刺葡萄葉與花和果實及種子的表型性狀研究

王美軍，黃樂，劉昆玉，楊國順，鐘曉紅，徐豐，白描，金燕，石雪暉

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刺葡萄葉與花和果實及種子的表型性狀研究

王美軍1,2，黃樂1,2，劉昆玉1,2，楊國順1,2，鐘曉紅1,2，徐豐1,2，白描1,2，金燕1,2，石雪暉1,2*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，湖南長沙410128；2.湖南省葡萄工程技術研究中心，湖南長沙410128)

以25個不同類型的刺葡萄(21個引自湖南，1個引自福建，3個引自江西)為試材，以葉形結構特征、花器官性狀、果實外觀性狀和種子表型性狀為指標，采用分類學性狀變異分析和主成分分析方法對16個分類性狀進行綜合分析。結果表明：不同類型的刺葡萄其葉形結構值有所不同，其中有3組的葉形編碼值相同，即澧縣–4刺葡萄與吉首–1刺葡萄、澧縣–5刺葡萄與吉首–3刺葡萄、芷江60Co刺葡萄與望城刺葡萄，葉片形態(tài)主要表現(xiàn)為三裂淺緣或全緣；根據(jù)極軸與赤道軸比和刺葡萄子房形態(tài)特征可得知刺葡萄雄能花，子房退化，形狀不規(guī)則；兩性花與雌能花子房形態(tài)分為4類，即窄圓錐形、較窄圓錐形、廣圓錐形和較廣圓錐形，大多數(shù)為較廣圓錐形；刺葡萄果穗重與果粒重的變化幅度較大，果粒主要為圓形，果皮顏色表現(xiàn)為綠粉色、紫紅色和紫黑色；刺葡萄種子為長橢圓形，無種表橫溝；在分類學性狀變異分析中，16個分類性狀的變異范圍為5.03%～28.52%，平均變異系數(shù)為12.46%，其中果實粒重的變異最大，變異系數(shù)為28.57%，種子長度的變異最小，變異系數(shù)為5.03%；在主成分分析中，第1主成分是果粒的形態(tài)性狀，第2和第3主成分是葉片的形態(tài)特征值，第4主成分是種子的形態(tài)性狀，4個主成分累計貢獻率達83.168%。

刺葡萄；葉；花；果實；種子；表型性狀

刺葡萄(Fo?x.)是葡萄科葡萄屬東亞種群的一種野生種質(zhì)資源，主要分布在中國的羅霄山脈、武夷山脈、雪峰山脈和武陵山脈等地，長期處于野生狀態(tài)，小枝無毛，其典型的形態(tài)特征是幼枝及葉柄部位著生皮刺[1]。刺葡萄在南方濕熱的氣候條件下，具有較強的抗旱、抗?jié)衬芰2]，其對黑痘病、白粉病、白腐病、灰霉病、炭疽病等病害的抗性極強[3]，可用作砧木，為耐濕熱與抗病的重要資源。因其具備多種優(yōu)良的抗性，對刺葡萄的研究越來越多。早期相關學者對刺葡萄種質(zhì)資源遺傳多樣性的分析主要集中在形態(tài)、分子標記[4]和孢粉學[5]等方面，而對刺葡萄表型性狀分類的系統(tǒng)研究報道較少。

本研究以25個不同類型的刺葡萄(其中21個引自湖南，1個引自福建，3個引自江西)為試材，用表型遺傳相對較穩(wěn)定的葉片、花、果實、種子等器官的表型特征為指標，采用分類學性狀變異分析和主成分分析方法對16個分類性狀進行綜合分析，現(xiàn)將結果報道如下。

1　材料與方法

1.1材料

供試材料為湖南農(nóng)業(yè)大學葡萄種質(zhì)資源圃25個刺葡萄類型，其中21個引自湖南，1個引自福建，3個引自江西(表1)。

表1　供試材料

1.2方法

1.2.1葉形結構特征

根據(jù)Galet[6]建立的葉表現(xiàn)型分類法，于2013年分別選取各刺葡萄類型的枝條第7節(jié)位完整成熟的10片葉，采用直尺測定刺葡萄葉形結構數(shù)值，即測定葉片的中脈長(1)、上側(cè)脈長(2)、下側(cè)脈長(3)、底側(cè)脈長(4)、葉寬()、上側(cè)脈與中脈的夾角()、下側(cè)脈與上側(cè)脈夾角()、底側(cè)脈與下側(cè)脈的夾角()。由測得的數(shù)據(jù)計算各品種的葉片結構特征數(shù)值：葉片編碼值=2/1，葉片編碼值=3/1，葉片編碼值=4/1，葉片編碼值=1/，葉片編碼值′=+，葉片編碼值′=++。參照Galet的數(shù)值代碼表查得各品種的葉片特征描述編碼(記為ABC–R– S′R′)，通過編碼進行品種間分析比較。

1.2.2花器官性狀

于刺葡萄盛花期(2013年4月下旬至5月中旬)，每個類型采集10個花序，并分別從花序的上、中、下部位分別采集4個花蕾，觀察刺葡萄花器官外觀形態(tài)[7]，通過Motic 5000體視顯微鏡掃描獲取刺葡萄的子房極軸長()和赤道軸長()，根據(jù)子房的極軸長與赤道軸長之比，即/值評判子房的大小和形態(tài)。

1.2.3果實性狀

于刺葡萄成熟期(2013年9月中、下旬)，每個類型分別采集成熟度一致的果穗2穗，共8穗。測定8穗果穗質(zhì)量、20粒果粒質(zhì)量；用游標卡尺測定果粒縱徑、橫徑及果刷長度，根據(jù)縱橫徑比判定果粒形狀，記錄果皮顏色。

1.2.4種子特性

每個刺葡萄類型選取20粒果實的種子，用電子數(shù)顯游標卡尺測定種子縱徑、橫徑、厚度，根據(jù)縱徑與橫徑的比值判定種子形狀；觀察種子種臍，將其量化分為凸出和不凸出。隨機數(shù)取100粒種子，8次重復，分別稱取其質(zhì)量(精度為0.001 g)，小數(shù)點位數(shù)與凈度分析的規(guī)定相同。參照種子質(zhì)量測定方法測定種子百粒重。

1.2.5數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件計算葉片、花器官、果實、種子等各性狀的最大值、最小值、平均值、標準差、變異系數(shù)；運用SPSS 17.0軟件進行方差分析與相關性分析和多重比較。

2　結果與分析

2.1刺葡萄的葉形結構特征

編碼值能反映刺葡萄葉片的形態(tài)與大小，其值的相似性與刺葡萄種質(zhì)資源的親緣關系呈正相關，通過比較能基本判斷品種的形態(tài)。由表2可看出，不同刺葡萄類型的葉片結構特征數(shù)值有所不同，其中3組(編號14和21、15和23、6和24)刺葡萄類型的葉型編碼值相同。刺葡萄葉形相似度較高，主要表現(xiàn)為三裂淺緣或全緣，雄株葉形較其他類型小。

表2　刺葡萄的葉形特征值及編碼值

2.2刺葡萄的花器性狀

2.2.1花器外觀形態(tài)

刺葡萄花較小，花為黃綠色。刺葡萄完全花表現(xiàn)為子房上位，花藥與柱頭齊平，由花梗、花托、花萼、蜜腺、子房、花絲、花藥、柱頭組成。圓形的蜜腺5個。雄蕊4～7個?；ò曛另敳亢仙纬擅弊?，開花時基部掉落，花瓣基部的花萼合生。雌能花花絲短、雄蕊直立，子房正常；雄能花花絲長且子房退化。雌能花的花柱相對兩性花和雄能花的花柱小，雌能花與兩性花的花柱為淺裂狀。

2.2.2子房大小與形狀

由表3可知，刺葡萄子房極軸長()變化范圍0.56～3.07 mm，赤道軸長()變化范圍0.95～1.68 mm，子房/值為0.58～2.58。5號中方–2刺葡萄類型子房/值最大，為2.58 mm，1號瀏陽刺葡萄雄株類型花粉/值最小，為0.58 mm。依據(jù)極軸與赤道軸長之比和刺葡萄子房形態(tài)特征，可以得出，1號瀏陽刺葡萄為雄能花，子房退化，形狀不規(guī)則。刺葡萄兩性花與雌能花子房形態(tài)分為4類，即窄圓錐形(/值為＞2.5)、較窄圓錐形(/值為＞2.0～2.5)、廣圓錐形(/值為＜1.5)和較廣圓錐形(/值為≥1.5～2.0)，大多為較廣圓錐形。

表3　供試刺葡萄的花器形態(tài)

同列不同字母表示差異顯著。

2.3刺葡萄果實的外觀性狀

刺葡萄果穗質(zhì)量91.3～240.5 g，果粒質(zhì)量1.24～4.27 g，果穗質(zhì)量與果粒質(zhì)量的變化幅度較大。根據(jù)果?？v橫徑比，1.0～1.1為圓形；＞1.1～1.3為橢圓形。從表4可知，刺葡萄果?？v徑與橫徑比1.03～1.13，可得知刺葡萄果粒主要表現(xiàn)為圓形。圓形果粒的橫徑為13～18 mm，屬中型果粒；在＞18～22 mm，屬大型果粒。果皮顏色表現(xiàn)為綠粉色、紫紅色和紫黑色，其中20號白刺葡萄果皮為綠粉色，10號福建刺葡萄、13號江西–7刺葡萄和15號澧縣–4刺葡萄果皮為紫紅色，其余19份刺葡萄類型果皮顏色為紫黑色。

表4　刺葡萄果實的外觀性狀

表4(續(xù))

編號1是雄株，編號17是雌株，不結果實，表中未列入。

2.4刺葡萄種子的性狀

如表5所示，供試刺葡萄種質(zhì)成熟果粒的種子數(shù)為2～4，以3～4粒居多，在葡萄屬植物中屬于種子數(shù)中等的資源。根據(jù)百粒重劃分范圍，中方–2刺葡萄、中方–2刺葡萄等4份屬于低類型(2.0～2.9 g)；紫秋刺葡萄、芷江60Co輻射刺葡萄等6份屬于較低類型(＞2.9～3.6 g)；沅陵刺葡萄、江西–10刺葡萄等12份屬于中等類型(＞3.6～4.4 g)；吉首–2刺葡萄屬于較高類型(＞4.4～5.0 g)。依據(jù)果樹資源調(diào)查手冊規(guī)定，種子長度為5～7 mm為中等大小，23份刺葡萄類型種子長度變化范圍5.353～6.341 mm，種子屬中等類型。刺葡萄種子縱橫徑比為1.27～1.51，均為長橢圓形。供試材料中有8份刺葡萄種質(zhì)材料的種子種臍明顯，均無種表橫溝。

表5　刺葡萄種子的性狀

表5(續(xù))

編號1是雄株，編號17是雌株，不結果實，表中未列入。

2.5分類學性狀的變異分析

植物的資源豐富性可通過分類性狀變異的程度間接反映。從表6可以看出，果實粒重的變異最大，變異系數(shù)為28.52%；種子長度的變異最小，變異系數(shù)為5.03%，21號(吉首–1刺葡萄)種子的最短，為5.35 mm，4號(中方–1刺葡萄)種子的長度最長，為6.45 mm。就16個分類性狀而言，變異范圍5.03%～28.52%，平均變異系數(shù)為12.46%。

表6　刺葡萄分類學性狀的變異分析結果

2.6分類學性狀的主成分分析

對刺葡萄的16個性狀進行主成分分析，通過相關的特征值和特征向量，選取了前4個(PC1、PC2、PC3、PC4)作為評價的主成分，累積貢獻率為83.168%(表7)。第1主成分獨立貢獻率為33.978%，以果粒縱徑、果粒橫徑、果粒質(zhì)量和果刷長度為主，可看作是果實的形態(tài)性狀；第2主成分獨立貢獻率為23.489%，以葉片編碼值、、和為主；第3主成分獨立貢獻率為13.858%，以葉片編碼值R和為主，第2主成分和第3主成分可看作是葉形態(tài)特征值；第4主成分獨立貢獻率為11.843%，以種子厚、種子長、種子寬、百粒重為主，可看作是種子性狀。

表7　刺葡萄分類學性狀的主成分分析結果

3　結論與討論

本研究所用的25份刺葡萄資源，生長環(huán)境一致，在最大程度上消除了環(huán)境中的各因素與基因因子互作效應對刺葡萄表型的影響。通過選取遺傳穩(wěn)定、受環(huán)境影響變異小的花器官、葉片、果實、種子，這些表型性狀能涵蓋刺葡萄的基本形態(tài)特征，性狀穩(wěn)定，能客觀地反映刺葡萄種內(nèi)遺傳多樣性的大小，能為刺葡萄的選育與資源利用提供依據(jù)。

刺葡萄的16個分類性狀變異范圍為5.03%～28.52%，表明刺葡萄在花器、葉片、果實和種子性狀上存在豐富的遺傳多樣性，這與徐豐[4]通過不同類型的刺葡萄葉片、果實進行分類研究的結果一致。刺葡萄的葉片變異率要小于花器與果實性狀，這與在單子葉植物中一般認為營養(yǎng)器官的變異要大于生殖器官的變異的觀點相左，原因可能是果實的性狀如果穗質(zhì)量、果粒質(zhì)量和果實內(nèi)質(zhì)等與樹齡、栽培技術及所處的環(huán)境都有一定的關系。陳學軍等[8]在研究辣椒花器與果實性狀的遺傳相關性中發(fā)現(xiàn)子房形態(tài)指數(shù)與果形指數(shù)呈極顯著正相關，而本研究中刺葡萄子房形態(tài)與果形不呈正相關，這可能與子房的結構及花粉的育性有關。

主成分分析結果表明，果實性狀、葉片特征和種子性狀的累計貢獻率達到83.168%，能直觀地反映種質(zhì)的親緣關系。不同刺葡萄類型的表型性狀各不相同，在花器、果實、種子和葉片等性狀中，花器形狀、種子百粒質(zhì)量、種臍、葉片形狀和果皮顏色等是較穩(wěn)定的性狀，涵蓋刺葡萄的基本形態(tài)特征，能客觀地反映刺葡萄種內(nèi)遺傳多樣性的大小。

參考文獻：

[1] 石雪暉，楊國順，劉昆玉，等．湖南省刺葡萄種質(zhì)資源研究進展[J]．中外葡萄與葡萄酒，2014(4)：47–49．

[2] 金燕，石雪暉，熊興耀，等．刺葡萄種質(zhì)資源的研究與利用現(xiàn)狀[J]．中外葡萄與葡萄酒，2008(4)：60–62．

[3] 段慧．刺葡萄對霜霉病與灰霉病的抗性機理初探[D]．長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2013．

[4] 徐豐．刺葡萄植物學形態(tài)及遺傳多樣性研究[D]．長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2010．

[5] 黃樂．刺葡萄種質(zhì)資源遺傳多樣性初探[D]．長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學，2014．

[6] Galet P. A practical ampelography: grapevine identifica- tion[M]．Ithaca：Lommstock，1979.

[7] 劉倩，周蓓蓓，張其林，等．葡萄雄性不育種質(zhì)特性及其花粉敗育的細胞學研究[J]．果樹學報，2010，27(4)：514–520．

[8] 陳學軍，方榮，周坤華，等．辣椒花器性狀與果實性狀的遺傳相關及因子分析[J]．江西農(nóng)業(yè)大學學報，2009，31(6)：1006–1010．

Phenotypic traits of leaf, flower, fruit and seed of

Wang Meijun1,2, Huang Le1,2,Liu Kunyu1,2,Yang Guoshun1,2,Zhong Xiaohong1,2, Xu Feng1,2,Bai Miao1,2,Jin Yan1,2,Shi Xuehui1,2*

(1.College of Horticulture and Landscape, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Provincial Engineering and Technology Research Center for Grapes, Changsha 410128, China)

25 samples of(21 from Hunan province, 1 from Fujian province, 3 from Jiangxi province) were used as materal, the characteristics of leaf, flower, fruit, and seed as index, to analyze the 16 classification traits by the variation and principal components analysis of taxonomic traits. The results showed that three groups of the, Lixian–4 and Jishou–1, Lixian–5 and Jishou–3, Zhijiang60Co and Wangcheng, had the same foliar morphological codes of three lobed margin or entire, while the otherhad different foliar morphological codes. According to the ratio of polar and equatorial axis and ovary morphology, the ovary of male flower had a shape of degraded and irregularly, while the ovaries of bisexual and female flowers had four categories in morphology, namely narrow conical, narrower conical, wide conical and wider conical, which the wide conical was the majority. Thehad big difference in cluster weight and berry weight, the berries were round, the pericarp colors were green and pink, purple and dark purple. The seed of thewas long oval with no horizontal furrow. Acorrding to the variation analysis of taxonomic traits, the variation range of 16 classification traits was 5.03% to 28.52%, the average variation coefficient was 12.46%, which berry weight was the greatest (28.57%), while the seed length was the smallest (5.03%). According to principal components analysis, the morphological characters of fruit grain was the first, the second and third was the shape of the leaf and the fourth was the morphological characters of seed. The total contribution of the four ingredients was 83.168%.

; leaf; flower; fruit; seed; phenotypic trait

S663.101

A

1007-1032(2016)05-0489-07

2016–01–07

2016–08–30

國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系專項資金項目(CARS–30)；湖南省葡萄工程技術研究中心項目(2012TP4012)；湖南省科學技術廳農(nóng)業(yè)重點項目(2009CK–2010)；湖南省高?？萍汲晒a(chǎn)業(yè)化培育項目(09CY008)；湖南省教育廳科學研究項目(15C0669)

王美軍(1980—)，女，湖南南縣人，博士，實驗師，主要從事果樹栽培生理學研究，wmj6868@126.com；*通信作者，石雪暉，教授，主要從事果樹栽培生理與生態(tài)學研究，sxh1949@163.com

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責任編輯：尹小紅

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