尾叶桉(Eucalyptus urophylla)为桃金娘科(Myrtaceae)桉属植物，是华南地区最重要的产业化树种，人工林面积超过4.67×10⁶ hm²，具有适应性强、培育周期短，用途广，经济价值高等优点。自20世纪70年代开始，我国较重视桉树无性系育种研究，同时桉树无性系人工林也进入一个高速发展的时期, 并开展无性系选育的研究^[1]。然而随着全球气候变暖，天气变化无常，严重旱灾时常发生^[2]，水分和养分已成为直接影响尾叶桉生存乃至生长发育的重要环境因素^[3-4]。叶片是植物进行光合、蒸腾和呼吸作用的重要器官，许多研究已经证实叶片的形态、大小和结构对林木生长量有重要的影响^[5]，且这些叶片性状受较强的遗传控制。目前国内外有关桉树研究多集中在对叶片形状、叶面积大小、叶脉分布等性状的遗传改良和早期选择上^[6-7]，鲜见尾叶桉在水分及养分胁迫下生长和叶片变异的相关报道。本研究以20个尾叶桉无性系为材料，分析不同梯度的水分及养分胁迫对尾叶桉的生长及叶片的影响，旨在探索尾叶桉无性系最适生长的水肥配比，对桉树无性系品质进行综合评价，以期筛选出高产、优质的桉树无性系，为桉树的良种选育提供参考。

试验于2015年4月在广东省林业科学研究院苗圃内进行，选取生长一致的尾叶桉(Eucalyptus urophylla)无性系幼苗(平均苗高为70 cm)移栽到圆形控根器容器中(规格为55 cm×80 cm)，每个控根器容器下面垫水泥和空心砖，以防水分流失。待缓苗期结束后进行水分养分控制(表 1)。其中，土壤为当地黄心土，土壤田间持水量(FC)为23.01%，土壤容重为1.558 g cm^-3，每盆土壤重量约为296 kg，pH 7.92。土壤中N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn含量分别为0.206 g kg^-1、0.176 g kg^-1、21.1 g kg^-1、8.51 g kg^-1、0.761 g kg^-1、0.139 g kg^-1、13.3 g kg^-1、0.296 g kg^-1、7.92 g kg^-1、3.13 mg kg^-1、35.7 mg kg^-1。

表 1(Table 1)

表 1 试验设计 Table 1 Experiment design 编号No. 土壤相对含水量Soil relative water content (%) 基肥N:P:K N:P:K in base fertilizer 追肥N:P:K N:P:K in additional fertilizer 1 60~80 0:12:2 0 2 60~80 0:12:2 7.5:1.5:6.5 3 60~80 4.5:12.9:5.9 12.5:1.5:6.5 4 40~60 0:12:2 0 5 40~60 0:12:2 7.5:1.5:6.5 6 40~60 4.5:12.9:5.9 12.5:1.5:6.5 7 20~40 0:12:2 0 8 20~40 0:12:2 7.5:1.5:6.5 9 20~40 4.5:12.9:5.9 12.5:1.5:6.5

表 1 试验设计 Table 1 Experiment design

试验采用2因素(水分、养分) 3水平完全随机区组设计，试验处理和水平见表 1。利用土壤水分测定仪TDR300测定土壤含水率，根据土壤含水量上限设为田间持水量，如果测得土壤含水量低于下限则灌水。共3个区组，每个区组9个处理，每个处理20个无性系，每个无性系27株，共540盆, 其中尾巨桉(E. urophylla×E. grandis) 3229和广林9为对照无性系。

水分养分处理半年后，测定每盆植株的树高、地径和冠幅，并从东、南、西、北4个方位选取植株中部外侧成熟叶片8枚，测定叶片性状，取平均值。利用万深LA-S系列植物图像分析仪测定叶片的长度、宽度、叶周长和叶面积，计算长/宽。3个生长性状和10个叶片性状的测定方法见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 尾叶桉叶片性状的测量标准 Table 2 Determination standard of leaf traits in Eucalyptus urophylla 编号Code 性状Trait 单位Unit 标准Standard H 树高Height cm 土壤面到树顶的距离 GD 地径Ground diameter mm 树干距离土壤面10 cm处的直径 CW 冠幅Crown width cm 树冠在南北和东西方向上的宽度 X1 叶鲜重Leaf fresh weight g 新鲜叶片重量 X2 叶干重Leaf dry weight g 干叶重量 X3 叶片厚Leaf thickness mm 8片为一组，层叠，用游标卡尺测量后取平均值 X4 叶尖角Leaf apex angle ° 用量角器测量叶尖处叶片边缘与主脉夹角 X5 叶柄长Petiole length cm 连接枝条与叶片的叶柄长度 X6 叶长Leaf length cm 包含叶柄在内的叶片全长 X7 叶片长/宽Leaf length/width 叶长与叶宽的比值 X8 叶宽Leaf width cm X9 叶周长Leaf perimeter cm X10 叶面积Leaf area cm2

表 2 尾叶桉叶片性状的测量标准 Table 2 Determination standard of leaf traits in Eucalyptus urophylla

利用Excel对原始数据进行整理，数据的基本统计分析则采用R软件^[8]。用“psych”包进行主成分分析；用ASReml软件进行尾叶桉不同性状的遗传参数估算和育种值预测。利用无性系模型估计生长性状遗传参数和预测基因型值的模型为：Y_ijklm=u+Water_i+Nutrient_j+Block_k+Clone_l+Water×Clone_il+Nutrient×Clone_jl+e_ijklm, 其中，Y_ijklm表示性状观测值；u为总体平均值，Water_i表示第i个水分处理的固定效应，Nutrient_j表示第j个养分处理的固定效应；Block_k表示第k个区组的随机效应，Clone_l表示第l个无性系随机效应，Water×Clone_il表示第i个水分处理与第l个无性系的交互效应，Nutrient× Clone_jl表示第j个养分处理与第l个无性系的交互效应，e_ijklm为第m个体上的剩余误差。对每个性状进行分析，即单类群单变量分析，并估算每个性状的遗传方差组分、重复力、遗传值及遗传相关^[9-10]。

方差分析结果表明，除叶鲜重(X1)、叶干重(X2)、叶片厚(X3)、叶柄长(X5) 和叶片长/宽(X7) 外，其他性状在不同处理间的差异均达到显著或极显著水平(表 3)。不同水肥梯度对尾叶桉的生长和叶片性状有显著的影响(表 4)。叶尖角在处理7下达到最大，地径和冠幅在处理6下均达到最大, 叶长、叶宽、周长和叶面积在处理8下均达到最大，树高在处理9下达到最大。因此，在不同水肥梯度下尾叶桉苗木的树高、地径、冠幅、叶尖角、叶长、叶片宽、叶周长和叶面积总体上差异显著。

表 3(Table 3)

表 3 尾叶桉无性系苗期生长和叶片性状的方差分析 Table 3 Variance analysis of seedling growth and leaf traits of Eucalyptus urophylla 性状Trait 变异来源Variation source 自由度Degree of freedom 平方和Sum of squares 均方Mean square F P H 水分Water (W) 2 156814 78407 72.23ns 养分Nutrient (N) 2 924965 462482 426.06 < 2e-16*** 无性系Clone 19 130127 6849 6.31 < 6.91e-14*** W×N 4 32611 8153 7.51 < 8.40e-06*** 误差Error 332 360379 1085 GD 水分Water (W) 2 3668 1834 58.93ns 养分Nutrient (N) 2 20323 10162 326.54 < 2e-16*** 无性系Clone 19 1145 60 1.94 0.01* W×N 4 600 150 4.82 0.00*** 误差Error 332 360 298 CW 水分Water (W) 2 34255 17127 29.70ns 养分Nutrient (N) 2 496856 248428 430.85 < 2e-16*** 无性系Clone 19 71576 3767 6.53 < 0.00*** W×N 4 5809 1452 2.52 0.04* 误差Error 332 191430 577 X4 水分Water (W) 2 0.17 0.08 20.84ns 养分Nutrient (N) 2 0.04 0.02 5.21 0.005** 无性系Clone 19 1.64 0.09 21.29 < 2e-16*** W×N 4 0.01 0 0.75 0.56 误差Error 332 1.33 0 X6 水分Water (W) 2 1279774 639887 17.24ns 养分Nutrient (N) 2 4611693 2305846 62.13 < 2e-16*** 无性系Clone 19 15494897 815521 21.97 < 2e-16*** W×N 4 672621 168155 4.53 0.001** 误差Error 332 11543131 37116 X8 水分Water (W) 2 0.03 0.02 0.48ns 养分Nutrient (N) 2 0.73 0.36 8.78 0.00*** 无性系Clone 19 18.03 0.95 22.91 < 2e-16*** W×N 4 0.19 0.05 1.13 0.34 误差Error 332 12.88 0.04 X9 水分Water (W) 2 3.04 1.52 13.84ns 养分Nutrient (N) 2 9.3 4.65 42.35 < 2e-16*** 无性系Clone 19 37.8 1.99 18.10 < 2e-16*** W×N 4 1.54 0.38 3.50 0.00** 误差Error 332 34.1 0.11 X10 水分Water (W) 2 7638775 3819388 17.26ns 养分Nutrient (N) 2 28485022 14242511 64.39 < 2e-16*** 无性系Clone 19 88683930 4667575 21.10 < 2e-16*** W×N 4 3752368 938092 4.24 0.00** 误差Error 332 68789760 221189

表 3 尾叶桉无性系苗期生长和叶片性状的方差分析 Table 3 Variance analysis of seedling growth and leaf traits of Eucalyptus urophylla

表 4(Table 4)

表 4 尾叶桉的生长和叶片性状 Table 4 Growth and leaf traits of Eucalyptus urophylla seedlings 处理Treatment H (cm) GD (mm) CW (cm) X4 (°) X6 (cm) X8 (cm) X9 (cm) X10 (cm2) 1 99±19h 12±1.5g 71±15i 33±10.0a 7.97±205i 3.27±102i 19.45i 18.00i 2 166±32e 23±4.1e 124±22f 27±8.9c 10.47±258e 4.24±94d 25.66e 28.02e 3 179±38d 24±5.1d 130±31e 25±9.5d 9.82±253f 3.93±99g 23.96f 24.32g 4 131±44f 18±8.1f 93±31g 30±9.6b 9.75±257g 3.96±109f 23.81g 25.46f 5 219±38b 29±3.3b 148±23c 25±7.1d 10.92±294b 4.55±112b 26.88b 31.31b 6 220±54b 31±7.1a 158±27a 25±8.9d 10.79±268c 4.27±103c 26.38c 28.92c 7 104±24g 13±2.1g 74±16h 33±9.7a 8.88±215h 3.66±103h 2170h 22.02h 8 191±40c 26±6.3c 133±28d 26±8.6d 12.17±343a 4.90±119a 2976a 37.72a 9 224±56a 31±8.1a 157±29b 27±7.7c 10.69±253d 4.21±92e 2607d 28.07d 1~9见表 1；H、GD、CW、X4、X6、X8、X9、X10见表 2；同列数据后不同字母表示差异显著(P < 0.05)(邓肯氏检验)。 1-9 see Table 1. H, GD, CW, X4, X6, X8, X9 and X10 see Table 2. Data followed different letters within column indicate significant difference at 0.05 level by Duncan's test.

表 4 尾叶桉的生长和叶片性状 Table 4 Growth and leaf traits of Eucalyptus urophylla seedlings

对尾叶桉生长和叶片性状进行相关性分析(表 5)。树高、地径和冠幅两两性状间呈极显著正相关, 相关系数大于0.80；叶尖角与其他性状间均呈负相关，相关系数为-0.41~-0.12。除叶尖角和叶片长/宽外，叶鲜重和干重与其他叶片性状间都达到了极显著正相关，相关系数为0.64~0.97。叶柄长和叶长分别与叶宽、叶周长、叶面积之间呈极显著正相关，相关系数大于0.80。叶宽与叶周长、叶面积间以及叶周长与叶面积间呈极显著正相关，相关系数大于0.90，其余叶片性状间的相关性不显著。可见，尾叶桉无性系在生长过程中各指标间均相互关联，且大多数呈较强的正相关关系。

表 5(Table 5)

表 5 尾叶桉性状间的相关系数 Table 5 Correlation coefficient among traits of Eucalyptus urophylla H GD CW X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 H 1.00 GD 0.86*** 1.00 CW 0.85*** 0.83*** 1.00 X1 0.11** 0.09* 0.13** 1.00 X2 0.14 0.15** 0.17 0.97*** 1.00 X3 0.02*** 0.05 0.03 0.65*** 0.64** 1.00 X4 -0.28 -0.27 -0.33 -0.22 -0.22 -0.12 1.00 X5 0.37*** 0.36** 0.42*** 0.77*** 0.76*** 0.46* -0.4 1.00 X6 0.30*** 0.29** 0.35** 0.88*** 0.86*** 0.49** -0.41** 0.90*** 1.00 X7 0.01 0.07** 0.01 0.01 0.02 -0.10 -0.4* 0.19* 0.19** 1.00 X8 0.29*** 0.25*** 0.34*** 0.86*** 0.85*** 0.54** -0.24 0.80*** 0.90*** -0.23* 1.00 X9 0.23*** 0.20*** 0.27* 0.92** 0.90*** 0.53* -0.31 0.85*** 0.96*** 0.01 0.95*** 1.00 X10 0.31*** 0.28*** 0.35** 0.89*** 0.87*** 0.50** -0.38 0.89*** 0.99*** 0.10* 0.94*** 0.97*** 1.00 *: P < 0.05; **: P < 0.01; ***: P < 0.001.

表 5 尾叶桉性状间的相关系数 Table 5 Correlation coefficient among traits of Eucalyptus urophylla

对540株尾叶桉不同无性系的3个生长性状和10个叶片性状进行主成分分析(表 6)。在第1主成分中，叶长、叶周长和叶面积占有较高系数，方差贡献率为62%，说明第1主成分是表示叶片长、叶周长和叶面积性状的综合指标，可作为评价尾叶桉叶片大小指标的参考。在第2主成分中，树高、地径和冠幅同时占有最高系数，方差贡献率达24%, 说明第2主成分主要以树高、地径以及冠幅这些生长性状为主，可作为尾叶桉生长指标的参考。在第3主成分中，叶片长/宽占有最高系数(呈异号)，方差贡献率达10%，说明第3主成分主要以叶片长/宽为主，可作为尾叶桉叶片形状指标的参考。在第4主成分中，叶尖角占有最高系数，方差贡献率分别达4%，说明第4主成分均是表示叶尖角性状的综合指标。

表 6(Table 6)

表 6 尾叶桉叶片性状间的主成分分析 Table 6 Principal component analysis of different traits in Eucalyptus urophylla 主成分Principal component 方差解释度 h2 方差未解释度u2 PC1 PC2 PC3 PC4 特征向量Eigenvectors H 0.38 0.85 0.15 -0.08 0.89 0.110 GD 0.36 0.85 0.08 0.03 0.85 0.140 CW 0.42 0.85 0.11 0.03 0.91 0.080 X1 0.93 -0.30 0.03 0.01 0.96 0.039 X2 0.93 -0.26 0.04 0.01 0.94 0.064 X3 0.60 -0.35 0.14 -0.61 0.88 0.119 X4 -0.38 -0.30 0.63 0.39 0.78 0.217 X5 0.89 0.09 -0.15 0.09 0.84 0.161 X6 0.96 -0.03 -0.15 0.14 0.97 0.028 X7 0.05 0.09 -0.91 0.13 0.86 0.139 X8 0.93 -0.07 0.24 0.07 0.93 0.067 X9 0.96 -0.14 0.01 0.13 0.96 0.041 X10 0.97 -0.04 -0.08 0.13 0.97 0.031 特征值Eigenvalue 9.06 3.47 1.42 0.62 - - 方差贡献率Proportion variation 0.62 0.24 0.10 0.04 - - 累积贡献率Cumulative contribution rate 0.62 0.86 0.96 0.98 - -

表 6 尾叶桉叶片性状间的主成分分析 Table 6 Principal component analysis of different traits in Eucalyptus urophylla

方差分析结果表明(表 7)，除地径的水分×养分互作不显著外，其他性状在水分、养分及水分×养分互作上达到了显著和极显著的水平。方差分量结果显示，除地径性状外，其它性状的无性系方差分量达到了极显著水平。不同性状在水分×无性系互作效应极小且不显著，而只有树高性状在养分×无性系互作水平上达到显著水平。树高、地径和冠幅性状间的重复力分别为0.25、0.16和0.45。

表 7(Table 7)

表 7 尾叶桉树高、地径及冠幅的方差分析 Table 7 Variance analysis of H, GD and CW in Eucalyptus urophylla 方差分析Variance analysis 方差分量Variance component 重复力Repeatability 水分Water 养分Nutrient 水分×养分Water×Nutrient 区组Block 无性系Clone 水分×无性系Water×Clone 养分×无性系Nutrient×Clone 环境方差Error H 50.54*** 202.9** 3.47** 125.87 149.59** NA 83.13* 1041.25** 0.25 GD 40.57*** 258.07*** 1.94 0.84 2.19 0.04 NA 24.83** 0.16 CW 27.79*** 317.9*** 5.11*** 36.25 148.69** NA 6.59 502.44** 0.45

表 7 尾叶桉树高、地径及冠幅的方差分析 Table 7 Variance analysis of H, GD and CW in Eucalyptus urophylla

优良无性系评选按照生长性状基因型值大小, 并结合叶片性状表现值进行综合评定。无性系生长性状基因型值，皆大于尾巨桉3229和广林9的基因型值可选择出LDUA10、ZQUA9、ZQUA8和LDUA24。评选的优良无性系LDUA10、ZQUA9、ZQUA8和LDUA24与尾巨桉3229相比，平均树高分别提高12.5%、13.9%、11.2%和2.4%，平均地径分别提高12.1%、17.0%、16.0%和19.7%，平均冠幅分别提高10.8%、24.1%、10.9%和10.7%。

叶片是植物进行光合、蒸腾和呼吸作用的重要器官，因此对评选的优良无性系进行了叶片性状评价(表 8)。除叶尖角、叶片长/宽外，LDUA10、ZQUA9、ZQUA8和LDUA24的其他性状值均大于对照广林9的。LDUA10和LDUA24在叶鲜重、叶干重、叶片厚、叶柄长、叶长、叶宽、叶周长、叶面积上均大于对照尾巨桉(E. urophylla×E. grandis) 3229。因此，尾叶桉无性系的生长除受自身的基因影响较大外，叶片性状对生长也起重要的作用。

表 8(Table 8)

表 8 优良无性系生长性状的基因型值及叶片性状的表型值 Table 8 Phenotype value for leaf traits and genotypic values for growth traits of excellent clones 无性系Clone 基因型值Genotypic value 叶片表型值Phenotype value of leaf H GD CW X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 LDUA10 16.15 0.167 10.02 0.76 0.36 0.54 20.32 1.46 12.95 2.42 5.43 31.94 41.56 ZQUA9 13.92 0.169 20.84 0.35 0.16 0.36 22.03 0.97 9.82 2.54 3.89 23.84 23.57 ZQUA8 8.89 0.233 8.471 0.36 0.16 0.38 26.97 0.93 9.45 2.42 3.98 23.24 23.91 LDUA24 7.607 0.146 7.186 0.60 0.28 0.45 36.82 0.96 10.02 2.09 4.86 25.41 31.02 尾巨桉3229 E. urophylla×E. grandis 3229 1.139 0.078 0.321 0.38 0.17 0.41 30.11 0.89 9.55 2.59 3.73 23.06 22.50 广林9 Guanglin 9 1.822 0.099 0.637 0.28 0.13 0.39 30.67 0.81 8.38 2.74 3.11 20.02 16.80

表 8 优良无性系生长性状的基因型值及叶片性状的表型值 Table 8 Phenotype value for leaf traits and genotypic values for growth traits of excellent clones

根据邓肯试验分析可得，当水分或养分任一者或两者处于短缺状态时均不利于尾叶桉生长，植株难以通过加强一种营养成分的供给来弥补另一种营养成分的短缺。林国祚等^[1]的研究表明，土壤含水量及施肥量的下降会制约尾巨桉幼苗的形态生长，但李亚林等^[11]的干旱胁迫试验却表明接种菌剂后，干旱胁迫能促进尾叶桉的生长。通过对比处理5、处理6、处理8和处理9，当水分或养分任一者或两者处于正常状态下(即为2) 时，另一种营养成分的供给增加能促进尾叶桉的生长，而当水分或养分任一者或两者处于较高状态(即为3) 时，另一种营养成分的过度增加反而会对尾叶桉的生长起抑制作用；对比处理6和处理8，适中的水分搭配高养分有利于尾叶桉的生长，高水分搭配适中的养分更适合叶片的生长。另外，树高、地径、冠幅、叶长、叶宽、叶周长、叶面积在不同处理下差异显著, 而叶鲜重、叶干重、叶片厚、叶柄长、叶片长/宽则差异不显著，说明水分和养分对尾叶桉的生长及叶片大小的影响较大，而对其他性状影响较小。

根据相关性分析可得，叶片长与叶面积的相关系数最高，达0.99，表明叶面积具有随叶片长度变化而变化的趋势。舒枭等^[12]对厚朴(Magnolia office-nalis)的研究表明，叶片宽与叶面积的相关系数最大，达0.86。树高与叶尖角的相关系数呈显著负相关，相关系数为-0.288，说明树高随着叶尖角的增大而减小，反之亦然。张元燕等^[13]对麻栎(Quercus acutissima)表型性状变异的分析则表明叶片性状与生长性状间均呈负相关，部分结果与本研究的一致。莫晓勇等^[14]报道干形指标与其产量存在极显著的负相关，而树高、胸径之间存在显著的正相关。尾叶桉大多数性状间的相关系数呈显著或极显著正相关，说明尾叶桉在生长过程中各性状基本相互关联。可见，通过人为干预改良尾叶桉的一个或多个性状可使与其呈较强正相关性的另外一些性状一并得以改良。因此，在对多个性状进行改良时, 须留意性状间的相关性以提高育种效率。

根据主成分分析，前4个主成分的累积方差贡献率为98% (理论上80%~85%以上的累积贡献率即可认为具有较强的代表性)，说明这4个主成分能代表 13个性状的大部分信息，因此可选取这4个主成分作为尾叶桉13个性状选择的综合指标。尾叶桉间的差异主要体现在叶面积、树高、地径、冠幅以及叶尖角的不同，而徐斌等^[15]的研究表明，杜鹃红山茶(Camellia azalea)的主成分差异主要体现在叶面积、叶长、叶宽、宽基距和脉左宽上，说明主成分分析结果与参试资源有较大的关系。

桉树是华南地区最重要的产业化树种。利用多性状对尾叶桉无性系进行综合评价，以20%的入选率对无性系进行选择，无性系LDUA10、ZQUA9、ZQUA8和LDUA24入选，入选无性系树高、地径和冠幅较对照尾巨桉3229的遗传增益分别为5.0%、12.8%和14.5%。表明对无性系的选择具有较大的遗传增益，选择效果较好。本研究中，树高最高的无性系LDUA10，其X1 (叶鲜重)、X3 (叶片厚)、X5 (叶柄长)、X6 (叶长)、X8 (叶宽)、X9 (叶周长)、X10 (叶面积)也最大；地径较大的无性系ZQUA9, 其冠幅也相对较大，说明桉树无性系树高、地径存在显著正相关。因此，可根据性状间的相关性，实现从单一性状到多个性状的遗传改良。