涼山州核桃堅(jiān)果表型多樣性研究

劉 昊，馬慶國(guó)，張繼勇，文 明,3，宋曉波，張俊佩，裴 東

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；2.涼山州林業(yè)局，四川 西昌 615000； 3.涼山州油橄欖示范繁育林場(chǎng)，四川 西昌 615000)

涼山州核桃堅(jiān)果表型多樣性研究

劉 昊1，馬慶國(guó)1，張繼勇2，文 明2,3，宋曉波1，張俊佩1，裴 東1

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；2.涼山州林業(yè)局，四川 西昌 615000； 3.涼山州油橄欖示范繁育林場(chǎng)，四川 西昌 615000)

核桃；表型多樣性；涼山；居群

Abstract:[Objective]Using the nut ofJuglansregiaandJuglanssigillatain Liangshan of Sichuan as samples to study the phenotype abundance and variation characteristics for detecting resource and providing theory evidence in using resource reasonable.[Method]Taking 330 seedlings from 15J.regiaandJ.sigillatapopulations as research materials, the diversity and cluster analysis were studied using 18 nut phenotypic traits. [Result](1) The coefficient of variation of phenotypic traits in Liangshan walnut population originated from seedlings was between 8.46% and 59.47%, with an average of 35.26%. The nuts with very large (>20.0 g ) and very small (<5.0 g) single nut weight occupied a certain proportion. The phenotypic traits meet almost all the trait descriptions in the “Guidelines for the conduct of tests for distinctness, uniformity and stability-Juglans (JuglansL.)”. Three features in shape and one in skin color of kernels were added. The Simpson index of population genetic traits was 0.201-0.855, Shannon-Wiener index was between 0.649 and 2.873, indicating abundant variations in nut phenotypic diversity in this area. (2) The phenotypic differentiation of 18 phenotypic traits in populations was larger than that among populations in this area and the differentiation coefficients among populations was 6.03%, suggesting the phenotypic differentiation in populations was the main variation source. (3) UPGMA cluster analysis showed that the Manhattan distance of nut phenotypic traits were positively related to the geographic distance or climatic conditions. [Conclusion]The nut phenotype ofJ.regiaandJ.sigillatain Liangshan was abundant. It is the important area for distribution of diversity walnut resources in China.

Keywords: walnut(Juglansregia); phenotype diversity; liangshan; population

核桃(JuglansregiaL.)與泡核桃(J.sigillataDode)均屬胡桃科(Juglandaceae)，核桃屬(JuglansL.)，核桃組(SectionJuglans)，在我國(guó)四川省涼山彝族自治州均有栽培和分布[1]。涼山彝族自治州位于四川省西南部，該地區(qū)東接四川盆地，西跨橫斷山系，北抵川西高原，南臨金沙江畔，處于青藏高原和云貴高原與四川盆地的過(guò)渡地帶；由于獨(dú)特的地質(zhì)演化，形成以高山深谷為主，并有平壩、河谷和丘陵相間的特殊地貌，所以形成了最為顯著的山地垂直地帶性氣候，加之是光熱資源豐富的低緯度地區(qū)，是生物多樣性極其豐富的地區(qū)[2-4]。涼山州的核桃和泡核桃資源存量豐富，區(qū)內(nèi)德昌、會(huì)理、雷波、木里、冕寧、鹽源等縣是傳統(tǒng)產(chǎn)地，并存在一定規(guī)模的天然居群和數(shù)量可觀的實(shí)生類型群體[5-6]，是核桃和泡核桃寶貴的遺傳資源和潛在的種質(zhì)庫(kù)。之前對(duì)涼山州核桃表型性狀的研究較少，已有報(bào)道涉及的采樣地或資源數(shù)量有限，未開展廣泛調(diào)查及進(jìn)一步對(duì)堅(jiān)果性狀的詳細(xì)研究。近年來(lái)，涼山州開始大力發(fā)展核桃產(chǎn)業(yè)，首先面臨的問題是對(duì)現(xiàn)有資源的調(diào)查，在摸清本地區(qū)核桃和泡核桃資源現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，方能提出有效的發(fā)展規(guī)劃，最直接和有效的方法是從堅(jiān)果的主要表型性狀及其特色入手。因此，本文以涼山州15個(gè)實(shí)生居群330棵單株的堅(jiān)果為試材，利用18個(gè)堅(jiān)果表型性狀揭示該地區(qū)核桃和泡核桃種質(zhì)資源的多樣性，明確農(nóng)家實(shí)生資源的豐富程度，以期為制定該地區(qū)核桃和泡核桃資源保存與利用策略及構(gòu)建核心種質(zhì)提供參考。

1 試材采集地概況

2 試驗(yàn)方法

2.1試材采集與處理

根據(jù)當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門的相關(guān)資料，在核桃和泡核桃資源相對(duì)集中的區(qū)域，走訪當(dāng)?shù)厝罕姭@取樹齡、果實(shí)特異性等相關(guān)信息，選擇樹齡30a以上的實(shí)生核桃和泡核桃樹采集試驗(yàn)樣品。每個(gè)樣本采集30個(gè)大小基本一致、飽滿的堅(jiān)果帶回實(shí)驗(yàn)室，晾干至恒質(zhì)量后進(jìn)行表型性狀的測(cè)定。本研究的試材采集范圍包括涼山州15個(gè)縣(市)，15個(gè)核桃和泡核桃實(shí)生居群名稱和采集地生態(tài)、地理信息及樣本數(shù)見表1。

2.2測(cè)定方法

堅(jiān)果表型性狀測(cè)定參照《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南-核桃屬》[7]進(jìn)行特征描述和賦值，調(diào)查測(cè)定了核桃和泡核桃的18個(gè)堅(jiān)果表型性狀，測(cè)試指南中未列出的特征用“其他”表示[8](表2)。堅(jiān)果數(shù)量性狀中的縱徑、橫徑、側(cè)徑用游標(biāo)卡尺(精度0.01mm)測(cè)量，單果質(zhì)量、核仁質(zhì)量用天平(精度0.01g)測(cè)量，果殼厚度用螺旋測(cè)微儀(精度0.001mm)測(cè)量。3個(gè)數(shù)量性狀的計(jì)算公式為：

堅(jiān)果圓度指數(shù)=(側(cè)徑+橫徑)/(2×縱徑)

出仁率=核仁質(zhì)量/單果質(zhì)量×100%

三徑均值=(縱徑+側(cè)徑+橫徑)/3

2.3數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Microsoft Excel2007，SPSS19.0[9]進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，包括分布頻率、Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)，并繪制數(shù)量性狀頻率數(shù)據(jù)分布直方圖[10]，用SAS8.1[11]軟件統(tǒng)計(jì)堅(jiān)果表型性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，用類平均法計(jì)算居群間的Manhattan距離并進(jìn)行聚類分析。用性狀的變異系數(shù)(CV)表示居群表型多樣性水平[12]，并對(duì)其做Duncan檢驗(yàn)；對(duì)各性狀觀測(cè)值采用巢式設(shè)計(jì)方差分析比較居群間和居群內(nèi)的差異顯著性[13]；用表型分化系數(shù)(VST)反應(yīng)居群間表型分化程度[14]。

表1 采樣地生態(tài)、地理信息及樣本數(shù)

表2 涼山州核桃和泡核桃堅(jiān)果表型特征賦值及描述

3 結(jié)果與分析

3.1堅(jiān)果表型的質(zhì)量性狀頻率分布及多樣性指數(shù)

圖1 涼山州核桃和泡核桃堅(jiān)果垂直于縫合線縱切面形狀Fig.1 Shape in longitudinal section perpendicular to suture of walnut in Liangshan prefecture

圖2 涼山州核桃和泡核桃堅(jiān)果縫合線條脊數(shù)資源Fig.2 Number of pads on suture resources of walnut nuts in Liangshan prefecture

圖3 涼山州核桃和泡核桃堅(jiān)果核仁皮色Fig.3 The kernel color of walnut nuts in Liangshan prefecture

3.2堅(jiān)果表型數(shù)量性狀范圍及頻率

表3 涼山州330份樣本13個(gè)堅(jiān)果表型的質(zhì)量性狀變異狀況

表4 涼山州330份樣本堅(jiān)果表型5個(gè)數(shù)量性狀的變異狀況

圖4 涼山州核桃堅(jiān)果表型數(shù)量性狀頻率分布Fig.4 Frequency distribution of nuts phenotype characters of walnut in Liangshan prefecture

3.3堅(jiān)果表型的變異和分化

表5 涼山州15個(gè)實(shí)生居群堅(jiān)果表型性狀變異系數(shù)及多重比較

Note：Code of population see table 1, codes of phenotypic traits 1-18 see table 2, the same below. Paired populations with the different letters are significantly different (P<0.05) shown in ‘Mean’ line， and Paired traits with the different letters are significantly different (P<0.05) shown in ‘Mean’ column.

3.4居群間表型綜合性狀的聚類分析

以所測(cè)的18個(gè)堅(jiān)果表型性狀的平均值為參數(shù)，利用核桃和泡核桃實(shí)生居群表型性狀Manhattan距離進(jìn)行UPGMA聚類分析，結(jié)果(圖5)表明：當(dāng)遺傳距離為0.8時(shí)，15個(gè)核桃和泡核桃實(shí)生居群聚為7類。DC、HL、XC、PG聚為安寧河谷類；JY、LB、MG、ZJ聚為大涼山類；GL、NN、MN聚為一類；HD單獨(dú)一類，在遺傳距離為0.9時(shí)與大涼山類聚為一類；YX、YY在遺傳距離為1.1時(shí)聚為一類；ML與其它居群的遺傳距離較遠(yuǎn)。聚類分析結(jié)果呈現(xiàn)了與地理距離或立地條件顯著正相關(guān)的趨勢(shì)。

4 討論

表6 涼山州核桃堅(jiān)果表型方差分量和表型分化系數(shù)

圖5 15個(gè)實(shí)生居群基于堅(jiān)果表型性狀平均Manhattan距離聚類分析Fig.5 Cluster analyses of 15 walnut populations based on average Manhattan distance of nut phenotypic traits

氣候條件是影響物種多樣性的重要因子。本研究中，各居群內(nèi)的變異幅度具有顯著性，而居群間的變異程度較小。15個(gè)居群間的表型分化系數(shù)為6.03%，進(jìn)一步說(shuō)明居群內(nèi)分化是涼山州核桃和泡核桃資源變異的主要途徑。這可能與該地區(qū)總體氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)氣候但卻有明顯的山地氣候垂直地帶性有關(guān)。聚類結(jié)果顯示，大涼山類中各居群的地理位置相鄰，均位于大涼山山區(qū)，地貌相似，均具有典型的亞熱帶山地立體氣候；安寧河谷類中各居群地理位置相鄰，位于安寧河谷流域，地貌以中山、河谷為主，氣候條件相似；GL和MN居群也屬于地理距離相近，NN居群因氣候條件相似與它們聚為一類；YX和YY居群則僅是氣候條件相似；而ML居群與其他居群間地理距離較遠(yuǎn)，又有山脈河流阻隔，自有獨(dú)特的高原山地氣候，因此，遺傳距離與其他居群較大。核桃和泡核桃作為栽培強(qiáng)度較大的樹種，長(zhǎng)期的人為選擇、馴化和傳播都可能是導(dǎo)致其表型分化的重要原因[26]；而其他居群均處于安寧河和金沙江流域，該地區(qū)自古以來(lái)是西南地區(qū)“南方絲綢之路”的交通要道，核桃常作為食物、禮品或貨物往來(lái)于此，因此，較強(qiáng)的人為干擾也許是該地區(qū)核桃和泡核桃居群間分化不顯著的另一個(gè)原因。

5 結(jié)論

涼山州堅(jiān)果表型基本囊括核桃屬DUS測(cè)試指南中已有堅(jiān)果表型性狀并新增部分性狀特征，堅(jiān)果表型性狀的Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)表明表型多樣性相對(duì)豐富，堅(jiān)果表型性狀居群內(nèi)變異大于居群間變異，居群間聚類結(jié)果顯示其地理距離和氣候條件與居群間呈正相關(guān)的趨勢(shì)。因此，涼山州核桃和泡核桃資源豐富，特別是堅(jiān)果表型多樣性高。

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(責(zé)任編輯：徐玉秀)

PhenotypicDiversitiesofNutsofWalnutPopulationsOriginatedfromSeedlingsinLiangshanPrefecture

LIUHao1,MAQing-guo1,ZHANGJi-yong2,WENMing2,3,SONGXiao-bo1,ZHANGJun-peii,PEIDong1

(1.Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State Forestry Administration, State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Beijing 100091, China; 2.Forestry Bureau of Liangshan Prefecture, Xichang 615000, Sichuan, China; 3.Olive Breeding Demonstration Forestry Station of Liangshan Prefecture, Xichang 615000, Sichuan, China)

S718 S792.13

A

1001-1498(2017)05-0771-08

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.05.010

2017-03-02

中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院重點(diǎn)項(xiàng)目“核桃提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：CAFYBB2017ZA004-2)

劉 昊(1983—)，男，博士研究生.主要研究方向：經(jīng)濟(jì)林遺傳育種.E-mail：glkl@163.com

* 通訊作者：裴 東(1964—).主要從事經(jīng)濟(jì)林遺傳育種研究.E-mail: peigu@caf.ac.cn