榧树雄株若干性状变异初探

董雷鸣，沈登锋，喻卫武，曾燕如，吴智敏，戴文圣

（1.浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江 临安 311300；2.浙江省龙泉市林业局，浙江 龙泉 323700）

榧树Torreya grandis隶属于红豆杉科Taxaceae榧树属Torreya，雌雄异株，稀同株，天然分布于江苏南部、浙江、福建北部、江西北部、安徽南部、湖南西南部及贵州松桃等地[1]，其中的香榧T.grandis‘Merrillii’是榧树中优良变异类型经无性繁殖培育而成的唯一优良品种[2]，其种子是中国重要的干果之一。由于香榧极高的经济价值，作为浙江省重要的经济树种之一，多年来有关榧树的研究多集中在有关香榧的生物学特性[3]、 病害[4]、林地土壤养分[5]、栽培管理技术[6-7]、无性繁殖技术[8-10]、 假种皮化学物质的提取方法[11]、假种皮提取物的成分分析和药理作用[12]等，仅在近几年才基于选育种的需求，对榧树开展了一些研究。研究发现，雌性榧树营养体、产量以及榧籽种实和化学成分等天然种群内和种群间均存在较大的差异[13]，存在着极其丰富的遗传多样性[14-15]，其中不乏一些综合性状优良、种子品质达到或超过香榧的优株[16-17]。榧树雌雄异株的特性对其遗传多样性做出了重要贡献，但是关于雄性榧树的研究则鲜有报道。雄性榧树的性状如花粉量的多少、始花期及花期的长短等，是香榧生产中雌雄配置的理论依据。本文是对雄性榧树叶片形态、球花大小、开花时间、花粉量及花粉形态初步研究结果的报道，对今后榧树雄株选择、香榧新造林雌雄株配置、榧树多样性保护具有一定的意义。

1 材料与方法

1.1 采样地点

2009年4月采集试验用榧树叶片及雄球花。采样区位于浙江省淳安县与临安市交界处，29°11′～30°02′N， 118°20′～119°20′E； 海拔约为 560 m； 年平均气温为 17.8℃， 年极端最低气温-13.3℃， 年极端最高气温40.7℃；年降水量为1425.7mm。该区域榧树雄株分布较为集中，且受人为干扰少，基本保持了野生状态。同时，在当地进行雄球花开花期观测。

花粉形态观测用样品采自浙江省临安市湍口镇洪岭村、淳安县临岐镇朱塔村、诸暨市、嵊州市。授粉试验用的花粉采自浙江省嵊州市、临安市和淳安县，选择生长势良好，树龄在50～80 a间的榧树雄株。

1.2 方法

1.2.1 采样 选择树龄30～50 a，凭经验评估雄花量为中等以上，生长旺盛、长势均一，无明显病虫害的榧树雄株为样本株，共60株，分别编号。采样时仔细挑选着生在树木中部粗壮大枝上无病害，叶片整齐均匀，带有雄球花的1年生幼枝，采集15个·株-1，置于封口塑料袋中带回实验室。

1.2.2 叶片性状测定 选取大小均一的小枝，由枝条基部起同侧连续取5片小叶，分别测定叶长、叶宽（叶片最宽处）及叶片厚度（5片小叶总厚度的平均值），测量时注意叶片平展，并计算叶形指数（叶宽/叶长）、标准差、变异系数、Pearson相关指数。

1.2.3 雄球花性状的测定 随机选取15个球花，用游标卡尺测量每个球花的纵径、横径并称量，计算球花形指数（横径/纵径）。然后置于硫酸纸上，待花粉充分散出后（2 d），抖尽球花中的花粉并称量。然后计算出粉率，出粉率（%）=（花粉质量/球花质量）×100。

1.2.4 开花时间观察 观察并记录各个样本株的球花始花时间。

1.2.5 花粉电镜扫描 使用扫描电镜（荷兰飞利普XL30-ESEM）观察不同地点采集的雄株花粉形态。

1.2.6 香榧授粉试验 2010年4月下旬在浙江省临安市选择进入盛果期不久的香榧单株为试验材料，于雌花开放前用硫酸纸袋套袋，套袋36个·株-1，以单株为重复，重复3次。2010年4月17-25日，在浙江省嵊州市、临安市、淳安县各采集3株即将开放的榧树雄花枝，分单株编号。室内晾晒出的花粉分单株收集，并放入干燥器置于4℃冰箱保存。4月底（4月29日）雌花大量开放（授粉滴呈圆珠状）的第3天，单面打开硫酸纸袋，统计雌花数后用毛笔蘸施花粉，后再次封闭硫酸纸袋。2 d后重复同一过程。授粉5 d后去袋，2个月后统计幼果数，计算坐果率。

2 结果与分析

2.1 雄株叶片性状的变异

从统计数据（表1）可以看出：榧树雄株叶片的长、宽、厚均存在一定变异，其中叶片长度最长3.20 cm，最短1.53 cm，最长叶片约为最短叶片长度的2倍，平均为2.12 cm；叶宽集中在0.28～0.39 cm范围内，平均为0.32 cm；叶片厚度变异也较大，最大值为0.32mm，最小为0.17mm，平均为0.23mm。变异系数（coefficient of variation，CV）以叶片长度最大，为14.99%；叶厚变异系数略小于叶片长度的变异系数；叶宽最小，为8.83%。叶长与叶宽及叶厚在0.01水平显著正相关，Pearson相关系数分别为0.563和0.360；叶宽和叶厚相关性不显著（表2）。一般而言，不同植物叶片的形态大小千差万别，同种植物的叶片形态也会因遗传背景[18]、生境[19]，甚至是叶序[20]的不同而有所差异。本研究中不同榧树雄株单株的叶片长度的最大值和最小值相差近1倍，由于样株采自一地，长势均一，因此叶片形态上的差异是由各自的遗传特性决定的。

表1 榧树雄株叶片、球花表型特征值Table1 Phenotypical values of leaves and male cone-shaped flowers in Torreya grandis

2.2 雄球花性状的变异

从研究结果看，单株间雄球花纵径有较大的变异，最大为1.32 cm，最小0.49 cm，最长的球花约为最小的3倍，平均约为0.79 cm，变异系数为23.48%；球花横径变异小于纵径，最大值为0.54 cm，最小为0.32 cm，均值为0.42 cm，变异系数为10.60%；球花质量为0.33～2.66 g，平均质量为1.19 g；花粉净质量为0.051～0.548 g，最大值约为最小值的10倍，平均单个球花内花粉质量为0.170 g，变异系数为55.29%，为各指标之最；出粉率最大为38.03%，最低5.05%，相差7倍之多，平均出粉率较高，约13.89%（表1）。对各指标进行Pearson相关系数检验，发现榧树雄球花横径与纵径呈极显著性相关（0.625，P＜0.01）；球花横径与球花质量及花粉质量呈极显著相关，相关系数分别为0.619和0.431；球花质量与花粉质量相关系数为0.739，花粉质量与出粉率相关系数为0.749，均达到极显著水平。其余指标则相关性不显著（P＞0.05）。

表2 雄株叶片各指标相关性系数Table2 Correlation coefficients among indexes of leaves in male Torreya grandis

表3 榧树雄球花及花粉各指标之间相关系数Table3 Correlation coefficients among indexes of male flowers and pollen in Torreya grandis

2.3 雄球花始花期的变异

从相同地点、相近海拔的雄花始花时间（图1）看，最早的为4月16日，最迟的4月22日，相差近1周，集中开放于4月16-18日，其中4月17日始花的最多，为26株；16-18日开始开花的共43株，占观测样本株（56株）的76.8%（由于样本株分布较为分散，4个样本株未观测到始花）。了解榧树开花时间的差异对香榧生产、香榧林的营建生产有一定的指导意义，因为榧树雌花并非集中开放，在混合芽开展的数天内，陆续有雌花成熟，并且雌花有等待授粉的习性。所以，造林时配置始花期早、中、晚不一的授粉树，有利于雌花充分授粉，而且特别应该适当配置晚花类型的雄株。

图1 不同始花期的雄株数Figure1 Number of male Torreya grandis trees starting to bloom at different times

2.4 花粉形态观察

从榧树花粉的电镜扫描图像（图2）可以看出：榧树花粉单粒，近球形，直径为22～26μm；外壁表面呈颗粒状，上具有稀疏、大小不均的颗粒状凸起；无沟孔。不同地点或同一地点不同单株采集的花粉在表观上无明显差异，这与一般认为的一种植物花粉形态具有很强遗传保守性的观点是吻合的[21-22]。

2.5 不同产地榧树花粉对香榧的授粉试验

幼果坐果率在很大程度上决定了香榧的产量。授粉试验结果（表4）表明：以嵊州雄株花粉所授雌花坐果率最高，为34.10%；临安与淳安花粉坐果率次之，分别为26.53%和25.61%。3地花粉坐果率的方差分析及多重比较显示，不同产地的花粉在授粉试验中差异显著（P=0.016）；临安与淳安花粉的幼果坐果率无显著差异，而嵊州花粉授粉的幼果坐果率显著高于临安与淳安花粉。

表4 不同雄株花粉的授粉结果比较Table4 Comparison among the results of pollination with pollen from different male trees

3 讨论

榧树雄株的叶片和球花各指标单株间均存在变异，两性状分别以叶片长度和花粉质量差异最为显著，变异系数分别达到14.99%和55.29%。这与其生物学特性是密切相关的。雌雄异株、风媒授粉、生活史长的树种均有此特点[23-24]。变异是育种的基础。变异系数越大，说明单株间的表型差异越显著，多样性越丰富，优株选育时可供选择的潜力越大。

图2 榧树花粉扫描电镜照片（从左至右放大倍数：500×，2500×，8000×；从上至下：1诸暨，2嵊州，3临安，4淳安，其中淳安4a和4b为2个单株）Figure2 Morphological photos of pollen scanned through scanning electron microscope in Torreya grandis （From left to right： 500×， 2500×and 8000×； from up to down： pollen from Zhuji （1）， Shengzhou （2）， Lin’an （3）， and Chun’an （4）； 4a and 4b are the pollens from 2 sampled trees in Chun’an）

本研究中榧树雄株叶长同叶宽呈极显著正相关，而在叶宽差异不十分明显的条件下，叶片长度越长，则意味着叶面积越大，单位时间内的光合速率有可能较大，这样有助于树木营养生长，提高它对自然环境的适应能力，同时也可能有利于榧树营养的生殖分配。然而本研究结果表明，叶长与每个雄球花的花粉质量、出粉率相关不显著（相关系数分别为-0.035和-0.037）。植物的营养生长与生殖生长关系复杂，彼此间存在碳/氮平衡关系。因此，不能简单地用叶片大小来反映生殖器官生产力的大小，也即它们之间的相关性，尽管营养器官与生殖器官间存在库与源、库对源营养分配具有拉动的作用。研究还发现，雄株叶片的长度范围（1.53～3.20 cm）也比康宁等[1]描述的榧树叶片长度范围（1.1～2.5 cm）要大。康宁等在对榧树及榧属其他种进行分类时首先采用的是种子性状，再依次基于枝条及叶片性状进行分类，对叶片长度的描述未分别雌雄株。

本研究雄株生殖器官的变异比营养器官的变异要大，在雌株中也有类似的情况[25]。球花大小、球花质量、花粉的多少都是进行雄性授粉优株选择时可以做出直观判断的凭据。在香榧林地配置雄株，或雄株嫁接育苗，或将雄株接穗嫁接到雌株上，或者将雄株用于今后的育种工作，花粉量大的雄株都是应予以优先考虑的对象。榧树雄球花花期短而雌球花花期长，香榧雌株单株花期为15～20 d[26]。为达到香榧充分授粉提高产量的目的，必须配置不同花期的雄株。本研究中雄花始花期相差约1周时间，并且集中开放于前3 d，应当特别关注开花较晚的单株。不同来源的榧树花粉外部形态基本一致，然而同属裸子植物的银杏Ginkgo bioloba则在花粉形态上表现出多样性和复杂性[27]，说明花粉形态因物种而异。

高产是经济林栽培的三大目标之一，而提高坐果率是有效途径之一。花粉直感是父本花粉对种子或果实发育及性状的影响[28]，多种果树中都存在该现象[29]。本研究发现，榧树也具有花粉直感现象，不同产地的花粉对香榧的坐果率有显著影响。该结果有助于发掘更多优良的榧树雄株，为榧树优良品种的选育奠定基础。

由于榧树的种实是经济产量的主要体现，以往的研究多集中在对雌株的研究上，对雄株的研究鲜有报道，但雄株对榧树遗传多样性方面的贡献很大。本研究只是雄性榧树研究的初步结果。今后，本研究小组将进一步通过不同雄株花粉对不同香榧单株的双列杂交来研究榧树雄株的花粉直感作用，并从DNA水平入手研究雄性榧树的遗传多样性。所有这些研究将为榧树雄株选择提供理论依据。

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