濒危植物格木天然种群的表型多样性及变异

【目的】通过对濒危植物格木在我国中心分布区种群的果荚和种子表型性状测量分析,研究其表型多样性及变异规律,结合地理气候信息探讨影响表型变异的关键因子,为格木天然种群的遗传多样性保护恢复和引种栽培提供科学依据。【方法】对8个格木天然种群114个单株的13个果荚及种子表型性状进行测量,利用巢式方差分析、多重比较、相关性分析、主成分分析、聚类分析等分析方法,探讨格木天然种群的表型多样性水平、进化和适应性潜力、表型变异规律、表型分化水平、种群聚类特征及其与地理气候因子的相关性。【结果】格木表型多样性水平中等,13个性状的Shannon-Wiener指数在1. 911 1(种形指数)～2. 103 9(果荚周长)之间,平均2. 027 8;8个种群的Shannon-Wiener指数在0. 920 9(P6)～1. 885 6(P8)之间,均值为1. 474 7。格木表型性状离散程度较轻,13个性状的变异系数在7. 544 6%(种子长)～18. 868 5%(果荚面积)之间,均值为12. 410 9%; 8个种群的变异系数在8. 852 9%(P1)～13. 984 8%(P5)之间,均值为12. 410 9%。13个表型性状的极大值为极小值的1. 395 2(种形指数)～2. 805 6(每荚种子数)倍,均值为1. 791 7。巢式方差分析表明,格木13个表型性状在种群间和种群内均存在极显著差异(P<0. 01),说明这些性状在种群间和种群内均存在丰富的变异;种群内的变异(40. 387 1%)远大于种群间(11. 948 9%)。种群平均表型分化系数为21. 857 9%,各性状的分化系数变化幅度在7. 476 5%(种形指数)～38. 674 0%(果荚宽)之间。相关性分析表明,13个表型性状之间大多存在显著或极显著相关,果荚宽度、种子周长等性状和温度指标呈负相关,与纬度呈正相关,格木在气温高、降雨量大的地区往往具有小果荚、小种子的特征,随着温度指标降低和纬度增加,格木果荚及种子有变大的趋势。格木13个表型性状可提炼为4个主成分,累积贡献率为87. 382%。8个天然群体基于欧氏距离可分为3类:第1类2个种群呈现果荚小、种子小的特征,该类表型主要出现在格木分布区的南端;第2类5个种群呈现果荚大、种子大的特征,该类表型主要出现在格木分布区的北部,仅1个种群位于分布区的南部;第3类1个种群呈现果荚小、种子少、种子大而薄的特征,该类表型出现在格木南北分布区的中间衔接部。【结论】格木的表型多样性处于中等水平,在个体上存在较为丰富的变异。在群体及物种水平上,格木表型性状离散程度较轻,各个性状分布相对集中,较为稳定,不易发生群体分化,拥有特殊表型的格木单株具有较高的保存价值。果荚及种子大小进化及适应性潜力相对较大,种形指数最不易产生变异。种群内的变异是格木表型变异的主要来源,格木的种质资源收集保存可减少种群数量,增加种群内个体数量,并优先收集有特殊表型的单株。广西省容县和龙圩区的格木种群是格木遗传多样性保护及种质资源收集保存的重点区域。年均温等温度因子是影响格木表型及分布的最主要因子。果荚及其中种子的大小是格木种群间聚类的主要依据。

基于表型性状初步构建格木核心种质

构建格木核心种质,去除收集材料中的冗余样品,为格木种质资源的保存、研究和利用提供依据。本研究将114份格木种质按地理区域分组,通过测量果荚和种子的13个表型性状,在系统聚类和优先取样法的基础上,利用遗传多样性法、比例法和对数法3种方法,设定10%、20%和30%3种取样比例,共产生7种取样策略。采用极差符合率(CR)、最小值变化率(CRMIN)、最大值变化率(CRMAX)、变异系数变化率(VR)、均值差异百分率(MD)、方差差异百分率(VD)、平均值变化率(CRMEA)和平均表型多样性指数(MI) 8个参数评价7种策略构建的核心种质,以选出参数最优的核心种质。通过比较核心种质与原始种质的表型多样性指数、符合率、主成分和样品分布图,验证所构建核心种质的代表性。结果表明:(1)采用比例法在20%的取样比例时形成的核心种质参数最优。(2)在8个参数分别为100.00%、100.00%、100.00%、138.85%、0.00%、61.54%、99.29%和2.68时,核心种质的最终取样比例为21.05%。(3)核心种质与原始种质在13个表型性状上的多样性指数经t检验,差异均不显著;均值符合率在97.39%~99.98%之间,极大值、极小值符合率为100%,多样性指数符合率在90.34%~99.56%之间。原始种质和核心种质4个主成分的累积贡献率分别为87.382%和88.206%;两者的样品分布图具有相似的分布结构。以上表明获得的24份核心材料较好地代表了原始种质的表型性状变异特征。