麻櫟天然群體種子表型變異分析

呂 鋒，解孝滿，韓 彪，喬 婕，董 昕，吳 丹，陸 璐，李文清＊

(1. 山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250014；2. 山東省林木種質資源中心，山東 濟南 250102)

麻櫟(Quercus acutissimaCarruth.) 屬于殼斗科(Fagaceae)櫟屬(Quercus) 植物，在我國分布十分廣泛，是一種重要的珍貴用材樹種[1]，可作為木材、菌材和薪炭材，具有較高的經濟價值和利用價值；其種子富含淀粉和脂肪油，可釀酒、制作飼料，也可食用，具有非常廣闊的發展前景。種子是植物有性生殖最重要的器官，是聯系上下代植物體不可替代的紐帶[2]。20 世紀50 年代以來，種子的微形態特征被一些學者應用于植物系統學和分類研究，證明了種子微形態特征在科、屬、種等不同層次上具有分類學意義[3-5]。已知的大多數森林樹種是通過種子發育生長為生殖成熟的個體，從而周而復始的繁殖下去，生長在不同環境中的林木經過漫長的演化過程形成了對各自生境的適應性，各部分器官具有多樣的形態變異，其中，種子的形態變異蘊含了許多較為穩定的可遺傳變異，因此，種子是研究林木天然群體遺傳變異的重要材料。

目前，對麻櫟種質的相關研究主要集中在組織培養及快速繁殖技術[6]，苗期生長特性[7]，優良家系的選擇[8]和群體遺傳多樣性[9-10]等，對表型多樣性的研究鮮有報道。表型變異是基因型與環境相互作用的結果，是探索群體遺傳分化和變異來源的重要層面。因此，本研究通過對7 個麻櫟天然群體種子表型變異進行分析，以期揭示麻櫟表型變異大小及規律，為促進麻櫟種質資源保護和遺傳改良提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的麻櫟種子于2019 年9 月至10 月分別采自麻櫟自然分布區(25°21′～39°49′ N，100°54′～121°59′ E)的7 個天然群體。麻櫟林中選擇優勢樹種作為母樹，采種母樹之間相距50 m 以上，每一群體選取20～30 株母樹采集種子作為1 份，每份種子不少于300 粒，將采集的所有種子進行充分混合，然后將其用作群體的種子樣品，為增加實驗的準確性，將每個地理種源都使用了GPS 定位軟件進行定位。種子來源情況詳見表1。

表1 麻櫟群體采種母樹來源Table 1 The source of the mother trees collected by the population of Quercus acutissima

1.2 表型性狀測定及分析

對不同群體的種子長、種子寬、種子長寬比、表面積和體積等利用掃描儀Epson/V700 PHOTO 測定表型性狀，采用winseedle Pro 2013b 軟件可獲得表型性狀指標，使用1/100 電子天平測定千粒質量，從每組樣品分別隨機選取50 粒種子稱質量，重復3 次，取其平均值。

采用巢式線性模型對麻櫟群體間和群體內的表型變異進行方差分析。用變異系數（CV）表示表型性狀的離散程度。計算表型分化系數（Vst）來表示麻櫟群體的表型分化程度，即群體間方差分量與方差總量的比值。計算公式分別為：100%，其中，δ為標準差、為群體平均值，Vst=[δ2t/s/(δ2t/s+δ2s)] × 100%，其中，δ2t/s為群體間的方差分量，δ2s為群體內的方差分量[11]。采用Excel 2010 軟件對數據進行統計，用SPSS 21 軟件對各項指標進行分析，其中，采用Pearson 相關分析雙變量相關性，并根據各性狀在群體間的歐氏距離進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 麻櫟種子性狀的群體間變異

由表2 的方差分析結果可知：在群體間和群體內，種子長、寬、長寬比、表面積、體積及千粒質量均差異極顯著（P＜ 0.01），說明麻櫟種子表型性狀在群體間存在一定程度的變異。

根據表3 可以看出：各群體種子長度的平均值為1.63～2.32 cm，其中，最大的是云南祥云縣群體，最小的是貴州貴定縣群體；各群體種子寬度的平均值為1.33～1.84 cm，貴州貴定縣群體最小，云南祥云縣群體最大；長寬比最大的是山西中條山群體，最小的是河北聯峰山群體；種子體積的平均值為1.48～4.15 cm3，其中，最小的是貴州貴定縣群體，最大的是云南祥云縣群體；種子表面積平均值為5.19～10.41 cm2，最小的是貴州貴定縣群體，最大的是云南祥云縣群體；種子千粒質量差異最大，平均變幅為1.74～4.82 kg，貴州貴定縣群體最小，云南祥云縣群體最大。

表2 麻櫟群體種子表型性狀方差分析表Table 2 Table of variance analysis of phenotypic traits of Quercus acutissima populations seeds

表3 麻櫟群體種子的平均值和標準差Table 3 Mean and standard deviation of Quercus acutissima population seeds

2.2 麻櫟種子性狀的群體內變異

分析和比較不同表型性狀時，性狀的離散程度用變異系數來表示[12]，變異系數越大，性狀的變異程度越大；變異系數越小，性狀的變異程度越小。由表4 可知：在麻櫟的6 個表型性狀中，平均變異系數最大的為種子體積，達28.18%，其次是種子表面積(18.79%)，變異系數最小的為種子長(10.34%)，表明種子長的變異程度最小，而種子體積這一性狀的變異程度最大。

表4 麻櫟群體種子表型性狀變異系數Table 4 Table of variation coefficient of phenotypic traits in Quercus acutissima population seeds %

2.3 麻櫟種子表型性狀的群體間分化

由表5 可以看出：在表型性狀的總方差分量占比中，群體間方差分量占比51.29%，群體內方差分量占比13.64%，機誤占比35.07%。從群體間表型性狀的變異幅度看，群體間種子長寬比的方差分量百分比最小，為41.67%；而千粒質量的方差分量百分比最大，為72.20%。從群體內表型性狀的變異幅度看，種子寬的方差分量百分比最大，其次為種子長，最小的是長寬比。種子表型分化系數(Vst)為73.17%～84.34%，其中，千粒質量的Vst最大，種子寬的Vst最?。槐硇头只禂档钠骄禐?8.84%，表明麻櫟群體78.84%的變異來自群體間。

2.4 表型性狀間的相關分析

根據表6 可知：各種子表型性狀中兩兩性狀具有極顯著的相關關系，其中，千粒質量與長寬比的相關系數較小，為0.289；而種子寬和種子體積的相關系數達0.907。說明選擇的6 個表型性狀進行麻櫟種子表型性狀分析是可行的。

2.5 麻櫟群體表型聚類分析

利用歐氏平方距離系數對麻櫟群體進行聚類，圖1 表明：以歐氏距離10 為閾值，7 個麻櫟群體可以劃分為2 大類，第1 類包括山西中條山、遼寧普蘭店區、河南桐柏縣、云南祥云縣群體，第2 類包括貴州貴定縣、山東黃島區、河北聯峰山群體。

表5 麻櫟群體種子表型性狀方差分量及表型分化系數Table 5 Table of variance components of phenotypic traits and phenotypic differentiation coefficient of Quercus acutissima population seeds

表6 麻櫟種子表型性狀的相關分析和差異顯著性檢驗Table 6 Correlation analysis and difference significance test of phenotypic traits of Quercus acutissima seeds

3 討論

3.1 麻櫟群體種子表型變異多樣性

表型變異既是生物遺傳變異最直接的表現形式，也是遺傳多樣性研究的重要內容之一[13-14]。通常分布范圍廣泛的樹種都具有豐富的表型變異，本研究以麻櫟群體種子為材料進行表型性狀變異的分析，可以在一定程度上反映其群體遺傳多樣性水平[15-16]。

由巢式方差分析結果可知：7 個麻櫟群體種子表型性狀在群體間和群體內均差異極顯著，表明麻櫟種子遺傳變異較豐富，不同群體的地理環境不同使得麻櫟種子性狀變異差異明顯，為下一步進行優良種源和家系的選擇奠定了基礎。麻櫟群體間的變異大于群體內，這與許洋等[17]、劉志龍等[18]及張元燕等[19]的研究結論相反，可能是與遺傳因素和環境因素的共同作用有關。此外，麻櫟結實有明顯的“大小年”現象，而且不同群體間種子的成熟期不一致，可能會造成個體的差異，所以，群體間的變異程度也可能與個體的差異有關。各個不同性狀中，種子體積的變異系數最大，為28.18%，種子長的變異系數最小，為10.34%，說明種子長這一性狀較穩定，這與常恩福等[20]、梁德洋等[21]及厲月橋等[22]對錐連櫟和蒙古櫟的研究基本上一致。7 個群體中，平均變異系數最大的是青島黃島區群體，為20.58%，平均變異系數最小的是貴州貴定縣群體，為13.17%，說明山東黃島區麻櫟群體的生境條件相對復雜。麻櫟群體平均表型分化系數為78.84%，表明麻櫟群體表型變異在群體間的貢獻率為78.84%，變異來源以群體間為主，群體間差異反映了地理隔離和生殖隔離的差異，群體間多樣性是物種內多樣性的重要組成部分[23]。因此，在麻櫟種質資源保護工作中應當注意對群體間的變異進行合理利用。

3.2 麻櫟表型性狀的地理變異

相關性分析結果表明：麻櫟種子長和種子寬、千粒質量均呈極顯著正相關關系，這與厲月橋等[24]對不同種源蒙古櫟種子表型性狀的研究結果相近，說明種子長增加，其種子寬和千粒質量也極顯著的增加。根據聚類分析結果，將7 個麻櫟群體劃分成2 個組群，發現麻櫟群體并沒有完全按照地理距離遠近而聚類，與地域沒有明顯相關性，這可能與不同的地理環境有關，此結果與櫟屬的其他樹種白櫟[25]、鐵橡櫟[26]和栓皮櫟[27]的種子表型性狀的研究基本吻合。千粒質量可以作為檢測種子品質的一個指標，千粒質量越大，種子品質越好，將麻櫟群體聚成了2 類，第1 類代表千粒質量大的，包括山西中條山、遼寧普蘭店區、河南桐柏縣、云南祥云縣群體；第2 類代表千粒質量較小的，包括貴州貴定縣、山東黃島區、河北聯峰山群體。不同種源麻櫟種子千粒質量具有一定的地理變異模式，可能與分布區域的環境因素有關，如光照、溫度、經緯度、降雨及海拔等因素相互作用造成了不同群體麻櫟種子千粒質量的不同變異模式[28]。

表型變異既受遺傳控制，也受環境因素的影響[29-31]，表型多樣性是遺傳和環境影響的結果。然而，表型變異中有多少遺傳成分可以被利用，需要進一步深入研究，下一步有必要選擇合適的分子標記開展麻櫟分子水平的變異分析，為有效保護麻櫟種質資源提供可靠的理論依據，提高麻櫟的利用價值。

4 結論

麻櫟天然群體種子在群體間和群體內都達到了極顯著的水平，其遺傳變異較豐富，是遺傳因素和環境因素共同作用的結果，且群體間的變異大于群體內。研究結果表明，各表型性狀間呈極顯著相關關系。聚類分析將7 個群體分為2 個組群，與各個群體的地理位置分布無明顯相關性。麻櫟天然群體表型變異的研究，為麻櫟多樣性種質資源保護和利用提供了理論依據。