西南地區(qū)青花椒種質(zhì)資源表型性狀多樣性分析

羅友進(jìn)，陳 霞，吳純清，張義剛，程玥晴，謝永紅

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329）

花椒為蕓香科（Rutaceae）花椒屬（ZanthoxylumL.）植物，在我國有悠久的栽培歷史，是香料、醫(yī)藥、油料兼用的經(jīng)濟(jì)樹種[1]。目前，果實為綠色的花椒統(tǒng)稱為“青花椒”，因其具有麻味濃烈、氣味清香的特點(diǎn)，且果皮顏色獨(dú)特，深受消費(fèi)者喜愛。

受歷史、地理及人為因素的影響，花椒在由野生向栽培馴化的過程中逐漸形成了很多的品種，常見的栽培品種如大紅袍、小紅袍、枸椒等。但由于分類依據(jù)各不相同，導(dǎo)致存在品種名稱混淆、雜亂等問題（即同名異物、同物異名現(xiàn)象）。人工選育出的品種雖然較多，但在品種類型和特征上無突破性的進(jìn)展[2-3]。表型性狀鑒定評價是植物種質(zhì)資源研究的常用方法[4-10]，如李紅莉等通過對黑龍江省野生獼猴桃果實表型性狀變異研究指出其遺傳多樣性豐富，育種選擇潛力大[7]；王博等以寧夏野生酸棗群體的分布、表型性狀等研究為基礎(chǔ)，提出了酸棗資源的保護(hù)和開發(fā)利用方向[8]。訖今為止，對花椒的研究主要集中在栽培管理、生理、生化、生態(tài)及藥用價值方面[1,11-13]，對其表型性狀多樣性方面的研究還鮮見報道[14]，嚴(yán)重制約了其種質(zhì)資源的開發(fā)利用。本文以來自于西南地區(qū)（重慶、四川、云南、貴州）的共16 份青花椒種質(zhì)資源為研究對象，對其8 項表型性狀進(jìn)行分析和綜合評價，旨在揭示不同來源地青花椒種質(zhì)資源的遺傳多樣性與親緣關(guān)系，為青花椒種質(zhì)資源的開發(fā)利用及新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為西南地區(qū)的16 份青花椒種質(zhì)，保存在重慶市花椒種質(zhì)資源圃內(nèi)，來源地信息見表1。該資源圃位于重慶市江津區(qū)慈云鎮(zhèn)刁家社區(qū)（E：106°13′5.84″～106°13′26.06″，N：29°6′54.38″～29°7′14.95″），處川東平行嶺谷末端，為北高南低淺丘地貌，海拔范圍為295.5～335.7 m；屬北半球中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，具有氣候溫和、四季分明、夏熱冬暖、光熱同季、無霜期長、雨量充沛、濕潤多陰等特點(diǎn)。常年平均氣溫18.4 ℃，年平均日照時數(shù)1 141.0 h，年平均降雨量1 001.2 mm；年平均風(fēng)速0.8 m·s-1，最多風(fēng)向為東北風(fēng)；年平均蒸發(fā)量為805.5 mm；年雷暴日數(shù)37 d。土壤為沙溪廟組紫色砂壤土和壤土，土層較為深厚；坡耕地面積占68%，平緩谷地面積占32%；土壤排水系統(tǒng)良好。資源圃種質(zhì)資源按照當(dāng)?shù)卦耘喙芾砹?xí)慣進(jìn)行日常管理，其間根據(jù)病蟲害發(fā)生情況及時噴藥防治。

表1 青花椒種質(zhì)資源的基本信息

1.2 方法

每份青花椒種質(zhì)資源分別選取5 株健康植株采集葉片、花序及果實樣品進(jìn)行觀測分析，其中，葉片樣品從當(dāng)年生枝條上采集，選取老熟葉片30片·株-1，并確保無機(jī)械損傷和病蟲害；花序樣品于青花椒盛花期在植株中上部采集，10個·株-1；果實樣品于各種質(zhì)資源青花椒成熟期隨機(jī)收集，采集混合鮮青花椒果穗樣品1 kg。觀測分析指標(biāo)主要包括狹翼寬、基部小葉面積、葉形指數(shù)、雌蕊長、子房形狀指數(shù)、小葉數(shù)、千粒重、頂端小葉單邊側(cè)脈數(shù)等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 單一性狀雜種指數(shù)Ix

根據(jù)青花椒種質(zhì)資源葉、花、果的主要性狀變異特征，選取狹翼寬、基部小葉面積、葉形指數(shù)、雌蕊長、子房形狀指數(shù)、小葉數(shù)、千粒重及頂端小葉單邊側(cè)脈數(shù)等單一性狀量化指標(biāo)，參考Anderson 設(shè)計的“雜種指數(shù)”法[14]進(jìn)行青花椒性狀變異的定量評價。青花椒種質(zhì)資源單一性狀雜種指數(shù)Ix計算公式如下：

（1）式中，Ix為比較的青花椒種質(zhì)資源各性狀雜種指數(shù)值。I1為評價資源的各性狀的設(shè)定指數(shù)值，設(shè)定變異最大的竹葉椒，狹翼寬、基部小葉面積、葉形指數(shù)、雌蕊長度、子房形狀指數(shù)、小葉數(shù)、千粒重及頂端小葉單邊側(cè)脈數(shù)單一性狀指數(shù)分別為4、2、3、3、4、3、4、2；設(shè)定花椒各性狀不變，各單一性狀指數(shù)值均為0。A、B分別為花椒屬竹葉花椒、花椒各性狀的最值。X為比較花椒資源各性狀的測定值。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

表型性狀數(shù)據(jù)統(tǒng)計性描述分析、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析等均采用IBM SPSS 19.0 軟件進(jìn)行，主成分分析采用因子過程的主成分分析法，提取特征值大于1.0 的因子作為主成分；聚類分析采用離差平方和法，遺傳距離為歐氏距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型性狀描述性分析

16份青花椒種質(zhì)資源的表型性狀統(tǒng)計分析見表2。由表2 可知，16 份青花椒種質(zhì)資源8 項表型性狀指標(biāo)的變異系數(shù)在6.8%～44.7%，整體變異系數(shù)平均為22.48%，變異范圍較大，種質(zhì)資源多樣性豐富。其中，狹翼寬的變異系數(shù)最大（44.7%），子房形狀指數(shù)的變異系數(shù)最?。?.8%）；葉形指數(shù)、千粒重、基部小葉面積和雌蕊長等的變異系數(shù)均在20%以上，頂端小葉單邊側(cè)脈數(shù)、小葉數(shù)的變異系數(shù)相對較小，分別為13.7%、11.4%。

表2 青花椒種質(zhì)資源表型性狀統(tǒng)計分析

以花椒屬竹葉花椒、花椒的性狀指標(biāo)為參考標(biāo)準(zhǔn)，按照Anderson 設(shè)計的“雜種指數(shù)”法對選取的花椒性狀指標(biāo)變異進(jìn)行定量評價，結(jié)果見表3。由表3 可知，16 份青花椒種質(zhì)資源8 項表型性狀指標(biāo)雜種指數(shù)的變異系數(shù)在14.8%～76.8%，整體變異系數(shù)平均為42.1%，變異范圍較大，其中子房形狀指數(shù)雜種指數(shù)的變異系數(shù)最大（76.8%），小葉數(shù)雜種指數(shù)的變異系數(shù)最小（14.8%），其余雜種指數(shù)的變異系數(shù)均在20%以上。

表3 青花椒種質(zhì)資源表型性狀雜種指數(shù)統(tǒng)計分析

（續(xù)表3）

2.2 表型性狀相關(guān)性分析

16 份青花椒種質(zhì)資源表型性狀間的相關(guān)性分析見表4。由表4可知，狹翼寬與基部小葉面積呈極顯著正相關(guān)，與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)；葉形指數(shù)與千粒重呈極顯著正相關(guān)，與雌蕊長呈顯著正相關(guān)；雌蕊長與子房形狀指數(shù)和千粒重均呈顯著正相關(guān)；其他各指標(biāo)之間不存在顯著性相關(guān)。結(jié)果表明，16份花椒種質(zhì)資源多個數(shù)量性狀間存在著互相促進(jìn)、互相制約的復(fù)雜關(guān)系。

表4 青花椒種質(zhì)資源表型性狀相關(guān)性分析

2.3 主成分分析

青花椒種質(zhì)資源8 個表型性狀指標(biāo)的主成分分析見表5。以特征值大于1為標(biāo)準(zhǔn)提取主成分，前3個主成分的累計貢獻(xiàn)率為75.313%，即表明3 個主成分能表達(dá)青花椒種質(zhì)資源表型性狀的大部分信息。

表5 青花椒種質(zhì)資源表型性狀主成分提取與成分貢獻(xiàn)率

從各主成分中每個性狀的特征向量值（見表6）來看，第1 主成分的貢獻(xiàn)率最高，為38.918%，其中雌蕊長（0.867）、狹翼寬（0.747）、千粒重（-0.739）的特征向量絕對值較大；第2 主成分的貢獻(xiàn)率其次，為19.003%，其小葉數(shù)（0.796）、子房形狀指數(shù)（-0.615）、狹翼寬（-0.434）的特征向量絕對值較大；第3 主成分的貢獻(xiàn)率也較高，為17.392%，其頂端小葉單邊側(cè)脈數(shù)（0.627）、基部小葉面積（0.624）、葉形指數(shù)（-0.568）的特征向量絕對值較大。

表6 青花椒種質(zhì)資源表型性狀特征向量值

2.4 聚類分析

基于8 項表型性狀的雜種指數(shù)對16 份青花椒種質(zhì)資源進(jìn)行聚類分析，可將其劃分為3 類，結(jié)果見圖1。其中，第Ⅰ類有九葉青花椒、關(guān)嶺藤椒、云南大麻椒、云南藤椒、榮昌無刺花椒、蓬溪青花椒、金陽青花椒，第Ⅱ類有云南野生花椒-3、金佛山野生花椒-6、奉節(jié)野生花椒-2、巫溪野生花椒-2、涪陵野生花椒-1、樂山野生花椒-1、潼南野生花椒-1、江津野生花椒-1，第Ⅲ類有神龍峽早花竹葉椒。結(jié)果表明，花椒栽培品種與野生品種間存在著較大差異；來源于貴州、云南和重慶的花椒栽培品種具有較近的親緣關(guān)系，它們與來源于四川的花椒栽培品種的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。同時，因第Ⅲ類只有神龍峽早花竹葉椒，故本文只對第Ⅰ類與第Ⅱ類進(jìn)行獨(dú)立樣品t 檢驗，發(fā)現(xiàn)這兩類群間在狹翼寬、葉形指數(shù)、雌蕊長和千粒重等指標(biāo)的雜種指數(shù)間存在顯著性差異。

圖1 西南地區(qū)16份青花椒種質(zhì)資源聚類分析

3 討論與結(jié)論

表型性狀是基因型和環(huán)境共同作用的表現(xiàn)，表型性狀變異是植物遺傳多樣性在形態(tài)水平上的表現(xiàn)，是其自身遺傳因素與外部環(huán)境相互作用的結(jié)果[15]。植物表型多樣性研究是植物遺傳多樣性研究最直接、最基礎(chǔ)的方法，既能從整體上分析表型遺傳多樣性的豐富程度，又能為分子生物學(xué)研究提供可靠的表型數(shù)據(jù)[16-17]。本文以從西南地區(qū)收集的16 份青花椒種質(zhì)資源為研究對象，從對其8 個表型性狀指標(biāo)的統(tǒng)計性描述、變異程度等分析與評價可以看出：西南地區(qū)青花椒資源豐富。16 份青花椒種質(zhì)資源8 項表型性狀指標(biāo)的變異系數(shù)在6.8%～44.7%，整體變異系數(shù)平均為22.48%，其狹翼寬的變異系數(shù)最大，說明各種質(zhì)間差異大，有著豐富的遺傳多樣性，而子房形狀指數(shù)的變異系數(shù)最小，即表明其在各種質(zhì)間相對穩(wěn)定。各表型性狀間的相關(guān)性分析表明，青花椒千粒重與雌蕊長、葉形指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與狹翼寬呈顯著負(fù)相關(guān)；主成分分析表明，雌蕊長、子房性狀指數(shù)、基部小葉面積和狹翼寬是最主要表型性狀因子；聚類分析也表明，青花椒栽培品種與野生品種間表型性狀存在著較大的差異，這就為以后青花椒品種的優(yōu)選提供了依據(jù)。

本研究對16份青花椒種質(zhì)資源表型性狀進(jìn)行分析和評價，在一定程度上反映了西南地區(qū)青花椒種質(zhì)資源的多樣性，為今后深入研究其遺傳多樣性奠定了基礎(chǔ)。但表型性狀的表現(xiàn)型是基因型與環(huán)境因子共同作用的結(jié)果，且受環(huán)境因素影響較大。因此，還應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行植株性狀及分子水平的相關(guān)研究，采用表型性狀分析與分子標(biāo)記技術(shù)相結(jié)合的方法深入評價青花椒資源。