赵 祜，吕 东，刘贤德，张宏斌，赵兴鹏，赵 明，赵国生，陈 刚，许延昭

（甘肃省祁连山水源涵养林研究院 a.祁连山特有植物繁育及推广国家地方联合工程研究中心；b.甘肃省祁连山特有珍稀树种保护繁育工程研究中心；c.张掖市龙渠国家青海云杉祁连圆柏林木良种基地，甘肃 张掖 734000）

青海云杉Picea crassifolia属松科Pinaceae 云杉属Picea乔木，为我国特有树种，主要分布于青海、甘肃的祁连山区及宁夏六盘山和内蒙古大青山海拔1 600～3 800 m 的地带。青海云杉是祁连山森林演替的顶级群落树种，同时也是祁连山区水源涵养林的主要组成群系[1-2]，其抗旱、抗寒、抗病虫害、耐瘠薄等特性，是西北地区城乡绿化和荒山造林的优良树种。与其它针叶树种相比，青海云杉的遗传改良工作研究薄弱，难以满足当前祁连山区生态环境、造林绿化对青海云杉良种升级换代的迫切需求，亟待开展青海云杉遗传改良层次提升工作。遗传变异是林木改良的基础，充分了解其变异规律及遗传多样性，可有效减少林木育种工作的盲目性，有效提高改良效果[3-6]。植物表型性状是基因型和环境因素互作的结果，主要在个体水平上进行表达[7-8]。目前，植物表型变异研究侧重于寻找具优良经济性状的遗传材料和探究物种的适应性两个方面[9]，而植物的种实性状是植物有性生殖系统的重要组成部分，是生存和繁衍适应性的集中表现[10]，种实性状表型变异决定物种的扩散能力和种群分布格局，是人类开发利用的重要经济性状[11]，在林木良种选育中具有重要意义[12]。

张掖市龙渠国家青海云杉无性系种子园建园材料来源于祁连山山区的西营河、西水、连城、哈溪、古城、东大山、大黄山、大河口、寺大隆、隆畅河、马蹄林场11 个林区，这为青海云杉的遗传改良奠定了良好的物质基础。然而青海云杉遗传育种工作进展比较缓慢，截至目前国内外相关研究有云杉属表型遗传多样性研究[13-21]，青海云杉研究主要集中于立木资源调查、林分类型划分及间伐量等宏观方面。近几年，仅有王娅丽等[1]对祁连山青海云杉天然群体表型性状遗传多样性进行了研究，研究结果表明选取的祁连山青海云杉天然分布区的10 个群体的青海云杉的17 个表型性状在各性状和群体间都存在极显著差异，14个性状在群体内都存在着极显著的差异。群体间表型分化系数变异为31.20%，小于群体内的变异(68.80%)。根据研究现状看，青海云杉遗传变异较大，多样性丰富，具有较大的利用潜力。鉴于此，本文以张掖市龙渠国家青海云杉无性系种子园内的7 个种源青海云杉无性系为研究对象，分析青海云杉无性系球果和种子表型性状的变异情况，旨在更好地评价和利用青海云杉种源，为青海云杉良种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来源于张掖市龙渠国家青海云杉无性系种子园，种子园营建于1984年，建园优树材料来源于祁连山山区的西营河、西水、连城、哈溪、古城、东大山、大黄山、大河口、寺大隆、隆畅河、马蹄林场11 个林区，种子园40 hm2，共收集青海云杉优良无性系260 个，通过髓心层贴接法嫁接建园，采用完全随机排列的田间设计定植，每个无性系重复3 次，每个重复定植9 株，青海云杉无性系2002年开始结果。本研究选取种子园内的7 个种源青海云杉无性系为研究对象，每个种源随机选择9 株无性系，分别测定采摘后的球果和脱粒后的种鳞、种翅和种子表型性状，进行青海云杉球果和种子表型性状遗传多样性分析。7 个种源地青海云杉优树基本情况见表1。

1.2 方 法

1.2.1 青海云杉球果的采集

2018年9月初，青海云杉球果成熟期，分别采摘7 个种源青海云杉无性系球果，每个种源随机采集9 枚球果，球果采集时按种源编号，并按种源测定单个球果鲜质量、球果纵径、横径、单个球果皮干质量；按种源分别晾晒球果，晾晒、脱粒后分别按种源测定单个球果籽粒质量、单个球果皮干质量，采集种鳞、种翅表型性状，净种后测定种子表型性状。

1.2.2 青海云杉球果、种子表型性状的测定

青海云杉球果和种子性状测定参照Putenikhin，Li 等、罗建勋等方法[14,19-20]，测定指标：单个球果鲜质量（Single cone fresh weight，SCFW，g）、球果纵径（Cone vertical diameter，CVD，mm）、球果横径（Cone horizontal diameter，CHD，mm）、单果籽质量（Single cone Seed weight，SCSW，g）、单果皮干质量（Single cone dry weight，SCDW，g）、种鳞长（Seed scale length，SSL，mm）、种鳞宽（Seed scale width，SSW，mm）、种翅长（Seed wing length，SWL，mm）、种翅宽（Seed wing width，SWW，mm）、种子纵径（Seed vertical diameter，SVD，mm）、种子横径（Seed horizontal diameter，SHD，mm）。

表1 青海云杉参试种源原产地基本情况Table 1 Basic information of provenance of P.crassifolia

种鳞长、种鳞宽、种翅长、种翅宽、种子纵径、种子横径测定：分种源单果脱粒后，每个种源分别随机选取100 个种鳞、100 个种翅、100 粒种子，用游标卡尺测定每个种鳞、每个种翅、每粒种子的纵径（长度）、横径（最宽端），每个性状测定重复3 次，取其平均值。

用电子天平称量单果鲜质量、单果皮干质量、单果籽质量，测量精度均为0.01 g。用游标卡尺测定球果横径、球果纵径、种鳞长、种鳞宽、种翅长、种翅宽、种子横径、种子纵径，测量精度均为0.01 mm。

1.2.3 数据统计分析方法

青海云杉球果与种子性状变异研究采用巢式方差分析[21]，线性模型为：Yijk=m+Pi+Ti(j)+e(ij)k，式中：Yijk为第i种群第j个个体第k个测定值，m为总平均值，Pi为第i个种群的效应值，Ti(j)为第i个种群内的第j个个体的效应值，e(ij)k为随机误差。

测量青海云杉球果和种子各个性状值，计算各个性状值的平均值，标准偏差、变异系数(CV)和表型分化系数(VST)。变异系数(CV)=标准偏差/平均值，表型分化系数式中：分别为种源间和种源内的方差值。

2 结果与分析

2.1 青海云杉果实及种子表型性状的比较

对不同种源的青海云杉果实和种子的表型性状的平均值进行多重比较（表2）。由表2可知，青海云杉单果鲜质量较大的为东大山林区种源（31.67 g）与连城林区种源、哈溪林区种源相互间差异不显著，而与其它4 个种源间差异显著；球果纵径较长的为连城林区种源（109.45 mm），与其它6 个种源间差异显著，而在其它6 个种源中，哈溪林区种源、隆畅河林区种源和东大山林区种源相互间差异不显著；球果横径和种鳞长形状中7个种源，相互间差异不显著；单果籽质量性状在7个种源中，大河口林区种源（1.13 g）与其它6 个种源间差异显著，而其它6个种源中哈溪林区种源、祁连林区种源、连城林区种源和东大山林区种源相互间差异不显著；单果皮干质量性状中连城种源（19.87 g）与其它6 个种源间差异显著，而其它6个种源中，哈溪林区种源和东大山林区种源相互间差异不显著，大河口林区种源、祁连林区种源和隆畅河林区种源相互间差异不显著；种鳞宽性状中，东大山林区种源种鳞最宽（14.01 mm），与其它6 个种源差异显著，而在其它6 个种源中，大河口林区种源、祁连林区种源、连城林区种源、隆畅河林区种源、西水林区种源相互间差异不显著；种子纵径性状中，纵径较大的依次为：隆畅河林区种源、连城林区种源、祁连林区种源种子，且相互间差异不显著，但与其它4 个种源间差异显著；种子横径中，大河口林区种源、祁连林区种源和连城林区种源间差异不显著，而与其它4个种源间差异显著。

2.2 青海云杉种源间、种源内球果及种子表型性状变异

由表3可以看出，球果横径、单果籽质量、种鳞长、种鳞宽、种翅长在种源间、种源内差异不显著；球果纵径、单果皮干质量、种翅宽在种源间、种源内差异显著；球果鲜质量、种子横径、种子纵径在种源间、种源内差异极显著。青海云杉球果与种子性状表型分化系数1.28%～13.14%，11 个性状中表型分化系数较大的为单果鲜质量，种子纵径次之，种鳞长性状表型分化系数最小，表明青海云杉树种单果鲜质量、种子纵径性状在种源间、种源内分化较大，存在较大变异，而种鳞长、种鳞宽性状在种源间、种源内分化小，性状相对稳定。

表2 青海云杉球果及种子表型性状的平均值、标准误以及多重比较Table 2 The mean value,standard deviation,and multiple comparisons of phenotypic traits in provenance of P.crassifolia fruits and seeds

表3 青海云杉种源间、种源内球果及种子表型性状方差分析结果†Table 3 Variance analysis of phenotypic traits among and within populations in P.crassifolia

2.3 青海云杉种源间球果、种子表型性状的统计分析

不同种源间青海云杉球果、种子表型性状分析见表4。由表4可知，在青海云杉11 个表型性状中，变异系数大小依次为：单果籽质量、单果鲜质量、单果皮干质量、种翅宽、种子横径、种鳞长、种鳞宽、球果纵径、种翅长、种子纵径、球果横径。青海云杉7 个种源间的球果、种子表型性状存在较为广泛的遗传变异，单果鲜质量变幅为11.93～57.52 g；球果纵径变幅为74.25～151.28 mm；球果横径变幅为13.38～36.78 mm；单果籽质量变幅为0.01～2.66 g；单果皮干质量变幅为6.97～38.82 g；种鳞长变幅为6.31～25.92 mm；种鳞宽变幅为7.03～17.61 mm；种翅长变幅为9.96～19.68 mm；种翅宽变幅为3.79～15.63 mm；种子纵径变幅为2.13～5.06 mm；种子横径变幅为1.55～4.17 mm。表明青海云杉不同种源间球果、种子性状变异显著。

2.4 青海云杉种源内球果及种子表型性状变异分析

青海云杉不同种源的球果、种子表型性状表现出不同的变异特点见表5。由表5可知，青海云杉单果鲜质量变异系数变幅为23.42%～37.54%，青海云杉种源内球果单果鲜质量变异系数大小依次为：隆畅河林区、连城林区、哈溪林区、祁连林区、大河口林区、东大山林区、西水林区；球果纵径变异系数变幅为10.2%～15.2%，青海云杉种源间球果纵径变异大小依次为：连城林区、哈溪林区、大河口林区、祁连林区、隆畅河林区、东大山林区、西水林区；球果横径变异系数变幅为6.6%～15.7%，青海云杉种源间球果横径变异大小依次为：大河口林区、隆畅河林区、祁连林区、哈溪林区、连城林区、西水林区、东大山林区；单果籽质量变异系数变幅为41.6%～69.8%，青海云杉种源间球果单果籽质量变异系数大小依次为：隆畅河林区、西水林区、连城林区、大河口林区、祁连林区、哈溪林区、东大山林区；单果皮干质量变异系数变幅为18.9%～40.5%，青海云杉种源间球果单果皮干质量变异系数大小依次为：隆畅河林区、连城林区、祁连林区、哈溪林区、大河口林区、西水林区、东大山林区；种鳞长变异系数变幅为9.9%～18.2%，青海云杉种源间种鳞长变异系数大小依次为：隆畅河林区、东大山林区、哈溪林区、连城林区、大河口林区、祁连林区、西水林区；种鳞宽变异系数变幅为11.4%～19.1%，青海云杉种源间种鳞宽变异系数大小依次为：哈溪林区、西水林区、东大山林区、连城林区、祁连林区、大河口林区、隆畅河林区；种翅长变异系数变幅为10.7%～15.2%，青海云杉种源间种翅长变异系数大小依次为：隆畅河林区、祁连林区、哈溪林区、东大山林区、连城林区、西水林区、大河口林区；种翅宽变异系数变幅为12.6%～32.5%，青海云杉种源间种翅宽变异系数大小依次为：东大山林区、哈溪林区、大河口林区、西水林区、祁连林区、隆畅河林区、连城林区；种子纵径变异系数变幅为9.1%～14.6%，青海云杉种源间种子纵径变异系数大小依次为：东大山林区、隆畅河林区、连城林区、哈溪林区、祁连林区、大河口林区、西水林区；种子横径变异系数变幅为9.1%～14.6%，青海云杉种源间种子横径变异系数大小依次为：东大山林区、大河口林区、哈溪林区、连城林区、西水林区、祁连林区、隆畅河林区。7 个种源青海云杉球果和种子表型性状变异特点为青海云杉良种的选育提供了丰富的资源。

表4 青海云杉种源间球果、种子表型性状统计分析Table 4 Statistical analysis of real phenotypic traits in provenances of P.crassifolia

表5 青海云杉种源内球果与种子性状的变异系数Table 5 Coefficients of variation of the seed and cone traits of P.crassifolia within population

2.5 不同种源青海云杉球果及种子表型性状的相关关系

对7 个种源地的青海云杉球果和种子11 个表型性状进行相关性分析（表6），结果表明：各性状间存在不同程度的相关关系，表型性状间相关系数较大且呈极显著相关关系：球果单果鲜质量与单果皮干质量（P＜0.01，r=0.853），单果皮干质量与球果橫径（P＜0.01，r=0.833），单果鲜质量与球果横径（P＜0.01，r=0.799），单果皮干质量与球果纵径（P＜0.01，r=0.729），种翅长与种鳞长（P＜0.01，r=0.687），种鳞宽与种鳞长（P＜0.01，r=0.653），种翅长与种鳞宽（P＜0.01，r=0.635），种翅长与球果橫径（P＜0.01，r=0.601），种翅长与球果干质量（P＜0.01，r=0.571），种鳞宽与单果皮干质量（P＜0.01，r=0.562）、球果纵径与球果橫径（P＜0.01，r=0.554）、种鳞宽与球果纵径（P＜0.01，r=0.528）、与球果橫径（P＜0.01，r=0.523）、种鳞长与球果橫径（P＜0.01，r=0.509）。11 个表型性状中与5 个以上其它性状有极显著正相关的性状有种翅长（7 个）、种翅宽（6 个）、种鳞宽（6 个）、种子纵径（6 个）、种鳞长（5 个），与少于4 个其它性状有极显著正相关的性状有单果籽质量（3 个）、球果纵径（2 个）、种子橫径（2个）、球果橫径（1 个）。

表6 青海云杉球果及种子表型性状间相关分析†Table 6 Correlation coefficients matrix among phenotypic traits of provenances in P.crassifolia

图1 七个种源青海云杉表型性状的聚类分析结果Fig.1 Results of cluster analysis in 7 provenances of P.crassifolia

2.6 青海云杉无性系球果和种子表型聚类分析

利用欧式平均距离法，聚类分析球果、种鳞、种翅、种子表型的数据，将7 个种源青海云杉划分为5 个类群，大河口种源、西水种源球果和种子表型特征相似，归为一类；隆畅河种源、东大山种源球果和种子表型特征相似，归为一类；祁连种源、哈溪种源、连城种源各归为一类（图1）。

3 结 论

1）青海云杉球果、种鳞、种翅和种子各性状在种源间都存在极显著差异；青海云杉平均表型分化系数为74.20%，种源间的变异是其表型变异的主要来源；球果和种子表型性状的变异丰富，变异范围为11.40%～55.50%，平均变异系数为21.07%；不同种源间变异差异明显，隆畅河林区种源平均变异系数最大（23.15%），西水林区种源平均变异系数最小（18.46%），11 个表型性状间大多数呈显著或显著的正相关关系。通过欧氏聚类分析可将7 个种源青海云杉划分为5 个类群。不同种源青海云杉球果与种子的表型性状变异较为广泛，变异来源丰富。因此，在青海云杉种子园遗传改良过程中，要充分考虑种源间和种源内的变异情况。

2）青海云杉种源间和种源内球果与种子方差分析表明，青海云杉表型性状在种源间和种源内都存在广泛变异的研究结果与粗枝云杉Picea asperata[19]和红皮云杉Picea koraiensis[22]表型变异研究结果一致。青海云杉表型性状间分析表明，球果纵径、球果皮干质量、种鳞长、种子纵径为青海云杉表型性状中较为关键和重要的性状，对宏观表型性状测定具有重要的意义。罗建勋等[19]也认为球果长度、球果径、种鳞长及种翅长应视为评价云杉表型性状的重要因素和关键因子。

4 讨 论

1）表型变异的多样性是由遗传信息在内、外在因素共同作用下产生，是群体生物遗传信息的重要表征，也是长期适应与进化的产物[23-26]。青海云杉球果与种子性状的平均变异系数21.07%，明显高于枫香Liquidambar formosana[25]平均变异系数15.83%、红砂Reaumuria soongarica[27]平均变异系数1.94%、无患子Sapinndus mukurossi平均变异系数7.34%[8]。说明不同种源的青海云杉球果和种子的表型性状相比较而言具有较为广泛的变异，也有可能是上述几个种的种群数量不够多，没有完全显现变异范围。本研究青海云杉种源来自于祁连山不同林区，由于地理分布和环境差异，致使青海云杉球果和种子的表型性状变异比较丰富。

2）植物种群间变异程度反映了其对不同环境的适应能力与程度，变异系数大，说明其对所处环境的适应程度越广[28-31]。不同种源青海云杉球果和种子的变异系数较大，说明其对环境的适应性较强，适宜分布的范围较广且对复杂多变的环境条件也很适应。不同种源青海云杉平均表型分化系数为74.20%，高于枫香的平均表型分化系数57.55%[25]、槐树Sophora japonica的平均表型分化系数53.11%[28]、皂荚Gleditsia sinensis的平均表型分化系数20.42%[29]，而低于火麻树Dendrocnide urentissima的平均表型分化系数62.21%、夏腊梅Calycanthus chinensis的平均表型分化系数89.30%。表明不同种源青海云杉球果和种子的表型分化程度属于中等水平，宏观表型方面青海云杉种源间的分化程度高于种源内。

3）通过对不同种源青海云杉球果与种子表型多样性的研究分析，青海云杉球果与种子表型性状存在丰富的变异，种源间的变异高于种源内的变异。不同种源青海云杉球果与种子的表型性状变异较为广泛，变异来源丰富。因此，在青海云杉种子园遗传改良过程中，要充分考虑种源间和种源内的变异情况，根据不同的育种目的进行具体分析，本研究结果对青海云杉种质资源收集、遗传多样性保护以及遗传改良工作具有一定的指导意义。