江西省不同種源香樟葉片表型差異性分析

趙 姣

(1. 南昌工程學院，江西 南昌 330099； 2. 江西省樟樹繁育與開發利用工程研究中心，江西 南昌 330099)

香樟[Cinnamomumcamphora(L.) Presl]是常綠闊葉喬木，被廣泛應用于園林綠化、優質用材加工和化工原料等行業，具有良好的生態、經濟和社會效益。目前以香樟枝葉提取精油的香料產業在江西、廣西和湖南等地蓬勃興起，產業發展空間廣闊[1]。香樟不同種源及個體之間的精油含量和主成分比例差異較大，如芳樟的精油含量一般在0.5%～0.8%左右，但優良個體的精油含量超過了2%[2]。同時，香樟精油主成分的類型和含量具有地理分布特征，如芳樟醇型香樟主要分布于江西[3]，因此研究江西香樟種質資源對良種選育具有重要的意義。

葉片是植株與外界進行物質交換和生理過程的重要器官，對光能的獲取、水分和營養物質的吸收以及有機物質的合成起著決定性作用[4]。葉片表型是植株遺傳特性的外部反映，也是植物響應環境條件的器官。因此，研究葉片表型變異是了解植物遺傳多樣性的重要指標。國內外關于植物葉片表型的研究較多，主要采用變異系數、方差分析、主成分分析和聚類分析等方法來探究群體內和群體間的差異。董昕等[5]研究山東小果白刺的葉片表型在群體間和群體內均存在顯著或極顯著的變異，且群體內的變異大于群體間，在地理上遵循隨機變異的規律；板栗葉片表型存在類似的結果，且葉片的變異程度大于果實[6]?？嚅煌N源葉片形態性狀的變異波動幅度為16.48%～41.26%，其中遺傳因素的影響程度更高[7]。綜合研究結果表明，葉片表型在不同物種、種源間變異顯著，環境和遺傳因素的貢獻率不同。目前，香樟種質資源葉片表型變異的研究相對較少。張雷[8]針對長江以南不同種源家系香樟苗期葉片表型的差異開展了研究，從大區域角度揭示了香樟葉片形態特征、光合特性和精油性狀的差異。黃萌等[9]對江西5個地區古香樟的枝葉形態進行研究發現葉片表型在地區內和地區間差異不顯著，但由于所選的地區有限，不能完全反映江西省內葉片表型的變異特征。因此，為了揭示江西省不同種源香樟葉片表型特征、變異程度和地理差異，本研究對江西不同市縣香樟葉片表型的種源差異和地理變異規律開展了分析，為香樟種質資源的選擇、保存和開發利用提供重要的基礎。

1 材料與方法

1.1 采集地概況

試驗材料來源于江西省11個市50個縣的香樟種質資源(表1)。為了反映地理、氣候等因素對香樟表型的影響，選擇100年以上樹齡的植株作為樣本。平均每個縣采集4棵，保證每棵樹取自不同的鄉鎮，記錄每棵樹的基本信息和地理位置。采種區范圍為東經113°～119°，北緯25°～30°。

表1 江西省樟樹種源地分布Table 1 Distribution of C. camphora provenances in Jiangxi province

1.2 表型測定方法

在樹冠中部不同方位選取生長狀況良好的葉片30片，裝進自封袋保存，實驗室內測定相關指標。

葉片生物量：在測量形態指標前統一稱量葉片鮮重，待測定完形態指標后將葉片置于80℃烘箱中烘至恒重，稱量葉片干重。

葉片形態指標：在實驗室用葉面積儀測量葉長、葉寬、葉厚、葉周長、葉面積，其中葉長為葉連接葉柄的最底端至葉梢的距離，葉寬為葉片的最大寬。葉厚用游標卡尺測出10片香樟葉的值，再計算平均值。葉形指數=葉長/葉寬。

葉片表型變異系數表示性狀離散程度，變異系數=標準差/平均值×100。

1.3 數據分析

試驗數據用Excel 2016軟件進行處理，并用SPSS 19.0對數據進行方差分析、多重比較和相關性分析等統計學分析。

2 結果與分析

2.1 江西省不同種源香樟葉片表型特征

江西省不同種源香樟葉片表型特征存在差異。由表2可知，江西省不同種源香樟葉長變化范圍為5.45～8.28 cm，平均值為6.93 cm；葉寬在2.94～4.44 cm范圍內波動，平均值為3.79 cm；葉周長的極差為8.93 cm，平均值為17.23 cm；葉面積變化范圍為10.59～23.65 cm2，最大值比最小值增加了123.32%；葉厚變化范圍為0.27～0.36 mm，平均值為0.30 cm；葉形指數變化范圍為1.61～2.01，平均值為0.30；葉鮮重變化范圍為0.23～0.50 g，平均值為0.37 g；葉干重變化范圍為0.12～0.31 g，平均值為0.18 g。江西省香樟葉片各性狀均存在不同程度的差異，變異系數為葉干重>葉鮮重>葉面積>葉周長>葉寬>葉長>葉厚>葉形指數。葉干重在各種源間差異最大，遺傳多樣性相對較豐富，可供選擇的潛力大；而葉形指數差異最小，葉片的拓撲形態相對穩定。

表2 江西省不同種源香樟葉片表型特征Table 2 Characteristics of leaf phenotype variationof C. camphora from different species in Jiangxi province

2.2 江西省不同種源香樟葉片表型變異分析

江西省香樟葉片表型在不同的市和縣之間存在豐富的變異(表3和表4)，葉長、葉寬、葉周長、葉厚和葉片生物量均存在極顯著的差異。但葉形指數穩定性較高，各種源間差異不顯著。葉面積在不同市之間差異極顯著，而不同縣之間則差異不顯著。

表3 江西省不同種源香樟葉片表型變異分析

表4 江西省不同種源香樟葉片表型變異Table 4 Variation of leaf phenotype of C. camphora from different provenances in Jiangxi province

各種源中葉長、葉形指數和葉干重以萍鄉群體最大，值分別為7.63 cm、1.92和0.23 g，而南昌群體的葉長和葉干重最小，分別比最大值降低了24.25%和43.48%；景德鎮群體葉形指數最小，比最大值下降了10.94%。吉安群體的葉寬、葉面積和葉鮮重在各種源中均最大，分別比最小值增加了1.02cm、8.98cm2、0.21 g，相應的種源均為南昌。葉厚的最大值和最小值差值為0.03 mm，分別為吉安和景德鎮群體。葉周長最大為鷹潭群體，平均值為22.57 cm；最小為宜春群體，平均值為15.86 cm。

2.3 江西省香樟葉片表型相關性

香樟葉片表型的相關分析見表6，8個葉片表型中多數呈顯著或極顯著關系。其中，葉長、葉寬、葉周長、葉面積之間均呈極顯著正相關；葉厚與葉長呈顯著正相關，與葉寬、葉面積間呈極顯著正相關，而與葉周長相關性尚未達到顯著水平；葉形指數與葉長呈極顯著正相關，與葉寬呈極顯著負相關，與葉面積、葉厚呈負相關。葉片各形態指標均與葉鮮重、葉干重呈極顯著的正相關，其中葉長、葉寬、葉面積與葉片生物量的關系更密切，相關系數均達到0.7以上。而葉形指數與葉片生物量呈顯著的負相關。

表6 江西省不同種源香樟葉片表型相關性分析Table 6 Correlation between leaf phenotype of C. camphora from different species in Jiangxi province

2.4 江西省香樟葉片表型地理變異

將江西省不同種源分為贛北、贛中和贛南三個區域，分析葉片表型的差異性(表5)。結果表明，葉長、葉面積、葉鮮重和葉干重在不同區域呈現顯著差異，而葉寬、葉周長、葉厚、葉形指數在不同區域無顯著差異。贛南地區的葉長、葉面積和葉干重顯著高于贛北，但與贛中地區無顯著差異；贛南地區葉鮮重顯著高于贛北和贛中。

表5 江西省不同區域香樟葉片表型變異Table 5 Variation of leaf phenotype of C. camphora in different regions of Jiangxi province

葉片表型與經緯度存在顯著的負相關性。隨著經緯度的增加，葉片各形態指標和生物量指標均呈降低趨勢，緯向的相關系數總體上大于經向。從圖1和圖2可知，葉長、葉厚、葉鮮重和葉干重與經度之間存在極顯著的負相關，而葉寬、葉周長與經度的相關性尚未達到顯著水平。隨緯度的增高，葉長、葉寬、葉面積、葉鮮重和葉干重呈降低趨勢，相關性達到了極顯著水平；而葉形指數與緯度之間呈負相關，但相關性不顯著。因此，在江西省范圍內越往北分布的群體，香樟葉片大小和重量呈降低趨勢；越往東分布的群體，葉片大小和重量越??；但葉形指數的變異較小，形成相對穩定的特征值。

圖1 江西省不同種源香樟葉片表型與經度的關系Fig. 1 Relationship between leaf phenotype and longitude in different provenances of Jiangxi province

圖2 江西省不同種源香樟葉片表型與緯度的關系Fig.2 Relationship between leaf phenotype and latitude in different provenances of Jiangxi province

3 討 論

3.1 江西省葉片表型特征變異

植物表型是遺傳因素和環境因素共同作用的綜合表現，研究表型的多樣性有助于了解植物表型的穩定性和進化潛力，為種質資源的開發提供理論基礎。葉片是植物進行光合作用的主要器官，葉片表型能直觀反映植物對資源的利用策略和環境條件的適應[10]。本研究中江西省不同種源葉片表型的變異程度存在差異，其中葉片干重和鮮重變異系數大于形態指標。據張瑩等[11]研究可知，營養器官對環境的反應較敏感，其變異程度大于生殖器官。植物生長發育和生物量積累是植物同化物代謝功能的反映，不僅與植物的遺傳特性相關，而且與植物所處的地理位置和立地條件(包括土壤、光照、地形等)密切相關[12]，因而造成葉片表型的變異。當樣品量足夠豐富時能反映植物的遺傳特征，為篩選香樟高產品種提供指導。

江西省香樟葉片表型在地理上存在顯著差異，區域內葉長和葉片鮮干重總體表現為贛南>贛中>贛北。葉片表型與地理位置存在不同程度的相關性，緯向因素的影響大于經向因素，其中葉長、葉寬、葉面積和葉片鮮干重與緯度呈顯著的負相關。本研究結果與田苗[13]、王瑞麗等[14]研究結果一致，隨著緯度的增加，葉片大小和干重下降?；诰暥忍荻妊芯恐参锏谋硇妥兓?，主要能反映出植物對溫度和水分的響應機制。葉片的面積和重量是葉片重要的功能屬性，前者反映葉片對光能截獲的能力，后者表示植物器官建成的物質分配。在低緯度地區，植物會增加葉片建成以維持較高的葉片壽命；而在高緯度地區，植物會趨向于增大葉面積而提高光合作用，以保證在短時間內制造有機物以供植物其他器官的建成。江西省的主要植物群落以常綠闊葉林為主，在植物適應環境策略下[15]，一定緯度范圍內，植物會呈現葉片大小與葉片重量呈正相關的穩定變化關系，也是植物充分利用光溫資源條件保證最佳營養分配的結果。同時，贛南地區光溫潛力大，保證了葉片生長所需的雨熱資源。

3.2 種質資源篩選上的應用

葉片表型評價體系構建不僅是品種優劣的重要鑒定指標，也是篩選優良農藝性狀的間接指標。選擇育種中相關選擇法是利用植物性狀之間的相關性，通過早期性狀而鑒定后期表現的目標性狀的提前篩選的方法，能縮短育種年限。同時，葉片的某些性狀與目標農藝性狀密切相關。研究發現，耐密型桃樹新品種是通過狹葉形的資源選育獲得[16]。據研究，細毛芳樟葉片精油含量與葉片厚度相關性不大，但與葉片解剖結構中油細胞的大小和密度密切相關[17]。能否根據葉片的表型特征間接反映香樟精油的特性，可以進一步開展深入研究。

氣候變暖引發全球氣候系統的變化，導致極端天氣的頻率增加[18]，對植物的生長發育造成重大影響[19-20]。葉片器官是對外界環境條件最為敏感的器官，它的表型是適應生態環境的結果[21]。植物通過減小葉面積來降低水分蒸騰而提高抗旱性[22]。香樟的抗寒性與葉片的厚度、角質層和柵欄組織等解剖結構密切相關[23]。了解江西各種源葉片表型特征，有利于抗逆性品種的篩選。

3.3 分子技術研究前景

目前，采用植物表型和分子標記相結合的方式開展種質資源和遺傳育種的研究方法成為熱點。劉遵春等[24]通過數量性狀基因座(Quantitative trait loci，QTL)定位蘋果葉片性狀并分析遺傳效應；李偉等[25]利用單核苷酸多態性(Single nucleotide polymorphisms，SNP)與歐洲山楊葉片衰老指標進行相關性分析。目前全基因組關聯分析(Genome-wide association studies，GWAS)在林木的生長性狀、產量和品質等方面的重要性日益凸顯[26]。本研究結果能為表型遺傳研究提供大量的數據基礎。

本研究僅考慮香樟葉片的表型差異，沒有綜合分析葉片的形態和解剖性狀、葉片的營養和品質成分、果實等性狀。在今后的研究中要擴大種質資源收集的范圍，另一方面要利用植物形態學的差異，結合基因型和環境的互作影響，從表型、生理生化特性乃至分子水平上揭示香樟遺傳的變異規律。

4 結 論

江西省不同種源間葉片表型差異顯著，且葉片鮮重和干重的變異程度大于葉片形態指標。葉片表型隨經緯度的變化存在一定程度的規律，但葉形指數基本比較穩定。