Diversity analysis of leaf traits of litchi genetic resources in Hainan

供试材料选自位于儋州市宝岛新村的海南省省级荔枝种质资源圃（儋州）（19°31′N，109°34′E）。资源圃管理水平中等。资源清单见表1、2。

根据中华人民共和国农业行业标准NY/T2329-2013^[6]中的方法，评价入圃资源小叶着生方向、小叶形状、叶基形状、叶尖形状、叶姿、叶缘姿态（表3）；某一特定资源的性状特征以该性状最高比例的类型来描述。统计不同性状各种类型的资源分布比例。依据不同性状的分级分布频率计算Shannon-Wiener多样性指数（H）^[7]。

取末次秋梢中部健康复叶和单叶，按照中华人民共和国农业行业标准NY/T2329-2013^[6]和文献中的方法^[8]，测量叶片的复叶主轴长、叶柄长、叶面积、叶长、叶宽、叶片鲜重和叶片干重，计算叶形指数和比叶重。

用毫米刻度游标卡尺测量复叶主轴长和叶柄长，每20个复叶或单叶为一个重复，重复3次，取平均值。

用植物图像分析仪系统（杭州万深检测科技有限公司，LA-S）测量叶长、叶宽和叶面积，每20张单叶为一重复，重复3次，取平均值。

用千分之一天平测量单叶鲜质量，相应叶片放置在恒温烘箱中105 ℃进行杀青30 min，之后75 ℃烘干至恒重后测量单叶干质量。每20张单叶为一重复，重复3次，取平均值。

叶形指数=叶片长度/叶片宽度，计算每一张单叶的叶形指数，每20张单叶为一重复，重复3次，取平均值。

比叶重（mg·cm⁻²）=叶片干质量/叶片面积，计算每一张单叶的比叶重，20张单叶为一重复，重复3次，取平均值。

利用Excel2007软件对原始数据进行初步处理，计算出平均值、变异系数、极小值、极大值、极差、中位数。使用DPS软件^[9]进行性状间的相关性分析。使用R语言对193份资源的9个叶片数量性状与6个质量性状的数据进行聚类，聚类采用的遗传距离为欧式距离，聚类方法为最长距离法。

从表4数据中可以看出，193份荔枝叶片质量性状多样性指数介于1.32～2.09之间，平均值为1.66。所有质量性状的多样性指数均大于1，说明资源间叶片质量性状变异较大。

对6个叶片质量性状进行比例分析，发现在测定的资源中，小叶形状以长椭圆形最多，卵圆形最少；小叶着生方向占比较高的主要为立面对生和平面对生的资源； 叶基形状以楔形为主；叶尖形状以长尾尖为主；叶姿以浅内卷为主；叶缘姿态主要为平直和微波浪的资源（表4）。

193份荔枝资源的9个叶片数量性状中叶面积变异系数最大为21.74%，变化幅度为8.56～0.41 cm²，极差21.85 cm²，中位数19.39 cm²；紧接着为复叶主轴长，变异系数21.58%，变化幅度为35.56～110.58 cm，极差75.02 cm，中位数57.84 cm；再次为叶片鲜质量，变异系数21.24%，变化幅度0.20～0.74 g。变异系数最小的是比叶重，仅为11.31%，变化幅度7.01～14.48 mg·cm⁻²。变异系数越高，资源的离散程度越高，多样性也越丰富。从数据中可以得出，9个数量性状的变异系数均值为16.43%（表5），说明本研究所选资源群体具有较高程度的变异，具有较丰富的多样性。

对193份资源的质量性状与数量性状进行相关性分析（表6），结果显示叶基形状与小叶形状、叶尖形状呈显著正相关关系；叶缘姿态、复叶主轴长、叶柄长、叶长、叶片鲜质量、叶片干质量、叶面积之间两两呈显著正相关关系；叶宽与复叶主轴长、叶柄长、叶长、叶片鲜质量、叶片干质量、叶面积之间成显著正相关；叶形指数与复叶主轴长、叶柄长、叶长呈显著正相关关系，与叶宽呈显著负相关关系；比叶重与叶片干质量呈显著正相关关系，与复叶主轴长、叶宽、叶面积呈显著负相关关系。

对叶片性状间相关系数进行分析发现，叶基形状与小叶形状、叶尖形状，叶尖形状与叶柄长，叶缘姿态与叶姿、复叶主轴长、叶柄长、叶长、叶片鲜质量、叶片干质量、叶面积，复叶主轴长与叶缘姿态、叶柄长、叶形指数、比叶重，叶柄长与叶尖形状、叶缘姿态、复叶主轴长、叶宽、叶形指数、叶面积，比叶重与复叶主轴长、叶宽、叶片干质量、叶面积、均属弱相关，因为相关性虽然显著，但相关系数较小；叶宽与叶片鲜质量、叶片干质量、叶面积，叶长与叶面积，叶片鲜质量与叶片干质量、叶面积，叶面积与叶长、叶宽、叶片鲜质量、叶片干质量，均属强相关（表6）。

通过最长距离法进行聚类之后，193份资源被分为了4大类。第1大类有7份资源聚为一类，第2大类有40份资源，第3大类有10份资源，第4大类有136份资源（图1）。

第1类资源的复叶主轴长、叶柄长、叶宽、叶片鲜质量、叶片干质量、叶面积在几大类中是最高的指标，其叶长同样是所有大类中最高的指标，故而第1大类是属于叶片较厚实宽大的资源。同时其叶缘姿态区别于其他资源，呈深内卷形态的占多数（表7、表8）。第2类资源的指标中比叶重最低，其余指标大小仅次于第1类指标。同时其叶基形状、叶姿、叶缘姿态区别于其他资源，分别为楔形、平展、微波浪占多数（表7、表8）。第3类资源的复叶主轴长、叶柄长、叶长、叶宽、叶形指数、叶片鲜质量、叶片干质量、叶面积是几大类中最低的指标，而比叶重是最高的指标，这说明，该类资源是属于叶片薄且窄小的指标。其小叶着生方向是以立面对生和平面对生各占比50%，区别于其余几类。9个性状的变异系数相较其他几类普遍较高，说明该类种质的多样性水平是较高的（表7、表6）。第4类资源是处于中间态的资源，9个性状的极差相较其余几类，多数具有最大的极差，说明其变异的范围较大（表7）。同时其叶基形状以偏斜形占比最高（表8）。

叶片是植物最重要的器官，能够反映植物大部分生长发育的状况，目前对各种作物的叶片表型的研究层出不迭，如左丝雨等^[10]对7个地处蒙陕边界的长柄扁桃天然居群的叶片表型进行研究；王谢等^[11]研究了在雾化栽培技术控制环境条件下新生桑枝的叶片性状之间的关系；张莹等^[12]对548份梨种质资源的23个枝叶表型性状进行表型多样性及变异特点的研究；胡安华等^[13]对82份柚类种质资源的26个表型性状进行多样性分析、差异分析及综合评价等。这些研究结果均表明多数种质资源叶片的表型性状变异丰富，具有遗传差异，从中可以挖掘出大量的差异遗传信息，而这些研究结果均可用于种质资源的保护以及优良育种中。本文研究亦发现，荔枝叶片性状具有丰富的变异，与上述研究结论相似。

本研究发现，荔枝质量性状多样性指数均大于1，故认为在本群体中的多样性丰富，变异程度高，以小叶形状为长椭圆形、小叶着生方向为立面对生和平面对生、叶基形状为楔形、叶尖形状为长尾尖、叶姿为浅内卷、叶缘姿态为平直和微波浪的资源占比最高。各质量性状之间多不存在相关关系。在郭燕等^[14]对燕山板栗149份种质的叶片质量性状多样性分析中的结果显示，燕山板栗种质的5个叶片质量性状的平均多样性指数（H'）为1.24，说明燕山板栗叶片质量性状变异丰富，该结果与本研究结果相似，说明本研究中所测量的193份荔枝资源具有丰富的遗传信息，可为荔枝的品种选育提供大量的材料。

荔枝叶片数量表型性状分析表明， 193份海南荔枝实生资源品种的叶面积、复叶主轴长、叶片鲜质量、叶片干质量的变异类型较为丰富，变异系数分别为21.74%、21.58%、21.24%、20.92%；且9个性状的变异系数均在10%以上，变异系数均值为16.43%，数量性状之间多存在显著或极显著相关关系，与李昕蔓等^[15]在对新疆野苹果的多样性分析中的结果基本一致，说明这193份荔枝资源的叶形变异丰富，为后期选育类型种质提供了理论基础和数据支持。

系统聚类法又称层次聚类，是统计学中聚类分析的一个重要方法，其目的在于尽可能使类簇内对象相似，类簇间对象相异^[16]，以此来摸清某些内在规律。本研究采用聚类分析的层次聚类中的最长距离法将193份荔枝资源分为了4大类。通过数据分析，可以认为该分类是按照叶片大小程度由第1大类为叶片最宽大厚实的资源分类，紧接着是第2大类，第3大类为叶片最为窄小且薄的种质。有研究表明，比叶重与光合速率呈显著正相关关系^[17]。在陈华蕊等^[18]对同为热带果树的芒果的研究中同样显示光合速率与比叶重达到极显著正相关。从而推测，第3大类应为光合速率最高的一组分类，在今后的研究中可以沿着该推测进行补充。根据尚帅斌等^[19]对海南青梅的研究可知，叶柄长增大，有助于减少青梅个体内部叶片对光能的相互遮挡，提高其光能利用。由此可以推测第1类资源是高光能利用率类型的资源。

总之，本研究系统研究了部分海南荔枝种质资源的叶片表型性状，探讨了这些性状的遗传变异特点及相互关系，研究结果为进一步鉴定评价海南荔枝资源提供了基础，并为进一步研究应用这些资源提供了数据支撑。