黑龍江野生毛榛果實(shí)表型性狀的多樣性研究*

李紅莉，李雪，逄宏揚(yáng)

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)院 牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157010)

毛榛(CorylusmandshuricaMaxim.)為樺木科(Betulaceae)榛屬(Corylus)落葉灌木，分布于我國東北、華北和西北等地區(qū)，耐陰，多散生于海拔400～1 500 m的林中和林緣[1]。毛榛果實(shí)是東北地區(qū)人們非常喜愛的天然堅(jiān)果，其果實(shí)皮薄，果仁質(zhì)優(yōu)，富含多種氨基酸，營養(yǎng)價值較高；同時，毛榛是一種良好的水土保持灌木，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和生態(tài)價值[2-3]。毛榛在黑龍江省分布廣泛，有著豐富的種質(zhì)資源，高抗性的毛榛作為優(yōu)良的野生榛子資源能夠?yàn)殚粚俚挠N和果實(shí)油脂合成機(jī)制提供重要的資源。野生種質(zhì)資源遺傳多樣性評價是種質(zhì)資源挖掘利用和種質(zhì)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。基于表型性狀評價研究種質(zhì)資源遺傳多樣性較為直觀，廣泛應(yīng)用于核桃(JuglansregiaL.)、腰果(Anacardiumoccidentale)、板栗(Castaneamollissima)和東北杏(Armeniacamandshurica)等植物種質(zhì)資源研究中[4-8]。現(xiàn)有對毛榛的研究主要集中在果仁營養(yǎng)成分[9]、分布格局[10]、栽培與利用[11-14]等方面，有關(guān)毛榛表型性狀多樣性的研究未見報(bào)道。本文以58份黑龍江省野生毛榛資源為研究對象，采用變異分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析對其24個果實(shí)表型性狀多樣性進(jìn)行研究，以期為毛榛的資源評價和品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2020年8月末至，選取具有代表性且資源蘊(yùn)藏量較大的分布點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，收集到58份野生資源作為供試材料。種源分別來自黑龍江省鶴北、東京城、鶴立、新青、海林、雙鴨山、林口、五常市、黑河市等林業(yè)局，試驗(yàn)材料基本覆蓋了黑龍江省分布的野生毛榛種質(zhì)資源，其具體情況見表1。

表1 野生毛榛種源各取樣點(diǎn)地理信息

1.2 觀測指標(biāo)

2020年8月末至9月初，當(dāng)毛榛果實(shí)自然成熟后，采集上述9個地點(diǎn)帶果苞的堅(jiān)果，選擇生長良好、無病蟲害的單株進(jìn)行采集，每份資源采集5株。待果苞萎焉后，去除果苞取出堅(jiān)果，每份資源隨機(jī)選取50粒堅(jiān)果樣品用于果實(shí)質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀的描述和測定。

對58份毛榛種質(zhì)的果實(shí)性狀進(jìn)行調(diào)查觀測，觀測的主要內(nèi)容包括7個質(zhì)量性狀和17個數(shù)量性狀指標(biāo)。其中，質(zhì)量性狀有堅(jiān)果形狀、堅(jiān)果顏色、果面條紋、果面茸毛、果基形狀、果仁皮顏色和果仁形狀；數(shù)量性狀有堅(jiān)果三徑、果基寬、果基高、果頂高、果殼厚度、果仁三徑、堅(jiān)果質(zhì)量、果仁質(zhì)量；計(jì)算出仁率%(仁重/單果重)、形狀指數(shù)〔(縱徑+橫徑)/2×側(cè)徑〕、果腔系數(shù)〔果仁三徑均值/(堅(jiān)果三徑均值-2×果殼厚度)〕和殼仁間隙(堅(jiān)果三徑均值-2×果殼厚度-果仁三徑均值)[15]。果實(shí)數(shù)量性狀指標(biāo)的測定參考《榛種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》中的方法[16]，質(zhì)量性狀指標(biāo)及其賦值情況見表2。

表2 毛榛的質(zhì)量性狀與分級標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和整理；利用SPSS 23.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率分布、變異分析、多樣性指數(shù)、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。將質(zhì)量性狀按照表2進(jìn)行賦值，計(jì)算頻度。對數(shù)量性狀進(jìn)行K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的指標(biāo)按照(X-1.281 8S)、(X-0.524 6S)和(X+0.524 6S)、(X+1.281 8S)4個分級點(diǎn)劃分為5個等級，不符合正態(tài)分布的指標(biāo)按實(shí)際分布狀況分級[17]。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)按照公式H′=-∑PilnPi(式中Pi為某一性狀第i類別材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，ln為自然對數(shù))計(jì)算[18]。對數(shù)量性狀進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析、主成分分析和可變類平均法聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛榛果實(shí)質(zhì)量性狀的頻率分布和多樣性分析

由表3可知，堅(jiān)果形狀主要為圓錐形，占98.3%；堅(jiān)果顏色以黃褐色為主，占66.9%，有少量黃色(16.9%)和金黃褐(15.3%)；果面條紋多為明顯，占61.0%；大多數(shù)果面具有茸毛，占61.0%；果基形狀有平、尖和圓，分別占36.4%、37.3%和26.3%；果仁皮顏色為黃褐和紫紅，分別占58.5%和41.5%；果仁形狀多為圓錐形，占94.1%。從多樣性指數(shù)來看，各質(zhì)量性狀H′的變化范圍為0.086～1.087，具有較高遺傳多樣性(H′>0.8)的性狀有果基形狀和堅(jiān)果顏色，H′數(shù)值分別為1.087和0.895；較低遺傳多樣性(H′<0.5)的性狀有果仁形狀和堅(jiān)果形狀。果實(shí)質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)的平均值為0.619。

表3 毛榛果實(shí)質(zhì)量性狀的頻率分布與多樣性指數(shù)

2.2 毛榛果實(shí)數(shù)量性狀多樣性分析

58份毛榛果實(shí)17個數(shù)量性狀的變異系數(shù)在7.03%～39.98%之間，整體變異系數(shù)平均15.09%(表4)。果仁質(zhì)量的變異系數(shù)最大為39.98%，堅(jiān)果形狀指數(shù)的變異系數(shù)最小為7.03%。果仁質(zhì)量、堅(jiān)果質(zhì)量、殼仁間隙的變異系數(shù)較大，范圍為19.06%～39.98%；堅(jiān)果橫徑、堅(jiān)果縱徑、果基寬、果基高、果頂高、果殼厚度、果仁三徑、果仁形狀指數(shù)和出仁率的變異系數(shù)在10.30%～16.85%之間；堅(jiān)果縱徑、堅(jiān)果形狀指數(shù)、果腔系數(shù)的變異系數(shù)較小，范圍為7.03%～9.61%。毛榛果實(shí)17個數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)H′在1.289～1.509之間，各性狀平均為1.394，具有較高的遺傳多樣性。

表4 毛榛果實(shí)數(shù)量性狀的變異情況與多樣性指數(shù)

2.3 毛榛果實(shí)性狀相關(guān)性分析

毛榛果實(shí)17個數(shù)量性狀之間有較高程度的相關(guān)性，各性狀間大多存在顯著或極顯著相關(guān)性。其中，有66對性狀呈極顯著正相關(guān)，25對性狀呈極顯著負(fù)相關(guān)，3對性狀呈顯著正相關(guān)，9對性狀呈顯著負(fù)相關(guān)。堅(jiān)果質(zhì)量與堅(jiān)果三徑等11個性狀呈極顯著正相關(guān)，其中與堅(jiān)果橫徑(0.837)、堅(jiān)果側(cè)徑(0.806)、果仁縱徑(0.806)、果仁質(zhì)量(0.912)的相關(guān)系數(shù)較大；與堅(jiān)果形狀指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與果基高和果仁形狀指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。果仁質(zhì)量與堅(jiān)果三徑等11個性狀呈極顯著正相關(guān)，其中與堅(jiān)果質(zhì)量(0.912)、果基寬(0.797)、果仁橫徑(0.794)、堅(jiān)果橫徑(0.793)和果仁側(cè)徑(0.783)的相關(guān)系數(shù)較大；與堅(jiān)果形狀指數(shù)和果基高呈極顯著負(fù)相關(guān)，與果仁形狀指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。出仁率與堅(jiān)果和果仁三徑、堅(jiān)果和果仁質(zhì)量、果基寬和果頂高呈極顯著正相關(guān)，其中與果仁質(zhì)量(0.756)、果基寬(0.535)和果仁側(cè)徑(0.582)的相關(guān)系數(shù)較大；與堅(jiān)果和果仁形狀指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(表5)。

表5 毛榛果實(shí)主要數(shù)量性狀間的相關(guān)性系數(shù)

2.4 毛榛果實(shí)性狀主成分分析

對毛榛17個數(shù)量性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，各主成分對應(yīng)的特征向量值見表6。按照特征值大于1提取主成分，前4個主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.045%。第1主成分的貢獻(xiàn)率最高，為48.301%，其中果仁質(zhì)量、堅(jiān)果橫徑、堅(jiān)果側(cè)徑和堅(jiān)果質(zhì)量的特征向量絕對值較大，其中果仁質(zhì)量的最大，為0.927；第2主成分的貢獻(xiàn)率為18.934%，其中果腔系數(shù)的特征向量絕對值最大，為0.731；第3主成分的貢獻(xiàn)率為10.770%，其中果仁縱徑的特征向量絕對值最大，為0.689；第4主成分的貢獻(xiàn)率為6.041%，其中果殼厚度的特征向量絕對值最大，為0.633。

表6 毛榛果實(shí)主要數(shù)量性狀主成分的特征向量值

2.5 毛榛果實(shí)性狀聚類分析

運(yùn)用卡方距離可變類平均法對毛榛果實(shí)主要數(shù)量性狀進(jìn)行聚類，如圖1所示，聚為3類。

第1類包括11個種質(zhì)資源，其中8個來自東京城林業(yè)局、1個來自林口林業(yè)局和2個來自新青林業(yè)局。這類種質(zhì)的特征主要是堅(jiān)果和果仁三徑較大，果仁質(zhì)量大，平均0.60 g，出仁率高達(dá)50.48%，果殼較薄平均為1.03 mm，果腔系數(shù)0.83，果仁飽滿，果基寬度較大而高度較小，果頂高較大，果基寬和果頂高分別為12.63 mm和14.56 mm，明顯高于其他類群。

第2類包括27個種質(zhì)資源，其中6個來自鶴立林業(yè)局、5個來自林口林業(yè)局、3個來自雙鴨山林業(yè)局、5個來自黑河市林業(yè)局、1個來自五常市林業(yè)局、3個來自鶴北林業(yè)局和4個來自新青林業(yè)局。其主要特征為堅(jiān)果和果仁三徑居中，果仁質(zhì)量中等，平均0.35 g，出仁率較高，平均為40.58%，果殼厚度平均為1.18 mm，果腔系數(shù)0.88，殼仁間隙較小為1.34 mm，果仁飽滿，果基寬度和高度適中，果頂高居中。

第3類包括20個種質(zhì)資源，其中1個來自林口林業(yè)局、5個來自雙鴨山林業(yè)局、3個來自黑河市林業(yè)局、4個來自五常市林業(yè)局、2個來自鶴北林業(yè)局和5個來自海林林業(yè)局。其主要特征為堅(jiān)果和果仁三徑居中，與第2類差別不明顯，果仁質(zhì)量較小，平均0.28 g，出仁率較高，平均為39.76%，果殼厚度較薄，平均為1.05 mm，果腔系數(shù)0.86，殼仁間隙較小為1.25 mm，果仁飽滿，果頂高較小，果基窄而高，果基高顯著高于其他類群。

3 討論與結(jié)論

表型性狀多樣性研究可以直觀地反映遺傳多樣性的豐富程度，對野生資源的保存與挖掘、新品種選育等具有重要意義[19-20]。本文以黑龍江省9個地區(qū)的58份毛榛種質(zhì)資源為研究對象，對果實(shí)24個表型性狀進(jìn)行分析和評價，結(jié)果表明黑龍江省毛榛種質(zhì)資源果實(shí)性狀存在著豐富的多樣性。對果實(shí)質(zhì)量性狀的頻率分布和遺傳多樣性指數(shù)分析結(jié)果表明，H′值的變化范圍為0.086～1.087，堅(jiān)果顏色和果基形狀等性狀存在著豐富的遺傳多樣性，H′值均高于0.8，與王陸軍[21]對川榛(CoryluskweichowensisHu.)的研究結(jié)果基本一致。

變異系數(shù)可在一定程度上反映個體間的差異，一般認(rèn)為變異系數(shù)大于10%表示個體間差異較大[22]。本研究中毛榛果實(shí)17個數(shù)量性狀的整體變異系數(shù)平均15.09%，其中果仁質(zhì)量的變異系數(shù)最大，說明其在不同種質(zhì)間差異較大，有著豐富的遺傳多樣性，有利于選育大果品種；堅(jiān)果形狀指數(shù)的變異系數(shù)最小，說明其果實(shí)形狀變異較為穩(wěn)定。這與王陸軍等[15]、羅達(dá)等[23]對川榛和平歐雜交榛(Corylusheterophylla×C.avellana)的研究結(jié)果相似。毛榛果實(shí)17個數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)在1.289～1.509之間，說明毛榛數(shù)量性狀的遺傳多樣性較為豐富，與王陸軍[21]的研究結(jié)果一致。在榛屬植物果實(shí)表型性狀多樣性研究中，李京璟等[24-25]對`平榛分布區(qū)的99份平榛種質(zhì)資源堅(jiān)果的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評價，研究表明24個性狀具有豐富的遺傳多樣性，數(shù)量性狀的變異幅度在5.77%～59.00%；左慧[26]對遼寧鐵嶺平榛(Corylusheterophyllafisch.ex trantv.)種質(zhì)資源的5個形態(tài)性狀進(jìn)行調(diào)查與研究，認(rèn)為平榛資源的形態(tài)特征存在廣泛變異。植物種質(zhì)資源數(shù)量性狀變異系數(shù)越大，遺傳多樣性程度越高[27]。從本研究的結(jié)果來看，性狀的變異系數(shù)在7.03%～39.98%，表明黑龍江野生毛榛果實(shí)表型性狀的變異程度高且幅度大，具有較高的遺傳多樣性。

毛榛果實(shí)主要性狀相關(guān)分析結(jié)果表明，17個數(shù)量性狀之間有較高程度的相關(guān)性?？傮w來看，果實(shí)表型性狀中多數(shù)形態(tài)性狀、質(zhì)量性狀以及兩者間的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平。其中，果仁質(zhì)量與堅(jiān)果三徑等11個性狀呈極顯著正相關(guān)，果仁質(zhì)量與堅(jiān)果質(zhì)量、果基寬、果仁橫徑、堅(jiān)果橫徑和果仁側(cè)徑的相關(guān)系數(shù)較大，這與王陸軍等[15]對大別山野生川榛的研究結(jié)論一致。主成分分析表明，前4個主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.045%。第1主成分的貢獻(xiàn)率最高為48.301%，主要反映堅(jiān)果和果仁的質(zhì)量和大小指標(biāo)；第2主成分的貢獻(xiàn)率為18.394%，主要反映果仁飽滿度指標(biāo)，這與羅達(dá)等[23]對平歐雜交榛的研究結(jié)果相似。通過對毛榛果實(shí)表型性狀進(jìn)行相關(guān)分析和主成分分析，可為野生選優(yōu)提供理論依據(jù)，可通過選擇果實(shí)性狀達(dá)到野生選優(yōu)的目的。

聚類分析將58份毛榛資源分為3類，第1類堅(jiān)果和果仁質(zhì)量大，出仁率高、果殼薄，果仁飽滿，適合選育大果品種；第2、3類堅(jiān)果和果仁質(zhì)量居中，出仁率較高，殼仁間隙較小，果仁飽滿，可作為遺傳改良的優(yōu)良資源。這與李京璟等[24]對平榛的研究結(jié)果相似。

本研究對58份毛榛果實(shí)表型性狀進(jìn)行了分析和評價，表明黑龍江省毛榛果實(shí)表型性狀多樣性較為豐富，為今后深入研究其遺傳多樣性奠定了基礎(chǔ)。此外，由于本研究選取的樣本數(shù)量較少，單純的表型性狀多樣性分析存在一定的局限性，因此，在今后的研究中還應(yīng)增加樣本數(shù)量，并結(jié)合分子生物學(xué)方法深入開展黑龍江省毛榛表型性狀多樣性研究。