Phenotypic Variation of Nitraria sibirica Natural Populations in Shandong

在山东省林木种质资源调查基础上，分别于2014年7月和2015年7月小果白刺果熟期完成其天然群体种实和叶片的采集工作。试验材料主要来源于无棣、沾化、孤岛、河口和寿光5个群体。采样时，确保结果母树间距在50 m以上，尽量避免株间亲缘关系。在每株母树南向树冠的中上部选择8~10个生长良好的结果枝采集全部果实，要求每份果实不少于80粒。选取当年生枝中间部位的健康叶片，每株摘取至少100个叶片。根据采样群体大小确定采样的份数，从5个群体中共采集种实86份，叶片84份。各采样地生态因子详见表 1。

选取能够表征小果白刺性状且容易获得的指标进行测量。对于种实指标，用游标卡尺测量果实横径(FTD)、果实纵径(FLD)、种子横径(STD)、种子纵径(SLD)，每份随机测量30粒，测量值保留3位小数，计算果径纵比横(FLD/FTD)和种径纵比横(SLD/STD)。用电子天平测量种子重量，重复3次，以百粒法计算种子千粒重(SM)，结果保留2位小数。对于叶片指标，用直尺测量叶片长(LL)、叶片宽(LW)，每份随机测量30片叶，测量值保留2位小数，计算叶片长/宽(LL/LW)。

对于各性状值采用单因素随机区组方法进行方差分析。以方差分量表示群体间和群体内表型分化程度，以各方差分量与总分量的比值作为表型分化系数：

式中：V_st表示表型分化系数；σ_t/s²表示群体间方差分量；σ_s²表示群体内方差分量^[15]。分别计算各性状间以及性状与地理生态因子间的皮尔逊相关系数进行相关分析，并利用各群体数据平均值进行聚类分析和主成分分析。以上分析过程全部应用SPSS 18.0和EXCEL 5.0等有关软件完成。

由表 2可知，小果白刺10个表型性状在群体间和群体内差异均达到显著或极显著水平，说明小果白刺的表型性状在群体间和群体内均存在广泛的变异。

对各性状平均值比较及群体间多重比较结果见表 3，果实横径最大的是孤岛群体，值为0.590，最小的是寿光群体，值为0.469；果实纵径最大的是孤岛群体，值为0.645，最小的是寿光群体，值为0.567。以上说明寿光群体的果实体积最小。各群体果实纵径与横径的比值差异较小，为1.1~1.2，表明小果白刺各群体的果实形状均近似圆形。对于各群体种子性状的差异，以河口群体的种子最大，种子横径值为0.295，种子纵径值为0.531，其种子质量也最大，值为22.05；种子最小的是无棣群体，种子横径值为0.243，种子纵径值为0.463，而种子质量最小的是沾化群体，值为13.13。各群体种子纵径与横径的比值为1.8~2.3，即种子纵径近似于横径的2倍，以寿光群体最符合这一规律。叶片大小以河口群体的最大，叶长值为1.4，叶宽值为0.4，无棣群体和孤岛群体的叶片最小，叶长值为1.1，叶宽值为0.3。对于叶长比宽这一性状差异较大，其值最大的是寿光群体，为3.7，值最小的是沾化群体，为3.1，表明寿光群体的叶片形状较为狭长。

综上，小果白刺群体间果实、种子和叶片的表型指标值差异较大，均达到显著或极显著水平，但相同群体的果实大小和种子大小没有呈现一一对应关系。

变异系数可以反映表型性状在群体间和群体内的变异，从而揭示其变异格局^[3]。小果白刺群体的种实及叶片性状的变异系数存在差异，各性状群体间的变异系数为4.35%~25.09%，平均值为9.34%。从表 4可以看出，种子千粒重的群体间变异系数最大，为25.09%，叶长和叶宽的群体间变异系数分别为11.09%和6.88%，种子横径和种子纵径的群体间变异系数分别为9.65%和5.83%，果实横径和果实纵径的群体间变异系数分别为8.58%和4.95%，说明小果白刺种子质量的变异程度最为丰富，且叶片大小的变异﹥种子大小的变异﹥果实大小的变异。小果白刺果径纵比横、种径纵比横和叶长比宽的变异系数分别为4.35%、10.22%和6.70%，说明种子形态变异﹥叶片形态变异﹥果实形态变异。10个性状中果径纵比横的变异系数最小，说明果实形态比其他性状更为稳定。进一步对群体间各性状变异系数进行比较，不同群体的同一性状变异程度存在差异，这是由环境异质性导致的，变异系数平均值从大到小排列顺序为：孤岛(18.52%)＞沾化(17.66%)＞寿光(17.57%)＞无棣(16.74%)＞河口(14.81%)。孤岛群体各性状变异系数平均值最大，说明其群体表型多样性最丰富；而河口群体的变异系数平均值最小，说明其群体表型多样性最低。

表型分化系数反应了群体间表型分化的大小，其值越大，表明群体间的遗传分化越大，群体间的遗传变异也越大^[16]。根据方差分析结果计算小果白刺各性状群体间和群体内方差分量及表型分化系数，见表 5。群体间方差分量占总变异的21.46%，群体内方差分量占总变异的28.85%，随机误差方差分量占总变异的49.69%。10个性状的表型分化系数平均值为40.71%，表明小果白刺群体表型变异在群体间的贡献占40.71%，在群体内的贡献占59.29%，说明群体内变异大于群体间变异，群体内的表型多样性大于群体间的。由表 5可知，各性状表型分化系数变化幅度为20.20%~60.70%，种子千粒重的表型分化系数最大，种径纵比横的最小，表明种子质量在群体间分化较大，而种子形态分化较小，说明山东小果白刺在进化过程中，种子质量变异较大，种子形态变异较小，这与前文性状变异系数的分析结果较为一致。

以个体为单位进行表型性状的相关分析，结果见表 6。小果白刺10个果实、种子和叶片性状中多数呈显著或极显著的相关关系，这些性状是能够代表小果白刺种实及叶片特征的重要性状。这些性状中，除了表征相同器官部位的性状自相关外，表征不同器官部位的性状也存在一定的相关关系。果实横径、果实纵径分别与种子横径、种子纵径、种子千粒重呈极显著的正相关关系，表明小果白刺的果实越大，则种子越大，种子质量也越大；叶长、叶宽、叶长比宽分别与种子横径、种子纵径、种径纵比横、种子千粒重呈显著或极显著的相关关系，说明小果白刺营养生长与生殖生长具有较为密切的联系。

以群体为单位进行地理变异分析。由表 6可知，除了果径纵比横和种子纵径这两个性状分别与经度和纬度地理因子相关性显著外，其他大部分性状受地理因子影响较小，这与小果白刺的研究尺度和其在山东的分布范围较小有关。其中，种子纵径与经度因子呈显著的正相关，表明越往东分布的群体，其种子纵径越大。果径纵比横与纬度因子呈显著的负相关，表明在小果白刺生境内，越往北分布的群体其果实纵径与横径相差的越小，果实形状越接近圆形。同时，果径纵比横受水分生态因子影响较大，与年均降水量呈极显著的正相关关系，表明水分越大的地方，小果白刺群体果实纵径有比横径大得越多的趋势，果实形状越趋于长圆形。日照时数对果实横径具有较明显的影响，二者呈显著的正相关关系，表明日照相对充足的地方，其果实横径越大。然而，树种天然分布区内环境因素往往是复杂多样的，其生长生活不只是受到单一环境因子的影响，因此，山东小果白刺群体的地理变异表现为随机变异模式。

采用组间联接法对小果白刺5个群体进行系统聚类分析，生成聚类树系图，见图 1。在阈值为23.90处，6个小果白刺群体被划分成2类，第Ⅰ类包括沾化、无棣、孤岛和寿光4个群体，第Ⅱ类由河口群体独自组成。在阈值为15.11处，第Ⅰ类可再划分成两个亚类，第ⅰ亚类包括沾化、无棣、孤岛3个群体，第ⅱ亚类仅包含寿光群体。通过聚类分析被划分在同一类的群体其地理上并不都是相连接的(例如孤岛和寿光群体)，而且在地理上分布距离较近的群体没有被优先聚合成一类(例如孤岛和河口群体)，由此说明山东小果白刺不同群体间叶片和种实性状的变异在空间上是不连续的。

Figure 1.  UPGMA cluster based on the fruit and seed phenotypic traits of Nitraria sibirica Pall. populations

对山东小果白刺5个群体的10个种实和叶片性状调查研究发现，小果白刺在群体间和群体内存在显著或极显著的差异。对于各器官部位大小的变异程度有：叶片(8.99%)﹥种子(7.74%)﹥果实(6.77%)，说明表征小果白刺果实大小的性状更为稳定。对于各器官部位形态的变异程度有：种子(10.22%)﹥叶片(6.70%)﹥果实(4.35%)，说明小果白刺叶片形状是较稳定的性状，表现为倒披针形，这与对青海高原西伯利亚白刺群体表型变异研究的结果正好相反^[17]。分布在群体间的变异真正反映了群体在不同环境中的适应状况，其大小在某种程度上说明了该生物对不同环境适应的广泛程度，值越大，适应的环境越广^[18]。不同群体的相同性状变异程度存在差异，这是由环境异质性导致的，各群体变异系数平均值从大到小排列顺序为：孤岛(18.52%)＞沾化(17.66%)＞寿光(17.57%)＞无棣(16.74%)＞河口(14.81%)，说明孤岛群体的表型多样性最丰富，昌邑群体的表型多样性最低。

对山东小果白刺表型性状的变异来源进行定量分析，各性状群体间表型分化系数平均值为40.71%，表明山东小果白刺天然群体表型变异群体间贡献占40.71%，群体内贡献占59.29%，群体内变异大于群体间变异，说明山东小果白刺的表型变异主要来源于群体内，群体内的多样性大于群体间的。山东小果白刺的表型分化系数与其他具有防护作用的灌木树种相比，分别大于康定柳(Salix paaplesia Schneid.)雄性群体(21.51%)^[19]、康定柳雌性群体(27.32%)^[19]、同为黄河三角洲的柽柳(Tamarix chinensis)(7.17%)^[20]、柠条锦鸡儿(Caragang korshinskii)(19.50%)^[21]，小于刚毛柽柳(Tamarix hispida Willd.)(62.50%)^[22]、山苍子(Litsea cubeba)(60.19%)^[23]，表明山东小果白刺群体间分化水平处于中等偏高的水平。然而，尽管山东小果白刺群体内的变异大于群体间的变异，但是群体间变异的意义却远大于群体内变异，因为存在于群体间的变异反映了地理、生殖隔离上的变异，群体间的多样性变异是种内多样性的重要组成部分^[24]。这表明山东小果白刺种实和叶片性状的群体间分化在一定程度上是由其本身的遗传基础决定的。山东小果白刺具有中等的群体间分化水平，可能与其交配系统和地理分布范围双层因素有关。一方面，小果白刺为虫媒传粉树种，以种子繁殖为主要繁衍方式，与风媒传粉的树种相比，其花粉的传播距离受到限制，从而导致群体间的基因流水平相对较低，这增加了小果白刺群体间分化的可能性；另一方面，小果白刺在山东的分布范围比较集中，主要分布于黄河入海口及莱州湾附近的泥质海滩上，尽管近些年由于沿海滩涂开发力度加大，滨海植被遭到不断地破坏，导致小果白刺资源呈现岛屿化、斑块化的分布状态，因地理隔离和遗传漂变可能加剧了小果白刺的群体间分化，然而，在山东小果白刺的分布区内全部为平原地形，有利于种群基因交流，这会促进其种群基因频率维持在较为稳定的水平，从而使群体间分化程度减弱。

山东小果白刺种实、叶片性状与地理生态因子之间具有不同的相关性，是种实各部位对不同环境条件适应的外在表现。除了果实横径、果实形状和种子纵径性状分别表现出受到日照时数、纬度和年均降水量、经度因子较大影响外，其他大部分性状受地理生态因子的影响并不显著，因此山东小果白刺群体的地理变异不是连续的，而是表现为随机变异模式。通过聚类分析将5个小果白刺群体划分成2类，然而，有些地理上相近的群体并没有优先聚合成一类，这可能与群体间立地条件类型存在差异有关。

小果白刺适生范围广泛，耐干旱和耐盐碱能力极强，具有重要的生态价值和经济价值，目前，在山东小果白刺主要分布于鲁东北平原及莱州湾附近的滨海地区。通过连续2年对山东小果白刺资源的调查和研究，发现小果白刺生存条件逐渐发生恶化，一方面，生殖行为受到连续极端天气的影响，如连续高温导致的干旱不结实，另一方面，生存环境受到人为干扰，在大兴现代化建设过程中对小果白刺天然生境破坏严重，山东小果白刺的遗传多样性逐渐变小，甚至有些小果白刺资源在山东濒临消失，因此，对于山东小果白刺资源的保护工作亟待全面开展。具体保护建议有：(1)人为干扰严重的地区要着重封育保护，抢救性加强小果白刺现有资源原地保护，在东营、滨州或者潍坊地区建立1~2个原地保存林；(2)借助分子手段开展小果白刺群体遗传多样性评价，建立山东小果白刺异地保存基因库，注意做到保存群体的完整性；(3)适当开展设施保存。小果白刺是鲁北平原区的乡土树种，其群体多层次的变异为其优异种质的选育和利用提供物质基础，然而，只有首先将这一珍稀濒危资源合理地保存好，才能谈及对其资源的开发和利用，因此，对于小果白刺的研究，注重对其种质资源的保护是第一要义。

综合多种分析方法研究山东小果白刺天然群体种实和叶片表型变异，结果表明，其种实、叶片在群体间和群体内均存在着较为丰富的变异，这些变异是遗传和环境共同作用的结果。群体内变异是山东小果白刺表型变异的主要来源。目前，山东小果白刺群体间分化水平与一些同类灌木相比处于中等偏上的水平，其地理变异遵照随机变异模式。群体间和群体内多层次变异为山东小果白刺资源的保育和利用提供了物质基础。