高寒地區(qū)鈣果葉片表形特征差異分析

張巍 劉運(yùn)偉 徐宜彬 李陽 任偉超

摘 要：針對從吉林引進(jìn)的鈣果在小興安嶺伊春地區(qū)的栽培試驗(yàn)，通過分析葉片表形特征，對鈣果在高寒地區(qū)的表形多樣性表現(xiàn)進(jìn)行探討，為優(yōu)選、改良寒地漿果類品種及開發(fā)利用提供技術(shù)支持。本文采用露地栽培和塑料大棚栽培兩種設(shè)計(jì)，結(jié)合葉長、葉寬和葉面積等調(diào)查數(shù)據(jù)，對鈣果葉片的比葉面積、遺傳變異系數(shù)和葉片干物質(zhì)含量等指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，定植后的鈣果葉片表形性狀變異幅度為21.87%～34.44%，各品系均表現(xiàn)出較為豐富的遺傳變異特征，這與環(huán)境因子的差異有直接關(guān)系。在不同立地條件下，不同品系表現(xiàn)出了不同的遺傳程度，表現(xiàn)最為明顯的是鈣果4號品系。結(jié)論：在引進(jìn)伊春地區(qū)后，鈣果不同品系間遺傳豐富度差異確實(shí)存在;各品系表形特征產(chǎn)生的差異性均取決于環(huán)境因子;而各品系遺傳活躍度相近也證明了鈣果品系內(nèi)遺傳性狀相對穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：鈣果;葉片變異;表形差異;遺傳變異

中圖分類號：S662 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1006-8023（2020）05-0040-05

Abstract：In this paper， Cerasus humilis introduced from Jilin Province was cultivated in Yichun area of Xiaoxingan Mountains. By analyzing leaf surface characteristics， the phenotypic diversity of Cerasus humilis in alpine regions was discussed， which provided technical support for the optimization and improvement of berry varieties in cold region and their development and utilization. The experimental sample plots were established by two designs of land cultivation and plastic greenhouse cultivation respectively. The leaf area， genetic variation coefficient and dry matter content of the leaves were analyzed by combining with the data of leaf length， leaf width and leaf area. Results showed ?that： the variation range of phenotypic traits of leaves ranged from 21.87% to 34.44%， and all strains showed abundant genetic variation characteristics， which was directly related to the differences of environmental factors. Different strains showed different degree of genetic activity under different site conditions， and the most obvious one was No. 4. ?After the introduction into Yichun area， the differences of genetic richness between different strains of Cerasus humilis did exist and the differences in the phenotypic characteristics were all from environmental factors. The similarity of genetic activity among the strains also proved that the genetic characters in the Cerasus humilis strains were relatively stable.

Keywords：Cerasus humilis; leaf variation; phenotypic difference; genetic variation

0 引言

植物的表型特征是其本身各種形態(tài)特征的組合，是植物自身遺傳因素和環(huán)境因子共同作用過程中，經(jīng)過長期適應(yīng)，群體和個(gè)體間均產(chǎn)生不同程度形式的變異，以適應(yīng)不同的環(huán)境[1]，而植物葉面積的大小及其分布， 直接影響著植物對光能的截獲及利用 ，進(jìn)而影響種群生產(chǎn)力。葉片性狀對氣候變化非常敏感， 反映了植物對環(huán)境的高度適應(yīng)能力和在復(fù)雜生境下的自我調(diào)控能力[2]， 故以植物葉片為研究對象， 更能反映植物對氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制。如曹紅梅等[3]對藍(lán)莓葉面積進(jìn)行了測定并建立了相關(guān)回歸方程。陳麗君等[4]分析了苦楝10個(gè)種源的葉片性狀變異情況，表明各種源間葉片性狀變異明顯。

鈣果（Cerasus humilis）為薔薇科櫻桃屬多年生落葉小灌木，是從我國野生歐李中選育出的一種新型果樹。鈣果具有多種價(jià)值，果實(shí)富含鈣和鐵元素，其含量分別為0.60 mg/g和0.15 mg/g，是蘋果的6.7倍和6.3倍。目前對于鈣果的研究主要以引種適應(yīng)性、有效物質(zhì)提取和精深加工等為主，對于鈣果異地引種后如何通過葉片水平上的表型變異測定群體內(nèi)或群體間水平的遺傳差異方面研究較少，同時(shí)這也是鈣果生態(tài)模擬研究領(lǐng)域中的一個(gè)理論空白。

課題組于2018年引進(jìn)鈣果3個(gè)品系在小興安嶺伊春林區(qū)統(tǒng)一建立試驗(yàn)樣地進(jìn)行適生性試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)塑料大棚栽培和田間露地栽培兩種栽培方式，通過對定植后鈣果葉片的遺傳表現(xiàn)進(jìn)行分析，試圖探討鈣果在高寒地區(qū)定植后的表形遺傳變異表現(xiàn)，并對鈣果在高寒地區(qū)不同立地條件下葉片功能性狀是否產(chǎn)生差異及對植株生殖生長的影響進(jìn)行觀測，為今后鈣果在高寒地區(qū)的引種及育種工作做好前期工作。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)樣地位于黑龍江省友好林業(yè)局萬畝藍(lán)莓園內(nèi)，總面積1.3 hm2。試驗(yàn)地平均海拔347.1 m，年積溫2 000～2 300 ℃，日照時(shí)數(shù)2 430.4 h，無霜期117 d，年降水量629.6 mm。年平均氣溫為0.4 ℃，1月份平均氣溫-23 ℃，7月份平均氣溫為20.5 ℃，冬季平均氣溫-16.2 ℃，平均年降水量為630 mm，早霜9月上旬，晚霜翌年5月中下旬消失，無霜期110 d，屬北溫帶大陸性濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，土壤為暗棕壤。樣地內(nèi)土壤pH為5.51，有機(jī)質(zhì)含量為11.23%，全效氮含量33.67 mg/kg，全效磷含量201.70 mg/kg，全效鉀含量193.78 mg/kg。

課題組于2018年分別引進(jìn)鈣果4號、6號和7號3個(gè)品系。當(dāng)年在友好林業(yè)局萬畝藍(lán)莓園內(nèi)統(tǒng)一建立試驗(yàn)樣地。樣地共分棚式栽培和露地栽培兩種設(shè)計(jì)。其中，棚式栽培采用連體大棚栽培，連體大棚總面積1.3 hm2，內(nèi)建立試驗(yàn)樣地一處，面積0.67 hm2。為防止邊緣效應(yīng)，各品系采取不同定植設(shè)計(jì)，兩次重復(fù)。露地栽培試驗(yàn)樣地1處，面積0.27 hm2，栽培品系為鈣果4號和6號兩個(gè)品系，兩次重復(fù)。兩種栽培設(shè)計(jì)造林密度均為1 m×1 m。

1.2 研究方法

葉片采集于2019年8月進(jìn)行，共分為塑料大棚栽培和露地栽培兩個(gè)設(shè)計(jì)。大棚內(nèi)以鈣果4號、6號和7號3個(gè)品系為指標(biāo)進(jìn)行采集。露地栽培以4號和6號為主進(jìn)行采集。因葉片不同位置變異較大，所以在采集葉片時(shí)，以每單株的上、中、下部分各取5片葉片進(jìn)行測量，采集枝段上已完全展開的葉片，未完全展開葉片、發(fā)黃衰老和不完整葉片不采集。依據(jù)不同品系分開保存在自封袋中，袋面上做編號，并單獨(dú)記錄編號帶回實(shí)驗(yàn)室。

將新采集葉片洗凈后，依據(jù)各部位葉片進(jìn)行分別測量。測量指標(biāo)主要有葉鮮重、葉長和葉寬。計(jì)算葉面積、長寬比和葉形系數(shù)等。測量后將葉片統(tǒng)一編號裝入密封袋帶回，當(dāng)日不能進(jìn)行測量的樣品放入冰箱冷凍保存。葉片洗凈后，置于80 ℃干燥箱中烘干48 h至恒重，稱量樣品干重[6]。運(yùn)用公式（1）—公式（3）進(jìn)行變異系數(shù)、比葉面積（specific leaf area，SLA，面積與干重的比例在公式中用S（SLA）表示）和葉片干物質(zhì)含量（leaf dry matter content，LDMC，干重與鮮重的比率在公式中用l（LDMC）表示）的計(jì)算[7]，公式如下：

l（LDMC）=葉干重/葉濕重。 （1）

S（SLA）=葉面積/葉干重。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

CV=（SD/MN）×100%。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式中：CV為變異系數(shù);SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差;MN為平均值;S（SLA）為比葉面積;l（LDMC）為葉片干物質(zhì)含量。

葉面積測量用杭州大吉光電儀器有限公司的YMJ-A葉面積儀進(jìn)行測量。數(shù)據(jù)分析用SPSS19.0完成，其他數(shù)據(jù)用WPS-Excel 2019進(jìn)行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品系葉片分析

葉片受控于植物遺傳特性，其表形是植物遺傳變異和環(huán)境差異的共同反映。而葉面積指數(shù)（LAI）作為一個(gè)重要生理指標(biāo)，在氣體交換、光合產(chǎn)量和水分利用等方面都是必不可少的參數(shù)[8]。綜合分析可知，棚式定植的鈣果葉片長度總體平均值為6.25 cm，寬度總體平均值為2.88 cm，葉面積總體平均系數(shù)為16.00 cm2。露地定植鈣果葉片長度總體平均值為5.56 cm，寬度總體平均值為2.64 cm，葉面積總體平均系數(shù)為12.92 cm2。表明棚式栽培鈣果葉片交錯(cuò)程度明顯高于露地栽培苗木。

分別對鈣果4號、6號及7號進(jìn)行葉面積分析，結(jié)果表明，鈣果4號葉片長度取值范圍為3.20～8.80 cm，葉片寬度取值范圍為1.40～3.70 cm。葉面積總體平均值為14.91 cm2，稍小于其他兩個(gè)品系。而6號和7號兩個(gè)品系葉面積指數(shù)相近，分別為16.79 cm2和16.29 cm2。相比之下，露地栽培鈣果4號和6號品系葉面積分別小于棚式栽培鈣果葉面積7.19%和40.62%（表1）。

對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同品系葉片系數(shù)T檢驗(yàn)結(jié)果表明，葉片指數(shù)在置信度為95%時(shí)，6號和7號品系組間概率P值為0.502，大于0.05，證明組間葉片指數(shù)無明顯差異。同樣，鈣果4號與鈣果7號兩個(gè)品系組間概率P值為0.072，大于0.05，表明組間差異不明顯，但鈣果4號和6號兩個(gè)品系組間概率P值為0.031，表明兩個(gè)品系間葉片變異系數(shù)存在顯著差異。

綜上分析表明，棚式栽培的鈣果葉片明顯大于露地栽培的鈣果葉片。這是由于相對于露地栽培，塑料大棚栽培方式不但可以為鈣果在生長過程中提供更為有利的自然因子條件，且通過溫、濕度及光照的調(diào)控，對鈣果的生殖生長產(chǎn)生了積極作用，從而也證明，鈣果本身對外部環(huán)境刺激較為敏感。

2.2 葉片變異性狀關(guān)聯(lián)性分析

對各品系數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，由表2可知，在對棚式栽培各品系葉片鮮重、干重統(tǒng)計(jì)中，6號品系統(tǒng)計(jì)平均值大于其他兩個(gè)品系。而在比葉面積（SLA）和干物質(zhì)含量（LDMC）兩個(gè)指標(biāo)計(jì)算中，7號品相關(guān)系數(shù)均高于其他兩個(gè)品種。露地栽培統(tǒng)計(jì)中，4號品系鮮重、干重兩項(xiàng)指標(biāo)系數(shù)相對高于6號品系。變異系數(shù)方面棚式栽培7號品系和露地栽培4號品系的遺傳系數(shù)較高，表明不同品系在環(huán)境因子作用下表現(xiàn)有所差異。對各樣本進(jìn)行T檢驗(yàn)結(jié)果表明，葉片指數(shù)在置信度為95%時(shí)各品系系數(shù)均小于0.05，表明各品系組內(nèi)高度相關(guān)，不存在明顯差異。

比葉面積（SLA）為葉面積與其干重之比。在同一個(gè)體或群落內(nèi)，一般受光越弱比葉面積越大。分別對鈣果4號和6號進(jìn)行棚式栽培和露地栽培的比葉面積比較。表2顯示4號和6號鈣果品系其棚式栽培比葉面積均稍大于露地栽培苗木。對兩個(gè)品系的兩種栽培方式分別進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，棚式栽培4號、6號鈣果和露地栽培4號、6號鈣果相關(guān)系數(shù)分別為0.57和0.65。在置信度為95%前提下，鈣果6號品系檢測值為0.00，表明雖然兩組葉面積有所差異，但總體相對穩(wěn)定，并沒有受到環(huán)境因子改變的影響。而鈣果4號品系棚式栽培區(qū)組和露地栽培區(qū)組檢測值為0.23（P>0.05），表明4號品系苗木葉片因不同環(huán)境因子刺激而產(chǎn)生一定差異。這也表明相對于其他品系，4號品系遺傳變異更為豐富。干物質(zhì)含量（LDMC）是判斷植物光合作用及分解作用的重要指標(biāo)。通過鈣果對干物質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算證明，各品系葉片干物質(zhì)含量主要分布于0.48～0.55區(qū)間，而相同品系在不同生境定植后，其葉片干物質(zhì)量基本處于同一區(qū)間，并無明顯差異。

分別對6個(gè)鈣果區(qū)組進(jìn)行葉片的遺傳變異分析，結(jié)果表明種群的表形性狀變異幅度為21.87～34.4，平均變異系數(shù)為 26.01%。以葉片長度和寬度為計(jì)算單位進(jìn)行遺傳系數(shù)計(jì)算，結(jié)果表明，不同種組間同一表形性狀的變異范圍不同，同一組內(nèi)的表形變異也因不同性狀而有差別。其中露地栽培鈣果4號品系葉片寬度指數(shù)遺傳變異系數(shù)為34.44，是各組最大的。葉片長度遺傳變異指數(shù)為27.53，與其他區(qū)組遺傳系數(shù)差異不大。由此表明露地栽培的鈣果4號品系葉片遺傳差異主要是由于其葉片寬度的變異，而葉片長度的變異與其他區(qū)組差異不大。

3 討論

植物表形的遺傳變異程度是植物適應(yīng)不同環(huán)境因子的外在表現(xiàn)[8-11]。而葉片是植物制造光合產(chǎn)物的重要器官，是影響植物生產(chǎn)力大小的決定性器官之一[12]，對植物的生殖生長具有重要意義。目前一般將變異系數(shù)≥30 的規(guī)定為高度變異，在15～30 的為中度變異，<15 的為低度變異。通過對3個(gè)鈣果品系及兩種不同栽植方式的對比分析表明，3個(gè)品系組內(nèi)及組間平均變異系數(shù)小于 20，屬中度變異。從而表明鈣果在被引進(jìn)后，因環(huán)境因子發(fā)生巨大改變使各品系總體發(fā)生一定程度的表形變異情況，這也證明鈣果這一品種表形多樣性較為豐富。

對組內(nèi)和組間的測定表明，各組組內(nèi)遺傳變異系數(shù)總體處在同一合理區(qū)間，證明雖然因地理環(huán)境改變而產(chǎn)生一定表形變異，但總體性狀變異均處于同一區(qū)間，相對穩(wěn)定，并沒有表現(xiàn)出因環(huán)境因子改變而產(chǎn)生組內(nèi)分化現(xiàn)象。葉片性狀遺傳大致可分為數(shù)量性狀的遺傳和質(zhì)量性狀的遺傳。其區(qū)別為數(shù)量性狀的遺傳主要由多基因控制，加上外部環(huán)境等因素影響，可能會發(fā)生不同性狀間的變異系數(shù)有較大差異的現(xiàn)象。此次鈣果引進(jìn)在不同環(huán)境定植后，組間的性狀差異是存在的，其中組間差異表現(xiàn)最為明顯的是鈣果4號品系，這也與周文才等[13]的觀測結(jié)果相近。

鈣果總體遺傳穩(wěn)定性較強(qiáng)，環(huán)境因子在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)不會對群落產(chǎn)生較大影響。但在環(huán)境因子波動(dòng)較大時(shí)，鈣果葉片的表形性狀會發(fā)生變異，而這種表形變異的產(chǎn)生與環(huán)境因子呈正相關(guān)關(guān)系。這表明鈣果葉片在壽命期內(nèi)的表現(xiàn)取決于其生境因子和其本身適應(yīng)性的雙重生理制約機(jī)制，葉片所表現(xiàn)出來的表形變異與環(huán)境因子的影響之間存在權(quán)衡關(guān)系，這也與王常順等[14]的研究結(jié)果相近。表形變異是由遺傳因子和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，表形變異必然蘊(yùn)藏遺傳變異，一般來說表形變異越大，遺傳變異也就越大。本文以不同品系鈣果葉片表形性狀進(jìn)行分析表明其表形性狀自然變異豐富，這同時(shí)也表明鈣果具有廣闊的遺傳改良前景。

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