基于枝條、葉和花的油梨種質表型多樣性分析

鄭 斌，施曉龍，鄒明宏

（1.中國熱帶農業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所/國家熱帶果樹種質資源圃/農業(yè)農村部熱帶果樹生物學重點實驗室，廣東 湛江 524091；2.云南農業(yè)大學熱帶作物學院，云南 普洱 665099）

【研究意義】油梨（Persea americanaMill.）別名牛油果、鱷梨，為樟科鱷梨屬常綠喬木，是一種原產于中美洲的著名熱帶亞熱帶水果［1］。油梨富含不飽和脂肪酸，蛋白質，維生素A、B、E，礦質元素鉀、鈣、鐵等［2］，具有降低膽固醇和血脂、保護心血管和肝臟系統(tǒng)等重要生理功能，其味如乳酪，有“森林黃油”之美譽，是一種集營養(yǎng)與保健于一身的水果［3］。根據其自然分布及生物學特性，油梨分為墨西哥系、危地馬拉系和西印度系［4］，目前不少栽培品種為這3個園藝系間的雜交種，不同系的氣候適應性、樹形、葉片、花及果實等差異較大［5］。【前人研究進展】我國油梨已有上百年栽培歷史，自1918年引進我國臺灣之后在廣西、廣東、海南、云南、貴州、福建等?。▍^(qū)）試種均取得成功［6］，不同地區(qū)也相繼開展了油梨種質表型差異及品種適應性研究。1998年蔡勝忠等［7］對海南西部地區(qū)引種栽培的10個油梨種質的植物學形態(tài)特征、生物學特性、果實特性和果肉營養(yǎng)成分進行了分析，并初步提出6個適于海南西部地區(qū)種植的優(yōu)良品種；2016年周海蘭［8］根據枝條、葉片等表型性狀，將海南112油梨種質資源分成3類；同樣，周兆禧等［9］基于15個表型性狀將海南儋州的170份油梨種質資源分為4大組群；2020年張少峰等［10］對海南51份油梨種質資源果實的表型性狀進行鑒定評價，篩選出一些經濟性狀較好的資源；2019年和2020年羅立娜等［2,11］分別對貴州5個油梨品種（系）果實的表觀性狀（單果重、果實橫徑、果實縱徑、果型指數）及4個油梨品種花的表型進行了調查分析。這些調查分析為了解當地油梨種質資源多樣性及油梨種質資源的評價利用提供了基本數據支撐?！颈狙芯壳腥朦c】表型多樣性是遺傳多樣性和環(huán)境多樣性共同作用的產物［12］。廣東湛江屬于熱帶北緣季風氣候，位于湛江的國家熱帶果樹種質資源圃目前保存有國內外油梨種質資源100余份，不同資源之間表型差異較大。【擬解決的關鍵問題】本研究擬以油梨種質資源的枝條、葉片和花為調查對象，對比分析其表型多樣性，以期為粵西及全國油梨優(yōu)異資源的發(fā)掘和高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取保存于國家熱帶果樹種質資源圃的53份油梨種質資源為試驗材料，其中26份資源的園藝系別已知，見表1。試驗地點位于廣東湛江，地理位置為 110°27' 22'' ～110°27' 54'' E、21°15'58'' ～21°16' 03'' N。

1.2 表型性狀調查

2019年1－4月及2020年2－4月，參照《熱帶、南亞熱帶果樹種質資源數據質量控制規(guī)范》［13］中油梨部分對不同資源的枝條、葉片、花進行調查。共調查19個性狀，包括7個質量性狀：葉形（LS）、葉緣（LM）、葉尖形狀（BTS）、葉片顏色（LC）、葉面狀態(tài)（LF）、葉柄凹槽（PG）、花型（FT）；12個數量性狀：枝條粗度（BD）、節(jié)間長度（IL）、葉長（BL）、葉寬（BW）、葉形指數（LI）、葉柄長度（PL）、花序側軸長度（ICL）、花序寬度（IW）、花序主軸長度（IRL）、花梗長度（FSL）、花瓣長度（PL）、萼片長度（SL）。質量性狀直接進行目測，枝條粗度、節(jié)間長度、葉柄長度、花序主軸長度、花梗長度、花瓣長度和萼片長度用精確度為0.01 mm的游標卡尺進行測量，葉長、葉寬、花序側軸長度和花序寬度用精確度為0.1 cm的直尺進行測量。

表1 供試53份油梨種質資源的系別信息Table 1 Line information of the 53 avocado germplasm resources accessions for the test

1.3 數據處理

按照表2的分級標準將質量性狀賦值后進行數據分析；數量性狀計算最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數后，根據總體平均值（）和標準差（σ）進行分類，從1級［xi＜-2σ］至第10級［xi≥+2σ］劃分為10級，中間每級相差0.5 σ，采用Shannon-Weiner多樣性指數分析油梨種質資源的遺傳多樣性水平［12］。

利用Excel 2010軟件進行常規(guī)統(tǒng)計分析，用SPSS 26.0軟件進行偏相關分析、主成分分析和聚類分析，其中，聚類分析時用Z Scores法對變量進行標準化處理，聚類方法采用離差平方（Ward）方法［14］，種質間距為歐氏距離（Euclidean distance），繪制聚類樹狀圖。

表2 油梨質量性狀分級標準Table 2 Classification standards for quantitative traits of avocado

2 結果與分析

2.1 53份油梨種質的質量性狀遺傳多樣性分析

53份油梨種質資源的7個質量性狀的頻率分布和多樣性指數如表3所示，7個質量性狀的多樣性指數范圍在0.094～1.228之間、平均為0.743，其中葉形和葉尖形狀的多樣性指數大于1.0，其他質量性狀多樣性指數均小于1.0，葉柄凹槽的最小、僅為0.094。根據各性狀的分布頻率來看，53份油梨種質的葉形以尖橢圓形（54.72%）為主，其次是披針形（18.87%）、橢圓形（15.09%）和近圓形（9.48%），少數為長倒卵形（1.89%）；葉緣主要是全緣（52.83%），波浪型占少數（47.17%）；葉尖形狀以急尖（43.40%）和銳尖（39.62%）為主，其次是鈍尖（9.43%）和長銳尖（5.66%），少數為圓（1.89%）；葉片顏色以深綠色（50.94%）和綠色（45.28%）為多，少數是淡綠色（3.77%）；葉面狀態(tài)多為凹陷（84.91%），少數為平展（13.21%），極少數為隆起（1.89%）；花型以B型花（54.72%）多于A型花（45.28%）；98.11%葉柄有凹槽。

表3 53份油梨種質質量性狀頻率分布及多樣性分析Table 3 Frequency distribution and diversity of quality traits in 53 avocado germplasms

2.2 53份油梨種質的數量性狀遺傳多樣性分析

從表4可以看出，53份油梨種質資源的12個數量性狀的變異系數變化范圍為14.60%～74.38%，平均為32.36%，表現(xiàn)出較高的變異水平。其中花序主軸長度（74.38%）和節(jié)間長度（67.96%）的變異系數大于50%，說明這2個數量性狀變異幅度較大；其他數量性狀變異系數較集中，處于14.60%～34.47%之間，從大到小依次為葉柄長度、花序側軸長度、花序寬度、花梗長度、葉寬、葉長、葉形指數、萼片長度、花瓣長度及枝條粗度。多樣性指數變化范圍在1.373～1.921，平均1.717，其中花序寬度和花序側軸長度的多樣性指數達1.9以上，說明這2個性狀多樣性比較豐富。

對26個已知園藝系油梨資源的數量性狀進行了統(tǒng)計分析，結果見表5。從表5可以看出，危地馬拉系品種枝條粗度、節(jié)間長度、葉長、葉寬、葉柄長度、花序主軸長度、花梗長度和花瓣長度最大，墨西哥系品種枝條粗度、葉長、葉寬、葉柄長度、花序側軸長度、花序寬度、花梗長度和萼片長度最小，西印度系品種節(jié)間長度最短。

表4 53份油梨種質數量性狀表型多樣性分析Table 4 Phenotypic diversity of quantitative traits in 53 avocado germplasms

表5 不同園藝系油梨數量性狀分析Table 5 Quantitative trait analysis of avocados from different ecological races

2.3 油梨種質的表型性狀偏相關分析

本試驗對19個油梨表型性狀進行偏相關分析，結果見表6。從表6可以看出，呈極顯著相關的有29對，呈顯著相關的21對。其中，枝條粗度和節(jié)間長度均與葉長、葉寬呈極顯著正相關；葉長與葉寬、葉柄長度均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.826和0.686，且葉長、葉寬和葉柄長度均與花序側軸長度、花序寬度呈極顯著正相關；葉形指數與節(jié)間長度呈極顯著正相關，與葉柄凹槽呈極顯著負相關，與葉柄長度、花序主軸長度和萼片長度呈顯著正相關，與花型呈顯著負相關；花序側軸長度與花序寬度呈極顯著正相關，相關系數達0.909，兩者均與萼片長度呈極顯著正相關；花序主軸長度與節(jié)間長度、葉柄長度呈極顯著正相關，與葉形指數呈顯著正相關，與葉柄凹槽呈極顯著負相關，與葉形呈顯著負相關；花瓣長度與花梗長度呈極顯著正相關，相關系數達0.920，兩者均與葉尖形狀呈顯著負相關；萼片長度與葉長、葉柄長度呈極顯著正相關，與花型呈極顯著負相關，與葉面狀態(tài)呈顯著正相關，與葉柄凹槽呈顯著負相關；葉形與葉尖形狀呈顯著負相關；葉面狀態(tài)與花序側軸長度呈極顯著正相關，與葉柄凹槽呈顯著負相關；葉片顏色與葉長、花瓣長度呈極顯著正相關，與葉寬、葉柄長度和花序側軸長度呈極顯著正相關?？梢?，油梨枝條、葉和花表型性狀間關系較為密切，當某一性狀發(fā)生變化時可能伴隨著其他性狀正向或負向改變。

2.4 油梨不同表型性狀的主成分分析

由于影響油梨表型性狀的因素較多，使用主成分分析法可以排除信息重疊的現(xiàn)象，清楚顯示各因素在表型多樣性構成中的作用，特征值和貢獻值是選擇主成分的依據［15］。以特征值大于1為標準提取6個主成分，累積貢獻率達到72.396%，表明這6個主成分可基本反映19個表型性狀的特征，其中第1、第2、第3成分的貢獻率較大（表7）。

第1主成分的貢獻率最大、為25.441%，特征值為4.834，主要由葉柄長度決定；第2主成分的貢獻率為12.884%，特征值為2.448，主要由枝條粗度決定；第3主成分貢獻率為12.163%，特征值為2.311，主要由花瓣長度決定；第4主成分貢獻率為8.335%，特征值為1.584，主要由花序側軸長度決定；第5主成分貢獻率為7.756%，特征值為1.474，主要由葉緣決定；第6主成分貢獻率為5.814%，特征值為1.105，主要由葉面狀態(tài)決定。根據貢獻率的大小，從19個表型性狀中提取出葉柄長度、枝條粗度、花瓣長度、花序側軸長度、葉緣和葉面狀態(tài)等6個性狀，它們是導致油梨種質表型性狀差異的主要因素，可視為油梨種質評價及新品種選育的主要形態(tài)指標。

2.5 依據表型性狀的油梨種質聚類分析

基于簡化后的19個表型性狀調查數據對油梨種質資源進行系統(tǒng)聚類分析，結果見圖1，從圖1可以看出，在歐式距離為15處，可以將53份油梨種質分為4個組群，不同組群表型指標分析結果見表8。由表8可知，組群Ⅰ最大，包含22份種質，其中危地馬拉系×墨西哥系品種3份、危地馬拉系×西印度系品種6份、墨西哥系品種2份、西印度系品種4份、未知品系種質7份。該組群花序側軸長度極顯著小于其他組群；花序寬度、花瓣長度、花梗長度和萼片長度顯著低于其他組群；節(jié)間長度最短；葉長最短；葉片顏色多為綠色。組群Ⅱ包含10份種質，其中危地馬拉系品種1份、危地馬拉系×西印度系品種2份、未知品系種質7份。該組群主要特征為枝條粗度極顯著大于組群Ⅲ和組群Ⅳ；葉長極顯著小于組群Ⅳ，極顯著大于組群Ⅰ和組群Ⅲ；葉柄長度極顯著小于組群Ⅳ，極顯著大于組群Ⅰ和組群Ⅲ；花序側軸長度極顯著大于組群Ⅰ，顯著小于組群Ⅳ；葉寬最大且極顯著大于組群Ⅰ和組群Ⅲ；以B型花為主。組群Ⅲ包含17份種質，其中危地馬拉系×西印度系品種4份、西印度系品種3份、未知品系種質10份。該組群平均花序側軸長度極顯著小于組群Ⅳ，極顯著大于組群Ⅰ；葉寬最窄；葉柄長度最短；花序主軸最短。組群Ⅳ包含4份種質，其中危地馬拉系×墨西哥系品種1份、未知品系種質3份。該組群特點是節(jié)間長度、葉長、葉形指數、葉柄長度極顯著大于其他組群；花序寬度、花序主軸長度、萼片長度極顯著大于其他組群；花序側軸長度顯著大于其他組群；葉寬極顯著大于組群Ⅰ和組群Ⅲ；以A型花為主；葉片顏色全為深綠色。

表6 53份油梨種質表型性狀的相關系數Table 6 Correlation coefficients of phenotypic traits in 53 avocado germplasms

表7 油梨表型性狀主成分分析Table 7 Principal component analysis of phenotypic traits of avocado

3 討論

表型性狀的準確評價是種質資源鑒定與評價的關鍵環(huán)節(jié)［16］，表型多樣性是由遺傳因素和環(huán)境因子共同作用產生的，是群體生物遺傳信息的重要表征，也是長期適應與進化的產物［17-18］。Shannon-Weiner多樣性指數能直觀反映出植物性狀的分級與分布情況，其數值大小能反映出表型的均勻度與豐富度［19］。本研究對保存于國家熱帶果樹種質資源圃的53份油梨種質資源的枝條、葉和花的19個表型性狀進行了多樣性分析。結果發(fā)現(xiàn)，油梨數量性狀的多樣性指數（平均為1.717）遠大于質量性狀（平均為0.743），說明油梨表型數量性狀多樣性程度大于質量性狀。該結果與周海蘭［8］和周兆禧等［9］一致，且該現(xiàn)象在辣椒［20］、藍莓［21］和軟棗獼猴桃［22］中也有報道。

主成分分析可以通過降維的方法將作物關系復雜的多個性狀轉化為較少的幾個主成分，從而去處冗余，簡化資源評價及篩選程序［23］，在農藝性狀評定中的應用越來越多［24-27］。從本研究主成分分析結果來看，特征值大于1的主成分有6個，累積貢獻率為72.396%，可基本反映全部信息。在油梨的評價及育種工作中，可集中考察這6個綜合性狀因子，重點關注葉柄長度、枝條粗度、花瓣長度、花序側軸長度、葉緣和葉面狀態(tài)等荷載量大的性狀，其中枝條粗度和葉緣也被周兆禧等［9］認為是油梨資源評價的主要性狀。

圖1 油梨種質資源表型聚類分析Fig.1 Cluster analysis of avocado germplasms based on phenotypic traits

對53份油梨種質資源進行聚類分析可將其劃分為4個組群。墨西哥系的2個品種聚在組群Ⅰ，且花序側軸長度、花序寬度、花梗長度及萼片長度最小，這些墨西哥系品種的特征與該組群的相關特征一致。危地馬拉系品種聚在組群Ⅱ，且枝條粗度及葉寬最大，這些危地馬拉系品種的特征也與組群Ⅱ的相關特征一致。西印度系的品種聚類在組群Ⅰ和組群Ⅲ兩個組群?？梢姡垲惙纸M并沒有完全按照園藝系聚類，不同園藝系在聚類時有所交叉，這主要是由于植物的表型變異規(guī)律十分復雜，基因型、環(huán)境蝕變、管理模式等都會對其產生影響，這種情況在植物中普遍存在，如野生玫瑰［28］、栆［19］和藍莓［21］等。

本研究發(fā)現(xiàn)油梨種質資源類型豐富、變異較大，對豐富我國油梨種質資源多樣性和品種選育具有重要價值。然而，油梨遺傳背景復雜，依據表型性狀無法對其園藝系進行準確判斷。目前已有通過分子標記［29］、SLAF-seq和轉錄組［30］等方法進行油梨資源的分類及系譜分析的相關報道，但存在一定的局限性。結合不同方法聯(lián)合分析，可更準確地分析每份資源的遺傳背景，對油梨資源的保護、利用及新品種培育具有重要意義。

4 結論

本研究所選擇的保存于國家熱帶果樹種質資源圃的53份油梨種質資源具有豐富的表型多樣性，且數量性狀多樣性程度大于質量性狀。枝條、葉和花的19個表型性狀之間有一定的相關性，基于主成分分析篩選的葉柄長度、枝條粗度、花瓣長度、花序側軸長度、葉緣和葉面狀態(tài)可作為油梨種質資源評價及選育種的主要性狀。聚類分析將53份油梨種質資源劃分為4個組群，該分組與不同園藝系有一定關系，但同時受基因型、環(huán)境蝕變、管理模式等因素影響。

表8 不同組群油梨數量性狀顯著性分析Table 8 Significance analysis of quantitative traits in different groups of avocados