李玉岭，张元帅，董爱辉，刘翠兰，董元夫，付茵茵，毛秀红★

（1.山东省林业科学研究院，山东 济南 250014；2.费县国有大青山林场，山东 费县 273400；3.山东绿美生态环境工程集团有限公司，山东 潍坊 261300）

七叶树（Aesculus chinensis）又名娑罗树、猴板栗、开心果，属七叶树科（Hippocastanaceae）七叶树属（Aesculus）。落叶乔木，树干高大，树皮深褐色或灰褐色，小叶5~7片，长圆状披针形或长圆状倒披针形，花序轴被微柔毛，小花序具5~10花，种子近球形。其产于河南北部，河北、山西、陕西的南部，仅陕西秦岭有野生分布[1]。七叶树为世界著名四大行道树之一，具有重要的观赏、经济及药用价值，如七叶树是制作家具、各种雕刻工艺品的优质木材，叶芽可代茶饮，皮、根可制肥皂，叶和花可做染料，种子可碱水煮后食用、提取淀粉和榨油[2]。其种子含有七叶皂苷[3]，具有广泛的药理活性，包括抗炎、抑制胃酸分泌，抗水肿，清除活性氧，抗肝损伤[4]等，临床上主要应用于慢性静脉功能不全、脑水肿、四肢创伤及其手术后肿胀的治疗，抗肿瘤[5-7]。自然状态下七叶树多与樟科（Lauraceae）、山毛榉科（Fagaceae）、山茶科（Theaceae）等植物混生，常被当做一般杂木砍伐利用，如天然分布地在四川省境内的七叶树受到严重破坏，资源蕴藏量逐年减少[8]。

林木种质资源在森林资源中占据核心地位，是维持生物多样性和生态系统多样性的重要保障，是实现种质创新的重要基础材料。从广义上讲，它是林木遗传资源或基因资源，狭义上指的是林木品种选育和种苗生产的遗传资源，是育种和种苗生产的重要来源[9]。而七叶树古树，具有极高的观赏和文化价值，是非常珍贵的种质资源。目前七叶树的研究主要在生殖生物学[10-11]、引种试验[12-13]、栽培繁育[14-15]、造林技术[16]、种子化学成分和药理作用[4,17-18]等方面。种质资源搜集、保存和遗传多样性评价鲜有报道，而遗传多样性是种内个体间变异的总和，直接影响到优异基因能否被挖掘和利用。遗传多样性评价的方法主要有形态学标记、细胞学标记、生化标记和分子标记，形态学标记是种质资源遗传多样性最直接和最基本的方法。尽管分子标记在遗传多样性评价和品种特异性鉴定上应用较多，但由于分子标记与形态学性状之间还不具备足够的相关性，暂时无法取代形态学性状评价[19-20]。本课题组实地走访河南、陕西、甘肃、湖北的11个市县（区），调查、收集七叶树古树种质资源14份，对其形态性状进行遗传多样性、相关性、主成分和聚类分析，以期为优异七叶树种质的选育提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 调查点的确定

通过查阅各地植物志、文献资料，搜索网络信息，结合前期研究工作以及询问各地林业部门人员，明确了七叶树古树的主要分布区域，据此制定此次的调查范围。调查地区有河南省洛阳市栾川县、洛阳市嵩县、济源市、南阳市方城县、登封市，湖北省神农架林区，甘肃省陇南市康县，陕西省西安市长安区、宝鸡市凤县、铜川市宜君县、汉中市略阳县等4省的11个市（县/区）。

1.2 调查方法和性状测定

根据调查点，确定调查线路，采取实地踏查的方法寻访七叶树古树生长的地点，进行生境观察和记录，拍摄树木照片，用GPS对经纬度和海拔进行定位记录，用光学测高器测量树高（精确到0.10 m），用卷尺测量胸径（精确到0.01 m）、用米尺测量树冠冠幅（东西长和南北长的平均值，精确到0.10 m）。采集果实、叶片供后期实验室研究使用。调查结束后用游标卡尺分别对30个果实、种子进行长、宽、厚的测量，精确到0.01 cm。将10个果实破皮后叠加，用游标卡尺测量果皮厚度，测量3组求平均值，精确到0.01 cm。用电子天平称量10个果实和种子重量，称3组求平均值，精确到0.01 g。采集的七叶树种子经室外沙藏后，播种到苗圃中，用稻草盖住，出苗后统计出苗率，出苗一个月后用米尺测量苗高，精确到0.01 cm。

1.3 数据整理

利用Excel 2017对七叶树分布地点、测量的表型性状统计分析，并进行标准差、变异系数（coefficient of variation，CV）、遗传多样性（采用Shannon-Wiener′s多样性指数（H′），计算公式为H′=－∑Pi×lnPi，Pi=ni/N）的计算[21]。用SPSS20.0进行多重比较、相关性系数、主成分以及系统聚类（聚类采用Ward离差平方和法）。

2 结果与分析

2.1 七叶树表型性状遗传多样性及相关性分析

本次调查的样点包括河南的2市3县、湖北的1区、甘肃的1县、陕西的1市3县，其经纬度范围31.76°-35.55° N，105.42°-112.97° E间，海拔从134 m到1 607 m。树高变幅9.60~32.00 m，平均20.90 m，变异系数34.89%，遗传多样性系数2.58。胸径0.75~2.85 m，平均1.41 m，变异系数45.83%，遗传多样性系数2.55。树冠冠幅12.20~30.30 m，平均19.34 m，变异系数28.08%，遗传多样性系数2.60（表1和表4）。总体来看，七叶树14个形态性状的变异系数范围为13.42%~45.83%，平均为24.27%，其中胸径、树高、单种重、单果重变异系数较大（表4）。遗传多样性指数2.33~2.60，平均2.41，以树冠冠幅（2.60）和树高（2.58）最大。

表1 七叶树种质资源调查情况Tab.1 Investigation list of germplasm resources of A.chinensis

不同地方七叶树果皮和种皮的颜色基本一致，如果皮为棕米黄，种皮为黑红色。果皮除了1号和2号开裂（为了简洁方便，分析结果中地点用表中编号表示），其他地方果皮均不开裂（表2）。果皮厚度变幅为0.16~0.26 cm，平均0.21 cm，变异系数21.59%。单果重变幅9.68 g（11号）~32.03 g（1号），平均22.07 g，变异系数33%。单种重变幅5.90 g（3号）~25.76 g（1号），平均16.63 g，变异系数37.50%（表2和表4），可以得出1号的种子和果实质量均最大。种果比（种子重/果实重）可以反映种子的比重，3号种果比值最小，说明其种子比重最小。七叶树上述形态特征与地理位置的相关性表明：树高和纬度呈显著负相关，单种重和单果重呈极显著正相关（表3）。在调查走访中，发现有些地方的七叶树古树由于生长在景区和寺庙而被保护起来，有些树生长在高山或郊外而没有被保护。

表2 七叶树果实和种子的形态特征Tab.2 Morphological characteristics of A.chinensis fruits and seeds

表3 七叶树形态特征与地理位置间的相关性分析Tab.3 Analysis of the correlation between morphological characteristics and geographical location of A.chinensis

表4 七叶树14个性状的遗传多样性Tab.4 Genetic diversity of 14 characters in A.chinensis

2.2 七叶树种实性状多重比较及相关性分析

通过七叶树果实和种子性状的多重比较（表5），可以总结出，在果实特征（果实长，果实宽，果实厚）中3号和8号差异均不显著，显然这两个地方距离较远，但果实特征极为相近，说明果实表型差异性与地理位置间无相关性。种子特性（种子长、种子宽、种子厚、种脐长、种脐宽）方面，1号和2号差异均不显著，这与其二者位于同一个县，地理距离较近有关。

为分析果实和种子性状间的相关性，对其进行了相关性分析。一般而言，相关系数越大，相关性越强，相关系数越接近1（正相关）或-1（负相关），相关度越强，反之相关系数越接近于0，相关度越弱。研究发现，Pearson相关系数的绝对值在0.80以上，两者关联强度为极强相关，0.60~0.80为强相关，0.40~0.60为中等程度相关，0.20~0.40为弱相关，0.20以下为极弱相关或无相关[22]。表6中可以看出果实长与果实宽，种子宽分别与果实厚、种子长、种脐长，种子厚和种脐宽均为极显著性强正相关。果实厚和种子长、种脐长，种子长和种脐长为极显著中等程度正相关。

表6 七叶树果实和种子性状相关性分析Tab.6 Pearson coefficient correlation analysis of fruit and seed characters of A.chinensis

2.3 七叶树种实性状主成分和聚类分析

主成分分析是利用降维的思想把多个性状指标综合转化成少数几项指标进而获得最主要信息，是对多因素复杂问题进行简化分析的方法。对11份七叶树的8个种实性状标准化后进行主成分分析（表7），得到的前3个主成分，可以反映总信息量的75.91%，基本代表大部分原始性状的变异信息。主成分1的特征值为3.19，贡献率为39.85%，对应的特征向量与种子宽、种子长、种脐长、果实厚的关系密切，为高度相关因子。主成分2的特征值为1.82，贡献率为22.78%，主要代表果实长、果实宽。主成分3的特征值为1.06，贡献率为13.28%，主要代表种子厚和种脐宽。

表7 七叶树11份种质资源8个种实性状主成分分析Tab.7 Principal component analysis of eight seed traits in 11 germplasm resources of A.chinensis

根据种实表型性状，按照系统聚类Ward法在欧式距离为5可以将七叶树种质资源划分为3大类群（图1）。类群Ⅰ有5份材料，分别为1、2、4、9、10。这5份材料的某些种实性状差异不显著，其中果实宽（1、2、4、9）差异不显著，种子宽（1、2、4、10）差异不显著，种子厚（1、2、9、10）差异不显著（表5）。类群Ⅱ有4份材料，为3、6、8、11，这4份材料的果实厚性状差异不显著，种子长和种脐宽方面（3、6、11）差异不显著，种脐长（3、6、8）差异不显著。类群Ⅲ有2份材料，为5和7，这2份材料的果实长和种子长差异不显著。系统聚类说明以上材料是按照果实和种子性状差异程度进行聚类，而并不是严格按照地域聚类。

图1 七叶树种质资源聚类分析（编号与表2同）Fig.1 Cluster analysis of A.chinensis germplasm resources(The numbers were the same as in Tab.2)

表5 七叶树果实和种子性状多重比较Tab.5 Multiple comparison of fruit and seed characters of A.chinensis

2.4 七叶树种子出苗情况

表8中可以看出，11个地方的七叶树种子共有10个出苗（5号由于储藏不当，种子霉烂）。七叶树种子出苗率范围为12.25%~66.67%，出苗率最高的为8号（66.67%），其次为1号（54.76%）和2号（48.89%）。出苗后一个月测量苗高，得出2号的苗最高(19.22 cm)，6号苗最矮(10.00 cm)。

表8 七叶树种子出苗率和苗高Tab.8 The ratio of seedling emergence and seeding height of A.chinensis

3 结论与讨论

植物的表型性状是由基因和环境条件共同决定的，表型多样性的分析是物种遗传多样性评价最直接的方法，而遗传多样性的评价对优异种质资源的挖掘和创新利用具有重要意义。胡光明等对野生猕猴桃（Actinidia）果实的15个性状进行遗传多样性分析，得出变异系数在24.66%~75.76%，遗传多样性指数0.35~2.02，表明猕猴桃种质的性状变异类型丰富，表型遗传多样性高[23]。广西食用木薯(Manihot esculenta)也存在一定的遗传多样性，48份木薯种质资源的表型性状平均变异系数为37.90%，平均遗传多样性遗传指数约为0.81[24]。同样，云南茶树（Camellia sinensis）14个数量性状的变异系数在10.27%~48.14%，13个质量性状遗传多样性指数在0.64~1.40[25]，具有丰富的表型遗传多样性。楸树(Catalpa bungei)叶部性状及皮孔密度的变异系数在8.57%~26.91%，遗传多样性指数1.80~1.94，具有较大变异，多样性丰富且分布均匀[26]。本研究的14份七叶树古树种质资源表型性状差异较大，变异系数范围为13.42%~45.83%，其中以胸径、树高、单种重、单果重的变异最大，变异系数分别为45.83%、34.89%、37.50%和33.00%，说明这些性状的离散程度大，变异较丰富。遗传多样性指数(Shannon-Wiener指数)可直观反映某性状的出现频率和分布状况，暗示其丰富程度[27]。七叶树14个性状的遗传多样性指数2.33~2.60，平均2.41，这说明七叶树种内有较大的遗传差异，表型多样性丰富，可为良种选育提供充足的遗传资源。

七叶树形态特征与地理位置的相关性得出，树高和纬度为显著负相关。植物表型性状的地理变异规律也有过报道，如构树（Broussonetia papyrifera）的种子长和种子厚受到经度的影响大于纬度，其与采种点的海拔呈正相关[28]。七叶树种实性状的相关性表明，果实长与果实宽，种子宽分别与果实厚、种子长、种脐长，种子厚与种脐宽均为强正相关性。而青檀（Pteroceltis tatarinowii）的种子长与种子宽为中相关性，果实宽与种子宽、种子厚为弱相关性，种子宽与种子厚为弱相关性[29]。主成分分析将七叶树种实8个数量性状转化为能代表75.91%信息的3个主成分，各主成分载荷量反应了主要数量性状的育种选择潜力。不同地方的七叶树果实和种子性状比较发现，有些虽然生长地不同，但果实和种子某些性状差异并不显著，并且系统聚类也是按照果实和种子的差异进行聚类，而并不是严格按照地域聚类，这种情况同样也出现在青檀、山桐子（Idesia polycarpa）、陕西古茶树中[29-31]。育苗试验表明11个地方的七叶树种子，有10个地方的种子出苗，出苗率为12.25%~66.67%，得出不同地方种子出苗率差异较大。七叶树种子出苗率差异较大的原因除了种源地有关外，还与种子含水量、空气湿度有关，一方面七叶树种子容易脱水失活，自然放置10 d左右，一半以上的种子失活[32]。另一方面遇到连续阴天空气湿度大容易发霉，如本试验中河南济源（5号）的七叶树种子就因阴雨天发霉而腐烂。本研究对七叶树种实性状进行相关性、主成分和聚类分析，下一步将对七叶树种质资源表型性状进行全面综合评价。