新疆地區(qū)梨種質(zhì)資源葉表型性狀的多樣性

郭麗，吳翠云,2*，唐章虎，樊國全，姜喜，楊植

(1 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，新疆 阿拉爾 843300； 2 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)與利用重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300； 3新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院輪臺果樹資源圃，新疆 輪臺 841600)

表型多樣性是指種群在其分布區(qū)內(nèi)各種環(huán)境中的表型變異，與物種多樣性密切相關(guān)的同時還承載了環(huán)境的變異信息，而葉片是感知光照、溫度、水等環(huán)境變化的重要器官和光合作用的重要場所[1]，目前，在核桃[2]、葡萄[3]、銀杏[4]、歐洲李[5]、板栗[6-7]、巴旦杏[8]等園藝植物的葉片上均有關(guān)于葉表型多樣性的研究，其中梨的葉表型多樣性研究也取得了一些進(jìn)展，張瀅[9]等對遼寧興城國家果樹資源圃內(nèi)保存的548份梨種質(zhì)資源葉片、枝條的表型性狀分析發(fā)現(xiàn)，梨葉片以卵圓形(90.51%)、伸展?fàn)顟B(tài)為合抱(87.23%)、銳鋸齒帶芒刺(81.93%)為主，且葉長、葉寬和葉柄長度的變異系數(shù)為(17.25%)、(19.04%) 和(20.06%)具有豐富的多樣性。

隨著長期的栽培、選育以及從其他地區(qū)和國家引進(jìn)了大量品種，極大地豐富了新疆的梨種質(zhì)資源。新疆特殊的地理環(huán)境是梨種質(zhì)資源的葉表型性狀變異的重要因素，為了揭示該區(qū)域的梨種質(zhì)資源葉表型性狀變異規(guī)律及變異水平，為梨種質(zhì)資源的保存及核心種質(zhì)的構(gòu)建提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論依據(jù)，本文根據(jù)《梨種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[10]中提供的方法，并結(jié)合數(shù)字圖像分析技術(shù)以新疆地區(qū)保存的梨種質(zhì)資源的14個葉片表型性狀多樣性進(jìn)行研究，分析其變異程度和變異特點，并篩選出相對合理的葉片表型評價指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的172份梨種質(zhì)資源分別來源于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院輪臺國家果樹資源圃和塔里木大學(xué)梨種質(zhì)資源圃，調(diào)查樣株均為盛果期樹，其中本地資源27份，引進(jìn)資源59份，以香梨為親本的雜交單株82份，野生資源4份(表1)。材料中以香梨為親本的雜交單株代號由3位代碼組成，其中前2位代碼相同的親本相同，具體見表2。

表1 供試材料的具體名稱

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2 結(jié)果與分析

2.1 梨種質(zhì)資源葉片質(zhì)量型性狀表型多樣性

由計算結(jié)果(表3)可知：梨種質(zhì)資源資源的葉片質(zhì)量型性狀呈現(xiàn)豐富的多樣性。葉片形狀主要以卵圓形(41.86%) 為主，圓形、橢圓形次之，披針形最少僅占6.40%；葉基形狀的6種類型所占比例大小依次為寬楔形>楔形>截形>圓形>心形>狹楔形；葉尖形狀多為漸尖(31.98%)和長尾尖(31.40%)為主，急尖次之(28.49%)，鈍尖(8.14%)最少；葉緣形狀以銳鋸齒(53.49%)和圓鈍鋸齒(30.23%)居多，全緣和復(fù)鋸齒所占比例相對較少；葉片狀態(tài)中除反卷類型(4.07%) 所占比例較少外，性狀多為平展 (37.79%)、合抱(32.56%) 和波浪(25.58%)等；葉姿性狀在各類型間分布較為均勻。

表3 梨葉片質(zhì)量型性狀賦值及頻率

由表4可知：葉片狀態(tài)、葉尖形狀、葉基形狀、葉片形狀和葉姿等性狀的變異系數(shù)均大于9個質(zhì)量型性狀變異系數(shù)的平均值(34.21%)，其中葉基形狀、葉尖形狀和葉片形狀的Simpson指數(shù)分別為0.80、0.71和0.69，Shannon-weaver指數(shù)分別為1.69、1.29和1.24具有相對較高的多樣性指數(shù)。葉背茸毛和托葉性狀的平均值與中位數(shù)的差異小于0.1，變異系數(shù)也相對最小分別為12.90%和20.18%；Simpson指數(shù)和Shannon-weaver指數(shù)分別為0.03、0.09和0.09、0.19，說明這兩個性狀相對于其他性狀的數(shù)據(jù)較為集中，表型變異較為穩(wěn)定，多樣性程度低。

表4 梨葉片質(zhì)量型性狀的變異情況

2.2 梨種質(zhì)資源葉片數(shù)量性狀表型多樣性分析

由表5可知：梨種質(zhì)資源葉片的6個數(shù)量型性狀多樣性程度較高，表型變異豐富。葉柄長、葉形指數(shù)和葉片寬的平均值和中位數(shù)的差異小于0.10，數(shù)據(jù)相對集中；數(shù)量型性狀的變異系數(shù)在11.18%～31.87%之間，變異系數(shù)的平均值為21.37%，葉長、葉寬、葉形指數(shù)的變異系數(shù)分別為17.09%、17.98%和11.18%，均低于梨種質(zhì)資源葉片數(shù)量型性狀變異系數(shù)的平均值；除葉柄長度的Shannon-Weaver指數(shù)為2.85相對較小外，其它各數(shù)量性狀的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)均在5.10～5.14之間。

表5 梨葉片數(shù)量型性狀的變異情況

2.3 梨種質(zhì)資源數(shù)量型性狀的變異分布

對梨種質(zhì)資源葉片表型的6個數(shù)量型性狀進(jìn)行次數(shù)頻率計算，并繪制頻率分布直方圖。結(jié)果(圖1)表明：6個數(shù)量型性狀均屬于正態(tài)或偏正態(tài)分布，并且各數(shù)量型性狀的分布間存在差異；對其進(jìn)行K-S檢驗，并計算統(tǒng)計量，結(jié)果表6表明：K-S檢驗中的偏度和峰度用于說明各性狀的取值分布是否具有對稱性和正態(tài)分布圖的陡緩程度，而Z值用于判斷是否符合正態(tài)分布，當(dāng)a=0.05和a=0.01時Z值為1.36和1.63，在此范圍內(nèi)，Z值大于1.63，次數(shù)分布不符合正態(tài)分布，小于1.63時，次數(shù)分布符合正態(tài)分布圖。

結(jié)合圖1和表6可知，以葉柄長為例，Z<1.63，P>0.05，與正態(tài)擬合圖圖形大致相同，說明符合正態(tài)分布，通過對比分析，K-S檢驗與圖形表現(xiàn)一致。

圖1 梨葉片數(shù)量型性狀次數(shù)分布圖

表6 梨葉片數(shù)量型性狀的 K-S檢驗及統(tǒng)計

2.4 各數(shù)量性狀的的分級情況

為更好地了解新疆保存的梨種質(zhì)資源葉片數(shù)量性狀變異的情況，對符合正態(tài)分布的6個數(shù)量型葉片性狀，參照劉孟軍等[7]的概率分級方法，根據(jù)X-1.281 8 s、X-0.524 6 s、X+0.524 6 s和X+1.281 85 s 4個分點將新疆保存的梨種質(zhì)資源分5級，1～5級的出現(xiàn)概率分別為10%、20%、40%、20%和10%(表7)。

表7 梨葉片數(shù)量型性狀的分級

2.5 不同類型的梨種質(zhì)資源遺傳多樣性

根據(jù)實驗材料的不同來源，本研究將172份梨種質(zhì)資源分為本地資源(27份)、引進(jìn)資源(59份)、庫爾勒香梨為親本的后代群體(82份)、野生資源(4份)共4種類型。由表8可知：不同類型的材料葉片質(zhì)量型性狀變異有不同程度存在差異，其中本地資源中葉基形狀、葉尖形狀、葉緣形狀、刺芒、托葉等性狀的變異程度最大；引進(jìn)資源中的葉片狀態(tài)和葉背茸毛這兩個性狀的變異程度最大，雜交群體中葉姿性狀的變異程度最大；野生資源中葉片形狀的變異程度最大。以香梨為親本的雜交群體葉片質(zhì)量型性狀均呈現(xiàn)較高的多樣性。

表8 不同類型梨種質(zhì)資源質(zhì)量型性狀的多樣性

對4種不同類型的梨種質(zhì)資源葉片6個數(shù)量型性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果(表9)表明：

表9 不同類型梨種質(zhì)資源數(shù)量型性狀的方差分析

6個數(shù)量型性狀間均存在顯著差異。葉片寬和葉面積等性狀在不同來源的材料中呈現(xiàn)顯著性差異，且按本地資源、野生資源、庫爾勒香梨為親本的后代群體、引進(jìn)資源的順序依次增大；葉柄長性狀在本地資源和引進(jìn)資源中呈現(xiàn)顯著差異；葉片長性狀在本地資源和野生資源中呈現(xiàn)極顯著差異；葉周長性狀在以香梨為親本的雜交群體和野生資源中存在極顯著差異。庫爾勒香梨為親本的后代群體的葉柄長、葉片長、葉形指數(shù)比其他3種類型要大，說明其的葉柄和葉片較長，葉形一般為卵圓形或橢圓形，而本地資源、引進(jìn)資源、野生資源的葉柄和葉長相對比較短，葉形一般為圓形；野生資源的葉周長較大，葉片的邊緣多成圓鈍鋸齒或復(fù)鋸齒使之周長較大。

3 討論

(1)本文研究發(fā)現(xiàn)新疆保存的172份梨種質(zhì)資源的8個葉片質(zhì)量型性狀中葉基形狀、葉尖形狀和葉片形狀的多樣性指數(shù)較高，這與寒地梨種質(zhì)資源表型多樣性[9]和基于枝條和葉片表型性狀的梨種質(zhì)資源多樣性[5]的研究結(jié)論一致。

(2)目前《梨種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]對大部分?jǐn)?shù)量型性狀沒有設(shè)置其數(shù)值指標(biāo)進(jìn)行正態(tài)分布及K-S檢驗，本文提出了1～5級的數(shù)值分類指標(biāo)，完善了評價梨種質(zhì)資源葉片表型的準(zhǔn)確性和規(guī)范性。

(3)本文對4種不同來源的材料類型的數(shù)量型性狀進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)，其在梨種質(zhì)資源葉表型的葉片寬和葉面積等數(shù)量型性狀上出現(xiàn)顯著差異，但是在葉片長性狀上以庫爾勒香梨為親本的后代群體資源類和引進(jìn)資源類型、在葉片周長性狀上本地資源和引進(jìn)資源類型出現(xiàn)了不顯著差異，這種葉周長和葉面積不同步的原因可能是葉緣鋸齒和葉片形狀的不同所造成的。

(4)目前許多研究者利用分子標(biāo)記技術(shù)對梨種質(zhì)資源的多樣性進(jìn)行研究，如SSR、SSA、RAPD、cp-DNA等技術(shù)[16-19]，但是研究遺傳育種的特點及機(jī)理不能單一的依靠轉(zhuǎn)錄組、基因組等生物信息學(xué)數(shù)據(jù)，必須要結(jié)合表型性狀共同支撐其研究。因此，充分挖掘表型數(shù)據(jù)并整理分析是推動育種學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，本文研究為后續(xù)的梨種質(zhì)資源園藝學(xué)性狀基因定位提供了大量的表型數(shù)據(jù)和研究基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

(1)新疆梨種質(zhì)資源的質(zhì)量性狀發(fā)生了不同程度的變異，葉片變異程度依次為葉片狀態(tài)>葉尖形狀>葉基形狀>葉片形狀>葉姿形狀>葉緣>刺芒>托葉形狀>葉背茸毛，且質(zhì)量型性狀的平均變異系數(shù)38.39%高于數(shù)量型性狀的平均變異系數(shù)21.37%，遺傳背景相對豐富，有利于品種鑒定。

(2)172份新疆梨種質(zhì)資源葉片的數(shù)值型性狀均符合正態(tài)分布，可分為5級，其中葉柄長、葉面積、葉周長這3個性狀的變異系數(shù)均大于20%，遺傳多樣性豐富，進(jìn)一步選擇的潛力很大。

(3)4種不同類型的梨種質(zhì)資源(本地資源、引進(jìn)資源、野生資源和庫爾勒香梨為親本的后代群體)中，庫爾勒香梨為親本的后代群體的葉片質(zhì)量型性狀遺傳多樣性指數(shù)最高為4.34，呈現(xiàn)較高的遺傳多樣性；不同類型的梨種質(zhì)資源中其數(shù)量性狀在均出現(xiàn)顯著性差異。