棗種質(zhì)資源葉表型性狀遺傳多樣性分析

仇倩倩，馮一峰，吳翠云

(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)

0 引 言

【研究意義】棗(ZiziphusjujubaMill.)為鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(ZiziphusMill.)植物，為我國第一大干果樹種及重要的藥用價值和生態(tài)經(jīng)濟林樹種[1]。我國是棗樹的起源中心，后來的許多品種則是從實生變異中選育而來[2]。棗在我國的分布范圍很廣，有南北兩大栽培區(qū)，除黑龍江外，北起內(nèi)蒙古、遼寧，南至兩廣，西起新疆，東至沿海各省均有分布，并能正常生長結果。國外需從我國大量進口原棗和棗初級加工品[3]。葉片是植物進行光合作用的重要器官和場所，植物以及果實中營養(yǎng)成分物質(zhì)絕大部分來自光合作用產(chǎn)物，葉片的大小、形狀、鋸齒數(shù)等表型性狀對棗樹光合作用以及營養(yǎng)物質(zhì)的獲得至關重要[4]，比如葉面積的增大能有效增加葉片的補光面積，提高植物的生長速率，葉面積的減小可降低葉片蒸騰作用，避免細胞水勢和膨壓的降低，提高葉片的水分利用效率[5]。種質(zhì)資源是育種的物質(zhì)基礎，葉片表型多樣性研究有助于了解物種的穩(wěn)定性和進化潛力，預測適應性發(fā)掘具有巨大經(jīng)濟和生態(tài)價值的特異基因性狀[6]。一個居群或物種的遺傳變異越豐富，對生存環(huán)境的適應能力就越強；而一個物種的適應能力越強，則它的進化潛力也越大[7]?！厩叭搜芯窟M展】近年來棗種質(zhì)資源的研究和遺傳多樣性的評價主要從形態(tài)學、孢粉學、細胞學、酶學及DNA等不同水平進行研究[3]。前人對形態(tài)學的研究主要集中在果實及枝條上[10,11,12]，目前利用葉片表型性狀評價種質(zhì)資源多樣性在梨[13]、柿樹[14]、葡萄[15]、橄欖[16]、核桃[17]、巴旦杏[18]、板栗[19]等上應用。【本研究切入點】對于物種多樣性的評價多數(shù)是以表型性狀多樣性的研究指標和研究內(nèi)容來體現(xiàn)，在表型特征中，葉片變異是遺傳變異的重要體現(xiàn)[8]。植物葉片是植物進行光合、呼吸作用以及水分交換的主要場所，是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動的起始點，是對不同環(huán)境適應較為靈敏的器官，也是其遺傳變異的主要標志[9]。但對棗種質(zhì)資源單一葉片表型性狀多樣性進行深入的系統(tǒng)研究分析較少。研究棗種質(zhì)資源葉表型性狀遺傳多樣性?！緮M解決的關鍵問題】對塔里木大學棗種質(zhì)資源圃的177份葉片表型性狀進行變異分析，分析棗資源葉表型遺傳多樣性，了解物種的穩(wěn)定性和進化潛能，利于優(yōu)異資源的篩選和開發(fā)利用提供數(shù)據(jù)基礎和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗材料以塔里木大學棗種質(zhì)資源圃保存的177份棗品種的成熟葉片為研究對象，株行距2 m×3 m，所有種質(zhì)均為嫁接成年樹，試驗地管理一致，樹勢中庸。表1

1.2 方 法

1.2.1 表型性狀的選取和觀測

參照劉孟軍[17]的《中國棗種質(zhì)資源》描述和林業(yè)行業(yè)標準《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南棗》的相關標準，并結合種質(zhì)圃里棗葉片生長的實際情況，選取葉片形狀、葉尖性狀、葉基形狀、葉緣性狀、葉片長度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉面積、葉周長、鋸齒高度、鋸齒寬度和鋸齒數(shù)12個葉表型性狀，在末次秋梢老熟期觀測。分別從樹冠東、南、西、北4個方向采取2年生2次枝棗吊中部完整的、無病蟲害成熟葉片30片，帶回實驗室放于-4℃冰箱中進行表型性狀調(diào)查和分析。觀測方法因性狀和性質(zhì)不同而異，對于4個描述性狀，采用目測法結合董玉慧[10]的分類方法，對于數(shù)量性狀，利用植物圖像分析儀進行掃描。

1.2.2 葉片形狀調(diào)查

參考董玉慧[3]的分類方法，葉形指數(shù)大于等于2.4時，葉片形狀為卵狀披針形；葉形指數(shù)小于2.4，且葉片橫徑處于葉片中央位置時，葉片形狀為橢圓形；葉形指數(shù)小于2.4，且橫徑處于葉片較下方位置時，葉片為卵圓形。

1.2.3 葉尖、葉基和葉緣調(diào)查

依照劉孟軍[17]的《中國棗種質(zhì)資源》描述和統(tǒng)計形態(tài)特征，統(tǒng)計各類別的品種數(shù)。

1.2.4 葉片長度、葉片寬度、葉面積、葉形指數(shù)、葉片周長、鋸齒數(shù)、鋸齒高度和鋸齒寬度測量

圖像獲取設備采用了萬深LA-S植物圖像分析儀(TMA1600)，將葉片表面泥土等雜物清除，將葉子平展平行于右側(cè)刻度標尺放置掃描儀右上方進行掃描。獲得葉長、葉寬、葉形指數(shù)、葉面積、葉周長、鋸齒數(shù)、鋸齒高度和鋸齒寬度的數(shù)據(jù)。

1.2.5 對葉片形狀、葉尖形狀、葉基形狀和葉緣形狀賦值

《中國棗種質(zhì)資源》描述規(guī)范中將葉片形狀分為橢圓形、卵圓形和卵狀披針形3種，葉尖分銳尖、急尖、鈍尖和尖凹4種類型，葉基分為圓形、心形、截形、圓楔形和偏斜形5種，葉緣分為銳鋸齒和鈍鋸齒2種。葉片形狀賦值依次為：卵圓形1，橢圓形2，卵狀披針形3；葉尖形狀賦值依次為：鈍尖0，銳尖1，急尖2，尖凹3；葉基形狀賦值依次為：圓形0，偏斜形1，圓楔形2，截形3，心形4；葉緣形狀賦值依次為：鈍齒1，銳鋸齒2。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010、Origin8.5、Dps9.5和Spss17.0軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖并進行頻率分析、相關性分析、主成分和聚類分析。

表1 棗種質(zhì)資源編號及名稱Table 1 The number and name of jujube germplasm resources

2 結果與分析

2.1 棗種質(zhì)資源葉片質(zhì)量性狀遺傳多樣性

研究表明，將葉片形狀分為橢圓形、卵圓形和卵狀披針形3種，葉尖分銳尖、急尖、鈍尖和尖凹4種類型，葉基分為圓形、心形、截形、圓楔形和偏斜形5種，葉緣分為銳鋸齒和鈍鋸齒2種。對177份棗種質(zhì)資源葉片性狀調(diào)查分析，葉形為卵圓形的最多，占38.42%，其次為橢圓形(36.16%)、卵狀披針形(25.421%)；葉尖以鈍尖為主(77.70%)其次為急尖、尖凹和銳尖；葉基形狀中以圓形(51.98%)占主導地位，其次為圓楔形和偏斜形心形最少(1.69%)；葉緣以鈍齒為主占了資源的94.92%。4個描述性狀遺傳多樣性指數(shù)在0.20～1.22，其中葉基形狀的多樣性指數(shù)最高達1.22，而葉緣性狀的多樣性指數(shù)僅為0.20。表2，表3

表2 棗種質(zhì)資源4個描述性狀多樣性Table 2 Diversity analysis of four descriptive traits of jujube germplasm resources

表3 棗種質(zhì)資源葉表型性狀多樣性指數(shù)Table 3 Diversity index analysis of phenotypic traits of jujube

2.2 棗種質(zhì)資源葉片性狀分布

研究表明，棗種質(zhì)資源葉長、葉寬、葉形指數(shù)、葉面積、葉周長、鋸齒寬度、鋸齒高度和鋸齒數(shù)均為數(shù)量性狀，分布頻率最高的分別為葉長63～77 mm、葉寬27～36 mm、葉面積1 203～1 711 mm2、葉形指數(shù)2.10～2.30、葉周長182～239 mm，其占比分別為73.03%、81.46%、72.47%、42.37%和93.82%，葉緣鋸齒數(shù)分布13.57～158.23。其中，76.27%的資源葉緣鋸齒分布在20～40；鋸齒寬度在4.5～5.0 mm的頻率分布最大，占21.47%；鋸齒高度主要分布在0.50～0.70，占57.62%。葉長、葉寬、葉形指數(shù)、葉面積和鋸齒寬度5個數(shù)量性狀的Z值小于1.36，其頻率分布與正態(tài)分布擬合，這5個性狀分布符合正態(tài)分布；而葉周長、鋸齒高度和鋸齒數(shù)達到了0.01的差異極顯著水平，不符合正態(tài)分布。圖1，表4

2.3 棗種質(zhì)資源葉表型數(shù)量性狀變異

研究表明，棗種質(zhì)資源葉片表型性狀的變異幅度均較大，變異系數(shù)介于9.30%～42.79%，平均變異系數(shù)為23.59%。這177份棗種質(zhì)的葉片表型數(shù)量性狀的變異類型較豐富，對環(huán)境的適應力較強。鋸齒數(shù)的變異系數(shù)最大為42.79%，變異幅度為13.57～158.23，其次為葉周長、鋸齒高度、葉面積、鋸齒寬度、葉寬、葉長和葉形指數(shù)分別為34.27%、27.42%、25.85%、22.01%、14.80%、12.25%和9.30%。其中葉形指數(shù)、鋸齒高度和鋸齒寬度的平均數(shù)和中位數(shù)的差異<0.1，其余都大于等于0.1，葉形指數(shù)、鋸齒高度和鋸齒寬度這3個性狀變異程度不大，數(shù)據(jù)相對比較集中。表5

表5 棗種質(zhì)資源葉表型數(shù)量性狀的變異Table 5 Statistics of variation of leaf surface quantitative characters in jujube germplasm resources

2.4 棗種質(zhì)資源葉片各數(shù)量性狀間的相關性

研究表明，呈顯著或極顯著正相關有葉長與葉寬、葉形指數(shù)、葉面積、葉周長和鋸齒數(shù)，葉寬與葉面積、葉周長和鋸齒數(shù)，葉形指數(shù)與鋸齒高度和鋸齒寬度，葉面積與葉周長和鋸齒數(shù)，葉周長與鋸齒數(shù)，鋸齒高度與鋸齒寬度和鋸齒數(shù)。呈顯著或極顯著負相關的有葉寬與葉形指數(shù)，葉形指數(shù)與葉面積，葉周長與鋸齒寬度。表6

表6 棗種質(zhì)資源葉表型8個數(shù)量性狀相關性Table 6 Correlation analysis of 8 quantitative characters of leaf surface type in jujube germplasm resources

2.5 棗種質(zhì)資源葉片表型性狀多樣性主成分

研究表明，前6個主成分能夠代表177份棗資源葉性狀的大部分信息，其特征值均大于1，累計貢獻率達82.02%。貢獻率依次為23.04%、16.28%、14.71%、10.8%、8.65%和8.54%，葉長度、葉寬度和葉面積(葉片大小的分布情況)、葉片鋸齒分布的疏密情況(鋸齒高度和鋸齒寬度)、葉周長和鋸齒數(shù)、葉形指數(shù)和葉片形狀、葉基形狀和葉尖性狀的載荷依次在各個主成分中較大。表7

表7 棗種質(zhì)資源葉表型主成分的特征向量、特征值、貢獻率和累計貢獻率Table 7 The eigenvector, latent root, contributor ratio and accumulative contributor ratio of the principal component of leaf surface type in jujube germplasm resources

2.6 棗種質(zhì)資源表型性狀聚類

研究表明，在遺傳距離為337附近將其分為6大類群。第一類群包含76份資源特征是以卵圓形、橢圓形葉片鈍葉尖圓形、圓楔形、偏斜形葉基鈍齒葉緣為主；第二類群包含72份資源特征是以卵圓形、卵狀披針形葉片鈍葉尖圓形、圓楔形葉基鈍鋸齒為主；第三類群包含23份資源特征是以卵圓形葉片，鈍葉尖，圓形葉基，鈍齒葉緣為主；第四類群包含4份資源，特征是以橢圓形葉片，鈍葉尖，偏斜形葉基，鈍齒葉緣為主；第五類群和第六類群均為1份資源，分別為中棗1號和贊2；6個類群表現(xiàn)大致相同，以卵圓形葉片、鈍葉尖、圓形葉基和鈍齒葉緣占較大比例。其中第四類群在葉片形狀和葉基形狀上表現(xiàn)與其他類群不太一致；第五類群中中棗1號葉片長度較長、葉片寬度和葉面積不突出但葉形指數(shù)較大；第六類群贊2葉片長度、葉片寬度較大,葉面積最大，但葉形指數(shù)較小表現(xiàn)為卵圓形。圖2，表8

類群Groups第一類群First group第二類群Second group第三類群Third group第四類群Fourth group第五類群Fifth group第六類群Sixth group葉片形狀Leaf shape橢圓形31.5829.1734.7875卵圓形55.2658.3360.8725100100卵狀披針形13.1612.504.35葉尖性狀Leaf tip shape銳尖6.657.048.70鈍尖80.2373.2478.26100100100急尖6.529.868.70尖凹6.519.864.35葉基形狀Leaf base shape偏斜形17.1116.6726.0950圓形57.2645.8356.5225100100截形3.951.3913.0425圓楔形20.3634.72心形1.321.394.35葉緣性狀Leaf edge shape鈍齒90.8495.8395.65100100100銳鋸齒9.164.174.35

3 討 論

表型性狀兼有變異性和穩(wěn)定性，受其自身的遺傳組成和所處的生存環(huán)境影響，是生物適應其生存環(huán)境的表征，表型多樣性是遺傳多樣性和環(huán)境多樣性相互作用的結果[18]。數(shù)量性狀雖然易受外來環(huán)境的影響，但研究樣本量大，依然能代表其變異及遺傳多樣性。不同種質(zhì)資源的不同性狀間都存在著一定的差異，且差異程度也不盡相同，種質(zhì)資源變異系數(shù)越大，該表型性狀在種質(zhì)間的差異越大，對種質(zhì)變異和創(chuàng)新的貢獻率越高。植物學性狀對于遺傳多樣性的分析包括枝、葉、花、果和樹形等數(shù)據(jù)的調(diào)查。

對177份棗資源葉片描述性狀進行分析，結果發(fā)現(xiàn)各描述性狀類型豐富，每個性狀中均有一定數(shù)量的資源分布，且分布頻率均表現(xiàn)出不同的差異。葉片形狀中卵圓形占主導地位，葉尖和葉緣分別以鈍尖和鈍鋸齒為主，葉基形狀中圓形占的比例較大，表現(xiàn)出較大的性狀分離。從遺傳多樣性的指數(shù)來看，棗葉片質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)在0.20～1.22，其中葉基形狀的多樣性指數(shù)最高，為1.22，葉片形狀次之(0.93)，最少的是葉緣性狀(0.20)。張瑩等[11]對548份梨資源的葉片和枝條23個表型性狀進行數(shù)據(jù)采集與整理結果顯示，梨葉片資源葉片形狀、葉基形狀、葉尖形狀和葉緣形狀的Shannon-weaver多樣性指數(shù)分別為0.466、1.597、1.199和0.917，范圍在0.466～1.597，此結果與研究結果大致一致，葉片的遺傳多樣性豐富，可以作為初步評價的依據(jù)。

對177份棗葉片的8個數(shù)量性狀進行分析發(fā)現(xiàn)葉片長度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉面積和鋸齒寬度均符合正態(tài)分布，葉片周長、鋸齒高度和鋸齒數(shù)不符合正態(tài)分布。鋸齒數(shù)、鋸齒高度和葉片周長的變異程度較大，變異系數(shù)分別為55.01%、46.56%和34.27%，其次為葉面積為25.85%，遺傳多樣性較豐富，對環(huán)境的適應力也較強，是多樣性分析研究的優(yōu)先考慮對象，對資源的進一步選擇潛力較大。郭明等[9]通過對棗樹的23個性狀進行相關性分析，其中葉形指數(shù)與制干率、葉面積與花徑、葉形指數(shù)與果形指數(shù)、葉形指數(shù)與含仁率具有顯著正相關，葉形指數(shù)與單果重呈負相關。試驗中棗的葉片長度、葉片寬度和葉形指數(shù)的變異系數(shù)較小，對環(huán)境的適應力比較穩(wěn)定，推測可以不將其作為遺傳多樣性的指標,這些性狀可以作為早期選擇節(jié)省人力和縮短育種年限的目的，作為制定栽培措施和技術標準的參考。

4 結 論

棗葉片以卵圓形、葉尖鈍尖、葉基圓形、葉緣鈍齒類型居多。葉片長度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉面積和鋸齒寬度均符合正態(tài)分布，8個數(shù)值型性狀的變異系數(shù)介于9.30%～42.79%，177份棗種質(zhì)資源的葉性狀具有較為豐富的表型，葉基性狀、葉片形狀、鋸齒數(shù)、鋸齒高度、葉面積和葉周長在種群間的差異較大，進化潛力更大，是棗多樣性分析的主要依據(jù)。