)到顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.552 和0.538。其余地理氣候因子與苦楝果實和果核表型性狀相關(guān)性不顯著。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，各表型性狀均與經(jīng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，除果形指數(shù)和果核百粒重，其余性狀指標(biāo)與緯度也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明苦楝果實和果核隨經(jīng)度和緯度的降低有增大的趨勢，即由北向南，由東向西逐漸增大。

表6 苦楝果實、果核性狀與地理環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Table 6 Coefficients of fruit and stone characters and geographical environmental factors of Melia azedarach

2.5 果實和果核表型性狀的主成分分析和聚類分析

主成分分析結(jié)果表明（表7），前兩個主成分累計貢獻(xiàn)率就達(dá)到90.93%，能夠很好地代表原始變量所含有的全部信息。PC-1 的貢獻(xiàn)率為65.44%，其中果實長、果實寬、果核長、果核寬、果核體積和果核百粒重的載荷較大，主要反映了果實和果核的大小性狀；PC-2 的貢獻(xiàn)率為25.49%，形指數(shù)和核形指數(shù)的載荷度均達(dá)到0.6 以上，且均是正向作用，主要反映果實和果核的形狀特征。

表7 苦楝果實、果核性狀的主成分分析Table 7 Principal component analysis of fruit and stone characters of Melia azedarach

根據(jù)PC-1、PC-2 得分所構(gòu)建的散點圖可以更直觀觀察不同產(chǎn)地在PC-1、PC-2 上的表型差異（圖1）。由圖可知，15 個產(chǎn)地苦楝可分為5 類，湖南長沙產(chǎn)地果實和果核表型性狀明顯游離于其他產(chǎn)地之外；湖北荊州和浙江臨安產(chǎn)地果實和果核相對較大，但果形指數(shù)和核形指數(shù)大小居中，果實和果核為橢圓形；江西南昌、河南信陽和廣東汕頭產(chǎn)地果實和果核最小，果形指數(shù)和核形指數(shù)大小居中，果實和果核為橢圓形；江蘇邳州和江西井岡山產(chǎn)地果實和果核大小居中，果形指數(shù)和核形指數(shù)最大，果實和果核均為長橢圓形；其余產(chǎn)地均在第3、4 象限，果形指數(shù)和核形指數(shù)均較小，說明果實和果核性狀趨近于圓形。

圖1 基于表型性狀（PC1、PC2）的苦楝產(chǎn)地位置分布關(guān)系Fig.1 Distribution scatter plot based on PC1 and PC2 of Melia azedarach from different seed sources

利用歐式平均距離，采用類間平均連鎖法對苦楝15 個產(chǎn)地的8 個果實和果核表型性狀進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖2。以歐式距離5 為閾值，15個產(chǎn)地明顯分為3 大類5 個亞類，各類不同性狀均值見表8。其中，湖南長沙產(chǎn)地果實和果核較大，單獨聚為I 類；廣東汕頭、河南信陽、江西南昌和江西井岡山產(chǎn)地聚為II 類，這一類果實和果核最小，果形指數(shù)和核形指數(shù)大小居中，果實和果核細(xì)小；其余產(chǎn)地聚為III 類，果實和果核大小居中，說明果形指數(shù)和核形指數(shù)均較小，果實和果核形狀近圓形。

圖2 苦楝不同產(chǎn)地聚類分析Fig.2 Cluster map of Melia azedarach from different seed sources

表8 不同聚類群各性狀平均值Table 8 Mean value of phenotypic traits in different clusters

3 結(jié)論與討論

表型變異的多樣性是遺傳和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果[15-16]。本研究中，苦楝果實和果核各性狀在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)均存在顯著差異，說明不同地理產(chǎn)地間的遺傳分化顯著，在產(chǎn)地間和產(chǎn)地內(nèi)均存在廣泛的變異，為苦楝優(yōu)良種質(zhì)資源選育和利用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

苦楝果實和果核的8 個表型性狀的變異系數(shù)變幅為11.321%～35.494%，平均變異系數(shù)為19.786%，說明苦楝在產(chǎn)地水平表型性狀存在較為豐富的變異。這與前人對新疆野杏Armeniaca vulgaris[17]、文冠果Xanthoceras sorbifolia[18]、紅椿Toona cliata[3]等研究的結(jié)果一致。但彭興民等[19]利用14 個表型性狀研究云南引種印楝Azadirachta indica突生種群的變異程度時，表型性狀的變異幅度為6.76%～70.17%，明顯高于本研究結(jié)果，可能是印楝引種到適生區(qū)以外，不同的環(huán)境對表型性狀產(chǎn)生了顯著影響。

研究指出，物種種源內(nèi)的變異主要與遺傳有關(guān)，而種源間的變異則受到遺傳和環(huán)境兩方面的影響，同時種源間的變異也能夠反映苦楝對不同生境的適應(yīng)情況[20]。本研究表明，苦楝表型變異中產(chǎn)地間的貢獻(xiàn)為23.89%，產(chǎn)地內(nèi)的貢獻(xiàn)為76.11%，說明產(chǎn)地內(nèi)的表型變異是苦楝表型變異的主要來源?？嚅? 個果實和果核表型分化系數(shù)的變異范圍為6.34%～31.80%，平均為23.89%，高于思茅松Pinus kesiyavar.langbianensis（11.95%）[21]，與白皮松Pinus bungeana（22.86%）[1]和青海云杉Picea crassifolia（27.18%）[22]相近，但顯著低于程詩明[23]對苦楝研究得到的結(jié)果（54.47%），說明本研究所采集苦楝產(chǎn)地間果實和果核的表型分化程度屬于一般水平。廖柏勇[24]將苦楝分布區(qū)劃分為3 個種源區(qū)，考慮到種子調(diào)撥的就近原則，本研究主要在我國華東和華中地區(qū)進(jìn)行了采樣，同時為比較不同物候區(qū)差異，在華南地區(qū)也進(jìn)行了采樣，與程詩明[23]的研究相比，本研究采樣地間生態(tài)地理環(huán)境差異相對較小可能是導(dǎo)致表型分化系數(shù)相對較低的主要原因。本研究表明，同一性狀在不同產(chǎn)地間存在著差異，同一產(chǎn)地內(nèi)的不同性狀也存在差異，一定程度上說明不同表型性狀對不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性不同，且不同性狀對相同生活條件的響應(yīng)不同[25]?？嚅^廣的分布范圍和較好的適應(yīng)性導(dǎo)致其較高的表型多樣性，在進(jìn)行選育時，可將產(chǎn)地和單株選擇結(jié)合起來，既充分利用產(chǎn)地內(nèi)的遺傳變異，又能更好地利用產(chǎn)地間的遺傳變異，有助于選擇出更能適應(yīng)環(huán)境及生存能力更強的種質(zhì)資源。

不同的地區(qū)有著不同的自然氣候條件，而不同的氣候因素對植物的分布和生長以及植物果實的性狀都有顯著影響。通過對苦楝果實和果核與地理和氣候因子的相關(guān)性分析，可以了解不同環(huán)境條件對苦楝果實和果核性狀的影響。相關(guān)性分析表明，苦楝8個表型性狀均與經(jīng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，除果形指數(shù)和果核百粒重，其余性狀指標(biāo)與緯度也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明苦楝果實和果核性狀受經(jīng)度和緯度的雙重影響，整體上表現(xiàn)出果實和果核由北向南、由東向西逐漸增大的趨勢，與程詩明[23]和教忠意等[11]的研究結(jié)果一致，但各指標(biāo)與經(jīng)緯度的相關(guān)性并未達(dá)到顯著水平，可能是本試驗所采集樣品相對集中所致。

有學(xué)者指出，植物種子的表型變異既存在地區(qū)間區(qū)域板塊化分布，也存在隨機變異[26]。地理變異的產(chǎn)生與自然選擇、基因流和遺傳漂變等因素都有可能相關(guān)，這種情況下，植物會產(chǎn)生連續(xù)變異、地理區(qū)域變異和隨機變異等多種變異的可能性[27-28]。通過對苦楝15 個產(chǎn)地的8 個果實和果核表型性狀進(jìn)行聚類分析，分類結(jié)果與各產(chǎn)地的地理分布沒有明顯的相關(guān)性，說明各產(chǎn)地間苦楝果實和果核的表型性狀未形成連續(xù)變異，具有隨機變異的特點。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能是果實和果核的表型在不同的生存環(huán)境下有較強的可塑性，而僅利用表型性狀的變異來檢測不同產(chǎn)地的遺傳變異具有一定的局限性[29]。

苦楝在我國分布廣泛，具有豐富的遺傳變異，由于客觀條件及研究目標(biāo)限制，本試驗沒有從苦楝全分布區(qū)進(jìn)行采樣，僅從華東、華中和華南幾個省份采集了15 個產(chǎn)地的有限樣本，因此研究結(jié)論有一定的局限性。為更全面研究苦楝種質(zhì)資源的遺傳多樣性，還需要進(jìn)一步擴大采樣范圍，同時開展田間多點造林試驗，進(jìn)行連年持續(xù)跟蹤調(diào)查，篩選優(yōu)異種質(zhì)，并開展無性系選育，培育適應(yīng)性廣、生產(chǎn)潛力大、抗性強的優(yōu)良品種。