新疆野杏種質(zhì)資源表型性狀多樣性研究

劉 娟，廖 康，劉 歡，曹 倩，孫 琪，趙世榮

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 特色果樹研究中心，烏魯木齊830052）

新疆野杏（Armeniaca vulgaris Lam．）屬薔薇科（Rosaceae）杏屬植物（Armeniaca Mill．）［1］，是一種珍貴的野生果樹資源，被認(rèn)為是世界栽培杏的原生起源種群，對世界栽培杏的馴化起過決定性的作用［2］。伊犁地區(qū)是中國野杏的重要集中地，其分布范圍與數(shù)量僅次于野蘋果［3］，1984年中國將伊犁野杏列入瀕危植物保護(hù)名錄［4］，對這一種質(zhì)的遺傳多樣性進(jìn)行研究可為杏的新品種選育奠定基礎(chǔ)。表型多樣性研究已成為種質(zhì)資源研究的重要內(nèi)容，也是物種遺傳多樣性研究的重要組成部分［5］，是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)，其觀測方法簡單、直觀，所以大多數(shù)植物種質(zhì)的鑒定目前仍是根據(jù)植物表型特征來進(jìn)行區(qū)分、分類和命名［6］。已有通過系統(tǒng)的表型多樣性方法對 蘋果［7］、梅［8］、毛櫻桃［9］、野生秋子梨［10］、野生櫻桃李［5］、野生巴旦杏［6］、野生蘋果［11］、板栗［12］和山楂［13］等樹種進(jìn)行了研究，并從一定程度上揭示了各樹種遺傳變異的規(guī)律。但對新疆野杏表型多樣性的研究較少，僅在何天明的研究中略有報道［2］，本研究以分布于新疆伊犁地區(qū)霍城縣大西溝、新源縣博爾賽和鞏留縣伊力格代3個主要分布區(qū)的野杏種質(zhì)資源為試材，對葉片、果實、果核和果仁等組織的形態(tài)特征進(jìn)行觀測，分析不同居群及群體形態(tài)性狀的多樣性和變異特點，為野杏種質(zhì)資源保護(hù)與利用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 試驗材料

2012～2013年，以新疆伊犁地區(qū)霍城縣、新源縣和鞏留縣的山區(qū)自然分布的野杏實生株系為試料，共計3個居群，135個單株樣本，分別進(jìn)行GPS定位，各取樣地內(nèi)單株間距離為100 m 以上，以避免采集到親緣關(guān)系較近的植株，各居群詳細(xì)取樣情況見表1。

1．2 觀測方法

以《杏種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［14］為參考依據(jù)，從葉片、果實、果核、種仁方面詳細(xì)調(diào)查形態(tài)特征，各指標(biāo)重復(fù)觀測10次，具體觀測項目指標(biāo)及方法見表2。

1．3 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)《杏種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［14］將非數(shù)值型性狀數(shù)值化，對非數(shù)值型性狀進(jìn)行賦值（表2），利用DPS 7．05數(shù)據(jù)處理軟件計算Simpson多樣性指數(shù)和Shannon－Weaver多樣性指數(shù)；利用Excel 2007和DPS 7．05數(shù)據(jù)處理軟件，分別計算數(shù)值性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、最大值、最小值、極值、Simpson和Shannon－Weaver多樣性指數(shù)；利用DPS 7．05軟件將各數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，進(jìn)行主成分分析，并計算歐氏遺傳距離，再利用MEGA

表1 新疆野杏種質(zhì)資源取樣信息Table 1 Information of wild apricot resources in Xinjiang

表2 新疆野杏種質(zhì)資源形態(tài)性狀觀測項目及記載標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Observation project and recorded standard of wild apricot resources morphological characters in Xinjiang

2 結(jié)果與分析

2．1 居群間表型多樣性分析

22個非數(shù)值型性狀的Simpson指數(shù)（表3），除了葉背絨毛、葉基形態(tài)、對稱性和仁飽滿4個性狀，其它18個性狀均為霍城居群最大，鞏留居群居中，新源居群最??；葉背絨毛的Simpson指數(shù)為新源居群最大，鞏留居群居中，霍城居群最小；葉基形態(tài)和對稱性的Simpson指數(shù)為鞏留居群最大，霍城居群居中，新源居群最??；3個居群果面茸毛的Simpson指數(shù)相等；仁飽滿的Simpson 指數(shù)為新源居群最大，霍城居群居中，鞏留居群最小。對于Shannon－Weaver指數(shù)來說，22個非數(shù)值型性狀的Shannon－Weaver指數(shù)均為霍城居群最大，鞏留居群居中，新源居群最小。從平均值來看，無論是Simpson指數(shù)還是Shannon－Weaver指數(shù)，均表現(xiàn)為霍城居群最高（0．979 9和4．729 9），鞏留居群居中（0．975 5和4．385 7），新源居群最?。?．944 7和3．241 9）。結(jié)果表明，野杏非數(shù)值型性狀的表型多樣性表現(xiàn)為霍城居群最豐富，鞏留居群次之，新源居群相對最差。

表3 新疆野杏非數(shù)值型性狀的多樣性指數(shù)分析Table 3 Diversity index analysis of non numeric characters of wild apricot in Xinjiang

對于13個數(shù)值型性狀的Simpson指數(shù)來說（表4），葉片長度（0．969 0）、葉片寬度（0．970 5）、葉柄長度（0．977 4）、葉 片 長 寬 比（0．990 5）、單 果 重（0．964 7）、果形指數(shù)（1．000 1）、硬度（0．966 7）、可溶性固形物（0．966 2）、核形指數(shù)（0．994 0）和仁形指數(shù)（0．988 8）10 個性狀均為霍城居群最高，鞏留居群居中，新源居群最低；鮮核重（0．987 4）和殼厚（0．989 0）兩個性狀表現(xiàn)為鞏留居群最高，霍城居群居中，新源居群最低；只有鮮仁重（1．067 4）表現(xiàn)為新源居群最高，鞏留居群居中，霍城居群最低。13個數(shù)值型性狀的Shannon－Weaver指數(shù)（表4）均表現(xiàn)為霍城居群最高，鞏留居群居中，新源居群最低。從平均值來看，均表現(xiàn)為霍城居群最高（0．981 9，4．770 1），其次為鞏留居群（0．978 6，4．416 0），新源居群最低（0．945 2，3．277 1）。結(jié)果表明，霍城居群的數(shù)值型性狀的表型多樣性最豐富，鞏留居群次之，新源居群的數(shù)值型性狀的表型多樣性最差，這與非數(shù)值型性狀的結(jié)果一致。

2．2 居群間的變異與遺傳穩(wěn)定性

由表4可知，各數(shù)值型性狀在不同居群內(nèi)的變異系數(shù)差異均較大，變異幅度分別為：霍城居群在6．16% ～42．22% 之 間，新 源 居 群 在7．39% ～54．58%之間，鞏留居群在6．71%～32．49%之間；3個居群變異系數(shù)的平均值表現(xiàn)為新源居群最大（23．36%），霍城居群居中（20．28%），鞏留居群最?。?0．15%）；各居群不同性狀的變異系數(shù)在6．16%～54．58%之間，每個居群只有個別性狀的變異系數(shù)低于10%，其余都在10%以上。說明各性狀在居群內(nèi)變異分化較明顯，且新源居群的變異分化要大于霍城居群和鞏留居群。

3個居群內(nèi)不同性狀間的平均值差異也較大，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)來看，霍城居群和新源居群均為果形指數(shù)的遺傳性較穩(wěn)定，鞏留居群內(nèi)葉片長寬比的遺傳性較穩(wěn)定；3個居群均以硬度的變異系數(shù)最大，另有單果重、鮮核重和殼厚的變異系數(shù)也普遍較大，遺傳穩(wěn)定性相對較差。

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2．3 居群間的遺傳關(guān)系

3個居群兩兩之間的歐氏距離在19．218 6～20．445 3之間（表5），其平均值為19．792 6，說明居群間的表型親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn)。其中，新源居群和鞏留居群之間的歐氏距離最遠(yuǎn)，為20．445 3；霍城居群和新源居群間的歐氏距離最小，為19．218 6。由此可以得出，霍城居群和新源居群的親緣關(guān)系最近，遺傳分化程度??；新源居群和鞏留居群的親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，遺傳分化程度大。

根據(jù)表5的歐氏距離，利用MEGA 3．1軟件，采用UPGMA 聚類法對野杏資源3個天然居群進(jìn)行聚類分析（圖1）。以距離系數(shù)10為標(biāo)準(zhǔn)，3個居群可聚為兩類：霍城居群和新源居群聚為第1類，鞏留居群為第2類；當(dāng)距離系數(shù)為9．5時，3個居群各自聚為一類。從聚類圖看出，霍城居群和新源居群親緣關(guān)系最近。

2．4 天然群體的主成分分析

在35個主成分因子中前14個特征值的累計貢獻(xiàn)率為80．64%（表6）。其中第1主成分占15．37%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是單果重、鮮核重、殼厚、鮮仁重、風(fēng)味和硬度；第2主成分占8．93%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是葉片長寬比、葉基形態(tài)、葉片形狀、葉片長度和葉片寬度，稱之為葉片性狀因子；第3主成分占8．41%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是果形指數(shù)、葉片長度、仁飽滿度、可溶性固形物和果頂；第4主成分占6．85%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是果形、著色類型、核粘離、硬度和風(fēng)味；第5主成分占6．00%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是葉片寬度、葉片長度、汁液、著色類型和葉柄長度；第6主成分占5．43%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是單果重、仁飽滿度、可溶性固形物、硬度和肉色；第7主成分占5．02%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是鮮核重、核粘離、果形、葉緣形態(tài)和葉尖形態(tài)；第8主成分占4．59%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是葉片顏色、鮮仁重、葉背絨毛、葉尖形態(tài)和風(fēng)味；第9主成分占4．08%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是仁味、殼厚、葉尖形態(tài)、肉色和可溶性固形物；第10主成分占3．93%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是可溶性固形物、葉片顏色、風(fēng)味、葉背絨毛和肉色；第11主成分占3．43%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是果面茸毛、葉背絨毛、果頂、核形和核面；第12主成分占3．24%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是葉背絨毛、果面茸毛、汁液、仁味和著色類型；第13主成分占2．73%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是葉緣形態(tài)、仁味、葉片顏色、著色類型和核粘離；第14主成分占2．65%，有較高載荷值的性狀指標(biāo)依次是果面茸毛、核面、仁味、肉色和核形（表6）。根據(jù)特征根、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率的基本情況表明，各性狀主成分累計貢獻(xiàn)率較分散，累計增加較緩慢。

表5 新疆野杏3個居群間基于35個表型性狀的歐氏距離Table 5 Euclidean distance of 3populations of wild apricot resources in Xinjiang for 35phenotypic traits

圖1 新疆野杏3個居群的UPGMA 聚類圖Fig．1 Dendrogram of UPGMA method cluster analysis of wild apricot in Xinjiang

3 討 論

3．1 居群的表型多樣性及親緣關(guān)系

Kostina等將栽培杏的700個品種劃分為4個地理生態(tài)群［15］，各生態(tài)群的杏品種之間在樹體和果實等方面由于長期的生態(tài)適應(yīng)發(fā)生了明顯的性狀差異［16］，新疆野杏作為世界杏的起源種，其遺傳多樣性極為豐富。從研究結(jié)果可以看出，新疆野杏種質(zhì)資源的不同性狀在不同的居群之間表現(xiàn)出了不同程度的多樣性。非數(shù)值性狀的Simpson指數(shù)和Shannon－Weaver指數(shù)表現(xiàn)為霍城居群最高，鞏留居群居中，新源居群最??；數(shù)值性狀的Simpson 指數(shù)和Shannon－Weaver指數(shù)均表現(xiàn)為霍城居群最高，其次為鞏留居群，新源居群最低。說明霍城居群的表型多樣性最豐富，鞏留居群居中，新源居群的表型多樣性最差，所以在進(jìn)行資源保護(hù)時要優(yōu)先保護(hù)霍城居群。

歐氏距離反映居群間的遺傳分化程度和親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，是衡量居群間物種種源變異水平的重要指標(biāo)。3個居群間表型性狀的歐氏距離在19．218 6～20．445 3，新源居群和鞏留居群的親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，遺傳分化程度大，二者間的歐氏距離為20．445 3；霍城居群和新源居群的親緣關(guān)系最近，遺傳分化程度小，二者間的歐氏距離為19．218 6。

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對于野杏3個居群的遺傳多樣性和親緣關(guān)系所表現(xiàn)的這種關(guān)系，可能與樣本量的大小也有關(guān)系，樣本量大所涵蓋的表型表現(xiàn)較多，從而多樣性就豐富，反之，如果樣本量小，有可能所搜集的表型表現(xiàn)會不夠全面，從而導(dǎo)致多樣性相對較差，這就需要在今后的研究中對其進(jìn)一步進(jìn)行研究驗證。同時，由于表型性狀受環(huán)境條件及主觀因素影響很大，所以通過形態(tài)來分析果樹表型多樣性具有一定的局限性，最好結(jié)合同工酶標(biāo)記、分子標(biāo)記等不受環(huán)境及主觀因素影響的方法對表型多樣性進(jìn)行鑒定。

3．2 居群的遺傳及變異

表型等性狀既具有變異性又具有穩(wěn)定性，受其本身的遺傳組成和生態(tài)環(huán)境兩方面的影響，是生物適應(yīng)其生態(tài)環(huán)境的表現(xiàn)形式［17］。表型變異必然蘊(yùn)藏著遺傳變異，表型變異越大，可能存在的遺傳變異越大［18］。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的數(shù)值大小可以判斷各個居群各數(shù)值型表型性狀的變異幅度［19］。若居群間表型性狀的平均值相差較多，單看標(biāo)準(zhǔn)差并不能準(zhǔn)確地說明居群某一表型性狀的變幅大小，為了更客觀準(zhǔn)確地說明各性狀的變異程度，還要結(jié)合變異系數(shù)來分析，變異系數(shù)是品種間表型性狀變異程度的反映，越大說明該表型性狀在品種間的差異越大，遺傳多樣性越豐富，越有可能利用該性狀來鑒別品種，變異系數(shù)小說明遺傳穩(wěn)定性較好，不易受到環(huán)境等因素的影響［20－21］。本研究中13個數(shù)值型性狀的標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和極差的研究結(jié)果可以看出：同一性狀在居群間均有較大的差異，且同一居群內(nèi)的各個性狀也有較大差異，變異系數(shù)的變異幅度在6．16%～54．58%之間，只有個別性狀的變異系數(shù)低于10%，其余都在10%以上，各性狀在居群間變異分化較明顯。霍城居群和新源居群均為果形指數(shù)的遺傳性較穩(wěn)定，鞏留居群內(nèi)葉片長寬比的遺傳性較穩(wěn)定；3個居群均以硬度的變異系數(shù)最大，另有單果重、鮮核重和殼厚的變異系數(shù)也普遍較大，遺傳穩(wěn)定性相對較差，與前人研究基本一致。馮濤等［22］認(rèn)為新疆野蘋果不同居群均以果實縱徑、橫徑及果形指數(shù)等形態(tài)性狀的變異相對穩(wěn)定；周龍等［5］也發(fā)現(xiàn)野生櫻桃李各天然群體間各個性狀中果形指數(shù)的變異系數(shù)最小，最為穩(wěn)定。

3．3 表型性狀的主成分分析

主成分分析是指將原來較多的指標(biāo)簡化為少數(shù)幾個新的綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計方法［23］，其主要作用是將多個變量通過線性組合構(gòu)成為數(shù)不多的新變量，而且每個新變量盡可能包含原始變量的信息。本研究在構(gòu)成主成分的信息中篩選出了14個性狀主分量，包含的總遺傳信息為80．64%，表明葉片長度、葉片寬度、葉片長寬比、葉基形態(tài)、葉尖形態(tài)、著色類型、單果重、鮮核重、鮮仁重、果實形狀、可溶性固形物等性狀是造成野杏種質(zhì)表型差異的主要因素。以往的一些研究，周龍等［5］從14個主成分因子中提出前6個特征值，其累計貢獻(xiàn)率為88．76%，說明主成分因子足以代表原始因子所代表的大部分信息，而本研究中根據(jù)各自特征根、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率的基本情況表明，提取出的14個主成分的累計貢獻(xiàn)率較分散，累計增加較緩慢，主成分分析得出的主分量反應(yīng)總體遺傳信息的能力相對較弱，在材料選擇時不能把主分量作為唯一的評價標(biāo)準(zhǔn)。

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