余甘子天然居群果實(shí)的表型多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)

王德源， 朱亞艷， 戴曉勇， 余 娜， 許 杰*

(1.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院， 貴州貴陽 550003；2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院， 貴州 貴陽 550005)

表型多樣性是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)，通過表型性狀檢測遺傳變異的方法近年來被廣泛應(yīng)用于多個(gè)物種的種質(zhì)資源遺傳多樣性研究[1-5]。表型多樣性的分析有助于了解物種遺傳分化和進(jìn)化潛力，有利于優(yōu)異種質(zhì)的篩選和保護(hù)利用[6-7]。

余甘子(PhyllanthusemblicaLinn.)屬于大戟科(Euphorbiaceae)葉下珠屬(Phyllanthus)，是一種生長在我國亞熱帶、熱帶部分地區(qū)，特別是干熱河谷地區(qū)的多年生落葉小喬木或灌木，俗名橄欖、滇橄欖、油甘子等[8]。其果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特，富含維生素C、多酚、黃酮、多糖等化合物[9-11]，其中Vc含量為0.6%～0.92%，是蘋果的160倍，獼猴桃的5倍[12-13]，可直接食用或作藥用，具有很好的保健作用，是衛(wèi)生部審核并頒布的藥食同源植物，許多營養(yǎng)學(xué)家把余甘子果實(shí)、獼猴桃、山核桃并列為我國三大高營養(yǎng)果，聯(lián)合國糧農(nóng)組織也把其列為有待積極開發(fā)的果樹，我國廣西、福建已經(jīng)有大面積人工栽培，但野生資源以云南最為豐富[14]。野生余甘子在云南有廣泛分布，獨(dú)特的地理氣候條件使其進(jìn)化積累了豐富的遺傳變異，但很多野生資源仍未得到保護(hù)利用。開展余甘子天然居群果實(shí)表型多樣性分析，了解不同居群的表型變異特征和多樣性水平，有助于篩選優(yōu)良資源，對(duì)余甘子資源保護(hù)與利用具有重要意義。為此，對(duì)6個(gè)天然居群余甘子果實(shí)表型性狀進(jìn)行多樣性分析，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以揭示野生余甘子果實(shí)形態(tài)在居群間和居群內(nèi)的分化程度和變異規(guī)律，為余甘子種質(zhì)資源的收集、保護(hù)以及優(yōu)良種質(zhì)的選擇利用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

野生余甘子：6個(gè)居群的野生余甘子采自云南省鳳慶縣，各居群地理位置和樣本數(shù)見表1。原則上每個(gè)居群的樣本數(shù)均應(yīng)在10株以上，株距大于30 m，但部分居群由于樣本偏少，故采集的樣本不足10株。所選單株從東西南北4個(gè)方向隨機(jī)采集樹冠中部和中上部的成熟果實(shí)進(jìn)行表型性狀測定。

表1 野生余甘子樣品的居群地理位置

1.2果實(shí)表型性狀觀測

在余甘子果實(shí)成熟期觀測表型性狀，選取果實(shí)形狀等6個(gè)描述性狀和單果重等9個(gè)數(shù)量性狀作為研究指標(biāo)分析余甘子果實(shí)的表型多樣性。描述性狀采用目測觀察法進(jìn)行等級(jí)劃分(表2)。數(shù)量性狀分別采用游標(biāo)卡尺和電子天平進(jìn)行測量。每個(gè)樣株隨機(jī)采集30個(gè)果實(shí)，新鮮果實(shí)即時(shí)用游標(biāo)卡尺測量果縱徑、果橫徑、外果皮厚、果核縱徑、果核橫徑(精確到0.01 cm)，計(jì)算果形指數(shù)(果縱徑/果橫徑)，用電子天平測定單果重、外果皮重、果核重(精確到0.001 g)。

表2 余甘子果實(shí)描述性性狀的等級(jí)劃分

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2007統(tǒng)計(jì)描述性狀的變異情況，并計(jì)算Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H')[15]。利用SPSS 22.0對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差(SD)和變異系數(shù)(CV)，并進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，用SAS計(jì)算表型分化系數(shù)(Vst)。

2結(jié)果與分析

2.1余甘子果實(shí)表型性狀多樣性

2.1.1描述型性狀從表3可知，6個(gè)居群68份余甘子材料果實(shí)的6個(gè)描述性狀均有不同程度的變異，多樣性指數(shù)為0.683 1～1.660 6，平均為1.084 1，其中果實(shí)顏色和果實(shí)形狀多樣性指數(shù)較大。各性狀在其描述級(jí)別上均有分布，但不均勻，果實(shí)形狀有5種表型，以圓形和瓜形為主，分別占總分布頻率的29.81%和34.85%；果實(shí)顏色有6種表型，翠綠色和黃白色居多，深綠色最少；果基形狀有3種表型，以淺凹型所占比例最大；果頂形狀有3種表型，以平為主；果腹縫線形狀有凹平2種表型，分別占總分布頻率的42.94%和57.06%；果核粘離度以易離核為主，占總分布頻率的70.74%。

表3 余甘子果實(shí)6個(gè)描述型性狀的頻率分布及多樣性指數(shù)

2.1.2余甘子果實(shí)表型性狀及變異特征從表4可知，余甘子天然居群果實(shí)形態(tài)特征在居群間存在一定差異，其中P5居群余甘子果實(shí)的平均果橫徑、果縱徑、單果重、單個(gè)果肉重、果肉厚度、出肉率均最大，分別為2.50 cm、2.30 cm、7.37 g、6.05 g、0.65 cm和81.18%，果大、可食率高。多重比較結(jié)果表明，P5居群的單果重、單個(gè)果肉重和出肉率與其余5個(gè)居群間差異顯著；P1居群果小、可食率較高，其中，果橫徑、果縱徑、單果重、單個(gè)果肉重、果肉厚度均最小，分別為2.07 cm、2.00 cm、5.20 g、4.04 g和0.46 cm，但出肉率并不是最小，為75.26%，其單果重、單個(gè)果肉重、果肉厚度與其他5個(gè)居群間呈顯著差異；P4居群果大、可食率低，其中果橫徑、果縱徑、單果重、單果果肉重、果肉厚度均居第二，但出肉率最小，為73.67%，其果核重與其余5個(gè)居群間差異顯著。

表4 6個(gè)居群間表型性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及多重比較

注：同行不同小寫字母間表示同一性狀在不同居群間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same row indicate significance of difference in the same trait among different populations atP<.05 level.

從表5可知，11個(gè)表型性狀在居群內(nèi)不同個(gè)體間的平均變異系數(shù)(CV)為24.30%，變幅為6.16%～43.35%，其變異程度為果核重>單個(gè)果肉重>單果重>果核縱徑>果核橫徑>果縱徑>果肉厚度>果橫徑>出肉率>果形指數(shù)>核形指數(shù)。果核重、單個(gè)果肉重、單果重、果縱徑、果橫徑的變異系數(shù)較大，均大于11個(gè)表型性狀的平均變異系數(shù)，變異豐富，穩(wěn)定性較低；核形指數(shù)(6.16%)和果形指數(shù)(7.89%)的變異系數(shù)較小，具有較高的穩(wěn)定性。在居群水平上，P1和P6居群的平均變異系數(shù)較高，表型變異相對(duì)豐富，多樣性程度相對(duì)較高；P5居群的平均變異系數(shù)最小，表型變異程度較低。說明不同性狀對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性和不同生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致了居群變異程度的差異。

表5 6個(gè)居群表型性狀的變異系數(shù)

2.1.3余甘子居群間果實(shí)表型分化特征表型分化系數(shù)(Vst)為某性狀在居群間方差分量占居群總方差分量的百分比，指示表型變異在居群間貢獻(xiàn)率的大小[16-17]。由表6可知，11個(gè)余甘子果實(shí)表型性狀在居群間的平均方差分量百分比為20.95%，居群內(nèi)為54.79%，說明余甘子果實(shí)表型性狀在居群內(nèi)和居群間均存在一定程度的變異，但居群內(nèi)的多樣性大于居群間的多樣性，余甘子果實(shí)表型性狀變異主要來源于居群內(nèi)變異。其表型分化系數(shù)為16.67%～35.86%，平均為27.50%，單個(gè)果肉重最大，其次是出肉率和單果重，均大于30%，果形指數(shù)最少，核形指數(shù)次之，分別為16.67%和20.00%。

表6 余甘子果實(shí)表型性狀的方差分量及群體間表型分化系數(shù)

2.2余甘子果實(shí)表型性狀相關(guān)性

從表7可知，11個(gè)表型性狀間存在不同程度的相關(guān)性。單果重、單個(gè)果肉重、果核重、果核橫徑、果核縱徑、果肉厚度、出肉率均與果縱徑和果橫徑呈極顯著正相關(guān)，果橫徑、果縱徑、單果重、單個(gè)果肉重、果核重、果核橫徑、果核縱徑、果肉厚度間呈極顯著正相關(guān)，果核橫徑、核形指數(shù)、出肉率與果形指數(shù)呈顯著正相關(guān)，果形指數(shù)與果縱徑呈極顯著負(fù)相關(guān)，出肉率與果核重呈極顯著負(fù)相關(guān)。果實(shí)表型性狀間的顯著相關(guān)性顯示各性狀在生長過程中的協(xié)調(diào)性。

表7 余甘子果實(shí)表型性狀間相關(guān)性

注：*和**分別表示相關(guān)性顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

Note: * and ** indicate the correlation are atP<0.05 andP<0.01 level respectively.

2.3余甘子果實(shí)表型性狀主成分分析

從表8可知，前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.37%，表明前3個(gè)主成分代表了余甘子果實(shí)表型性狀的大部分信息。第Ⅰ主成分的特征值為6.36，解釋了11個(gè)表型性狀57.84%的變化，特征向量值較大的為果橫徑、果縱徑、單果重、單個(gè)果肉重、果核橫徑、果核縱徑，說明第Ⅰ主成分主要是與果實(shí)大小相關(guān)的性狀；第Ⅱ主成分的特征值為1.58，貢獻(xiàn)率為14.32%，特征向量最大的為果核重，說明第Ⅱ主成分的主要決定因子為果核重；第Ⅲ主成分特征向量值為1.23，貢獻(xiàn)率為11.21%，其中果形指數(shù)和核形指數(shù)的特征向量值較大，說明第Ⅲ主成分主要解釋果實(shí)形狀和果核形狀特征。

根據(jù)特征向量矩陣及標(biāo)準(zhǔn)化的11個(gè)表型性狀值，代入上述3個(gè)主成分中，由此可以獲得3個(gè)因子的得分公式，如下：

表8 11個(gè)表型性狀主成分分析

Table 8 Principal component analysis of phenotype traits inP.emblica

性狀Traits主成分 Principal componentⅠⅡⅢFTD0.980.07-0.01FLD0.940.08-0.24FW0.930.130.12FM0.93-0.160.12FMS0.200.950.03FTDS0.950.05-0.10FLDS0.920.03-0.25FT0.810.110.28FSI0.08-0.060.69FSSI0.020.090.72FP0.60-0.770.07特征值 Eigenvalue6.361.581.23貢獻(xiàn)率/% Contribution rate57.8414.3211.21累計(jì)貢獻(xiàn)率/% 57.8472.1683.37 Cumulative contribution rate

F1=0.39X1+0.37X2+0.37X3+0.37X4+0.08X5+0.38X6+0.36X7+0.32X8+0.03X9+0.01X10+0.24X11

F2=0.06X1+0.06X2+0.0.10X3-0.13X4+0.76X5+0.04X6+0.02X7+0.09X8-0.05X9+0.07X10-0.61X11

F3=-0.01X1-0.22X2+0.11X3+0.11X4+0.03X5-0.09X6-0.23X7+0.25X8+0.62X9+0.65X10+0.06X11

根據(jù)F1、F2、F3數(shù)值，以及各主成分的貢獻(xiàn)率權(quán)重(0.69、0.17、0.13)得出每個(gè)品種的綜合得分公式：F=0.69F1+0.17F2+0.13F3，由上述公式計(jì)算F值，對(duì)68個(gè)余甘子單株表型性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)根據(jù)F值大小進(jìn)行排序(表9)，F(xiàn)值越高表型綜合性越好。

從表9看出，排在前5位的分別是58號(hào)(P6居群)、52號(hào)(P5居群)、49號(hào)(P5居群)、55號(hào)(P5居群)、10號(hào)單株(P1居群)。其中P6居群的58號(hào)單株綜合得分值(F值)最高，為1.82，說明58號(hào)單株的綜合性狀最好； P1居群的2號(hào)單株F值最低，為-2.24，表明2號(hào)單株的綜合表現(xiàn)最差。

表9 余甘子果實(shí)表型性狀的綜合評(píng)價(jià)

2.4余甘子果實(shí)表型性狀聚類情況

從圖1可知，以歐式距離12.5為閾值，68個(gè)單株被分為5大類，Ⅰ類包括各個(gè)居群的45個(gè)單株；Ⅱ類包括P4居群的40號(hào)、41號(hào)、44號(hào)單株；Ⅲ類包括P1居群的3～6號(hào)單株；Ⅳ類包括P2居群的25號(hào)單株、P3居群的36號(hào)單株及P1居群的8號(hào)和2號(hào)單株， P1居群的2號(hào)單株單獨(dú)聚為一小類；Ⅴ類包括各個(gè)居群的12個(gè)單株。其中Ⅲ類和Ⅳ類的8個(gè)單株綜合排名均為倒數(shù)?？偟膩碚f6個(gè)居群的68個(gè)余甘子單株并未按地理距離而聚類，其果實(shí)表型性狀無空間上的特異性。

3結(jié)論與討論

表型性狀變異是物種遺傳變異的表現(xiàn)形式，也是基因型和環(huán)境條件共同作用的結(jié)果[18-19]。豐富的種質(zhì)資源是選擇育種的重要基礎(chǔ)，表型性狀在植物種屬間親緣關(guān)系鑒定和居群生物學(xué)分析中具有重要作用。表型多樣性研究是植物遺傳多樣性研究中最基礎(chǔ)、最直觀的方法，能簡便、快捷地對(duì)遺傳資源作出評(píng)價(jià)[20-21]。選用17個(gè)果實(shí)表型性狀對(duì)6個(gè)居群68個(gè)余甘子單株遺傳多樣性分析表明，余甘子果實(shí)形態(tài)特征變異豐富。6個(gè)果實(shí)描述性狀表現(xiàn)出不同程度的遺傳分化，Shannon-Weaver多樣性指數(shù)在0.683 1～1.660 6，其中果實(shí)形狀、果實(shí)顏色和果頂?shù)亩鄻有灾笖?shù)大于1，其余3個(gè)性狀(果柄形狀、腹縫線形狀、果核粘離度)的多樣性指數(shù)大于0.5。對(duì)11個(gè)表型性狀的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和多重比較分析表明，余甘子天然居群果實(shí)形態(tài)特征在居群間存在一定差異，其中P5居群果大、可食率高，P1居群果小、可食率較高，P4居群果大、可食率低。

變異系數(shù)可間接反映表現(xiàn)性狀多樣性的豐富程度，變異系數(shù)越大，說明性狀的變異幅度越高，性狀多樣性越豐富[22]。研究表明，余甘子果實(shí)表型性狀在居群間和居群內(nèi)均存在一定差異且表現(xiàn)不一致。6個(gè)居群的平均變異系數(shù)為24.30%，變幅為21.73%～25.47%，P1和P6居群的平均變異系數(shù)較高，2個(gè)居群的果實(shí)表型性狀多樣較豐富；P5居群的平均變異系數(shù)最小，其果實(shí)表型性狀變異程度較低。單果重、果橫徑等11個(gè)余甘子果實(shí)表型性狀的變幅為6.16%～43.35%，平均為24.30%，其中果核重、單個(gè)果肉重和單果重的平均變異系數(shù)為38.50%，而果形指數(shù)和核形指數(shù)的變異系數(shù)分別為7.89%和6.16%，表明余甘子果實(shí)、種子的質(zhì)量性狀變異較大，而形狀相對(duì)穩(wěn)定，這與對(duì)無患子(Sapindusmukorossi)[18]、毛梾(Cornuswalteri)[19]種實(shí)表型多樣性的研究結(jié)果一致。上述分析表明，不同性狀對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和不同居群的環(huán)境差異導(dǎo)致了種群變異程度的差異。

野生余甘子在云南獨(dú)特的地理氣候條件使其進(jìn)化積累了豐富的遺傳變異。對(duì)供試材料的方差分析表明，6個(gè)居群余甘子果實(shí)表型性狀在居群間的平均方差分量百分比為20.95%，居群內(nèi)為54.79%，居群間和居群內(nèi)存在廣泛變異，但居群內(nèi)變異大于居群間變異，說明余甘子果實(shí)表型性狀變異主要來源于居群內(nèi)變異，與瞿文林等[23]得出的結(jié)論相符合。余甘子果實(shí)表型性狀的平均表型分化系數(shù)為27.50%，其中，單個(gè)果肉重、出肉率、單果重的表型分化系數(shù)較大，分別為35.86%、35.20%和30.28%，說明這3個(gè)性狀相對(duì)于其他性狀在居群間有較高的表型分化程度；而果形指數(shù)和核形指數(shù)的表型分化系數(shù)較小，分別為16.67%和20.00%，在居群間表型分化程度較低，較為穩(wěn)定。余甘子果實(shí)表型分化在居群間與居群內(nèi)的差異，一方面由于生態(tài)環(huán)境的差異，另一方面由于不同表型性狀受不同基因型控制。居群內(nèi)的變異是余甘子果實(shí)表型性狀遺傳變異的主要來源，在開發(fā)利用余甘子種質(zhì)資源時(shí)應(yīng)加大優(yōu)良個(gè)體的選擇和利用力度。

種質(zhì)資源的遺傳多樣性直接影響著品種改良、新品種選育，目標(biāo)改良性狀的多樣性越豐富，變異幾率越大，越容易獲得所期望的選擇效果。余甘子果實(shí)表型性狀在居群間和居群內(nèi)豐富的變異為選擇育種提供了豐富的材料。基于余甘子果實(shí)表型性狀，采用隸屬函數(shù)和主成分分析結(jié)合的方法，對(duì)68個(gè)余甘子單株進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該方法已在植物表型綜合評(píng)價(jià)方面得到應(yīng)用[2,7,24]。主成分分析和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，前3個(gè)主成分因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.37%，表型性狀綜合得分F值排在前5位的分別是58號(hào)(P6居群)、52號(hào)(P5居群)、49號(hào)(P5居群)、55號(hào)(P5居群)和10號(hào)單株(P1居群)。P6居群的58號(hào)單株綜合性狀最好； P1居群2號(hào)單株的綜合表現(xiàn)最差。通過比較綜合得分F值的大小篩選出的優(yōu)異種質(zhì)資源，可以作為雜交育種親本材料或優(yōu)異種質(zhì)在育種和生產(chǎn)中利用[20,24]。

通過對(duì)6個(gè)余甘子天然居群的果實(shí)表型多樣性分析表明，余甘子天然居群在長期進(jìn)化過程中產(chǎn)生一定程度的表型變異，且由于居群內(nèi)的表型分化與生態(tài)環(huán)境因素的共同影響，居群內(nèi)的變異大于居群間變異。在收集保存余甘子種質(zhì)資源時(shí)，應(yīng)注意不同層次的變異，既要考慮種群間的變異，也應(yīng)考慮種群內(nèi)變異，增加種群內(nèi)個(gè)體數(shù)量，并優(yōu)先收集有特殊表型的單株。