山東省核桃主栽區(qū)種質(zhì)資源表型評(píng)價(jià)

劉徳深，于梅，吳丹，田春青，王磊*

(1.山東省林木種質(zhì)資源中心，山東濟(jì)南 250102；2.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院食品系；3.山東鴻林工程技術(shù)有限公司)

山東省核桃主栽區(qū)種質(zhì)資源表型評(píng)價(jià)

劉徳深1，于梅1，吳丹1，田春青2，王磊1*

(1.山東省林木種質(zhì)資源中心，山東濟(jì)南 250102；2.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院食品系；3.山東鴻林工程技術(shù)有限公司)

對(duì)山東省核桃主栽區(qū)核桃種質(zhì)資源的表型變異從復(fù)葉和果實(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中復(fù)葉長(zhǎng)度變異最小，頂葉寬度變異最大，各指標(biāo)的變異幅度為11.893%～26.500%；果形指數(shù)變異最小，為9.173%；青果質(zhì)量變異最大，為28.897%。對(duì)63份種質(zhì)資源聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)距離為10時(shí)各優(yōu)株可以分成2大類(lèi)，核桃果殼厚度在各群體之間存在顯著的遺傳分化，與現(xiàn)有品種的表型變異差異較大。對(duì)15項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)葉長(zhǎng)、頂葉長(zhǎng)、頂葉寬、復(fù)葉寬、青皮厚度5個(gè)成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.23%。對(duì)葉形與果實(shí)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，頂葉寬與青果質(zhì)量、堅(jiān)果質(zhì)量、果仁質(zhì)量呈極顯著性相關(guān)，復(fù)葉長(zhǎng)、寬度與果實(shí)大小存在顯著相關(guān)。

核桃，表性評(píng)價(jià)，變異，聚類(lèi)分析，主成分分析，相關(guān)性分析

核桃 (JuglansregiaL.) 系胡桃科 (Juglandaceae) 胡桃屬(Juglans)果樹(shù)，是世界四大堅(jiān)果(核桃、腰果、榛子、杏仁)之一，分布于中亞、西亞、南亞和歐洲[1-2]。中國(guó)華北、西北、西南、華中、華南和華東都有分布。核桃是山東省的重要經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種，栽培歷史悠久。北魏《齊民要術(shù)》中即有記載。山東省復(fù)雜的地形、氣候條件與核桃異花授粉的特性，以及多年多地引種[3]，使得核桃遺傳背景復(fù)雜，種質(zhì)資源豐富。筆者以山東省林木種質(zhì)資源中心收集的山東省不同主栽區(qū)核桃優(yōu)良單株、品種為試驗(yàn)材料，對(duì)照近年來(lái)核桃表型的相關(guān)研究[4-6]，對(duì)其葉片、青果、堅(jiān)果的表型性狀進(jìn)行探討，深入認(rèn)識(shí)各遺傳資源的類(lèi)型及遺傳分化規(guī)律，葉果性狀之間的相互關(guān)系，為資源保護(hù)、親本選擇和優(yōu)良性狀的早期鑒定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

在山東核桃主栽區(qū)中的濟(jì)南歷城區(qū)、章丘市、泰安市收集9個(gè)群體(濟(jì)南歷城出泉溝1株、濟(jì)南歷城孫村2株、濟(jì)南歷城小湖町3株、濟(jì)南歷城高而6株、濟(jì)南歷城南部山區(qū)16株、章丘岳滋村9株、章丘棗園4株、章丘垛莊2株、泰安4株)，計(jì)47個(gè)實(shí)生單株，加上當(dāng)前山東省有較大推廣面積的16個(gè)品種，分別為元林、香鈴、魯光、元豐、禮品1號(hào)、禮品2號(hào)、豐輝、青林、寒豐、遼核1號(hào)、遼核4號(hào)、遼核6號(hào)、遼核7號(hào)和國(guó)外引進(jìn)品種遠(yuǎn)山、翁津、強(qiáng)特勒(表1)，共計(jì)63份種質(zhì)資源。按照核桃果熟的先后，在樣株的東、南、西、北4個(gè)方向，于樹(shù)冠外圍中部隨機(jī)采集復(fù)葉、青果各30個(gè),分別標(biāo)號(hào)、包裝帶回實(shí)驗(yàn)室研究。

1.2 研究方法

選擇復(fù)葉、青果、堅(jiān)果的17個(gè)指標(biāo)。包括復(fù)葉長(zhǎng)、寬度，頂葉長(zhǎng)、寬度，葉形指數(shù)，小葉間距，小葉個(gè)數(shù)，復(fù)葉主軸長(zhǎng)度等8個(gè)復(fù)葉表型指標(biāo)；青果質(zhì)量、青果果皮厚度、凈堅(jiān)果率3個(gè)青果表型指標(biāo)；堅(jiān)果縱、橫、側(cè)徑，果形指數(shù)，出仁率，果殼厚度6個(gè)堅(jiān)果表型指標(biāo)。

測(cè)量復(fù)葉第2對(duì)小葉處的長(zhǎng)、寬度，頂葉指數(shù)=頂葉長(zhǎng)/頂葉寬，復(fù)葉指數(shù)=復(fù)葉長(zhǎng)/復(fù)葉寬。青果質(zhì)量以全株1/3果實(shí)頂端出現(xiàn)裂口為采摘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，立即稱(chēng)質(zhì)量。堅(jiān)果于干燥通風(fēng)處自然風(fēng)干至恒質(zhì)量，測(cè)量堅(jiān)果質(zhì)量、仁質(zhì)量。用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)的青皮厚度，縱、橫、側(cè)徑。取核桃的胴部[7]測(cè)青皮及果殼厚度。果形指數(shù)=縱經(jīng)/橫徑，出仁率(%)=仁質(zhì)量/堅(jiān)果質(zhì)量×100，每株樹(shù)測(cè)量30個(gè)果。

表1 供試核桃資源(63份)

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析和制圖采用 Excel2003 和 SPSS18.0軟件，進(jìn)行變異系數(shù)、聚類(lèi)、主成分、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片、果實(shí)的表型性狀變異分析

表2顯示，核桃葉片表型性狀變幅相對(duì)較大。變異系數(shù)，頂葉寬的為26.500%，頂葉指數(shù)15.359%，復(fù)葉葉寬13.840%；復(fù)葉主軸長(zhǎng)16.121%；小葉數(shù)13.728%。

果實(shí)表型性狀的變異系數(shù)，青果質(zhì)量的為28.897%；堅(jiān)果質(zhì)量28.277%(泰安的can3核桃平均單果質(zhì)量最小，僅6.870g，濟(jì)南高而的LH2堅(jiān)果質(zhì)量達(dá)19.970g)。堅(jiān)果的橫、縱、側(cè)徑分別為9.637%、10.286%、10.663%；果殼厚度24.998%; 出仁率19.095%。這些指標(biāo)說(shuō)明山東省主栽區(qū)的核桃存在較大變異。

表2 核桃表型性狀極值、方差分析

2.2 主成分分析

主成分分析主要應(yīng)用于因子分析，目的是將原來(lái)很多的因素，通過(guò)其內(nèi)在的相關(guān)分析，整合成新的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的綜合因素，來(lái)代表原來(lái)散亂的因素。從表3中可知，通過(guò)spss18.0主成分分析，青果質(zhì)量與青皮厚、堅(jiān)果質(zhì)量、果仁質(zhì)量、堅(jiān)果三徑存在顯著關(guān)系。堅(jiān)果質(zhì)量、果仁質(zhì)量與青果質(zhì)量、堅(jiān)果三徑在著顯著關(guān)系?？梢?jiàn)許多變量之間直接的相關(guān)性比較強(qiáng), 證明他們存在信息上的重疊。主成分個(gè)數(shù)提取原則為主成分對(duì)應(yīng)的特征值大于1的前m個(gè)主成分。特征值可以看成是表示主成分影響力度大小的指標(biāo), 如果特征值小于1, 說(shuō)明該主成分的解釋力度還不如直接引入一個(gè)原變量的平均解釋力度大, 因此一般可以用特征值大于1作為納入標(biāo)準(zhǔn)[8]。通過(guò)表4(方差分解主成分提取分析) 可知，可提取5個(gè)主成分, 從表5(初始因子載荷矩陣) 可知青皮厚度、青果質(zhì)量、堅(jiān)果質(zhì)量、果仁質(zhì)量、堅(jiān)果三徑在第1主成分上有較高的荷載，說(shuō)明第1主成分基本反映了這些信息；復(fù)葉長(zhǎng)寬、頂葉長(zhǎng)、出仁率分別位于第2、3主成分，說(shuō)明第2、3主成分主要是反映了葉表型和出仁率這幾個(gè)指標(biāo)的信息；凈核果率位于第4主成分，頂葉寬位于第5主成分，第4、5主成分略大于1，說(shuō)明這兩者指標(biāo)與其他幾個(gè)指標(biāo)的相關(guān)性不強(qiáng)。這些指標(biāo)在表型多態(tài)性評(píng)價(jià)具有重要參考意義。

表3 相關(guān)系數(shù)矩陣

表4 方差分解主成分分析表

2.3 聚類(lèi)分析

采用離均差平方和法(ward法)進(jìn)行聚類(lèi)[9]，以核桃頂葉長(zhǎng)、寬，復(fù)葉長(zhǎng)、寬，青皮厚度，青果質(zhì)量，堅(jiān)果質(zhì)量，凈堅(jiān)果率，果仁質(zhì)量，出仁率，果殼厚，果實(shí)三徑，果形指數(shù)15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類(lèi)分析。

表5 初始因子載荷矩陣

當(dāng)距離為10(歐式距離的值)時(shí)，63個(gè)核桃優(yōu)株可以分成2類(lèi)；第Ⅰ類(lèi)共計(jì)39個(gè)優(yōu)株，包括濟(jì)南南部山區(qū)系列的12個(gè)(U8,U17，U11，U12，U7，U3，U5，U4，U6，U15，U14，U18)，濟(jì)南高而地區(qū)5個(gè)(LH3，LH2，LH4，LH8，LH9)，章丘岳滋8個(gè)(ZDY8，ZDY18，ZDY4，ZDY16，ZDY14，ZDY5，ZDY17，ZDY2)，章丘垛莊2個(gè)(DZ25，DZ35)，歷城2個(gè)(SC1，SC2)，章丘棗園3個(gè)(H101，BW,HC1)，濟(jì)南出泉溝1個(gè)LC3，濟(jì)南小湖町1個(gè)(LL4)，加上核桃品種遼核7號(hào)、寒豐、翁津、豐輝4個(gè)。其中距離為5時(shí)濟(jì)南南部山區(qū)的U8、U11、U12、U17與U3、U4、U5、U6、U7、U14、U15、U16明顯的區(qū)分為2類(lèi)(見(jiàn)圖1虛線標(biāo)尺)；章丘岳滋群體ZDY2、ZDY17與ZDY8、ZDY4、ZDY5、ZDY16、ZDY17、ZDY18分成2類(lèi)，這與之前分子水平的研究有較高的相似度[2]。

第Ⅱ類(lèi)包括24個(gè)優(yōu)株和12個(gè)品種，優(yōu)株包括濟(jì)南南部山區(qū)3個(gè)(U10，U9，U13，)、泰安4個(gè)(PR1，AB2，AB3，CAN3)、章丘岳滋村ZDY19、章丘棗園HR1；濟(jì)南歷城小湖町(LL2，LL5)，及核桃品種魯光、遼核1號(hào)、遼核4號(hào)、元豐、香玲、青林、遠(yuǎn)山、遼核6號(hào)、禮品1、禮品2、元林、強(qiáng)特勒等，其中品種12個(gè)占到第II群體的50.00%。這些品種中大部分都有新疆的親本或者新疆核桃的后代(見(jiàn)表1)。對(duì)聚類(lèi)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，魯光、遼核系列作為薄殼核桃與原生優(yōu)株核桃基本被分成2類(lèi)，而這些品種又多有新疆地區(qū)的親本，與山東省各地區(qū)原生優(yōu)株有較大遺傳差異。

2.4 葉片、果間表型性狀的相關(guān)性分析

在前期的核桃表型觀察中發(fā)現(xiàn)，核桃的葉表型指標(biāo)與果實(shí)表型指標(biāo)存在一定的相關(guān)性。本研究選取葉片的9個(gè)表型性狀和堅(jiān)果的9個(gè)表型性狀(前期觀察選擇)進(jìn)行相關(guān)性分析和相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果如表6， ①頂葉片寬度與青果質(zhì)量、堅(jiān)果質(zhì)量、果仁質(zhì)量達(dá)到了極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.409，0.379，0.337，說(shuō)明頂葉片越寬堅(jiān)果個(gè)體越大；頂葉長(zhǎng)與果仁質(zhì)量呈正相關(guān)性達(dá)顯著水平；與果實(shí)的縱徑達(dá)到正相關(guān)極顯著水平；頂葉指數(shù)與青果質(zhì)量、堅(jiān)果質(zhì)量達(dá)到正相關(guān)顯著水平。②復(fù)葉長(zhǎng)、寬度均對(duì)果實(shí)的縱徑、果形指數(shù)有顯著正相關(guān)性，而對(duì)其他指標(biāo)不表現(xiàn)相關(guān)性。③復(fù)葉主軸長(zhǎng)、小葉間距、復(fù)葉指數(shù)等指標(biāo)與果實(shí)的縱經(jīng)、橫徑、側(cè)徑、果殼厚度等指標(biāo)均不表現(xiàn)相關(guān)性(表6)。對(duì)于堅(jiān)果大小的選育有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

圖1 63個(gè)核桃品種、優(yōu)株聚類(lèi)結(jié)果(歐氏距離、離差平方和法聚類(lèi))

表6 核桃葉片與果實(shí)間的相關(guān)分析

注：** 顯著水平為0.01(雙尾檢驗(yàn))，*顯著水平為 0.05 (雙尾檢驗(yàn))。

3 小結(jié)與討論

表型變異是基因與環(huán)境相互作用的結(jié)果，形態(tài)特征變異能反映出基因型、群體的變異，從表型性狀上來(lái)反映遺傳變異相對(duì)簡(jiǎn)便[10]。長(zhǎng)期的引種栽培導(dǎo)致山東省核桃主栽區(qū)各品種間存在較大的變異，多項(xiàng)表型指標(biāo)的變異系數(shù)超過(guò)10%。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為復(fù)葉的變異系數(shù)更大一些，而本研究所選取的試驗(yàn)材料中,頂葉寬的變異系數(shù)最大。堅(jiān)果的表型性狀變異程度依次為青果質(zhì)量>堅(jiān)果質(zhì)量>果殼厚度>果仁質(zhì)量>出仁率>凈堅(jiān)果率>側(cè)徑>縱經(jīng)>橫徑>果形指數(shù)，果實(shí)橫徑、側(cè)徑等形態(tài)性狀的變異系數(shù)接近10%，變異相對(duì)略小。平均青果質(zhì)量、堅(jiān)果質(zhì)量、果殼厚度、果仁質(zhì)量等性狀的變異系數(shù)均高于20%，遺傳多樣性相對(duì)豐富。10個(gè)數(shù)量性狀中變異程度最高的是青果質(zhì)量，變異系數(shù)為 28.897%，其次為堅(jiān)果質(zhì)量，變異系數(shù)為28.277%，變異程度最低的是果形指數(shù)，變異系數(shù)為9.173% 。與僅從果實(shí)形態(tài)上比較的研究結(jié)果相比[11-13]，山東省核桃表型的遺傳多樣性表現(xiàn)更加豐富。

主成分分析將山東省核桃主栽區(qū)不同群體優(yōu)株的15個(gè)主要經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化為5個(gè)主成分，提供了原性狀84.23%的信息，對(duì)表型評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)化，科學(xué)合理地對(duì)核桃優(yōu)樹(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

山東省不同主栽區(qū)核桃群中實(shí)生優(yōu)株與現(xiàn)在主栽的一些核桃品種具有較大的遺傳差異，與原有的品種之間遺傳關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)。在對(duì)各核桃個(gè)體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，第1類(lèi)中，果形要比第2類(lèi)的大，果仁質(zhì)量也較大；而果殼厚度的均值第1類(lèi)較第2類(lèi)稍厚，這說(shuō)明長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于核桃的選育一直以薄殼作為一個(gè)主要的參考指標(biāo)[2,6,14]。在參與評(píng)價(jià)的這些實(shí)生優(yōu)株中不同群體之間也表現(xiàn)出一定的遺傳分化，也就是說(shuō)在不同核桃主產(chǎn)區(qū)仍然存在較多的遺傳變異。

核桃果實(shí)的性狀多為數(shù)量性狀。受多基因的控制各數(shù)量性狀均存在一定的相關(guān)性[15-17]。核桃的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期一般6 年左右，晚實(shí)核桃更長(zhǎng)，僅以果實(shí)性狀進(jìn)行選擇會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，如果能在苗期進(jìn)行預(yù)先選擇，就能加速育種進(jìn)程，提高育種效果。本研究發(fā)現(xiàn)核桃的頂葉寬與核桃的大小有著較顯著的正相關(guān)性。復(fù)葉長(zhǎng)、寬均對(duì)果實(shí)的縱徑、果形指數(shù)有顯著正相關(guān)性，而對(duì)其他指標(biāo)不表現(xiàn)相關(guān)性，這對(duì)育種實(shí)踐具有重要意義。王金星等2012年的西藏地區(qū)核桃研究也具有相似結(jié)論。對(duì)于復(fù)葉主軸長(zhǎng)、小葉間距、復(fù)葉指數(shù)等指標(biāo)與果實(shí)的縱經(jīng)、橫徑、側(cè)徑、果殼厚度、等指標(biāo)均不表現(xiàn)相關(guān)性。因此，在核桃選育過(guò)程中，復(fù)葉主軸長(zhǎng)度、小葉間距等指標(biāo)對(duì)于堅(jiān)果大小選擇的指導(dǎo)作用較小。

[1] 俞德浚 中國(guó)植物志 第36卷.[M] 北京：科學(xué)出版社，1974.

[2] 馮連芬,呂芳德,張亞萍,等. 我國(guó)核桃育種及其栽培技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究, 2006, 24(2): 69-73.

[3] 張美勇,徐穎,劉嘉芬,等. 山東省核桃栽培歷史及栽培區(qū)劃[J]. 落葉果樹(shù), 2008, (1): 1-6.

[4] 王金星,潘剛,王滑,等. 西藏核桃葉片和堅(jiān)果表型多樣性及其相關(guān)關(guān)系研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2012, 25(2): 236-240.

[5] 趙登超,侯立群,韓傳明. 我國(guó)核桃新品種選育研究進(jìn)展[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究, 2010, 28(1): 118-121.

[6] 韓華柏,何方. 我國(guó)核桃育種的回顧和展望[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究, 2004, 22(3): 45-50.

[7] 朱雪林,馬和平,劉務(wù)林,等. 西藏林芝地區(qū)核桃表型特征研究[J]. 果樹(shù)學(xué)報(bào), 2012, 29(1): 135-138.

[8] 蒲光蘭,肖千文,吳開(kāi)志,等. 四川核桃種質(zhì)資源表型多樣性研究[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 40(2): 162-167.

[9] 陸斌. 云南核桃的特性與品質(zhì)[J]. 經(jīng)濟(jì)林研究, 2009, 27(2): 137-140.

[10] 陳軍曉,童敏,程詩(shī)明,等. 浙江省柿樹(shù)種質(zhì)資源表型多樣性研究[J]. 浙江林業(yè)科技, 2012, 32(4): 6-10.

[11] 趙悅平. 核桃硬殼結(jié)構(gòu)與堅(jiān)果品質(zhì)相關(guān)性的研究[D]. 石家莊: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2004.

[12] 時(shí)燕. 雞爪綿核桃實(shí)生群體果實(shí)特征的研究[D].濟(jì)南: 山東師范大學(xué), 2010.

[13] 許靜,翟梅枝,肖志娟,等. 4個(gè)不同核桃品種物候觀察及品質(zhì)分析[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2013, 29(31): 42-46.

[14] 吳國(guó)良,劉群龍,鄭先波,等. 核桃種質(zhì)資源研究進(jìn)展[J]. 果樹(shù)學(xué)報(bào), 2009, 26(4): 539-545.

[15] 孟亞楠. 核桃堅(jiān)果性狀遺傳特性與優(yōu)系選擇研究[D].: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010.

[16] 熊新武,李俊南,劉恒鵬,等. 10個(gè)引種核桃品種嫁接成活率及苗期生長(zhǎng)性狀研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 35(3): 36-42.

[17] 武靜. 早實(shí)核桃堅(jiān)果品質(zhì)與葉片營(yíng)養(yǎng)相關(guān)性淺析[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(8): 24-27.

2017-01-25

劉德深(1964-)，男，遼寧莊河人，工程師，研究方向林木種質(zhì)資源保存。E-mail:wylm_1203@sina.com

S664.1

A

1002-2910(2017)05-0011-05

*通訊作者：王磊(1981-)，男，山東安丘人，工程師，研究方向木種質(zhì)資源收集與保護(hù)。