高 風(fēng)，文仕知，韋鑠星，歐漢彪，王智慧，劉雄盛，韋秋思，韓俊學(xué)

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院a.國家林業(yè)與草原局中南速生材繁育實驗室；b.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002；3.廣西壯族自治區(qū)國有雅長林場，廣西 百色 533209）

香合歡Albizia odoratissima屬豆科Leguminosae sp.合歡屬AlbiziaDurazz.高大落葉喬木，別名黑格、鐵掖蒿和牛角森等[1]，在越南、印度、緬甸和馬來西亞等東南亞國家均有分布[2]。在中國，香合歡主要天然分布于海南、廣西、廣東、云南、四川和貴州等?。▍^(qū)）的典型熱帶季風(fēng)氣候、亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候、低（干）熱河谷氣候區(qū)[3]。香合歡生長快，樹干直，冠幅小，天然更新能力強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，固氮根瘤豐富，出材率高[4]，同時，香合歡樹根皮可入藥，具有祛風(fēng)、活血、安神明目、治痛風(fēng)、跌損、失眠、夜盲等功效[5]。香合歡具有耐干熱高溫、耐瘠薄和耐臺風(fēng)等特點，是熱帶至南亞熱帶的優(yōu)良特色鄉(xiāng)土闊葉樹種，可作為我國南方地區(qū)高價值用材林發(fā)展的優(yōu)選樹種[3]。目前，國內(nèi)對香合歡的研究主要集中在地理分布特征[3]、種子表型性狀變異[6]、發(fā)芽率[7]、生長規(guī)律[8]等方面。

植物在整個生長周期中不能自由移動[9]，當(dāng)生長環(huán)境隨著地理分布變化時，植物會形成諸多自身結(jié)構(gòu)及生理特性調(diào)節(jié)的適應(yīng)對策[10-11]，植物種群或個體間的表型性狀可能發(fā)生不同程度的形態(tài)變異，進(jìn)而反作用于植物的生長進(jìn)程。植物種實形態(tài)具有較高的穩(wěn)定性，是樹木分類學(xué)和遺傳學(xué)研究的一種重要指標(biāo)[12]，而葉片是植物主要的同化器官，其形態(tài)與植物的營養(yǎng)、生長、生理生態(tài)因子等密切相關(guān)。香合歡天然分布于熱帶和南亞熱帶多個典型氣候類型區(qū)，垂直海拔和經(jīng)緯度跨越大，環(huán)境條件差異明顯[3]。而經(jīng)過長期自然選擇作用，不同氣候區(qū)香合歡種實表型和葉片形態(tài)性狀是否存在明顯變異，不同種源試驗林分生長指標(biāo)是否存在差異顯著，未見相關(guān)研究報道。本研究以香合歡不同地理種源的68個優(yōu)株種實及其家系試驗林為材料開展地理種源變異及優(yōu)良種源初步篩選研究，旨在系統(tǒng)反映不同種源香合歡表型的地理變異規(guī)律及其環(huán)境驅(qū)動機(jī)制，解釋香合歡生長對異質(zhì)環(huán)境條件的響應(yīng)方式，為選擇速生和穩(wěn)定的優(yōu)良種源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

2018年11月—2019年2月，在海南三亞、海南尖峰嶺、廣西樂業(yè)、云南版納選擇4個典型氣候類型區(qū)種源采集香合歡天然群落優(yōu)株種實和葉片，帶回實驗室進(jìn)行種實表型測定，其中海南三亞和海南尖峰嶺各16株，廣西樂業(yè)和云南版納各18株，共計68個優(yōu)良單株。采種點地理氣候因子見表1。

表1 種源的地理位置和氣候因子Table 1 Geographical location and climatic factors of the provenances

2019年3月在廣西林科院試驗苗圃育苗，2020年3月在廣西國有高峰林場界牌分場和廣西國有七坡林場七坡分場2個造林點營建香合歡種源家系試驗林。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個造林點設(shè)4個重復(fù)小區(qū)，每個優(yōu)株家系苗10株/小區(qū)，垂直等高線雙列排列，株行距2 m×3 m，試驗區(qū)四周設(shè)有兩行同樹的保護(hù)行，防止邊緣效應(yīng)，2020年11月完成不同種源葉片形態(tài)特征和試驗林生長指標(biāo)測定。2處種源試驗林均設(shè)置在廣西南寧市市郊，屬濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔高度100～120 m，年平均氣溫21.6℃，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-2.4℃，年均降水量為1 304.2 mm，為香合歡宜栽區(qū)。

1.2 試驗方法

2019年3月份測定香合歡種實表型，測定方法參考文獻(xiàn)[6]。2020年11月，使用電子游標(biāo)卡尺和測高桿對2個造林點香合歡種源家系試驗林開展全面調(diào)查，記錄地徑和樹高等生長指標(biāo)。根據(jù)計算出的各個種源香合歡的平均樹高和地徑，在廣西國有高峰林場的種源家系試驗林內(nèi)選取盡量接近該種源平均生長指標(biāo)的10個家系。每個家系選取3株長勢較好的香合歡作為標(biāo)準(zhǔn)木，記錄標(biāo)準(zhǔn)木冠幅、通直度、主干分叉性、枝下高和分枝性狀，選取中上部，南向，長勢良好、無病蟲害的成熟葉片進(jìn)行標(biāo)記，裝入密閉自封袋帶回實驗室測量葉片形態(tài)特征指標(biāo)。使用軟件Win FOLIA Pro 2008a LEAF軟件測定葉面積、葉周長、葉長、葉寬、長寬比和形狀因子（葉片面積與周長的校正比），葉柄的長度和葉片厚度用游標(biāo)卡尺測量，葉基角、葉脈角用量角器測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)并制作表格，采用SPSS 22.0和R語言軟件進(jìn)行主成分分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源香合歡表型性狀和生長指標(biāo)特征

2.1.1 種子與葉片表型性狀差異

對不同種源各表型性狀進(jìn)行多重比較，由表2可知，各表型的取值范圍為0.169～69.830，葉片厚度和葉脈厚的平均值是海南三亞最大，分別為0.176 mm、0.2 mm，種子千粒重、種子厚、葉脈角、葉面積、葉周長和小葉長的平均值以海南三亞種源最小，表明三亞種源的香合歡葉片較厚，葉片較??；種子長、種子寬、種子長寬比、葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、羽片對數(shù)、第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)、葉脈角、葉面積、葉周長、小葉長和小葉寬的平均值是廣西樂業(yè)最高，分別為8.04 mm、5.69 mm、1.72、23.47 cm、6.21 cm、6、43、35.23°、79.28 mm2、42.11 mm、16.92 mm、5.68 mm，種子厚的平均值以廣西樂業(yè)種源最小，表明樂業(yè)種源的香合歡種子較大、葉片較大且數(shù)量多，葉柄較長；種子千粒重、種子厚、種子長寬比、羽片對數(shù)和葉基角的平均值是云南版納最大，分別為59.01 g、2.08 mm、1.72、6、25.27°，葉片厚度、葉脈厚和小葉寬的平均值以云南版納最小，表明版納種源的香合歡葉片較薄、種子較重。海南尖峰嶺的種子長、種子寬、種子長寬比、葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、羽片對數(shù)、第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)、葉基角的平均值為四個種源最小，表明尖峰嶺種源的香合歡種子較小、葉片較少。由此可以看出，種子千粒重、種子寬、葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、羽片對數(shù)、第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)、葉片厚度、葉脈厚、葉脈角和小葉長存在極顯著差異，種子長和種子厚存在顯著差異。

表2 不同種源香合歡表型性狀多重比較結(jié)果?Table 2 Multiple comparisons of the phenotypic traits of Albizia odoratissima from different provenances

對不同種源香合歡葉片、種子表型性狀變異進(jìn)行分析（圖1）。結(jié)果表明，各性狀的表型變異系數(shù)均值在種源間的變化幅度為5.15%～23.02%，平均變異系數(shù)為13.08%。其中，葉面積的變異系數(shù)最大（23.02%），其次為葉脈角（18.70%），種子寬的變異系數(shù)最?。?.15%）。平均表型性狀變異系數(shù)變幅為10.87%～16.20%，云南版納的表型性狀平均變異幅度高于其他種源，為16.20%，其次為廣西樂業(yè)13.57%，最低的是海南尖峰嶺10.87%。

圖1 不同種源香合歡表型性狀變異系數(shù)Fig.1 Variation coefficients of the phenotypic traits of Albizia odoratissima from different provenances

2.1.2 區(qū)域試驗苗高和地徑生長差異

由表3可知，4個種源苗高0.7～3.5 m，種源間變異系數(shù)26.82%，高于種源內(nèi)變異系數(shù)，平均值為1.79 m，其中，海南三亞種源的平均苗高最高（1.99 m），其次是海南尖峰嶺種源（1.91 m），廣西樂業(yè)的平均苗高最低（1.61 m）；4個種源地徑8.19～47.23 mm，種源間變異系數(shù)31.93%，高于種源內(nèi)變異系數(shù)，平均值19.54 mm，其中，廣西樂業(yè)種源的平均地徑最粗，為24.24 mm，其次是云南版納，為19.97 mm，而海南三亞和海南尖峰嶺的平均地徑分別為16.73 mm和17.19 mm，排在了最后。

表3 不同種源香合歡苗高、地徑生長比較及其變異系數(shù)Table 3 Comparison and coefficients of variation of plant height and ground diameter of Albizia odoratissima from different provenances

2.2 不同種源香合歡主要變異性狀篩選

2.2.1 表型性狀主成分分析

主成分分析可以反映各指標(biāo)對主成分載荷作用的能力與方向[13]。將獲得的18個表型性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（表4），數(shù)據(jù)顯示5個主要成分的特征值大于1，累計貢獻(xiàn)率達(dá)80.74%，可以較完整地代表整體信息。不同種源香合歡表型性狀變異的5個主成分的貢獻(xiàn)率分別為28.900%、22.568%、15.174%、8.225%和5.870%。從主成分1看，特征值為5.202，其中葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、葉片葉周長、小葉長、種子寬荷載絕對值較大，主要解釋葉片長度；從主成分2看，特征值為4.062，其中葉脈厚荷載絕對值較大，為正向指標(biāo)，主要解釋葉片厚度；從主成分3看，特征值為2.731，其中種子厚荷載絕對值較大，為正向指標(biāo)，主要解釋種子；從主成分4看，特征值為1.480，其中種子千粒重荷載絕對值較大，為負(fù)向指標(biāo)；從主成分5看，特征值為1.057，其中葉長/寬荷載絕對值較大，為負(fù)向指標(biāo)。香合歡不同種源表型多樣性主要來源于葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、葉周長、小葉長、種子寬、葉脈厚、種子厚、千粒重、葉長/寬等指標(biāo)。

表4 表型性狀主成分分析?Table 4 Principal component analysis of phenotypic traits

2.2.2 表型性狀相關(guān)性分析

2.2.2.1 葉片表型相關(guān)性分析

對13個葉片表型性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，性狀間呈顯著相關(guān)的有50對，其中正相關(guān)43對，負(fù)相關(guān)7對（圖2）。葉長與羽片對數(shù)、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)、葉脈角、葉長、葉長/寬和葉周長呈顯著正相關(guān)，與葉脈厚呈顯著負(fù)相關(guān)；第2回羽狀復(fù)葉葉柄長與羽片對數(shù)、第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)、葉脈角、葉面積、葉周長、小葉長和小葉寬呈顯著正相關(guān)；羽片對數(shù)與第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)、葉基角、葉脈角和葉長/寬呈顯著正相關(guān)，與葉片厚度、葉脈厚呈顯著負(fù)相關(guān)；第2回羽狀復(fù)葉小葉數(shù)與葉基角、葉脈角、葉長/寬、葉周長和小葉長呈顯著正相關(guān)，與葉脈厚呈顯著負(fù)相關(guān)；葉片厚度與葉脈厚、葉面積、葉周長、小葉長和小葉寬呈顯著正相關(guān)，與葉基角呈顯著負(fù)相關(guān)；葉脈厚與葉面積、葉周長、小葉長和小葉寬呈顯著正相關(guān)，與葉基角呈顯著負(fù)相關(guān)；葉基角與葉脈角呈顯著正相關(guān)；葉脈角與葉面積、葉周長、小葉長、小葉寬呈顯著正相關(guān)；表示葉片大小的幾個指標(biāo)(葉面積、葉周長、小葉長和小葉寬)間均呈顯著或極顯著正相關(guān)，表現(xiàn)出較好的一致性；葉長/寬與小葉寬呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖2 香合歡葉片表型性狀相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis of leaf phenotypic characters of Albizia odoratissima

2.2.2.2 種子表型相關(guān)性分析

對5個種子表型進(jìn)行相關(guān)性分析（圖3）可知，種子千粒重與種子長、種子寬和種子厚均呈極顯著正相關(guān)，種子長與其他種子表型性狀均呈極顯著相關(guān)性，種子寬與種子厚呈極顯著正相關(guān)。

圖3 香合歡種子表型性狀相關(guān)性分析Fig.3 Correlation analysis of seed phenotypic traits of Albizzia odoratissima

結(jié)合葉片、種子表型主成分分析和相關(guān)性分析，篩選出了荷載值比較大的9項指標(biāo)分別為葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、葉周長、小葉長、種子寬、葉脈厚、種子厚、千粒重、葉長/寬。其中葉周長、葉長/寬與小葉長呈顯著正相關(guān)且均與葉片長度相關(guān)、種子厚與種子寬呈極顯著正相關(guān)，而小葉長和種子寬的荷載值較大，因此淘汰葉周長、葉長/寬和種子寬。葉長、第2回羽狀復(fù)葉葉柄長、小葉長、葉脈厚、種子寬、種子千粒重在不同種源間均表現(xiàn)出極顯著差異，且與其他大部分表型性狀具有顯著相關(guān)性，因此作為香合歡表型變異的主要性狀保留下來。

2.3 主要表型性狀與地理環(huán)境因子、生長指標(biāo)相關(guān)性分析

將香合歡的葉片和種子表型與環(huán)境因子之間進(jìn)行相關(guān)性分析（表5），結(jié)果表明：葉長和第2回羽狀復(fù)葉葉柄長均與緯度、海拔和地徑呈極顯著正相關(guān)，與經(jīng)度、年均氣溫、無霜期、年均日照和苗高呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，表明葉片總長隨著緯度、海拔的升高逐漸變長，隨著經(jīng)度、年均氣溫、無霜期、年均日照的增多和樹木的生長逐漸變短；葉脈厚與經(jīng)度、年均氣溫、無霜期呈極顯著正相關(guān)，與苗高呈顯著正相關(guān)，與海拔呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明葉片的厚度隨著經(jīng)度、年均氣溫、無霜期、樹高的增加而增加，隨著海拔的升高而減少；小葉長與緯度和地徑呈顯著正相關(guān)，與年均日照呈極顯著負(fù)相關(guān)，與年均氣溫、無霜期以及苗高呈顯著負(fù)相關(guān)，表明葉片長度隨著緯度的升高而增加，隨著年均日照、溫度等的增多而減?。磺ЯＶ嘏c緯度、海拔以及年降水量呈極顯著正相關(guān)，與經(jīng)度、年均氣溫、年均日照和苗高呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，表明種子的重量隨著海拔的升高而增加，隨著經(jīng)度、年均氣溫、無霜期的增多以及樹木的生長而減少；種子寬與緯度、海拔呈極顯著正相關(guān)，與經(jīng)度、年均氣溫、無霜期、年均日照和苗高呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明種子的寬度隨著緯度和海拔的升高而增加，隨著經(jīng)度年均氣溫、無霜期和年均日照的增加而減小。

表5 主要表型因子與地理環(huán)境因子、生長指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of the main phenotypic factors and geographical environment factors

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

對香合歡4個不同種源種子和葉片表型多樣性的研究表明，香合歡表型性狀存在豐富的變異，種源間的變異與種源內(nèi)的變異存在差異。不同地理氣候因子對部分種子與果實性狀變異有一定的影響。香合歡的大部分表型性狀在種源間具有極顯著差異，表明香合歡的表型性狀變異豐富。種源間的變異不僅受遺傳多樣性影響，也受長期地理阻隔、基因交流受限及地理環(huán)境因子變化的共同影響，其表型分化是在長期選擇中的適應(yīng)性進(jìn)化，比種源內(nèi)變異更有意義[14]。

表型變異系數(shù)能夠直接反映植物表型性狀的變異程度[15]，間接反映表型多樣性的豐富度，即變異系數(shù)越大其性狀變異程度越高，其表型多樣性越豐富。本研究選取的4個香合歡種源基本涉及香合歡分布的整個地理分布范圍，能較清晰地反映香合歡各表型性狀的變異程度。并且，香合歡的葉片表型性狀變異系數(shù)（14.94%）要高于種子表型性狀（8.60%），這可能是受到環(huán)境因素的影響。香合歡各表型性狀變異系數(shù)的變幅為2.47%～30.50%，平均為13.08%，高于文冠果Xanthoceras sorbifolium的11.72%[16]、槐Sophora japonica的9.40%[17]、紅砂Reaumuria songarica的1.94%[18]和無患子Sapindus mukurossi的7.34%[19]，表明香合歡的表型性狀相對具有較為廣泛的變異。

表型變異既受遺傳控制，也受環(huán)境因素的影響。張翠琴等[20]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素更容易影響植株的營養(yǎng)生長，例如其樹體高矮、葉片長短等。相關(guān)性分析結(jié)果表明，隨著緯度的升高，年均氣溫和年均日照逐漸降低，葉片長度表型性狀表現(xiàn)出增加的趨勢。隨著經(jīng)度、海拔的升高，葉片厚度表現(xiàn)出降低的趨勢，這與歐漢彪等[21]對不同楠木的葉片變異、劉婷婷[22]對珙桐葉片地理變異的研究結(jié)果相似。可能是隨著緯度海拔的升高，溫度逐漸降低，狹長的葉片使植物在低溫條件下降低葉片水分蒸發(fā)，增加葉片邊界層阻力以減少熱量散失；隨著經(jīng)度的降低，緯度、海拔的升高，年均氣溫和年均日照逐漸降低，種子千粒重和種子寬均表現(xiàn)出增重增寬趨勢，這與楊玲等[23]對花楸的研究結(jié)果相似，這可能是種子對水分和溫度條件的一種適應(yīng)。

樹高與葉長、小葉長和種子顯著相關(guān)，葉片短、種子狹長輕薄的表型特征下樹高優(yōu)勢明顯，這與樹木早期生長與種子大小和種子重顯著相關(guān)觀點一致[24-26]，但與謝英贊等[27]對不同種源區(qū)楨楠、張國君等[28]對華北落葉松研究結(jié)果不同，這可能與樹種遺傳特性有關(guān)，也可能是在某種特定環(huán)境條件下發(fā)生，海南島位于中國南海西北部，風(fēng)力較強(qiáng)，時有臺風(fēng)，當(dāng)種子狹長輕薄時，有利于種子的風(fēng)力傳播，繁殖后代；胸徑與葉片長度顯著相關(guān)，羽葉較長時，胸徑優(yōu)勢明顯，這與張雪等[29]對翅莢木、黃文娟等[30]對胡楊的研究結(jié)果相似，可能是當(dāng)葉片增長時，苗木葉面積增加，此時葉片可形成較發(fā)達(dá)的柵欄組織，進(jìn)而提高植物的光合作用速率。

土壤養(yǎng)分及人為干擾對香合歡表型變異也可能存在較大影響，本研究僅根據(jù)地理環(huán)境因子來探究其變異有一定的局限性。為更好的滿足不同育種要求，對不同種源的優(yōu)良基因進(jìn)行重組，種質(zhì)改良、創(chuàng)新及雜交種的組配等還需進(jìn)一步探索研究。

3.2 結(jié) 論

香合歡的表型性狀在種源間和種源內(nèi)均存在極顯著差異，種源間的變異大于種源內(nèi)變異，受地理環(huán)境因子的影響較大，其中表型受經(jīng)緯度、海拔影響較大，生長受緯度影響較大。本研究表明，海拔對葉片表型的影響較大，隨著海拔的升高，葉片增長變薄；經(jīng)度、緯度、海拔、年均氣溫對種子表型影響較大，隨著緯度、海拔的逐漸上升，年均氣溫逐漸降低，種子呈增大增重趨勢；樹高與葉長、小葉長和種子相關(guān)性較高，在葉片短、種子狹長輕薄的情況下，香合歡較高；胸徑與葉片長度相關(guān)性較大，葉片長度增加，胸徑呈粗壯趨勢。但樹高與葉長、小葉長、種子千粒重和種子寬呈極顯著負(fù)相關(guān)，其機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。香合歡葉片與種子的表型性狀的變異較為廣泛，變異來源豐富。因此，在香合歡遺傳改良過程中，要充分考慮種群間和種群內(nèi)的變異分布，以及種植的不同環(huán)境，結(jié)合不同的育種需求進(jìn)行具體分析研究，選擇合適的種群單株。