我国风铃木类植物叶性状表型变异与遗传多样性研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2021.06.002

植物研究 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (6): 851-861.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2021.06.002

我国风铃木类植物叶性状表型变异与遗传多样性研究

张捷¹, 李蓉蓉¹^,², 孟景祥²(), 张勇², 仲崇禄²

^1.东北林业大学园林学院，哈尔滨 150040
^2.中国林业科学研究院，热带林业研究所，热带林业研究实验室，广州 510520

收稿日期:2021-03-18 出版日期:2021-11-20 发布日期:2021-10-29
通讯作者: 孟景祥 E-mail:mengjingxiang1988@yahoo.com
作者简介:张捷（1967—），男，博士，教授，主要从事园林植物资源及应用的研究。
基金资助:
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2020SY021)

Phenotypic Variation and Genetic Diversity of Leaves Traits of Tabebuia and Handroanthus(Bignoniaceace) in China

Jie ZHANG¹, Rong-Rong LI¹^,², Jing-Xiang MENG²(), Yong ZHANG², Chong-Lu ZHONG²

^1.Northeast Forestry University，College of Landscape Architecture，Harbin 150040
^2.Institute of Tropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，Tropical Forestry Research Laboratory，Guangzhou 510520

Received:2021-03-18 Online:2021-11-20 Published:2021-10-29
Contact: Jing-Xiang MENG E-mail:mengjingxiang1988@yahoo.com
About author:ZHANG Jie（1967—），male，professor，genetic resources and application of landscape plant.
Supported by:
Specific Program for National Non-profit Scientific Institutions(CAFYBB2020SY021)

摘要/Abstract

摘要：

风铃木类植物是世界著名的木本花卉，在我国的城市绿化、景观营造中发挥着重要作用。为全面了解我国东南、华南沿海地区风铃木的栽培种类和遗传多样性，构建可靠的表型鉴别方法，以中国林业科学研究院科院热带林业实验站内的6种风铃木试验种群为参照，通过对比18个叶表型性状在不同种间的遗传变异水平，筛选稳定的遗传鉴定性状，并对我国东南、华南沿海11个城市中的812株风铃木栽培林木进行遗传聚类分析。结果表明：①风铃木类植物的叶表型性状在种间及种内个体间均具有显著的差异，其中复叶长、小叶长、小叶宽、小叶长宽比、叶先端长宽比、叶缘、叶质地、叶被毛、小叶叶形9个叶表型性状的表型分化系数、种间重复力均超过了60%，表明这些性状在种间的变异有较高的遗传关联，能够作为风铃木类植物分类、鉴定标准。②我国东南、华南沿海地区常用的风铃木栽培林木共分4大类10种变异类型，其中，A类包含银鳞风铃木，B类包含有红花风铃木，紫花风铃木、洋红风铃木，C类群包含金花风铃木，D类群包含黄花风铃木。此外，B、C、D大类内的不同变异类型在叶形，叶大小，叶尖长、叶质地以及叶被毛上也存在非常明显的差异，反映出我国风铃木种群的现有遗传变异及种质多样性。本研究在种源对照试验的基础上探讨了叶表型性状在不同风铃木物种间的遗传变异，揭示了9个可靠的种间变异性状，并以此为参考对我国东南、华南沿海城市景观园林中风铃木类植物的遗传多样性进行评价。该研究结果将会为我国风铃木类植物的分类研究、栽培生产和推广应用提供参考。

关键词: 风铃木, 叶表型性状, 巢氏方差分析, 聚类分析, 变异分析

Abstract:

Tabebuia and Handroanthus species are famous woody plants in the world， which plays an important role in urban landscaping. To comprehensively understand the genetic diversity of cultivated species of Tabebuia and Handroanthus in China， as well as to establish a reliable phenotypic identification method， the phenotypic variation and genetic diversity of 18 leave traits among 6 species in total 812 individual trees cultivated in 11 cities in the southeast and south of China were analyzed respectively， and the 6 species（Tabebuia aurea， T. rosea， Handroanthus heptaphyllus， H.impetiginosus， H. chrysotrichus and H. chrysanthus） were compared as the control respectively and grown in Jianfengling Tropical Forestry Experimental Station， Institute of Tropical Forestry， Chinese Academy of Forestry. The results showed that： ①All the 18 phenotypic traits of species were significantly different among species and individual trees， and the phenotypic differentiation coefficient and interspecific repeatability of the 9 phenotypic traits， such as compound leaf length， leaflet length， leaflet width， leaflet length/width， leaf apex length/width， Leaf margin， leaf texture， leaf coat or not， leaf shape， were all over 60%， indicated that the high genetic correlation in interspecific variation and could be available taxonomy and genetic analysis of these species； ②The individual trees commonly cultivated in southeast China could be divided into 4 categories and 10 types， where the class A included T. aurea， the class B included H. heptaphyllus， T. rosea， H. impetiginosus， the class Cincluded H. chrysotrichus and class Dincluded H. chrysanthus， respectively. Additionally， different types with class B， C， D are divergent in leaf shape， leaf size， leaf length， leaf texture， margin serrate state and coat， suggested a certain diversity variation of species. This study found 9 reliable traits available to species identification and evaluated the genetic diversity of species in urban landscape cultivated in southeast and south China. These results would provide reference for the future study in classification， cultivation， production and application of Tabebuia and Handroanthus species in China.

Key words: Tabebuia and Handroanthus species, leaf phenotypic traits, nest variance analysis, clustering analysis, variation analysis

中图分类号:

Q949.777.9

张捷, 李蓉蓉, 孟景祥, 张勇, 仲崇禄. 我国风铃木类植物叶性状表型变异与遗传多样性研究[J]. 植物研究, 2021, 41(6): 851-861.

Jie ZHANG, Rong-Rong LI, Jing-Xiang MENG, Yong ZHANG, Chong-Lu ZHONG. Phenotypic Variation and Genetic Diversity of Leaves Traits of Tabebuia and Handroanthus(Bignoniaceace) in China[J]. Bulletin of Botanical Research, 2021, 41(6): 851-861.

图/表 9

表1

参试风铃木栽培样本信息

采集地点 Sampling locality	经度 Longitude	纬度 Latitude	样本数量 Sample number （plant）	花色类型 The type of flower color	生境特点 Habitat feature
厦门市海湾公园（HW）	118°4′58″	24°28′46″	20	红花、黄花Red、yellow	公园绿地Parkland
厦门市忠仑公园（ZL）	118°9′32″	24°29′20″	29	黄花、其他Yellow、else	公园绿地Parkland
厦门市厦门植物园（XMZWY）	118°7′38″	24°27′30″	8	黄花Yellow	城市绿地Urban greenbelt
厦门市明发广场（MFGC）	118°7′42″	24°29′00″	7	红花Red	城市绿地Parkland
漳州市东山岛文化公园（DSD）	117°25′26″	23°42′48″	13	黄花Yellow	公园绿地Parkland
泉州市北江滨公园（BJB）	118°34′39″	24°55′43″	15	黄花Yellow	公园绿地Parkland
泉州市东海中学（DHZX）	118°38′29″	24°52′48″	15	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
泉州市后渚大桥（HZDQ）	118°41′02″	24°53′50″	28	黄花、红花、其他Red，yellow，else	城市绿地Urban green space
泉州市崇武镇赤湖林场（CH）	118°54′51″	24°54′27″	20	黄花Yellow	公园绿地Parkland
莆田市晋云祠（JYC）	119°0′02″	25°24′35″	10	黄花Yellow	公园绿地Parkland
莆田市绶溪公园（SX）	119°1′41″	25°28′34″	34	黄花、红花、其他Red，yellow，else	公园绿地Parkland
莆田市学园南街（XYNJ）	119°0′46″	25°25′31″	15	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
福州市港头公园（GT）	119°17′09″	26°2′50″	45	黄花Yellow	公园绿地Parkland
福州市闽江公园（MJ）	119°16′41″	26°3′39″	15	黄花Yellow	公园绿地Parkland
福州市光明港公园（GMG）	119°20′26″	26°4′00″	15	黄花Yellow	公园绿地Parkland
宁德市塔山公园（TS）	119°33′35″	26°39′26″	15	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
广州市华南农业大学（HN）	113°21′41″	23°9′51″	20	黄花Yellow	校园绿地Campus greenbelt
广州市新华学院（XH）	113°23′40″	23°12′06″	20	黄花Yellow	校园绿地Campus greenbelt
广州市财经大学（CJD）	113°21′39″	23°5′48″	10	红花、黄花Red，yellow	校园绿地Campus greenbelt
广州市海珠湿地公园（HZ）	113°20′43″	23°5′01″	2	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市黄花岗公园（HHG）	113°18′05″	23°8′45″	26	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市荔湾湖公园（LWH）	113°14′24″	23°7′36″	21	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市流花湖公园（LHH）	113°15′28″	23°8′36″	20	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市琶洲塔（PZT）	113°22′55″	23°6′27″	20	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市生物岛（SWD）	113°22′44″	23°3′56″	39	红花、黄花、其他Red，yellow，else	城市绿地Urban green space
广州市天河公园（TH）	113°22′18″	23°8′03″	38	黄花、红花Red，yellow	公园绿地Parkland
广州市长湴公园（CB）	113°21′44″	23°10′42″	6	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市中心湖公园（ZXH）	113°24′06″	23°3′35″	14	黄花Yellow	公园绿地Parkland
广州市珠江公园（ZJ）	113°20′32″	23°7′34″	14	黄花、红花、其他Red，yellow，else	公园绿地Parkland
佛山市高基街（GJJ）	113°6′59″	23°2′46″	11	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
佛山市中山公园（ZS）	113°7′20″	23°3′03″	9	黄花Yellow	公园绿地Parkland
佛山市环山花海（HSHH）	112°59′37″	22°55′15″	47	黄花、红花、其他Red，yellow，else	公园绿地Parkland
惠州市鄂湖路（EH）	114°23′24″	23°5′19″	37	黄花、红花Red，yellow	城市绿地Urban green space
惠州市市政府（HZSZF）	114°25′20″	23°7′05″	15	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
惠州市淇澳大道（QA）	114°28′08″	23°2′31″	17	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
揭阳市坪上（PS）	115°55′45″	23°25′04″	13	黄花Yellow	城市绿地Urban green space
饶平市联饶镇（LR）	117°0′02″	23°44′22″	26	黄花、红花、其他Red，yellow，else	居住绿地Residential greenbelt
海南省尖峰岭（JFL）（参照群体）	108o49'	18o42'	83*	红花、黄花、其他Red，yellow，else	种质资源圃Germplasm garden

表1

图1

图2

表2

表3

表4

图3

表5

表6

参考文献 31

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性状 Traits	均方MS			方差分量Variance component			V_st（%）	H²_B
性状 Traits	种间 Among species（5）	个体间 Among individuals（75）	残差 Residual error（159）	种间 Among species（5）	个体间 Among individuals（75）	残差 Residual error（159）	V_st（%）	H²_B
复叶长（CLL）	4 287.20	124.10	23.00	62.30^**	27.06^**	10.64	69.72	64.73
复叶（CLW）	3 137.91	116.18	21.87	56.27^**	31.25^**	12.47	64.29	58.63
复叶长宽比（CLL/CLW）	0.70	0.08	0.02	27.55^**	46.22^**	26.23	37.35	27.95
复叶叶面积（CLA）	915 728	83 042.00	15 850.00	34.36^**	46.73^**	18.91	42.37	35.24
复叶叶柄长（CPL）	982.46	33.35	9.30	55.24^**	28.13^**	16.64	66.26	57.81
小叶宽（LW）	240.93	7.40	1.21	61.73^**	28.42^**	9.85	68.47	64.09
小叶长（LL）	1 879.42	34.49	9.70	69.47^**	19.13^**	11.40	78.41	71.97
小叶长宽比（LL/LW）	39.29	0.92	0.22	65.44^**	23.01^**	11.54	73.98	67.95
小叶叶柄长（LPL）	100.81	4.31	0.75	53.28^**	34.19^**	12.53	60.91	55.49
小叶长柄比（LL/LPL）	14.60	0.76	0.19	45.48^**	35.36^**	19.16	56.26	47.59
叶先端长宽比（LAL/LW）	29.32	0.49	0.20	68.10^**	16.92^**	14.98	80.10	70.82
叶先端长度（LAL）	0.43	0.01	0.00	56.12^**	26.64^**	17.24	67.81	58.76
小叶叶面积（LA）	56 037.00	3 156.00	745.00	44.10^**	37.26^**	18.65	54.20	46.05
小叶数量（LN）	5.70	0.77	0.20	24.08^**	48.94^**	26.98	32.98	23.94
叶缘（LM）	21.14	0.56	0.07	66.63^**	26.65^**	6.72	71.43	68.86
叶质地（LT）	52.35	0	0	100.00^**	0^**	0	100.00	100.00
叶被毛（LH）	9.29	0	0	100.00^**	0^**	0	100.00	100.00
小叶叶形（LS）	29.33	0	0	100.00^**	0^**	0	100.00	100.00

性状 Traits	红花风铃木 H. impetiginosus	黄花风铃木 H. chrysanthus	洋红风铃木 T. rosea	银鳞风铃木 T. aurea	金花风铃木 H. chrysotrichus	紫花风铃木 H. heptaphyllus
复叶（CLL）	29.1±8.51 b	24.47±4.65c	46.27±11.83a	30.46±5.67b	19.02±3.32d	21.64±2.56cd
复叶（CLW）	21.66±6.86 c	16.89±3.70d	35.77±11.12a	27.92±8.24b	12.76±2.75e	17.14±2.77d
复叶长宽比（CLL/CL）	1.38±0.24 b	1.47±0.21a	1.33±0.23b	1.12±0.17c	1.52±0.20a	1.29±0.21b
复叶叶面积（CLA）	170.05±103.29bc	142.82±59.36bc	449.71±370.51a	184.55±102.95b	84.02±40.63c	103.77±24.37bc
复叶叶柄长（CPL）	12.9±4.83 b	10.62±3.09bc	20.06±6.51a	9.69±2.34cd	7.08±1.53e	8.84±1.94de
小叶长（LL）	16.02±4.19 c	13.79±2.97c	25.84±6.51a	19.94±3.95b	10.93±2.49d	13.06±1.52d
小叶宽（LW）	5.87±1.89 c	5.84±1.48c	9.24±2.53b	4.13±1.11d	4.17±1.26a	4.55±0.74d
小叶长宽比（LL/LW）	2.82±0.57 bc	2.41±0.36c	2.83±0.38b	5.03±1.17a	2.7±0.49bc	2.93±0.47b
小叶叶柄长（LPL）	4.62±1.34 c	3.88±1.13d	6.95±2.08a	5.71±1.29b	2.64±0.58e	3.59±0.86d
小叶长柄比（LL/LPL）	1.29±0.29 b	1.58±0.44ab	1.36±0.24a	0.73±0.16ab	1.59±0.31c	1.33±0.35a
叶先端长宽比（LAL/LW）	1.26±0.68 b	0.66±0.33c	1.97±0.85a	0±0d	0±0d	1.32±0.64b
叶先端长度（LAL）	0.23±0.14 a	0.12±0.06b	0.22±0.1a	0±0c	0±0c	0.29±0.14b
小叶叶面积（LA）	44.86±26.52 b	36.81±15.46bc	115.34±73.18a	44.74±19.43b	25.7±14.9c	24.38±7.10c
小叶数量（LN）	5.04±0.21 b	5.09±0.36b	5.21±0.62b	5.94±0.97a	5±0b	5.46±0.78b
叶缘（LM）	2.20±0.99 b	1.84±0.37c	1.00±0d	1.00±0d	1.00±0d	2.92±0.41a
叶质地（LT）	3.00±0 b	4.00±0c	3.00±0b	1.00±0a	4.00±0c	3.00±0b
叶被毛（LH）	0±0 b	1.00±0a	0±0b	0±0b	1.00±0a	0±0b
小叶叶形（LS）	3.00±0 b	3.00±0b	3.00±0b	4.00±0a	1.00±0d	2.00±0c

分类 Classification	省份 Province	样本采集地点 Sampling locations
A类 Class A		32个个体（黄色）
G1	海南Hainan	JFL（银鳞风铃木）
	广东Guangdong	SWD
B类Class B		198个个体（红色，其他颜色）
G2	福建Fujiian	HW、MFGC
	广东Guangdong	LR
G3	海南Hainan	JFL（紫花风铃木）、JFL（洋红风铃木）
	福建Fujiian	HZDQ、MFGC、ZL
	广东Guangdong	HSHH、SWD、TH、ZJ、EH
G4	海南Hainan	JFL（红花风铃木）
	福建Fujiian	SX、HZDQ、HW、MFGC、ZL
	广东Guangdong	HSHH、CZD、SWD、TH、ZJ、EH
C类 Class C		269个个体（黄色）
G5	海南Hainan	JFL（金花风铃木）
	福建Fujiian	GT、TS、JYC、BJB、CH、DHZX、HZDQ、DSD
	广东Guangdong	HSHH、CB、HHG、HN、LHH、TH、XH、ZJ、ZXH、LWH、LR
G6	福建Fujiian	GT、MJ、CH、DHZX、DSD
	广东Guangdong	HSHH、CZD、HHG、HN、ZS
D类 Class D		313个个体（黄色）
G7	广东Guangdong	GJJ
G8	福建Fujiian	GMG、GT、JYC、SX、HZDQ、BJB、HW、ZL
	广东Guangdong	HSHH、EH、QA、PS
G9	福建Fujiian	JYC、XYNJ、BJB、ZL
	广东Guangdong	HSHH、HZSZF
G10	海南Hainan	JFL（黄花风铃木）
	福建Fujiian	TS、XYNJ、XMZWY
	广东Guangdong	HN、LHL、PZT、SWD、ZJ、ZXH、EH、HZSZF、LR

	复叶长 CPL	小叶长 LL	小叶宽 LW	小叶长宽比 LL/LW	叶缘 LM	叶先端长宽比 LAL/LW	叶质地 LT	叶被毛 LH	小叶叶形 LS
A类	27.00±5.27	17.95±3.21	4.02±0.82	4.62±0.84	1.00±0	0±0.01	1.00±0	0±0	4.00±0
G1组	27.00±5.27^c	17.95±3.21^d	4.02±0.82^a	4.62±0.84^e	1.00±0^a	0±0.01^a	1.00±0^a	0±0^a	4.00±0^d
B类	29.83±10.93	17.64±6.06	6.44±2.34	2.89±0.39	1.73±0.93	1.09±0.52	3.16±0.36	0±0	2.90±0.68
G2组	30.38±8.83^d	17.90±4.65^d	6.57±1.84^c	2.88±0.40^d	1.96±0.98^d	1.03±0.34^e	3.00±0^b	0±0^a	2.92±0.27^b
G3组	37.99±9.22^e	22.40±5.46^e	8.26±1.88^d	2.79±0.35^d	1.40±0.71^b	1.68±0.48^f	3.15±0.36^c	0±0^a	2.94±0.25^bc
G4组	27.28±7.25^c	16.60±4.18^a	5.99±1.74^b	2.86±0.59^d	2.52±0^e	0.36±0.24^c	3.00±0^b	0±0^a	2.86±0.34^b
C类	16.48±3.88	10.10±2.12	3.94±0.90	2.59±0.24	1.04±0.19^c	0.18±0.20	4.08±0.27	1.00±0	1.00±0
G5组	24.00±3.63^b	13.62±1.94^c	5.52±0.82^b	2.37±0.18^ab	1.43±0.51^b	0.28±0.32^b	2.00±0^e	1.00±0^b	1.00±0^a
G6组	15.85±3.18^a	9.80±1.85^b	3.80±0.77^a	2.61±0.23^c	1.01±0.08^a	0.17±0.19^bc	4.00±0^d	1.00±0^c	1.00±0^a
D类	23.90±4.85	14.00±2.88	5.93±1.35	2.41±0.26	1.47±0.52	0.59±0.29	4.51±0.50	1.00±0	2.68±0.74
G7组	22.49±5.51^b	14.00±3.54^c	5.62±1.57^b	2.52±0.28^bc	1.09±0.28^a	0.62±0.23^d	4.00±0^d	1.00±0^b	1.00±0^a
G8组	31.46±3.80^d	19.00±2.16^d	8.70±1.24^d	2.26±0.13^a	1.45±0.52^bc	1.57±0.30^f	2.00±0^e	1.00±0^b	3.00±0^c
G9组	23.56±5.10^b	13.63±3.04^c	5.78±1.33^cd	2.42±0.23^ab	1.71±0.54^cd	0.58±0.26^d	4.01±0.09^d	1.00±0^b	3.00±0^c
G10组	24.13±4.01^b	13.95±2.22^c	5.98±1.09^c	2.38±0.26^ab	1.44±0.49^bc	0.53±0.21^d	1.99±0.07^e	1.00±0^b	3.00±0^c

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我国风铃木类植物叶性状表型变异与遗传多样性研究

Phenotypic Variation and Genetic Diversity of Leaves Traits of Tabebuia and Handroanthus(Bignoniaceace) in China

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图/表 9

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