新疆野蘋果F₁代果實性狀的相關分析和主成分分析

張艷敏等

摘要：以4年生新疆野蘋果×富士雜交F1代群體為試材，對19個果實品質(zhì)指標進行測定，利用相關分析和主成分分析從功能基因研究和品系選育兩個角度對各指標的遺傳變異進行考察。結果表明：（1）與栽培蘋果相比，F(xiàn)1代在果實質(zhì)地、花色苷有關性狀之間的相關性存在差異：鈣與果實質(zhì)地的3個指標相關性不顯著；花色苷與糖含量相關性不顯著，但與鈣、鉀含量相關性極顯著。鈣與多個指標極顯著相關，可作為功能基因研究的重點。（2）從主成分貢獻率看，果實質(zhì)地、礦質(zhì)元素、果實大小、花色苷含量4個主成分在遺傳信息中占的比重較大，是下一步功能基因研究的切入點，也是進行品質(zhì)綜合評價的重點考察對象。加大對果實質(zhì)地、果實大小、花色苷含量的考察可提高育種效率。（3）對主成分綜合得分排序，根據(jù)不同育種目標選擇綜合性狀優(yōu)良的個體，是新疆野蘋果在育種中利用保存的有效捷徑。

關鍵詞：新疆野蘋果；F1代；主成分分析；相關分析

中圖分類號：S661.101 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）08-0019-06

蘋果是世界四大水果之一_[1]， 在我國果樹產(chǎn)業(yè)中占有重要地位_[2]。新疆野蘋果[塞威氏蘋果，Malus sieversii （Ldb）Roem] 很有可能是現(xiàn)代栽培蘋果（或西洋蘋果Mdomestica Borkh） 的祖先種_[3]。對新疆野蘋果的考察評價目前已比較系統(tǒng)，馮濤等_[4]發(fā)現(xiàn)新疆野蘋果在多酚物質(zhì)、礦質(zhì)元素、糖酸組分和果實形態(tài)方面都具有豐富的遺傳多樣性，總酚、鈣、鎂、蘋果酸含量分別是栽培品種（紅星、金帥、富士）的51、31、14、35倍，但存在單果重小、果實質(zhì)地差的不足。構建新疆野蘋果的分離群體，進一步進行品系選育和推廣，是對其進行品質(zhì)改良的重要途徑。美國Forsline等_[5]對新疆野蘋果和嘎啦等栽培品種雜交后代的抗病性和單果重進行研究，發(fā)現(xiàn)單果重在分離群體中存在廣泛多樣性，且多樣性與地域有關，指出單果重可為果實品質(zhì)改良提供參考。因此，利用雜交后代果實性狀變異進行研究并綜合評價，是品系選育的基礎，對新疆野蘋果特有基因的持續(xù)利用意義甚大。但目前有關新疆野蘋果分離群體果實性狀的系統(tǒng)研究鮮有報道。

目前在研究作物親本各數(shù)量性狀之間關系及對品種進行綜合評價時則越來越多地運用主成分分析法。主成分分析是把多個指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標的一種統(tǒng)計分析方法，也就是以原始各變量的相關性為基礎，在保留原始變量信息的前提下，達到以互不相關的較少個數(shù)的綜合指標（主成分）來反映原始指標所提供信息、簡化問題的目的_[6]。李清華等_[7]利用主成分分析對27份花生種質(zhì)資源進行遺傳距離測定，并從中選出10份綜合性狀理想的材料作為雜交親本。蘋果果實性狀為育種選擇的主要性狀，多為數(shù)量性狀，指標眾多，難以進行綜合評價，且受人為主觀影響較大。因此，主成分分析法可為蘋果新品系選育提供便捷途徑。

本研究以新疆野蘋果的一個類型——紅肉蘋果（Malus sieversii f neidzwetzkyana（Dieck） Langenf）為父本、質(zhì)地優(yōu)良的栽培品種富士為母本構建雜交F1代群體，對與果實大小、質(zhì)地、總酚、花色苷、礦質(zhì)元素等有關的19個指標進行測定，并進行相關性研究和主成分分析，旨在為新疆野蘋果高效基因研究和品系選育提供基本資料。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗于2006～2011年在山東農(nóng)業(yè)大學果樹生物學實驗室及泰安市橫嶺果樹育種基地進行。試材為富士×紅肉F1代130個單株。2006年春進行雜交，2007年F1定植于泰安市橫嶺育種基地，果園光照良好，砂質(zhì)壤土，土層深厚，土壤肥力中等，果園覆草，植株處于自然生長狀態(tài)。2010～2011年雜種苗陸續(xù)開花坐果。根據(jù)植株生長狀況，2010、2011年7～9月果實達到可食狀態(tài)時每個單株采集5～15個果實，在山東農(nóng)業(yè)大學果樹生物學實驗室進行相關指標的測定。

1.2測定方法

單果重、果實縱徑、果實橫徑、可溶性固形物含量、果肉硬度參見《蘋果種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》_[8]，其中果肉硬度采用GY-1型手持式硬度計測量。采用常壓加熱干燥法_[9]測定果肉含水量。

花色苷的測定參考馮守千等_[10]的方法并加以改進，以1%鹽酸甲醇為提取溶劑，從每個植株的果實中共削取1 g果皮、用打孔器共打取2 g柱狀果肉，果皮取樣要覆蓋到不同的顏色區(qū)域。分別加入10 ml提取液研磨成漿轉(zhuǎn)入離心管放入4℃冰箱提取一晝夜，期間震蕩2～3次。離心取上清于527 nm和600 nm測吸光度，以二者吸光度之差表示該植株果實花色苷含量。重復測量3次取平均值。

利用蒽酮法測定可溶糖_[11]；酸堿中和法測定可滴定酸_[12]；福林酚顯色法測定果皮與果肉中總酚含量；直接碘量法測定果肉維生素C含量_[13]。

利用TAXT plus型質(zhì)構儀（Stable Micro System， UK）測定果皮硬度和脆度。選用P2型號探頭 （直徑2 mm）對果皮進行穿刺，方向垂直于果實赤道面。將探頭壓力（kg）隨時間（s）變化繪制成曲線_[14]。以曲線前一上升部分的斜率為果皮脆度，最高值讀數(shù)為果皮硬度。所有果實的平均值即為該植株的硬度與脆度值。

利用原子分光光度計測定果肉鈣、鎂、鐵、鉀含量_[15]。

單果重、果實縱徑、橫徑、質(zhì)地、果肉含水量、可溶性固形物等物理指標各重復測定2次取平均值；可溶糖、可滴定酸、總酚、礦質(zhì)元素、維生素含量等化學指標重復3次取平均值。

2結果與分析

2.1果實數(shù)量性狀的變異分析

根據(jù)F1主要品質(zhì)指標的統(tǒng)計結果（表1），除果肉含水量變異微小外，其他性狀均有較大幅度變異。其中維生素C、果肉花色苷、鐵含量出現(xiàn)了強烈變異（CV>100%），變異系數(shù)分別高達36810%、26768%、13594%。其他性狀均為中等程度變異?？梢奆1代絕大部分性狀發(fā)生復雜而多樣的分離，個體間差異大，選擇范圍寬，可以從中篩選出綜合性狀優(yōu)良的個體。

2.2果實數(shù)量性狀的相關性分析

從表2看出， F1代果實指標間相關性非常豐富，根據(jù)各性狀間的相關性，可以對雜交群體進行間接選擇_[16]。其中，果實縱徑、橫徑與果肉花色苷呈顯著負相關（相關系數(shù)分別達到-0329*和-0368**），單果重與果皮、果肉硬度呈極顯著負相關。這表明，以果肉和果實質(zhì)地為育種目標，果實大小很可能成為限制因素。果肉硬度與果皮硬度呈極顯著正相關，且相關性較強（0831**），二者與果皮脆度都呈極顯著的正相關性（相關系數(shù)都在055以上），也可為果實質(zhì)地的準確描述提供參考_[17]。

2.3果實性狀間的主成分分析

對F1代130個單株19個性狀進行主成分分析，以累計貢獻率大于80%為標準，入選8個主成分，對F1代果實品質(zhì)的累計貢獻率為8075%，可近似代表19個性狀的全部遺傳變異信息。入選主成分及相應的特征向量見表3。

3討論

3.1果實各指標的相關性分析

Poovalah_[19]發(fā)現(xiàn)，鈣在植物體內(nèi)可結合成鈣調(diào)蛋白，作為信號分子參與多種生理活動的調(diào)節(jié)。本研究發(fā)現(xiàn)鈣與果肉花色苷、可溶糖、鉀、鎂相關性極顯著，與鐵存在顯著性相關。這一方面驗證了前人的結論，另一方面可能受新疆野蘋果鈣的高效基因型影響。新疆野蘋果在長期進化中形成了鈣的高效基因型，單株鈣含量普遍較高_[20]。因此本研究的4種礦質(zhì)元素中，鈣應為研究的重點。

在一定范圍內(nèi)，糖含量與花色苷呈高度正相關_[21]，本研究觀察到果肉花色苷含量與可溶糖相關性不顯著，但與鈣、鉀呈極顯著正相關，前人證明鉀可促進光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運和糖的積累_[22]。F1代紅肉個體在果實發(fā)育初期便開始花色苷的積累，這是一種組成性表達，而栽培蘋果花色苷積累受光照、溫度等影響，是選擇性表達。Espley_[23]發(fā)現(xiàn)與栽培蘋果相比，紅肉蘋果MYB10基因啟動子存在6個重復序列，導致花色苷合成過量表達。因此，F(xiàn)1代果肉花色苷與糖含量相關性不顯著可能由于糖含量低于或超出限定范圍，但更有可能是由于其與栽培蘋果花色苷代謝存在差異。Siddiqui等_[24]發(fā)現(xiàn)，鈣與果實質(zhì)地代謝密切相關，但本研究中發(fā)現(xiàn)鈣含量與果實質(zhì)地有關的3個指標都不存在顯著相關性。這些與栽培蘋果果實性狀相關性的差異可以為新疆野蘋果花色苷和果實質(zhì)地代謝調(diào)控研究提供參考。

3.2果實各指標的主成分分析

在實際工作中，對研究對象用多個測量指標進行描述是經(jīng)常遇到的問題，指標過多必然會增加統(tǒng)計分析的復雜性。主成分分析可以在保證原始信息完整性的基礎上，降低變量維數(shù)，使問題簡化。

劉遵春等_[25]在新疆野蘋果研究中運用主成分分析法對構建的核心種質(zhì)進行驗證，將包含花、葉、果實的15個指標歸納為5個主成分，累計貢獻率為8399%。本研究以累計貢獻率大于80%為標準，提取了原始變量的大部分信息，19個指標入選8個主成分。從貢獻率來看，各主成分相差不是很大， 表明各性狀的貢獻率分散，累積貢獻率增長不明顯，說明性狀變異的多向性。

殷冬梅和朱宗河等_[26，27]分別在花生和甘藍種質(zhì)資源評價中運用主成分分析，并在此基礎上以聚類分析為手段建立綜合評價體系。從聚類結果中選出性狀互補的組合為親本為下一步雜交育種提供參考。本研究從新品系選育的角度出發(fā)，根據(jù)各主成分在原始信息中的權重建立綜合評價模型，依不同的育種目標選取全部或某幾個主成分計算綜合得分，目的性較強，選出個體性狀穩(wěn)定后可直接無性繁殖參與品種試驗。除對所有性狀綜合考察外，還可根據(jù)不同的育種目標和各主成分意義，篩選出某方面性狀優(yōu)良的個體，為下一步育種工作提供試材。以果實質(zhì)地和加工制汁為育種目標，應主要對第一、七主成分（加工制汁因子）分別考察。對第四、六主成分的綜合得分進行排序，從得分高的個體中更能選擇出花色苷和酚類含量較高的保健品種_[28，29]。

貢獻率的大小反映主成分包含信息的多寡。李向華_[30]對中國春大豆資源進行主成分分析，根據(jù)第一、二主成分（分別為莢數(shù)、籽粒因子）貢獻率較大，指出二者獲得改進的可能性更大一些。從本研究各主成分貢獻率看，前4個主成分主要是與果實質(zhì)地、礦質(zhì)元素、果實大小、花色苷含量有關的因子，在遺傳信息中占的比重較大，在原始指標中信息的覆蓋面廣，更容易獲得改進，因此果實質(zhì)地、礦質(zhì)元素、果實大小、花色苷含量可作為功能基因利用的切入點，也是果實綜合評價的重點。相反，果實總酚貢獻率較低，進行品質(zhì)改良的難度相對較大。前4個主成分中，果實質(zhì)地、大小、花色苷含量簡便易測，加大對它們的考察，對于提高育種效率具有重要意義。

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