栎属(Quercus)植物在全世界约有450余种，分布在北半球的亚洲、欧洲、北美洲和非洲大陆，中国约有51种(傅立国等，2001)，广泛分布于北温带至热带山地。栎属植物种类繁多, 形态和分布的多样性导致其分类、繁殖和进化的复杂性。栎属植物的生物多样性与种内、种间进化关系的研究一直是国内外研究热点之一(Kremer et al., 1993; Rushton, 1 993; Ubukata et al., 1999a; 1999b; Elsner, 1993;李俊清, 1996; Li et al., 2002;李进, 1998;李文英等，2002)。蒙古栎(Quercus mongolica)为我国落叶栎中分布最北的一个种，同时也是落叶栎类中抗逆性较强的种之一；同时是我国东北和华北地区针阔叶混交林的主要建群种，在维持地域生态平衡和生态系统恢复重建中有重要的作用，因此具有重要的生态价值和经济价值。有关蒙古栎种内遗传变异的研究很少(恽锐等，1998;刘喜仁等, 1997)，为了育种、造林和基因资源保存的目的，有必要对现有的蒙古栎天然林、天然次生林进行遗传多样性的研究。

遗传多样性为物种涵盖的群体间和群体内个体间遗传变异的总和，包括表型、生化、染色体、蛋白质、DNA和碱基序列等多层次遗传变异。表型是各种形态特征的组合，是生物遗传变异的表征，表型变异是遗传多样性研究的重要内容。叶形态是一个重要的形态特征，其与植物的营养和其他生理、生态因子，以及植物的繁殖密切相关，因而具有研究价值(Chechowitz et al., 1990)。果实和坚果性状的表型变异也是研究植物种群的一个重要组成部分(蔡永立等，1999), 而且果实形态往往是较稳定的遗传特征，在植物分类和遗传上具有重要的价值。采用遗传上较为稳定、不易受环境影响的性状研究表型多样性，可以揭示群体的遗传规律、变异大小。本文以蒙古栎顶芽、叶片、壳斗、坚果等形态特征为研究内容，主要目的是了解不同地理区域蒙古栎的表型变异程度，揭示其表型变异规律，为蒙古栎的遗传改良和生产应用提供参考依据，同时为揭示栎属植物种群进化和地理变异提供依据和试验方法。

1 材料与方法 1.1 群体选择与试验材料采集

2001年9月在我国蒙古栎自然分布区内选择了8个群体进行采样，采样地自然概况见表 1。选择蒙古栎为主要组成树种的群体，在选定的群体内选取30株个体采样，要求株间距离30 m以上。样木条件是：处于亚优势地位，生长正常，无严重缺陷，无明显病虫害。在群体内选定的每个植株树冠中部向南的当年生枝15 ~20个上，随机取顶端轮生叶15片，并取其顶芽作测试材料，分单株采集成熟的果实，从中随机取15个进行测定。

1.2 性状测定方法

根据桥诘隼人等(1994)提出的叶、壳斗和坚果形态参数测定方法测量所有形态参数。用直尺测定叶长、叶宽(叶片最宽处)、叶柄长，用游标卡尺测定壳斗高、壳斗直径、坚果长、坚果宽，计数当年生顶芽数量，测定中间顶芽长、中间顶芽宽。并定义叶、顶芽、坚果的长/宽为其形状指数，壳斗高/直径为壳斗形状指数。每群体测定30个个体，每个个体随机测定15个叶片(测量精度为0.01 cm)、15个壳斗(测量精度为0.1 mm)、15个坚果(测量精度为0.1 mm)、15个中间顶芽(测量精度为0.1 mm)。测定每个家系所有坚果质量，并计数，换算成坚果千粒重。

1.3 统计分析

对各性状采用巢式设计方差分析(李斌等，2002)，线性模型为：Y_ijk=μ+S_i+T_(i)j +ε_(ij)k。式中：Y_ijk为第i个群体第j个家系第k个观测值，μ为总均值，S_i为群体效应(固定)，T_(i)j为群体内家系效应(随机)；ε_(ij)k为试验误差。

为了与同工酶位点的基因分化系数(G_ST)相对应，葛颂等(1988)按下式计算出了反映群体间表型分化的值：定义V_ST=(δ_t/s²)/(δ_t/s² +δ_s²)。式中：δ_t/s²为群体间方差分量，δ_s²为群体内方差分量，V_ST为表型分化系数，表示群体间变异占遗传总变异的百分比。生态梯度综合值(EGA)是17个生态因子经过CA、PCA降维的综合值，能综合反映生态诸因素的综合效应，EGA的求算参见顾万春等(1997)、李斌等(2002)。表型数据经标准化后，利用NTSYSpc-2.02a软件(Rohlf, 1997)对表型数据采用非加权配对算术平均法(UPGMA)进行聚类分析(徐克学，1994)。其他统计运算按照常规方法并利用EXCEL5.0、SAS6.0软件包提供的有关程序进行。

2 结果与分析 2.1 蒙古栎群体间的形态变异特征

从表 2的方差分析结果看出，所研究的顶芽、叶片、壳斗、坚果的15个性状在群体间、群体内存在极显著差异。从表 3中各性状的均值及均值的多重比较结果可以看出，蒙古栎顶芽的形态特征在群体间存在极显著差异，以河北赞皇、宽甸群体的顶芽数最多，以大兴安岭群体的最少，表现为暖温带地区的顶芽数多于寒温带地区的趋势。顶芽形状指数(顶芽长/宽)以大青沟群体、雾灵山群体的较大，以大兴安岭、双鸭山、宽甸群体的较小，前者顶芽表现为较短而粗，后者顶芽较细长。

蒙古栎叶部形态特征在群体间存在显著差异，以嘉荫、蛟河、宽甸群体的叶较大，以大兴安岭群体、雾灵山群体的较小，基本为分布区北部和中西部群体的叶较小，分布区中东部群体的叶较大。叶形状指数(叶长/宽)以赞皇、雾灵山群体的最大，以嘉荫、双鸭山群体的最小，基本表现为随着地理经纬度的增加叶形状从倒卵状长椭圆形向倒卵状椭圆形变异。

蒙古栎坚果形态特征在群体间存在显著差异，以嘉荫、蛟河群体的坚果最大，以河北赞皇、雾灵山群体的坚果最小，基本为分布区的中东部群体的坚果较大，分布区西南部群体的坚果较小。坚果形状指数(坚果长/宽)以宽甸、雾灵山、赞皇的最大，以大兴安岭群体的最小，基本表现为随着地理经纬度的增加坚果从粗卵圆形向长卵圆形变异。蒙古栎坚果千粒重在群体间差异较大，最重的是嘉荫、蛟河群体的坚果，其平均千粒重为2 943.95 g，最轻的赞皇群体的坚果，平均千粒重为489.6 g，前者大约是后者的6倍。

蒙古栎壳斗形态特征在群体间存在极显著差异，嘉荫、蛟河、宽甸群体的壳斗较大，河北赞皇、雾灵山群体的壳斗较小，基本为分布区的北部和西南部边缘群体的壳斗较小，分布区中东部群体的壳斗较大。壳斗形状指数(壳斗高/径)以双鸭山、宽甸、大兴安岭群体的最大，表现为壳斗较深，以大青沟、雾灵山的最小, 表现为壳斗较浅。

2.2 蒙古栎群体内的形态变异特征

从表 4可以看出，蒙古栎顶芽、叶、壳斗、坚果4个生物学性状的平均变异系数有一定的差异，顶芽的平均变异系数最大(CV为28.54%), 其次为叶性状(CV为26.17%)、壳斗性状(CV为22.23%)，坚果性状(CV为15.49%)的变异系数最小，说明坚果较其他性状的稳定性高。而且顶芽、叶片、壳斗、坚果性状中均以其形状指数的变异系数最小，如顶芽长/宽(CV为15.47%)、叶长/宽(CV为14.51%)、坚果长/宽(CV为14.75%)，说明在群体内各性状的形状指数较单个性状稳定。在不同群体内每一性状的变异系数均有一定的差异，说明不同地区的环境异质性导致群体表型变异的差异。

进一步对各群体变异系数的比较(表 4)表明，河北赞皇群体、黑龙江大兴安岭的2个群体的顶芽、叶片、壳斗、坚果等性状的变异系数较大，平均变异系数为21.03%，说明这2个群体的表型多样性较丰富，而嘉荫、双鸭山群体的变异系数较小，平均变异系数为16.85%，这2个群体的表型多样性程度较低。

2.3 蒙古栎群体间表型分化

按巢式设计方差分量比组成分析了各方差分量占总变异的比例(表 5)。用群体间的方差分量占遗传总变异(群体间、群体内方差分量之和)的百分比表示群体间的表型分化系数V_ST。从表 5可以看出，顶芽、叶、壳斗、坚果性状V_ST的变异幅度为21. 66%~78.89%, 其中以顶芽、叶片、壳斗、坚果大小的V_ST较大，平均V_ST为69.14%, 说明顶芽、叶、壳斗和坚果的大小在群体间的变异高于群体内的变异，并以群体间变异占相对优势，但各性状的形状指数的表型分化系数相对较小，平均分化系数V_ST为29.53%, 说明各性状的形状指数较其他单个性状在群体间稳定，以群体内的变异为主。顶芽、叶、壳斗、坚果14个性状的平均分化系数V_ST为53.97%，说明群体间的变异略高于群体内的变异。

2.4 蒙古栎群体表型聚类分析

利用欧氏平均距离，采用UPGMA方法对8个群体顶芽、叶、壳斗、坚果表型数据进行聚类分析，结果如图 1所示。根据聚类结果基本可将蒙古栎分为4个类群。其中黑龙江嘉荫群体、双鸭山群体表型特征基本相近，吉林蛟河群体、辽宁宽甸群体与其较近，这4个群体为一类群；黑龙江大兴安岭群体单独为一类群；内蒙古大青沟、河北雾灵山群体表型欧氏距离相近，这2个群体为一类群；河北赞皇群体单独为一类群。总体上看，8个群体表型特征基本上依地理距离而聚类，说明群体间表型性状变异的连续性。对蒙古栎各群体表型欧氏距离与地理距离间的相关性分析(r=0.514 8)表明，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。

2.5 蒙古栎的表型变异与地理、气候因子间的相关性

由表 6可以看出，蒙古栎顶芽数与采种地的地理纬度呈显著的负相关，纬度低，顶芽数量多(r=-0.797^*)，低纬度地区，温度较高，顶芽数量较多; 顶芽数与年均温、1月均温呈显著正相关(r=0.754^*, r=0.811^**), 温度高的地方，顶芽数量也多。蒙古栎叶形状指数与经纬度呈显著负相关(r=-0.827^*，r=-0.669)，说明从南向北，从西向东，叶形状指数越来越小，叶形状从长倒卵形向宽倒卵形变异。蒙古栎坚果大小、坚果千粒重与经度呈显著正相关(r=0.916^**, r=0.819^*, r=0.894^**), 随着经度的增加，由西向东坚果偏大、偏重；坚果形状指数与地理经度、纬度呈显著负相关(r=0.706^*, r=0.752^*)，随着地理经度、纬度的增加，坚果形状指数逐渐减小，从南向北，从东向西坚果逐渐从近圆球形到椭圆形、长椭圆形变异；坚果大小与海拔高度呈显著负相关(r=-0.744^*, r=-0.723^*)，即随着海拔升高，坚果变小，反之亦然。

3 结论与讨论 3.1 蒙古栎的表型变异极其丰富

栎属植物种类繁多，形态、物候学、开花生物学等表型特征上存在很大差异，很多种表型变异非常大(Rushton, 1993)。Elsner(1993)对德国北部夏栎(Q. robur)和无柄栎(Q. petraea)叶片形态变异的研究发现, 除特殊叶片外，存在许多过渡型叶片，有些情况下，同一株树的叶片间也存在很大变异。本研究发现，蒙古栎种内存在着极其丰富的群体间、群体内变异, 蒙古栎8个群体顶芽、叶片、壳斗、种子15个性状差异显著，变异系数变化较大(14.39%~41.28%)。其中，坚果千粒重的变异系数最大，为41.28%；其次为顶芽性状，平均变异系数为28.54%；坚果性状的变异系数较小，平均为15.49%，说明坚果性状是较稳定的遗传特征。李建霖等(1999)对台湾不同种源青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)叶片、壳斗、坚果形态的变异研究认为，除青冈栎壳斗直径外，其他性状在各种源间均存在显著差异，表型变异系数为10.9%~20.9%。

蒙古栎顶芽、叶、壳斗、坚果性状的平均分化系数V_ST为56.09%，说明群体间的变异略高于群体内的变异，也即群体间的多样性程度大于群体内的多样性，这反映了群体基因与环境互作的复杂性及其适应环境选择压的广泛程度，是不同环境选择的结果，是群体分化的源泉。群体间的变异意义很大，因为分布在群体间的变异反映了地理、生殖隔离上的变异，群体间的多样性变异是种内多样性的重要组成部分(Daniel et al., 1989)。分布在群体间的变异真正反映了群体在不同环境中的适应状况，其大小在某种程度上说明了该生物对不同环境适应的广泛程度，值越大，适应的环境越广(庞广昌等，1995)。

3.2 蒙古栎的表型变异呈梯度规律性

蒙古栎广泛分布在西伯利亚的寒温带至华北的暖温带的广大山地，地理空间上温度、降水、日照长度、生长期等综合生态因子存在环境梯度，伴随着生态因子梯度变异，蒙古栎种内群体表型变异呈梯度规律性。其中那些受环境选择影响的形态或生理的表型性状在表达上将呈现梯度变异，如随着纬度北移和干燥度增加，顶芽数趋少，种子趋大趋重，种子形状从近球形变成长椭圆形，叶形状从长倒卵形向宽倒卵形变异。形态特征的变异往往具有适应意义，自然群体中保持大的变异贮存对群体是有利的，群体内多种基因型所对应的表型范围很多，从而使群体在整体上适应可能遇到的大多数环境条件，因此蒙古栎丰富的表型变异，也就是蒙古栎抗逆性强、适应性广的原因。

3.3 影响蒙古栎表型变异的因子较复杂

树种分布范围的大小是影响树木地理变异的主要因子。一般而言，树种分布区较大，则变异大；分布范围小变异小。另外，树种自然分布区内环境因素多样性也是影响林木地理变异的因子。分布区的环境条件越复杂，则种内群体的遗传变异愈大。Li等(2002)在对喜马拉雅山东部地区高山栎类(Q.suber)种群变异的研究表明，环境异质性越高，高山栎类变异越大，种群变异和物种进化与气候生境、地形地貌和土壤等环境的异质性密切相关。本项研究所选择的8个群体分布地理跨度大，分布在北温带至暖温带的大部分地区，气候差异大，如年均温从黑龙江大兴安岭的-3.0 ℃到河北赞皇的8.1 ℃，年降水量也差异较大(450~ 1 000 mm)，土壤条件也各不相同，有肥沃的暗棕壤，也有干旱瘠薄的沙壤土，因此分布区生态环境因子变化较大。而且，从蒙古栎的地理分布来看，蒙古栎呈间断的不连续分布，由于各地选择压的不同，再加上地理隔离造成的基因交流的不频繁，使得蒙古栎的表型变异较大。

3.4 蒙古栎遗传改良前景

蒙古栎为中国北方栎类的代表种，其分布区地形复杂，气候和土壤条件千变万化，通过长期的地理隔离、自然选择和人工选择，使得蒙古栎产生了极其丰富多样的种内变异，包括生长、顶芽、叶、壳斗、坚果特征。虽然本文所研究的都是表型变异，但它们是遗传型和环境因子共同作用的结果，表型变异必然蕴藏着遗传变异。表型变异越大，可能存在的遗传变异越大。根据蒙古栎丰富的自然变异情况，可以推断蒙古栎的改良前景是广阔的。蒙古栎53.97%的变异来自群体间，46.03%的变异存在于群体内，群体间的分化大大高于其他树种。因此，在遗传改良工作中，优良种源、优良群体和优良个体选择不容忽视。