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Phenotypic variations in populations of Rosa rugosa

花匠小妙招
2024-10-22 00:33

摘要: 在野生玫瑰（Rosa rugosa）自然分布区内选取5个代表种群，选择24个表型性状作为研究对象，运用方差分析、多重比较、主成分分析、相关分析、聚类分析等方法，得出野生玫瑰种群表型变异程度和变异规律。结果显示：（1）24个表型性状在种群间和种群内均存在极显著差异，变异非常丰富；种群内变异（0.2718）大于种群间变异（0.1679），种群内变异是表型变异的主要来源，种群间平均表型分化系数（VST）为0.2952，分化水平相对较大；表型性状平均变异系数（CV）为18.48%（6.67-26.79%），叶片、果实、花、种子的变异系数依次为21.40%、17.42%、12.54%、6.67%；主成分分析表明叶片、果实的表型变异对种群变异起主要的贡献作用。（2）托叶长与年平均气温、7月平均气温呈显著正相关，与经、纬度呈显著负相关；果实横径与年降水量呈显著正相关；千粒重与经、纬度呈显著正相关，与7月平均气温呈显著负相关。（3）利用欧氏距离进行系统聚类分析，可以将5个种群划分为3类，表型性状主要依地理位置聚类。

Abstract: To determine the phenotypic variation in Rosa rugosa populations and the relationships between phenotypic variation and different distribution areas, 24 phenotypic traits from 5 representative populations were chosen as research subjects. Analysis of variance, multi-comparison, principal component analysis, correlation analysis, and cluster analysis were used to analyze these data. The results showed the following. (1) There were highly significant differences in the 24 phenotypic traits among and within the populations, and the variation was high. The mean phenotypic differentiation coefficient (VST) among populations was 0.2952, which indicated the phenotypic variation was great. The variation within populations (27.18%) was greater than that among populations (16.79%), which indicated that the former was the main source of the phenotypic variation in the species. The mean phenotypic variation coefficient (CV) was 18.48%, and the variation range of the 24 phenotypic traits was 6.67%-26.79%. The variation coefficients of leaves, fruits, flowers, and seeds were 21.40%, 17.42%, 12.54% and 6.67% respectively, which indicated that seeds exhibited the greatest stability, whereas leaves exhibited the least. The principle component analysis also showed that the phenotypic variation of leaves and fruits contributed the most variation. (2) The correlation analysis showed that there was significant correlation between some traits and geographic ecological factors. With the decrease of latitude and longitude, the length of stipule decreased, but when annual temperature and the average July temperature increased, the length of stipule became even greater. Increases in annual precipitation resulted in larger fruit diameters, and the ratio of the transverse and longitudinal diameter of fruits and also increased, which indicated that the shape of fruit varied from broadly orbicular to oblong. A decrease in average July temperature and an increase in latitude and longitude resulted in an increase in thousand-grain weight. (3) The five populations of R. rugosa investigated could be divided into three groups according to the UPGMA cluster analysis; the phenotypic traits gathered were based on geographic distance, and it was noteworthy that the population of Chengshan town in Shandong Province and the population of Mingyang Town in Liaoning Province were in the same group.

野生玫瑰(Rosa rugosa)是蔷薇科蔷薇属落叶灌木, 目前在国内仅零星分布于山东东部沿海、辽宁南部沿海以及吉林珲春图们江入海口等地区[1]。与栽培玫瑰相比, 野生玫瑰抗病性和抗寒性强, 是培育栽培品种的重要种质资源, 也是优良的海岸防风护沙植物, 对于维系滨海地区生态环境具有重要价值。由于滨海地区工业开发、旅游度假、水产养殖等人类活动的增加, 其野生分布区逐渐萎缩。1992年, 玫瑰作为珍稀濒危植物被编入《中国植物红皮书》[2]。目前对野生玫瑰研究主要集中在种子繁殖[3-4]、花粉活性[5]以及花蕾抗氧化能力[6]等, 但对其种群、群落研究很少, 形态变异研究[7]也不够深入, 尚无有关于野生玫瑰种群表型变异系统的研究报道。

生物种内遗传多样性研究有多种遗传标记方式, 相较于细胞学、生化和分子标记, 表型可以直观地揭示生态系统多样性和物种多样性[8]。表型变异程度是生物遗传受制于环境条件的遗传表征, 是遗传多样性的主要研究内容[9]。同时, 利用表型性状研究遗传多样性也最为简便、快速、经济, 是遗传育种工作中一种重要且有效的手段[10], 并广泛应用, 如云杉[11]、葛萝槭[12]、金花茶[13]等。本文选取野生玫瑰的24个表型性状为研究对象, 运用方差分析、多重比较、主成分分析、相关分析、聚类分析等方法, 以期揭示种群间和种群内表型变异规律, 为种质资源保护和育种提供理论支持。

1 材料和方法1.1 样本的来源与采集

在2014—2015年5—10月对山东烟台牟平区、姜格庄镇, 威海成山镇、辽宁明阳镇以及吉林珲春市野生玫瑰种群分布区进行了多次调查, 选取的代表种群面积依次约为1.5、3.8、2.5、2、5 hm2。每个种群内随机选取50个长势正常、无明显缺陷和病虫害的个体, 株间距离大于30m, 并进行标记, 于夏季依次随机采取单株朝南方向、中上部的10枚叶片、5朵花, 秋末于标记单株上采集5个果实作为样本。各采样点的地理生态因子等基本情况见表 1, 其中群落类型、地理位置、海拔数据来自调查时现场观测, 气候数据出于《中国县情大全》(华北卷、东北卷)[14]。

表 1 野生玫瑰5个种群的地理位置及主要气候因子Table1 Geographical locations and main conditions for five populations of Rosa rugosa

采样点
Sample site群落类型
Community
type纬度/N
Latitude
/(°)经度/E
Longitude
/(°)海拔
Altitude/m年平均气温
Annual
mean air
temperature
/℃1月平
均气温
Mean air
temperature
in Jan./℃7月平
均气温
Mean air
temperature
in July/℃无霜期
Frost-free
season/d年降水量
Annual
precipitation/
mm 烟台牟平区CPRV37.46121.694.511.6-125180737烟台姜庄镇CPRV37.45121.79511.6-125180737威海成山镇CPRV37.40122.54312-0.524.5190810辽宁明阳镇CARP39.53122.6938.0-13.424.2165890.6吉林珲春市CCRC42.90130.285.55.6-11.920.3152606.8 CPRV:：黑松Pinus thunbergii-玫瑰Rosa rugosa-单叶蔓荆Vitex rotundifolia群落；CARP：紫穗槐Amorpha fruticusa-玫瑰Rosa rugosa-芦苇Phragmites austealis群落；CCRC：山楂Crataegus pinnatifida-玫瑰Rosa rugosa-栓皮薹草Carex pumila群落

1.2 表型性状测定方法

用电子游标卡尺测量野生玫瑰复叶长(叶片和叶柄)、复叶宽(叶片倒数第2对小叶平展后的总长)、顶生小叶长、顶生小叶宽、侧生小叶长(第1对侧生小叶)、顶生小叶叶柄长、叶脉数目、托叶长、托叶宽、花直径、花瓣长、花瓣宽、果实横径、果实纵径、宿存花萼长、果柄长, 每组数据测量3次, 测量精度为0.01mm, 取平均值。计算复叶长/宽、顶生小叶长/宽、侧生小叶长/宽、托叶长/宽、果实横径/纵径、花瓣长/宽等作为形状指数。于每个种群内采集到的果实里随机取100粒成熟饱满的种子, 用电子天平称量, 重复3次, 取平均值, 换算成千粒重。

1.3 数据统计分析

将测量和计算所得数据通过SAS 8.2及Excel 2003等软件进行统计分析。通过方差分析、多重比较、表型分化系数等得出种群间表型性状变异特征[15]；通过平均值、标准差的计算得出变异系数(CV=标准差/平均值), 用以衡量表型性状种群内变异水平；通过相关分析得出地理生态因子对表型性状的影响；计算各种群表型性状的平均值, 用于主成分分析, 得出表型性状对种群变异贡献率；通过欧氏平均距离进行聚类分析, 得出各种群遗传距离远近。

2 结果与分析2.1 种群间和种群内的形态变异分析

从表 2的方差分析结果可以看出, 选取的24个表型性状在种群间、种群内都存在极显著差异(P＜0.01), 表明野生玫瑰的表型性状在种群间和种群内都存在丰富变异。不同分布区表型性状的均值及多重比较结果(表 3)表明, 各表型性状间存在显著差异。其中, 吉林珲春种群的果实横径出现最小值, 为1.54 cm, 而果实纵径却出现最大值, 为2.39 cm, 与其它种群差异十分显著；辽宁明阳镇种群的花直径、花瓣长、花瓣宽均为5个种群中最小的；珲春种群种子千粒重明显大于其它种群, 这与其种子饱满率有较大关联。另外, 表型性状种群内和种群间的方差分量及各性状的表型分化系数(表 4)表明, 24个表型性状在种群间的平均方差分量百分比为16.79%, 种群内为27.18%, 随机误差为56.03%, 说明种群内变异大于种群间变异；种群间平均表型分化系数(VST)为0.2952, 说明种群间的贡献值为29.52%, 种群内的贡献值为70.48%, 种群内变异是表型变异的主要来源, 与李继红对野生玫瑰种群遗传多样性[16]的研究结论相似。

表 2 野生玫瑰各种群间和种群内叶片、花、果实、种子表型性状的方差分析结果Table2 Variance analysis of phenptypic traits of leaf, flower, fruit and seeds among and within Rosa rugosa populations

性状Traits均方Mean squareF 种群间
Among populations种群内
Within populations随机误差
Random error种群间
Among populations种群内
Within populations 顶生小叶长TLL /cm0.990.940.204.92**4.66**顶生小叶宽TLW /cm0.930.490.118.43**4.43**顶生小叶长/宽TLL/TLW0.780.250.072.62*3.71**侧生小叶长LLL /cm1.381.410.197.39**7.57**侧生小叶宽LLW /cm1.040.640.1010.99*6.72**侧生小叶长/宽LLL/LLW0.880.140.0615.83**2.46**复叶长CLL /cm32.6910.152.577.72**3.07**复叶宽CLW /cm8.673.451.1210.57**6.26**复叶长/宽CLL/CLW0.310.370.132.34**2.82**顶生小叶叶柄长TLPL /cm0.700.330.0710.28**4.92**叶脉数目VN23.1522.998.832.62**2.60**托叶长SL /cm0.660.400.116.27**3.80**托叶宽SW/cm0.740.290.098.18**3.21**托叶长/宽SL/SW0.430.320.133.30**2.47**果实横径FTD /cm1.450.300.0915.80**3.28**果实纵径FLD /cm1.170.170.0618.79**2.68**果实横径/纵径FTD/FLD1.690.060.0280.85**2.77**宿存萼长PCL /cm4.360.560.2517.80**2.30**果柄长CL /cm0.940.610.263.56**2.30**花直径FD /cm33.901.490.6060.53**2.66**花瓣长TL /cm22.510.350.96235.19**3.69**花瓣宽TW /cm10.580.450.1568.40**2.93**花瓣长/宽TL/TW0.280.650.038.58**2.03**千粒重TSW /g14.791.570.5029.68**3.16** TLL: terminal leaflet length; TLW: terminal leaflet width; TLL/TLW: the ratio of terminal leaflet length to terminal leaflet length; LLL: lateral leaflet length; LLW: lateral leaflet width; LLL/LLW: the ratio of lateral leaflet length to lateral leaflet length; CLL: compound leaf length; CLW: compound leaf width; CLL/CLW: the ratio of compound leaf length to leaf width; TLPL: terminal leaflet petiole length; VN: vein number; SL: stipule length; SW: stipule width; SL/SW: the ratio of stipule length to stipule width; FTD: fruit transverse diameter; FLD: fruit longitudinal diameter; FTD/FLD: the ratio of fruit transverse diameter to fruit longitudinal diameter; PC: persistent calyx length; CL: carpopodium length; FD; flower diameter; TL: tepal length; TW: tepal width; TL/TW: the ratio of tepal length to tepal length; TSW: thousand seeds weight; ** P＜0.01

表 3 野生玫瑰5个种群表型性状的平均值、标准差及多重比较Table3 The mean value, standard deviation and multiple comparison of phenotypic traits of five populations in Rosa rugosa

性状Traits种群Populations 烟台牟平区烟台姜庄镇威海成山镇辽宁明阳镇吉林珲春市顶生小叶长TLL3.18±0.69(a)3.10±0.53(a)2.86±0.47(b)2.87±0.54(b)3.03±0.64(ab)顶生小叶宽TLW2.16±0.38(b)2.36±0.37(a)2.04±0.38(b)2.02±0.45(b)2.12±0.51(b)顶生小叶长/宽TLL/TLW1.49±0.27(a)1.34±0.29(b)1.45±0.37(a)1.47±0.36(a)1.48±0.28(a)侧生小叶长LLL3.17±0.68(a)3.16±0.52(a)2.94±0.62(b)2.77±0.72(b)3.00±0.66(a)侧生小叶宽LLW1.76+0.40(c)2.14±0.49(a)1.95±0.45(bc)1.84±0.34(b)1.87±0.50(bc)侧生小叶长/宽LLL/LLW1.83±0.21(a)1.54±0.37(c)1.53±0.24(c)1.50±0.24(c)1.64±0.25(b)复叶长CLL10.74±2.47(a)11.17±1.90(a)9.49±1.43(b)9.41±1.77(b)10.76±2.22(a)复叶宽CLW5.68±1.33(a)5.80±1.58(a)4.83±0.72(b)5.13±0.91(b)5.17±1.09(b)复叶长/宽CLL/CLW1.94±0.42(ab)2.03±0.52(a)2.01±0.42(a)1.84±0.39(b)2.00±0.32(a)顶生小叶小叶柄长TLPL1.29±0.38(bc)1.44±0.29(a)1.19±0.36(cd)1.15±0.34(d)1.36±0.33(ab)叶脉数目VN17.68±3.55(b)18.98±3.69(a)19.48±3.47(a)18.94±3.67(a)19.10±2.32(a)托叶长SL2.09±0.49(ab)2.11±0.39(a)2.04±0.35(c)1.96±0.41(b)1.83±0.34(c)托叶宽SW1.29±0.41(bc)1.52±0.37(a)1.41±0.39(ab)1.29±0.30(bc)1.21±0.31(c)托叶长/宽SL/SW1.71±0.43(a)1.45±0.41(b)1.54±0.47(b)1.55±0.29(b)1.59±0.41ab)果实横径FTD2.32±0.29(a)2.20±0.31(b)2.44±0.33(a)2.43±0.33(a)2.04±0.50(c)果实纵径FLD1.87±0.28(b)1.66±0.18(c)1.74±0.27(c)1.69±0.30(c)2.03±0.36(a)果实横径/纵径FTD/FLD1.26±0.17(c)1.32±0.14(b)1.42±0.17(a)1.47±0.20(a)1.00±0.15(d)宿存萼长PCL3.19±0.64(a)2.53±0.53(c)2.62±0.67(bc)2.73±0.47(b)2.44±0.39(c)果柄长CL2.65±0.74(a)2.41±0.54(b)2.34±0.55(b)2.31±0.57(b)2.35±0.42(b)花直径FD8.03±0.86(a)6.74±0.63(c)7.87±0.75(ab)6.52±0.71(c)7.71±0.81(b)花瓣长TL3.92±0.38(b)3.41±0.41(c)4.42±0.36(a)2.81±0.38(d)4.32±0.36(a)花瓣宽TW3.76±0.42(a)3.26±0.56(b)3.82±0.41(a)2.75±0.37(c)3.73±0.49(a)花瓣长/宽TL/TW1.05±0.12(b)1.09±0.31(b)1.20±0.19(a)1.03±0.12(b)1.18±0.18(a)千粒重TSW10.26±0.44(c)11.26±0.61(b)11.32±1.19(b)11.51±0.59(b)13.32±1.07(a) 种群缩写见表 1, 表型性状缩写表见表 2; 不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)

表 4 野生玫瑰表型性状的方差分量及其种群间表型分化系数Table4 Variation components and phenotypic differentiation coefficients among Rosa rugosa population

性状Traits方差分量
Variance components方差分量百分比
Proportion of variance components/% 表型分化系数
Phenotype
differentiation
coefficient/% 种群间
Among
populations种群内
Within
populations随机误差
Random
errors种群间
Among
populations种群内
Within
populations随机误差
Random
errors 顶生小叶长TLL0.00100.14710.20010.3042.1757.530.68顶生小叶宽TLW0.00880.07560.11014.5338.8656.611.04顶生小叶长/宽TLL/TLW-0.00150.03640.0670035.1964.810侧生小叶长LLL-0.00070.24610.1873056.7943.210侧生小叶宽LLW0.00810.10840.09473.8351.3344.846.95侧生小叶长/宽LLL/LLW0.01490.01620.055817.1618.6764.1747.91复叶长CLL0.45081.51472.57439.9333.3756.7122.94复叶宽CLD0.07620.60600.97074.6136.6758.7311.17复叶长/宽CLL/CLD-0.00160.04790.1317026.6773.330顶生小叶叶柄长TLPL0.00730.05310.06785.6741.4552.8912.11叶脉数目VN0.00332.83248.82600.0324.2975.680.17托叶长SL0.00520.05890.10543.0834.7562.178.11托叶宽SW0.00900.03980.09016.4528.6564.9018.44托叶长/宽SL/SW0.00220.03830.13061.2822.3976.335.43果实横径FTD0.02300.04190.091914.6826.7158.6135.44果实纵径FLD0.02000.02060.062019.4920.0960.4249.26果实横径/纵径FTD/FLD0.03270.00740.020953.5612.1434.3061.35宿存花萼长PCL0.07590.06340.244619.7716.5163.7354.49果柄长CL0.00670.06880.26421.9620.2577.798.87花直径FD0.46090.12970.450144.2912.4643.2578.04花瓣长TL0.44300.05160.095775.058.73516.2189.57花瓣宽TW0.20260.05960.154748.6014.2937.1177.27花瓣长/宽TL/TW0.00420.00660.03219.7815.4574.7738.89千粒重TSW1.10110.26900.498258.9414.4026.6680.37平均Mean value16.7927.1856.0329.52

2.2 种群表型性状变异特征分析

24个表型性状在种群内不同个体的平均变异系数为18.48%, 变异幅度为6.67%—26.79%(表 5)。托叶宽、顶生小叶叶柄长2个表型性状的变异系数超过25%, 远大于24个表型性状的平均变异系数18.48%；千粒重、花直径、花瓣长等3个表型性状的变异系数不超过11%, 远小于24个表型性状的平均变异系数18.48%, 表明花、种子性状的稳定性大于叶片性状的稳定性。此外, 顶生小叶长宽比、侧生小叶长宽比、复叶长宽比、托叶长宽比(形状指标)的平均变异系数为21.19%, 果实横纵径比(形状指标)为12.87%, 花瓣长宽比(形状指标)为16.43%。比较5个种群表型性状的平均变异系数, 变化幅度为18.29%—18.66%, 总体差距不大, 表明野生玫瑰5个种群的多样性相似。

表 5 野生玫瑰种群表型性状的变异系数Table5 Variation coefficients of phenotypic traits in Rosa rugosa populations

性状Traits种群populations平均值
Mean 烟台牟平区烟台姜庄镇威海成山镇辽宁明阳镇吉林珲春市顶生小叶长TLL21.7617.2116.3218.9120.9419.03顶生小叶宽TLW17.6915.7218.6425.3526.5320.79顶生小叶长/宽TLL/TLW17.9021.6525.6224.3919.2121.76侧生小叶长LLL21.3116.4221.1625.9022.0421.37侧生小叶宽LLW22.7823.0322.2918.4126.6822.64侧生小叶长/宽LLL/LLW11.3422.9715.4216.0214.9616.14复叶长CLL23.0316.9915.0318.8420.6318.90复叶宽CLD23.5627.2915.0021.5220.0321.48复叶长/宽CLL/CLD21.6425.5720.9021.4515.9321.10顶生小叶叶柄长TLPL29.5820.0730.4629.4424.3926.79叶脉数目VN20.1019.4417.7919.3912.1617.78托叶长SL23.4518.4617.3520.8018.5819.73托叶宽SW31.8724.0727.4322.8925.3726.33托叶长/宽SL/SW25.0927.9230.7018.9026.1125.74果实横径FTD12.6014.0313.6113.3824.7415.67果实纵径FLD15.0410.7015.4717.8217.8515.38果实横径/纵径FTD/FLD13.5810.2212.1513.5514.8512.87宿存花萼长PCL20.0420.8525.6917.0916.1819.97果柄长CL27.8922.4723.3624.5517.8423.22花直径FD10.659.399.5610.8610.4410.18花瓣长TL9.7611.968.1613.428.3410.33花瓣宽TW11.2517.3210.6413.5913.2513.21花瓣长/宽TL/TW11.5128.1315.7611.6615.0716.43千粒重TSW4.315.4410.525.108.006.67平均值Mean Value18.6618.6418.2918.4718.3418.48

2.3 表型性状的主成分分析

主成分分析(表 6)表明：前3个主成分的贡献率依次为17.893%、11.491%、8.832%, 累计贡献率38.216%, 可代表原始性状的部分信息；前10个主成分的累计贡献率为79.477%, 保留了原始性状的大部分信息。第一主成分中侧生小叶长(0.842)、侧生小叶宽(0.784)、复叶长(0.760)、顶生小叶宽(0.708) 特征值最大, 起主导作用, 主要反映了叶片性状。第二主成分中起主要作用的是花瓣长(0.781)、花瓣宽(0.666)、花直径(0.645), 主要反映了花部特征。第三主成分中特征值最大的是宿存花萼长(0.544)、果柄长(0.468)、果实横径(0.415), 第四主成分特征值最大的是托叶长比宽(0.635)、宿存花萼长(0.526)、果实横径(0.398), 主要反映果实性状。第十主成分特征值最大的是种子千粒重(0.682), 反映种子性状, 虽数值较大, 但因处于第十主成分中, 代表程度不够。以上分析表明, 叶片、果实累计贡献较大, 说明叶片、果实的表型变异对野生玫瑰的变异起主要作用, 进一步证明了表型变异特征分析的结果。

表 6 野生玫瑰天然种群主成分分析Table6 Principal component analysis of populations in Rosa rugosa

性状Traits主成分Principal component PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10 顶生小叶长TLL0.6490.1340.0230.157-0.4340.2950.017-0.0780.085-0.082顶生小叶宽TLW0.708-0.1060.0890.0500.379-0.249-0.059-0.047-0.2140.100顶生小叶长/宽TLL/TLW-0.1300.216-0.0710.063-0.7370.5100.048-0.0460.256-0.195侧生小叶长LLL0.8420.0750.0650.1440.0950.072-0.192-0.0120.088-0.061侧生小叶宽LLW0.784-0.2150.047-0.123-0.0900.0210.3100.211-0.0370.075侧生小叶长/宽LLL/LLW-0.0200.3970.0240.3030.2310.038-0.630-0.3150.138-0.167复叶长CLL0.7600.131-0.2390.2670.0060.095-0.0100.0110.1220.155复叶宽CLD0.5920.0020.372-0.139-0.405-0.2110.003-0.149-0.1820.032复叶长/宽CLL/CLD0.1400.080-0.5820.3690.4010.2770.0170.1780.3060.095顶生小叶叶柄长TLPL0.6080.1230.0240.118-0.008-0.056-0.035-0.114-0.0540.038叶脉数目VN0.251-0.007-0.3200.0490.0790.346-0.095-0.123-0.0810.370托叶长SL0.565-0.1910.2580.1150.050-0.1860.2000.0920.250-0.279托叶宽SW0.374-0.2580.374-0.5050.3130.3300.047-0.1240.289-0.070托叶长/宽SL/SW0.0630.189-0.2400.635-0.270-0.5210.0850.192-0.115-0.142果实横径FTD-0.137-0.2350.4150.3980.1560.4710.0420.440-0.301-0.082果实纵径FLD-0.0050.5010.3890.1180.0200.376-0.0370.157-0.4960.210果实横径/纵径FTD/FLD-0.121-0.6990.0130.2570.1250.0940.0890.2910.182-0.285宿存花萼长PFCL-0.2510.0290.5540.5260.018-0.0130.213-0.3080.1710.111果柄长CL-0.2630.0200.4680.3680.191-0.0030.321-0.4300.1910.144花直径FD0.0390.6450.139-0.0240.230-0.0360.2300.247-0.057-0.154花瓣长TL-0.0010.781-0.090-0.2030.1620.0080.3830.0500.120-0.103花瓣宽TW-0.0170.6660.301-0.1820.062-0.143-0.0970.3770.3820.049花瓣长/宽TL/TW0.0490.120-0.478-0.0080.1780.1500.593-0.385-0.261-0.204千粒重TSW-0.131-0.120-0.0400.051-0.182-0.1230.2210.1890.2780.682特征值Eigen Value4.2942.7582.1201.8011.6751.5151.3651.2691.2011.077贡献率Proportion/ %17.89311.4918.8327.5056.9796.3115.6885.2865.0064.486累积贡献率Cumulative/ %17.89329.38438.21645.72152.70059.01164.69969.98574.99179.477

2.4 表型性状与地理生态因子的相关性

24个表型性状平均值与样本采集点生态气候因子间相关分析见表 7。5个采样种群均处于温带季风气

表 7 野生玫瑰24个表型性状间与地理生态因子相关分析Table7 Correlation coefficients between the geo-ecological factors and morphological traits in Rosa rugosa

性状
Traits纬度
Latitude/N经度
Longitude/E年平均气温
Annual
mean air
temperature
/℃1月平
均气温
Mean air
temperature
in Jan./℃7月平
均气温
Mean air
temperature
in July/℃无霜期
Frost-free
season/d年降水量
Annual
precipitation/
mm 顶生小叶长TLL-0.104-0.0200.1780.3700.060-0.017-0.597顶生小叶宽TLW-0.284-0.1960.3390.4670.2380.175-0.384顶生小叶长/宽TLL/TLW0.3640.316-0.374-0.379-0.342-0.3020.000侧生小叶长LLL-0.332-0.1440.4590.6870.1980.305-0.579侧生小叶宽LLW-0.277-0.1790.3210.3650.2060.306-0.046侧生小叶长/宽LLL/LLW-0.0340.0480.1080.272-0.023-0.007-0.468复叶长CLL0.0770.1960.0270.283-0.150-0.149-0.759复叶宽CLD-0.309-0.3150.3050.3600.3460.091-0.268复叶长/宽CLL/CLD-0.0870.2050.2850.584-0.1520.285-0.631顶生小叶叶柄长TLPL0.1100.2490.0050.268-0.202-0.139-0.750叶脉数目VN0.1420.218-0.101-0.100-0.2260.0750.147托叶长SL-0.968**-0.911*0.954*0.8450.934*0.8740.383托叶宽SW-0.729-0.6370.7430.6850.6630.7190.274托叶长/宽SL/SW0.0950.098-0.073-0.012-0.100-0.111-0.194果实横径FTD-0.652-0.7510.5330.2220.7200.6230.925*果实纵径FLD0.7160.818-0.593-0.307-0.8040.599-0.797果实横径/纵径FTD/FLD-0.708-0.8350.5660.2270.8070.6240.966**宿存花萼长PCL-0.486-0.5390.4320.3240.5370.3480.264果柄长CL-0.413-0.3460.4540.5310.3730.309-0.222花直径FD0.0060.2360.1600.398-0.2080.202-0.477花瓣长TL0.1440.4310.0620.366-0.3950.142-0.612花瓣宽TW-0.0120.2780.2150.516-0.2360.250-0.617花瓣长/宽TL/TW0.2870.533-0.1110.138-0.5100.031-0.462千粒重TSW0.913*0.932*-0.850-0.688-0.937*-0.781-0.540 *a=0.05水平上显著; **a=0.01水平上显著

候区, 纬度和经度的变化幅度分别为37.40° — 42.90°N、121.69°— 130.28°E；地理空间上多位于滨海空阔地带, 海拔变化幅度极小, 变化幅度为3—5.5m, 故海拔不进行与表型性状的相关性分析；虽然各地气候各异, 但是小气候极为相似, 都处于靠海的阳光充足、湿度较大的林带边缘, 使得地理气候因子对表型性状的影响不是那么明显。托叶长与纬度、经度呈显著负相关, 与年平均气温和7月平均气温呈显著正相关, 说明在温度较高的低经纬度的分布区内, 托叶长较大；果实横径、果实横径/纵径与年降水量呈显著正相关, 说明年降水量越大, 果实横径越大, 同时, 果实形状也由宽圆形向长圆形变异；种子千粒重与经度、纬度呈显著正相关, 与7月平均气温呈显著负相关, 说明高经纬度分布区内, 果实发育成熟期温度越低, 千粒重越大, 与1月平均气温无显著关系, 也能说明种子后熟能力差, 千粒重无明显变化。

2.5 种群表型聚类分析

利用欧氏平均距离, 采用UPGMA方法对5个种群进行聚类, 结果如图 1所示。5个种群明显聚为三支, 烟台姜格庄镇(JGZZ)聚为一支(Ⅰ)；牟平区(MPQ)聚为一支(Ⅱ)；珲春市(HCS)、成山镇(CSZ)和明阳镇(MYZ)聚为一支(Ⅲ)。在Ⅲ中, 明阳镇(MYZ)和成山镇(CSZ)形成一亚支, 又与珲春市(HCS)相聚。5个种群基本上是依地理距离而聚的, 表现出种群表型性状变异的连续性。将种群表型性状欧氏距离与地理距离进行相关性分析, 得出相关系数r =0.442, 说明表型欧氏距离与地理距离间呈正相关, 但经检验相关不显著。在地质历史上, 第四纪全新世早期, 海水进入渤海, 使其成为一个半封闭的内海[17], 导致大批植物受淹死亡, 而这片区域内的现属于辽宁长海县的长山岛等几个小岛之上都有野生玫瑰的存在, 这说明野生玫瑰种群原本极有可能分布区是连续的, 所以根据地理距离将威海成山镇与辽宁明阳镇野生玫瑰种群聚为一亚支也是合理的。姜格庄野生玫瑰种群遗传距离最大, 这与冯立国[18]之前提出的观点较为一致, 山东东部沿海野生玫瑰种群可能是较为原始的种群, 遗传分化时间较长, 另外也与其种群远离海岸, 受海洋因素的影响较小有关。

图 1 基于24个表型性状的野生玫瑰种群的欧式距离UPGMA聚类树形图Fig. 1 UPGMA-derived dendrogram based on Euclidean distances the clustering of the 24 phenotypic traits of Rosa rugosa

3 结论与讨论3.1 野生玫瑰种群表型变异来源

种群间表型分化研究结果显示, 野生玫瑰种群间表型分化系数为0.2952, 表明有29.52%的遗传变异存在于种群间, 即种群间有一定的遗传分化。繁育系统是影响物种群体遗传结构的关键因素, 尤其是交配系统和基因流[15]。野生玫瑰作为典型的虫媒异花传粉植物, 理论上可以促进种群间的基因交流, 增加有效种群大小, 减少基因漂变对遗传结构的影响[19]；本研究中野生玫瑰种群间表型分化系数为0.2952, 这与异交系统导致植物遗传分化较低的推测不一致[20], 导致这种现象的原因可能是国内仅存的5个野生玫瑰种群间距离往往距离较远, 甚至隔海相望, 使得花粉无法在种群间进行传播, 没有外部花粉的迁入, 无法进行基因交流增加了种群间的差异。研究发现, 成熟果实中的种子饱满率较低, 且种子具有先天性品质差及后熟的特性, 更新动力很低[21], 因此, 野生玫瑰种子虽然可以通过鸟类食用传播, 但其种子特性决定了在远途和长时间的传播后, 种子生长成植株的可能性极小, 这些都导致了种群间基因交流困难, 促进了种群间的遗传分化。野生玫瑰种群内植株相对集中, 花粉和种子的传播依靠蜜蜂传粉和鸟类取食都能轻易实现, 种群内的基因交流频繁, 促进了种群内的遗传分化, 是野生玫瑰种群表型变异的主要来源。

3.2 野生玫瑰种群表型变异丰富

通过对野生玫瑰自然分布区内5个种群的顶生小叶长、顶生小叶宽、侧生小叶长、侧生小叶宽、复叶长等24个表型性状的研究发现, 表型性状在种群间和种群内都存在极显著的差异, 表型变异极为丰富, 与黄牡丹[22]、太白杜鹃[23]、紫丁香[24]等树种的研究结果类似。各观测值离散反映在变异系数上, 野生玫瑰24个表型性状的变异系数6.67%—26.79%, 平均18.48%, 变化范围较大, 说明野生玫瑰种群内表型性状离散程度较高。植物种群中表型变异越大, 可能存在的遗传变异越大, 而种群内多种基因型所对应的表型范围越广, 可以使种群整体更加适应环境的变化[25]。野生玫瑰叶片、果实、花、种子的平均变异系数分别是20.83%、17.42%、12.54%、6.67%, 表明野生玫瑰叶片、花、果实、种子的稳定性排列依次是：种子>花>果实>叶片。叶片、果实的表型变异系数较大可能与野外实地调查中发现的近圆形顶生小叶、长椭圆形顶生小叶、壶形果实、极大果实等特殊类型有关。主成分分析也表明叶片、果实的变异程度高于花、种子。

3.3 野生玫瑰表型的地理变异规律性

形态特征的变异往往是植物对不同生态环境的一种适应, 自然种群中丰富的变异贮存对种群是有利的。随着地理生态因子的变化, 野生玫瑰种群变异也呈现出一定的规律性, 如随着年降水量的增大, 果实横径变大, 果实形状由宽圆形向长圆形变异, 这与无患子[26]表型变异得出的结论相似, 说明在雨量充沛的条件下, 果实横向生长幅度大。随着经度、纬度的增大, 7月平均气温的减小, 千粒重变大, 说明在种子成熟期, 适当的温度可以增大种子的饱满率, 对野生玫瑰的种子萌发、枝条生长、幼苗生长量以及幼苗的生存都有着优势, 这与野外调查中发现的吉林珲春和辽宁明阳镇两地野生玫瑰生长状况较山东地区更为旺盛相一致。另外, 托叶长度随经、纬度的减小, 以及年平均气温和7月平均气温的增大而变大, 说明托叶对地理生态因子的影响较为敏感, 可能是这些因子使托叶叶尖生长素分泌量较大, 进而促进了托叶的伸长。

3.4 野生玫瑰保护策略

作为海岸防风护沙与玫瑰精油提取的优良树种, 在人类肆无忌惮的发展工业、旅游等活动中, 野生玫瑰正面临着种群面积日益缩减, 片段化程度日益严重的危险, 进入极易濒危状态。因此, 为野生玫瑰种质资源的保护和育种制定合理的策略是十分迫切的。策略如下：(1) 确定野生玫瑰重点保护单位, 在野生玫瑰表型变异多、遗传多样性丰富的地区(如阳明镇、珲春市), 设定优先保护和引种单位；(2) 加强对野生玫瑰生境的监管保护, 破坏严重的种群(如牟平区)需人为干预, 为其繁殖更新提供良好的条件；(3) 在进行就地保护的同时, 选择优树(如树形优良、花繁、果量大)进行采种播种, 采穗扦插, 保护野生玫瑰优异种质；(4) 编写野生玫瑰种质资源鉴定标准和描述规范, 建立野生玫瑰种质资源保存库。

参考文献

[1]秦忠时, 胡群, 何兴元, 于兴华.野生玫瑰分布及其生态群落类型.生态学杂志, 1994, 13(6): 52–54. [2] 傅立国, 金鉴明. 中国植物红皮书——稀有濒危植物(第一册). 北京:科学出版社,1992: 558–559. [3]郭孟瑶, 全炳武, 刘海峰.野生玫瑰种子萌发的研究.甘肃农业, 2006(8): 157–158. [4]刘毅, 陈建军, 刘永富, 黄清俊, 田雨, 牛纯, 章林, 吴景才, 王龙福, 吴俊遥.野生玫瑰种子繁殖及保存技术的研究.吉林林业科技, 2008, 37(4): 1-3, 15-15. [5]冯立国, 邵大伟, 生利霞, 赵兰勇, 何小弟.野生玫瑰的花粉形态及其起源与演化的探讨.林业科学, 2007, 43(12): 76–80.DOI:10.3321/j.issn:1001-7488.2007.12.013 [6] 邵大伟. 玫瑰(Rosa rugosa)花蕾抗氧化能力的研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2008. [7] 冯立国, 邵大伟, 生利霞, 赵兰勇, 于晓艳. 中国野生玫瑰种质资源调查及其形态变异研究. 山东农业大学学报: 自然科学版, 2009, 40(4): 484-488. [8] 顾万春. 统计遗传学. 北京:科学出版社,2004: 1–352. [9]赵冰, 张启翔.蜡梅种质资源表型多样性.东北林业大学学报, 2007, 35(10): 10-13, 35-35. [10] 顾万春, 王棋, 游应天. 森林遗传资源学概论. 北京:中国科学技术出版社,1998: 1–296. [11]罗建勋, 顾万春.云杉天然群体表型多样性研究.林业科学, 2005, 41(2): 66–73.DOI:10.11707/j.1001-7488.20050211 [12]孟超, 郑昕, 姬志峰, 林丽丽, 张翠琴, 王祎玲.山西葛萝槭天然种群表型多样性研究.西北植物学报, 2013, 33(11): 2232–2240. [13]农月香, 蒋运生, 韦霄, 柴胜丰, 唐辉, 罗宝丽.东兴金花茶表型变异研究.热带亚热带植物学报, 2010, 18(4): 372–378. [14] 中华人民共和国民政部, 中华人民共和国建设部. 中国县情大全: 华北卷, 东北卷. 北京: 中国社会出版社, 1993. [15]葛颂, 王明庥, 陈岳武.用同工酶研究马尾松群体的遗传结构.林业科学, 1988, 24(4): 399–409. [16] 李继红. 中国濒危物种野生玫瑰的遗传多样性及其影响因子的研究[D]. 济南: 山东大学, 2009. [17]李延成.渤海的地质演化与断裂活动.海洋地质与第四纪地质, 1993, 13(2): 25–34. [18] 冯立国. 玫瑰野生种质资源评价及其与栽培种质亲缘关系的研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2007. [19] Hamrick J L, Godt N J W. Allozyme diversity in plant species//Brown A H D, Clegg M T, Kahler A L, Weir B S, eds. Plant Population Genetics, Breeding, and Genetic Resources. Sunderland, USA:Sinauer Association Inc., 1990:43-63. [20]Hamrick J L, Godt M J W, Sherman-Broyles S L.Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species.New Forests, 1992, 6(1/4): 95–124. [21]陈建军, 刘毅, 吴景才, 章林.野生玫瑰濒危机理的研究.吉林林业科技, 2008, 37(2): 1–6. [22]李宗艳, 张海燕.黄牡丹表型变异及多样性研究.西北林学院学报, 2011, 26(4): 117–122. [23]司国臣, 张延龙, 赵冰, 徐华.太白杜鹃天然居群的表型多样性.西北植物学报, 2012, 32(8): 1560–1566. [24]明军, 顾万春.紫丁香表型多样性研究.林业科学研究, 2006, 19(2): 199–204. [25]竺利波, 顾万春, 李斌.紫荆群体表型性状多样性研究.中国农学通报, 2007, 23(3): 138–145. [26]刁松锋, 邵文豪, 姜景民, 董汝湘, 孙洪刚.基于种实性状的无患子天然群体表型多样性研究.生态学报, 2014, 34(6): 1451–1460.