董勝君, 王若溪, 張皓凱, 陳建華, 劉立新, 于慶福
(1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 遼寧 沈陽 110161; 2. 遼寧省喀左縣林業(yè)局, 遼寧 朝陽 122300)
東北杏〔Armeniacamandshurica(Maxim.) Skv.〕,又名遼杏,隸屬于薔薇科(Rosaceae)杏屬(ArmeniacaMill.),原產(chǎn)于遼寧省和吉林省的東部地區(qū),目前主要分布在遼寧、吉林和黑龍江。東北杏用途廣泛,木材堅(jiān)實(shí),紋理美觀,花供觀賞,種仁(苦杏仁)供藥用和食用,杏核殼可作為活性炭材料。此外,東北杏還具有較強(qiáng)的耐寒性,是培育抗寒品種的優(yōu)良親本[1-3]。然而,目前東北杏資源尚未得到充分的開發(fā)利用,主要處于野生和半野生狀態(tài),并且由于缺乏科學(xué)的經(jīng)營和保護(hù)措施,其野生資源已遭到嚴(yán)重破壞,野生植株數(shù)量日漸減少[4],因此,亟需加強(qiáng)對東北杏資源多樣性的研究和保護(hù)。
表型性狀觀測是研究植物遺傳多樣性最直觀且易行的方法[5]。植物的表型性狀既具有穩(wěn)定性又具有變異性,受到自身遺傳特性和所在生態(tài)環(huán)境因子的共同影響[6-7],能夠直觀地反映植物的遺傳結(jié)構(gòu),對植物的遺傳多樣性研究具有重要意義。目前,國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對鹽膚木(RhuschinensisMill.)[8]、山荊子〔Malusbaccata(Linn.) Borkh.〕[9]、桃(AmygdaluspersicaLinn.)[10]、新疆野蘋果〔Malussieversii(Ledeb.) M. Roem.〕[11]、核桃(JuglansregiaLinn.)[12]、突尼斯山杏(PrunusarmeniacaLinn.)[13]、西伯利亞杏〔Armeniacasibirica(Linn.) Lam.〕[14]和新疆野杏(ArmeniacavulgarisLam.)[15-16]等樹種的表型性狀多樣性進(jìn)行了研究,但關(guān)于東北杏表型性狀多樣性的研究卻較少[4,17],而探明東北杏資源的表型多樣性,尤其是其果實(shí)的表型多樣性,對于東北杏種質(zhì)資源的遺傳改良和品種選育至關(guān)重要。
為此,作者在遼寧、吉林和黑龍江3個(gè)省份的13個(gè)種源中選取47株生長良好的東北杏植株,對其成熟果實(shí)的16個(gè)表型性狀進(jìn)行了多重比較、變異分析、巢式方差分析和主成分分析,并對供試的13個(gè)種源進(jìn)行了聚類分析,以期了解東北杏的果實(shí)表型性狀多樣性,為東北杏種質(zhì)資源的遺傳改良和優(yōu)良品種選育提供理論依據(jù)。
選取遼寧省、吉林省和黑龍江省13個(gè)種源地內(nèi)的野生東北杏進(jìn)行研究。各種源地自然概況見表1。各種源地植被均屬于長白植物區(qū)系,主要土壤類型有草甸土、棕壤和暗棕壤等,地貌主要為平原和低山丘陵。
表1 供試東北杏各種源地的自然概況
每個(gè)種源各選取3~6株樹齡15~30 a、樹高6~8 m且生長良好的樣株,共47株,其中,遼寧鳳城、遼寧本溪、遼寧桓仁、遼寧新賓、遼寧清原、遼寧東陵、吉林撫松和黑龍江麻山8個(gè)種源各3株樣株,吉林磐石、吉林龍?zhí)逗秃邶埥瓕幇?個(gè)種源各4株樣株,黑龍江阿城種源5株樣株,吉林敦化種源6株樣株。
于2016年6月至8月(即果實(shí)成熟期),在每個(gè)樣株東、南、西、北4個(gè)方向的果枝上各選取20個(gè)發(fā)育正常的成熟果實(shí),參照《山杏種質(zhì)資源調(diào)查及評價(jià)技術(shù)規(guī)程》[18],使用電子天平(精度0.01 g)稱量單果質(zhì)量、單果核質(zhì)量和單果仁質(zhì)量,使用游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果實(shí)側(cè)徑、果肉厚度、果核縱徑、果核橫徑、果核側(cè)徑、果核殼厚度、果仁縱徑、果仁橫徑和果仁側(cè)徑,其中,果實(shí)、果核和果仁的縱徑為各自縱截面的頂部到基部的最大距離,果實(shí)、果核和果仁的橫徑為各自橫截面的腹縫線到另一側(cè)的最大距離,果實(shí)、果核和果仁的側(cè)徑為各自腹縫線兩側(cè)的最大距離。根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算出核率和出仁率,計(jì)算公式分別為出核率=(單果核質(zhì)量/單果質(zhì)量)×100%和出仁率=(單果仁質(zhì)量/單果核質(zhì)量)×100%。
利用EXCEL 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);參照李偉等[19]的方法計(jì)算Shannon-Wiener指數(shù);利用SPSS 22.0軟件對各表型性狀進(jìn)行多重比較(Duncan’s法)、變異分析、巢式方差分析和主成分分析;利用R 3.6.2軟件,采用Ward法對13個(gè)種源進(jìn)行聚類分析,聚類前將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換;參照江錫兵等[6]的方法計(jì)算表型分化系數(shù)。
不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2)表明:黑龍江阿城種源的單果質(zhì)量(6.43 g)和果實(shí)縱徑(22.75 mm)均最大,其單果質(zhì)量顯著大于遼寧本溪等4個(gè)種源,果實(shí)縱徑顯著大于遼寧鳳城等6個(gè)種源。吉林磐石種源的果實(shí)橫徑(24.56 mm)、果實(shí)側(cè)徑(22.23 mm)和果肉厚度(4.13 mm)均最大,其果實(shí)橫徑和果實(shí)側(cè)徑顯著大于遼寧鳳城等11個(gè)種源,果肉厚度顯著大于其余12個(gè)種源。遼寧鳳城種源的單果核質(zhì)量(1.35 g)最大,顯著大于遼寧桓仁等8個(gè)種源。吉林撫松種源的果核縱徑(19.39 mm)、果核殼厚度(1.66 mm)和果仁縱徑(12.23 mm)均最大,其果核縱徑顯著大于遼寧鳳城等4個(gè)種源,果核殼厚度顯著大于遼寧本溪等6個(gè)種源,果仁縱徑僅顯著大于遼寧東陵種源。遼寧新賓種源的果核橫徑(16.07 mm)和果核側(cè)徑(11.25 mm)均最大,其果核橫徑僅顯著大于吉林龍?zhí)斗N源,而13個(gè)種源間的果核側(cè)徑無顯著差異。吉林磐石種源的單果仁質(zhì)量(0.34 g)和果仁側(cè)徑(6.77 mm)均最大,其單果仁質(zhì)量顯著大于吉林敦化種源,果仁側(cè)徑顯著大于遼寧桓仁和遼寧新賓2個(gè)種源。黑龍江麻山種源的果仁橫徑(9.39 mm)最大,顯著高于吉林敦化種源。遼寧本溪種源的出核率(32.61%)最高,顯著高于遼寧桓仁等3個(gè)種源。吉林龍?zhí)斗N源的出仁率(35.09%)最高,顯著高于遼寧鳳城等4個(gè)種源。
由表2還可見:果核殼厚度和單果仁質(zhì)量的Shannon-Wiener指數(shù)相等且最大,均為2.04;果肉厚度、果核縱徑、果核橫徑和果核側(cè)徑的Shannon-Wiener指數(shù)較低,分別為1.89、1.84、1.79和1.74;其余10個(gè)果實(shí)表型性狀的Shannon-Wiener指數(shù)為1.92~2.03。
表2 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的比較及Shannon-Wiener指數(shù)分析
不同種源東北杏果實(shí)表型性狀變異系數(shù)分析結(jié)果(表3)表明:16個(gè)果實(shí)表型性狀中,單果質(zhì)量的種源間變異系數(shù)(34.77%)最大,出核率的種源間變異系數(shù)(28.84%)次之,并且,除果仁縱徑(9.44%)和果仁橫徑(9.40%)外,其他果實(shí)表型性狀的變異系數(shù)均大于10%。從各種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值來看,7個(gè)種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值大于10%,6個(gè)種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值小于10%,其中,吉林敦化種源(19.67%)最大,黑龍江阿城種源(19.34%)次之,黑龍江麻山種源(5.35%)最小。并且,16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間變異系數(shù)均值(17.38%)大于種源內(nèi)變異系數(shù)均值(11.20%)。
表3 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的變異系數(shù)分析
對供試13個(gè)種源東北杏16個(gè)果實(shí)表型性狀的巢式方差分析結(jié)果(表4)表明:單果仁質(zhì)量、果仁縱徑和果仁側(cè)徑在種源間和種源內(nèi)的差異均不顯著;果核殼厚度、出核率和出仁率在種源間差異顯著或極顯著,但在種源內(nèi)差異不顯著;果核縱徑、果核橫徑、果核側(cè)徑和果仁橫徑在種源內(nèi)差異顯著或極顯著,但在種源間差異不顯著;其余6個(gè)果實(shí)表型性狀在種源間和種源內(nèi)的差異均顯著或極顯著。
16個(gè)果實(shí)表型性狀中,單果仁質(zhì)量的種源間表型分化系數(shù)(99.91%)最大,出核率的種源間表型分化系數(shù)(97.51%)次之,果核側(cè)徑的種源間表型分化系數(shù)(9.93%)最?。还藗?cè)徑的種源內(nèi)表型分化系數(shù)(90.07%)最大,單果仁質(zhì)量的種源內(nèi)表型分化系數(shù)(0.09%)最小。經(jīng)計(jì)算,16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間表型分化系數(shù)均值為52.19%,種源內(nèi)表型分化系數(shù)均值為47.81%。
主成分分析結(jié)果(表5)表明:前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.79%,說明前4個(gè)主成分可基本反映東北杏果實(shí)表型性狀的大部分信息。第1主成分的貢獻(xiàn)率為39.83%,其中,單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果實(shí)側(cè)徑和果核橫徑特征向量的絕對值較大,均大于0.7,說明該主成分主要反映東北杏果實(shí)性狀特征。第2主成分的貢獻(xiàn)率為18.37%,其中,單果核質(zhì)量、出核率和出仁率特征向量的絕對值較大,均在0.5以上,說明該主成分主要反映東北杏果核性狀特征。
表4 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的巢式方差分析及表型分化系數(shù)比較1)
表5 東北杏果實(shí)表型性狀的主成分分析
第3主成分的貢獻(xiàn)率為12.18%,其中,單果仁質(zhì)量、果仁側(cè)徑和出仁率特征向量的絕對值較大,均在0.6左右,說明該主成分主要反映東北杏果仁性狀特征。第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.41%,其中,果核縱徑、果仁縱徑和果仁側(cè)徑特征向量的絕對值較大,說明該主成分也主要反映東北杏果仁性狀特征。
基于13個(gè)種源東北杏的16個(gè)果實(shí)表型性狀對供試種源進(jìn)行聚類分析(圖1),并計(jì)算各類群的果實(shí)表型性狀均值(表6)。結(jié)果表明:在歐氏距離17.5處,供試的13個(gè)種源被分成A和B類;在歐氏距離7.5處,進(jìn)一步分成不同亞類,其中,A類分成A1、A2、A3和A4 4個(gè)亞類,B類分成B1和B2 2個(gè)亞類。
A類包含遼寧桓仁、遼寧清原、遼寧東陵、吉林磐石、吉林龍?zhí)?、黑龍江寧安、黑龍江麻山和黑龍江阿?個(gè)種源,這些種源的單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果實(shí)側(cè)徑、果肉厚度、果仁橫徑、果仁側(cè)徑和出仁率的均值均高于B類種源。其中,A1亞類包含遼寧東陵、遼寧清原和遼寧桓仁3個(gè)種源,果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果核中等,果仁小,出核率低,出仁率中等;A2亞類僅吉林磐石1個(gè)種源,果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)、果核和果仁大,果肉最厚,出核率和出仁率中等;A3亞類包含黑龍江麻山和黑龍江寧安2個(gè)種源,果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果核小,果仁大,出核率中等,出仁率高;A4亞類包含黑龍江阿城和吉林龍?zhí)?個(gè)種源,果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)大,果核小,果核殼最薄,果仁中等,出核率最低,出仁率最高。
P1: 遼寧鳳城Fengcheng of Liaoning; P2: 遼寧本溪Benxi of Liaoning; P3: 遼寧桓仁Huanren of Liaoning; P4: 遼寧新賓Xinbin of Liaoning; P5: 遼寧清原Qingyuan of Liaoning; P6: 遼寧東陵Dongling of Liaoning; P7: 吉林撫松Fusong of Jilin; P8: 吉林磐石Panshi of Jilin; P9: 吉林敦化Dunhua of Jilin; P10: 吉林龍?zhí)禠ongtan of Jilin; P11: 黑龍江寧安Ning’an of Heilongjiang; P12: 黑龍江麻山Mashan of Heilongjiang; P13: 黑龍江阿城Acheng of Heilongjiang.
表6 不同類群東北杏果實(shí)表型性狀的均值
B類包含遼寧鳳城、遼寧本溪、遼寧新賓、吉林撫松和吉林敦化5個(gè)種源,這些種源的單果核質(zhì)量、果核縱徑、果核橫徑、果核側(cè)徑、果核殼厚度、果仁縱徑和出核率的均值均高于A類種源。其中,B1亞類包含吉林敦化、遼寧鳳城和遼寧本溪3個(gè)種源,果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果仁小,果核中等,出核率最高,出仁率低;B2亞類包含吉林撫松和遼寧新賓2個(gè)種源,果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果仁中等,果肉厚,果核最大,果核殼厚,出核率高,出仁率最低。
關(guān)于杏屬其他種類表型性狀多樣性的研究結(jié)果表明:供試杏屬種類單果質(zhì)量的變異程度豐富[20-21]。本研究中,東北杏單果仁質(zhì)量和果核殼厚度的Shannon-Wiener指數(shù)相同且最大(2.04),其余14個(gè)果實(shí)表型性狀的Shannon-Wiener指數(shù)也較大(1.92~2.03)。13個(gè)種源16個(gè)果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值為5.35%~19.67%,其中,吉林敦化種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值最大,而黑龍江麻山種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值最小。上述結(jié)果均表明東北杏果實(shí)表型性狀差異較大,變異豐富。
一般認(rèn)為,變異系數(shù)高于10%,表示植物性狀差異較大[22-23]。巢式方差分析結(jié)果顯示:除單果仁質(zhì)量、果仁縱徑和果仁側(cè)徑外,其他果實(shí)表型性狀在種源間和種源內(nèi)大多存在顯著或極顯著差異。并且,16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間變異系數(shù)均值(17.38%)大于種源內(nèi)變異系數(shù)均值(11.20%)。說明東北杏果實(shí)表型性狀在種源間和種源內(nèi)均存在廣泛的變異,且在種源間的變異更大。此外,東北杏16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間表型分化系數(shù)均值為52.19%,明顯大于種源內(nèi)表型分化系數(shù)均值(47.81%),進(jìn)一步說明東北杏果實(shí)表型性狀變異主要來自種源間。
東北杏果實(shí)表型性狀較多,且各表型性狀間關(guān)系復(fù)雜,良種選育難度較大。主成分分析結(jié)果表明:前4個(gè)主成分的特征值均大于1,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.79%,其中,第1主成分主要反映果實(shí)性狀特征,第2主成分主要反映果核性狀特征,第3和第4主成分主要反映果仁性狀特征。說明這4個(gè)主成分基本能夠反映東北杏果實(shí)表型性狀的大部分信息,這與馬發(fā)旺等[24]的研究結(jié)果相似。本研究選擇的16個(gè)果實(shí)表型性狀與東北杏果實(shí)產(chǎn)量密切相關(guān),各主成分中特征向量絕對值較大的性狀是導(dǎo)致東北杏果實(shí)表型差異的主要因子,應(yīng)作為生產(chǎn)實(shí)踐的重點(diǎn)觀測性狀。
聚類分析結(jié)果表明:在歐氏距離17.5處,供試的13個(gè)種源被分成2類,并在歐氏距離7.5處分成不同亞類。A類種源果實(shí)大,出仁率高,適用于選育大果或仁用類型,其中,A2亞類種源的果實(shí)、果核和果仁大,果肉最厚,適用于選育大果類型,A3亞類種源的果仁大,出仁率高,適用于選育高產(chǎn)大仁類型;A4亞類果核殼最薄,出仁率最高,適用于選育薄核殼或高出仁率類型。B類種源果核大,果核殼厚,出核率高,適用于選育核殼用類型,其中,B1亞類種源的出核率最高,適用于選育高產(chǎn)核殼類型;B2亞類種源的果核最大,果核殼厚,出核率高,適用于選育大果核類型。值得注意的是,各種源的聚類結(jié)果與種源地的地理分布并未完全吻合,這可能與種源地的地形、土壤條件和海拔等因子以及植被類型差異等有關(guān)[25-26]。
綜上所述,東北杏果實(shí)性狀變異豐富,且變異主要來源于種源間,應(yīng)選擇不同類群種源作為不同目標(biāo)的育種材料。另外,本研究僅研究了2016年各種源東北杏的果實(shí)表型性狀,而不同年份氣候差異可影響東北杏的果實(shí)表型性狀,因此,需要對不同年份各種源東北杏的果實(shí)表型性狀進(jìn)行連續(xù)觀測和研究。