基于果實礦質(zhì)元素分析的梨種質(zhì)資源遺傳多樣性研究

郭 穎 于 軍,2 吳翠云,2*

（1塔里木大學植物科學學院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術國家地方聯(lián)合工程實驗室，新疆阿拉爾843300）

（2新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

梨屬（Pyrus）植物屬于薔薇科（Rosacea）梨亞科(Pomoideae)，是世界五大水果之一［1］。梨果實脆甜汁多，風味濃郁，因此深受人們喜愛，在我國的栽培面積和總產(chǎn)量均居世界首位，是重要果樹之一。我國為梨屬植物的發(fā)祥地，因此境內(nèi)蘊藏著豐富的梨屬植物，為研究梨種質(zhì)資源多樣性提供了豐富的資源［2］。遺傳多樣性是決定物種發(fā)生、進化、選擇、重組和創(chuàng)新的物質(zhì)基礎。對植物遺傳資源進行多樣性研究，有利于準確把握植物遺傳資源收集和原位保存的重點和方向，有利于鑒定植物遺傳多樣性的中心，還可以用于調(diào)查亞種或類型間分化及親近程度，構建核心種質(zhì)，發(fā)現(xiàn)和利用品種的優(yōu)良特性［3-4］。張冰冰等［5］對143 份中國寒地梨種質(zhì)資源枝、葉、花、果實和抗性的21 個性狀進行了多樣性指數(shù)、變異系數(shù)和聚類分析。張起等［6］利用方差分析、相關性分析、主成分分析及親緣關系聚類分析，對貴州地方梨種質(zhì)果實品質(zhì)性狀的多樣性進行研究，確定貴州地方梨種質(zhì)具豐富的遺傳多樣性，且果實12 個品質(zhì)性狀變異存在多向性，并將34 份種質(zhì)分為4 組，篩選出‘海子梨-3’和‘葫蘆梨’2個果實品質(zhì)獨特的特異種質(zhì)。

礦質(zhì)元素含量是衡量果實品質(zhì)性狀的重要指標之一，與果實品質(zhì)關系密切［7-9］，對提高果實耐貯性［10-13］，維持良好的肉質(zhì)和風味具有重要的意義。近年來，有關學者基于礦質(zhì)元素對棗［14-15］、芒果［16］等果樹的遺傳多樣性進行了研究和分析，對梨礦質(zhì)元素遺傳多樣性方面的研究則很少。本文篩選了34份不同類型的梨種質(zhì)資源，對其果實內(nèi)礦質(zhì)元素指標進行了分析，探討了各種質(zhì)果實礦質(zhì)元素含量的變異情況，采用因子分析法進行了核心因子分析，并應用聚類分析探討了種質(zhì)資源間的親緣關系，以期篩選出礦質(zhì)元素綜合性狀較好的梨種質(zhì)資源，為梨種質(zhì)資源的育種和開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于塔里木大學梨種質(zhì)資源圃，初步篩選出34 份適應性較好的梨種質(zhì)資源，供試材料見表1。

表1 供試梨品種資源

1.2 試驗方法

于果實成熟期從樹冠外圍中部沿東、南、西、北4個方位隨機采摘生長正常的果實10 個，帶回實驗室將果實樣品依次用自來水、0. 2%鹽酸、去離子水進行清洗，將洗凈的果實用不銹鋼刀去皮去核后切片，置于105℃干燥箱中殺酶15 mins后，65℃下烘干至恒重。冷卻后用不銹鋼粉碎機粉碎，裝入自封袋備用。

稱取樣品0. 2 g，裝入四氟乙烯消解管內(nèi)，加入98%的硫酸5 ml，36%的鹽酸2 ml，反應釜（悶罐）180℃加熱8 小時后，冷卻轉移定容，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對B、Ca、Cu、K、Mg、Mn、Fe、Zn、S、P和Mo含量進行測定，3次重復。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 和DPS7.05軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對實驗數(shù)據(jù)進行計算和統(tǒng)計分析，各性狀的遺傳多樣性采用Shannon’s 信息指數(shù)(H')表示，其計算公式為：H' =-ΣPi×ln Pi，式中Pi 表示某性狀中第i 級份數(shù)占總份數(shù)的百分比。

2 結果與分析

2.1 梨種質(zhì)資源礦質(zhì)元素含量的分布

對34 個梨種質(zhì)資源果實中礦質(zhì)元素含量分布及遺傳多樣性分析表明（見表2），不同礦質(zhì)元素的含量有較大的差異性，從高到低依次為K＞P＞Mg＞Ca＞S＞B＞Fe＞Zn＞Cu＞Mn＞Mo。K 元素含量平均值較P、Mg、Ca、S 元素分別高10. 87、18. 50、27. 02、34. 59倍。

梨種質(zhì)資源果實中礦質(zhì)元素具有豐富的變異度。Cu 含量的變異系數(shù)最大，為55.93%，變異幅度為0. 69～7. 59 mg/kg，Zn 和Fe 的變異系數(shù)次之，為52. 62%和52. 63%。變異系數(shù)最小的是K 元素，為9.79%，變異幅度為6 757.00～10 516.87 mg/kg。各礦質(zhì)元素遺傳多樣性指數(shù)（H’）分布于3. 38～3. 52之間，遺傳多樣性指數(shù)大小依次為：K＞Mg＞Mo＞P＞Mn＞S＞B＞Ca＞Fe＞Zn＞Cu。

表2 梨種質(zhì)資源果實礦質(zhì)元素的變異度分析結果

2.2 梨種質(zhì)資源果實中礦質(zhì)元素含量的相關性分析

對不同梨品種的礦質(zhì)元素含量進行相關性分析(見表3），結果表明梨果實中B 和Cu、K 元素，Ca 和S、Zn元素，Cu和K元素，Mg和P元素，Mn和Fe元素，Mo和S 元素呈顯著正相關，相關系數(shù)介于0. 33～0. 40之間。Ca 和Mg、Mn 元素，K 和S、P 元素，Mg 和Mn、S元素，Mn 和S 元素，S 和P 元素，Zn 和Fe 元素呈極顯著正相關，相關系數(shù)介于0.46～0.68 之間。其余礦質(zhì)元素間均無顯著相關性。

表3 梨種質(zhì)資源果實中礦質(zhì)元素含量的相關關系矩陣

2.3 梨種質(zhì)資源礦質(zhì)元素的因子分析

對梨果實礦質(zhì)元素含量進行因子分析，將11個礦質(zhì)元素指標簡化為4 個因子，累計貢獻率達74.09%，包含了11 個指標的絕大部分信息。11 項指標前4 個公因子依據(jù)方差極大正交旋轉得到因子載荷矩陣如表4 所示。由各載荷值可知，第1 公因子中起作用指標是礦質(zhì)元素Mg、Mn,稱為Mg、Mn因子，貢獻率為29.91%；第2 公因子中礦質(zhì)元素B、K 正向載荷值較大，分別為0.76、0.74，故稱為B、K 因子，貢獻率為19.84%；第3 公因子中正向因子載荷較大的是Zn、Fe，稱為Zn、Fe 因子，貢獻率為14.82%；第4 公因子中起作用的指標是礦質(zhì)元素Mo，稱為Mo 因子，貢獻率最小為9.52%。

根據(jù)特征值的百分率，構建綜合得分模型：綜合得分=29. 91×Y(i,1)+19. 84×Y(i,2)+ 14. 82×Y(i,3)+9.52×Y(i,4)。根據(jù)以上模型算出34 個梨種質(zhì)資源果實中礦質(zhì)元素的綜合得分（見表5）。

表4 梨11個礦質(zhì)元素的因子分析

表5 34個梨種質(zhì)資源果實中礦質(zhì)元素因子分析

從表5 中可以看出果實中礦質(zhì)元素含量排名前10的梨種質(zhì)資源為翠玉＞矮化梨＞天皇＞鴨梨＞西子綠＞愛甘水＞圓黃＞滿豐＞晚秀＞華山，說明翠玉、矮化梨、天皇、鴨梨、西子綠、愛甘水、圓黃、滿豐、晚秀、華山果實中礦質(zhì)元素的含量高于其他種質(zhì)資源。而碭山梨、新世紀、愛宕的果實礦質(zhì)元素含量則在34個梨種質(zhì)資源排名后3 位，說明這3 個種質(zhì)資源在果實礦質(zhì)元素方面表現(xiàn)較差。

2.4 梨種質(zhì)資源礦質(zhì)元素的聚類分析

從圖1 可知，以B、Ca、K 等11 個礦質(zhì)元素指標，采用類平均法，以歐式距離為遺傳距離，遺傳距離大概在1 100 時，將34 份種質(zhì)材料分為了3 個類群，第Ⅰ類群中包含了華山、愛宕、南水、杭青、紅安久、西子綠、市水、黃花、雪新、新世紀、圓黃、黃金梨、黃冠、新高、綠云、鮮黃、碭山梨、大果水晶、紅梨、慈梨、洋梨、甘泉共22 份種質(zhì)資源；第Ⅱ類群包含了天皇、愛甘水、綠寶石、雪英、雪峰、雅青、早生黃金、矮化梨、滿豐共9份種質(zhì)資源；第Ⅲ類群包含晚秀、翠玉、鴨梨3份種質(zhì)資源。

圖1 基于11個礦質(zhì)元素的聚類分析樹狀圖

由表6 可知，第I 類群的22 份種質(zhì)的礦質(zhì)元素Zn 含量最大，第II 類群的9 份種質(zhì)的礦質(zhì)元素Cu 的含量在3 個類群中最高，第III 類群的3 份種質(zhì)的礦質(zhì)元素B、Ca、K、Mg、Mn、Mo、S、Fe、P 為3個類群中最高，當以果實中礦質(zhì)元素B、Ca、K、Mg、Mn、Mo、S、Fe、P 含量高為梨新品種選育目標時，此類材料具有很大的潛力，應對其種質(zhì)潛力進行進一步挖掘。

表6 各個類群礦質(zhì)元素含量的平均值（mg/kg）

3 討論和結論

水果中均含有豐富的礦質(zhì)元素［17］。礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量不僅影響果實品質(zhì)和貯藏中的生理病害，更是人類膳食礦質(zhì)元素的來源，并與人類的健康有密切關系［18-19］。因此，對礦質(zhì)元素的研究不僅有利于提高其果實品質(zhì)，更切合市場消費需求。而基于梨果實中礦質(zhì)元素分析的種質(zhì)資源遺傳多樣性研究對梨的生產(chǎn)、消費、品種選育、質(zhì)量評價均有一定的理論意義和實用價值。

本研究中，梨果實中大量礦質(zhì)元素含量由高到低依次為K＞P＞Mg＞Ca，這與陳艷秋等［20］、匡立學等［21］、蘇艷麗［22］的研究結果一致。梨種質(zhì)資源果實中不同礦質(zhì)元素含量差異性較大，表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性；礦質(zhì)元素Cu 的變異系數(shù)最大，K 的變異系數(shù)最小，變異系數(shù)范圍為9.79%-55.93%，說明在礦質(zhì)元素上，梨種質(zhì)資源存在很大的改良潛力。筆者認為結果反映了梨種質(zhì)資源豐富的遺傳背景能夠為良種的選育提供充足的親本材料。研究結果表明梨果實中P 和Mg 元素，Ca 和S、Zn 元素，Mg 和Mn、S 元素呈顯著正相關，Ca和Mg、Mn元素呈極顯著正相關，這與樸哲虎等［23］的研究結果一致。而K 和B、Cu 元素呈顯著正相關，Mg 和Mn、S 元素呈極顯著正相關，與段瑩瑩等［24］研究結果不一致，可能是種質(zhì)資源之間的品質(zhì)效應不盡相同所致。進一步比對相關性系數(shù)可得知，Mn 與Ca、Mg 元素的相關性系數(shù)均為0.68，Zn 和Fe 元素的相關性系數(shù)為0.59，明顯大于其他元素之間的相關性系數(shù)，因此梨果實中Mn 與Ca、Mg 元素，Zn 和Fe 元素相較于其他元素為緊密相關，其他有相關性的礦質(zhì)元素之間則為一般相關。

因子分析的結果顯示，影響梨種質(zhì)果實礦質(zhì)元素評價的關鍵因子是：Mg、Mn 因子，B、K 因子，Zn、Fe 因子及Mo 因子。因此，在針對不同資源進行品種選育時，可以根據(jù)具體的需求和傾向，有針對性的選擇和利用。聚類分析發(fā)現(xiàn)，3 個類群所包含的種質(zhì)資源與已經(jīng)劃分的砂梨、白梨、雜交種、西洋梨、未知品系有所不同。第I 類群包含了13個砂梨品種，2個白梨品種和2個西洋梨品種，各占22份種質(zhì)的59.09%、9.09%和9.09%，說明在梨的長期進化和人工育種過程中，四大系統(tǒng)梨種質(zhì)間遺傳物質(zhì)交流頻繁，相互交叉交融。第III類群所包含的晚秀、翠玉、鴨梨3份種質(zhì)資源，其礦質(zhì)元素B、Ca、K、Mn、Mg、Mo、S、Fe、P含量均為3個類群中最高。而因子分析也印證了翠玉、矮化梨、天皇、鴨梨、西子綠、愛甘水、圓黃、滿豐、晚秀、華山果實中礦質(zhì)元素的含量高于其他種質(zhì)資源，因此可將晚秀、翠玉、鴨梨優(yōu)先作為梨新品種選育的種質(zhì)材料。