南疆地區(qū)棗二倍體及其同源四倍體表型性狀比較

劉金霞，劉 盼，米娜瓦爾·亞森，王玖瑞，劉孟軍，閆芬芬

(1.塔里木大學(xué) 園藝與林學(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(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 中國棗研究中心，河北保定 071001)

棗(ZiziphusjujubaMill.，2n=2x=24)為鼠李科(Rhamnaceae)棗屬(ZiziphusMill.)植物，是原產(chǎn)中國優(yōu)勢(shì)特色果樹，其與桃、李、杏、栗并稱為古代五果，栽培歷史有7 000多年之久[1]。棗樹具有抗旱、耐瘠薄、耐鹽堿、早果速豐、經(jīng)濟(jì)壽命長、營養(yǎng)豐富和用途廣泛等突出特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高[2]，是兵團(tuán)乃至新疆的優(yōu)勢(shì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過近20年迅猛發(fā)展，新疆棗樹面積達(dá)到47萬hm2，年產(chǎn)量300多萬t，均高居全國首位[3]。但隨著產(chǎn)量的大幅增加，棗樹出現(xiàn)品種結(jié)構(gòu)單一問題，其中兩大制干品種灰棗和駿棗占比90%以上，導(dǎo)致產(chǎn)品供過于求，種植效益大幅下降。因此，篩選培育棗類新型優(yōu)良品種，進(jìn)一步豐富南疆地區(qū)品種結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

多倍化是高等植物基因組進(jìn)化的顯著特征之一，在自然界中廣泛存在并且具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[4]。果樹中有65%以上都具有多倍化的特征，如梨樹、柑橘、葡萄等，均有多倍體類型[5]，通過加倍的多倍體植株具備葉面積增大、光合速率增強(qiáng)、可溶性固形物增多、口感變好、果實(shí)大且無籽，抗性增強(qiáng)等特點(diǎn)[6-7]。另外，多倍體材料還可作為育種材料開展雜交并獲得三倍體、四倍體等多倍體種質(zhì)材料[8-9]，在倍性育種中發(fā)揮重要作用。

本研究以二倍體‘梨棗’和‘酸棗0604’及其同源四倍體為材料，通過在南疆地區(qū)引種栽培后，調(diào)查分析其葉片、花及果實(shí)等表型性狀，找出棗二倍體及其同源四倍體表型性狀差異，以期為南疆地區(qū)棗品種選育和棗倍性育種工作提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

‘梨棗’和‘酸棗0604’及其同源四倍體引自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)棗資源圃，2018年引種高接于新疆阿拉爾市十團(tuán)七連果園，砧木為8 a生駿棗。每個(gè)品種嫁接3棵，每棵樹3～4個(gè)接穗。于2020年嫁接，第2年調(diào)查各單株葉片、花及果實(shí)等表型性狀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葉片及氣孔性狀調(diào)查 9月份葉片停長后，取新生棗頭中部二次枝三到四節(jié)位的葉片共計(jì)30片，利用葉片掃描儀(萬深全功能植物圖像分析儀LA-S)測(cè)定葉片長度、葉片寬度、葉面積、葉周長、葉柄長寬、葉柄面積指標(biāo)。采集成熟葉片，用鑷子取葉片部分表皮，置于載玻片上，滴一滴清水，蓋上蓋玻片后用顯微鏡(GAZERXSP-63)目測(cè)鏡微尺測(cè)量葉片的氣孔長度、氣孔寬度，并統(tǒng)計(jì)視野內(nèi)的氣孔數(shù)量。每個(gè)品種30次重復(fù)，運(yùn)用DPS 9.01軟件對(duì)測(cè)定出的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著差異分析。

1.2.2 花性狀調(diào)查 于5月中旬盛花期采集二次枝中部棗吊黃蕾期花蕾和綻放期花朵，利用掃描儀(萬深全功能植物圖像分析儀LA-S)測(cè)定花蕾直徑、花朵直徑、蜜盤直徑大小，每品種30個(gè)重復(fù)。盛花期采集半裂期花蕾，采用碘-碘化鉀染色法測(cè)定花粉活性[10]。取碘-碘化鉀2 g溶于5～10 mL蒸餾水中，然后加入碘1 g,待全部溶解后定容到200 mL，貯于棕色瓶。將試材萼片展開，用鑷子取其花粉2～3粒置于載玻片，滴1滴碘-碘化鉀試劑，用解剖針混合花粉粒與試劑，蓋上蓋玻片，于顯微鏡(GAZERXSP-63)觀察，取30個(gè)視野記錄并拍照。深紅色的為有活力的花粉，淺色或無色為無活力的花粉，每品種30個(gè)視野重復(fù)。采用血球計(jì)數(shù)器法測(cè)定花粉量大小[11]，用鑷子取各品種花藥30枚放于青霉素瓶中，自然風(fēng)干使其充分散粉后，加入1%偏大磷酸鈉溶液2 mL，使花藥從花粉中充分分離出來。將處理后的花粉加蓋置于震動(dòng)儀上充分震蕩1 min左右，使花粉浮于上層。然后用20 μL移液槍取20 μL溶液滴于血球計(jì)數(shù)板上，于顯微鏡下觀察統(tǒng)計(jì)400個(gè)小方格的花粉粒數(shù)，每個(gè)品種重復(fù)30次。運(yùn)用DPS 9.01軟件進(jìn)行顯著差異分析得出結(jié)果。計(jì)算公式如下：

單花藥花粉量(粒/花藥)=(400個(gè)小方格的總花粒數(shù)×1 000×2/0.2)/30

1.2.3 果實(shí)性狀調(diào)查 于果實(shí)全紅期，每個(gè)品種選取30個(gè)果實(shí)，用電子天平測(cè)定單果質(zhì)量和單核質(zhì)量。

果實(shí)縱橫徑：用游標(biāo)卡尺測(cè)量1個(gè)縱徑，2個(gè)橫徑，計(jì)算平均值。

果實(shí)硬度：隨機(jī)在10個(gè)果實(shí)上選取3處位置削去果皮，露出果肉，用GY-3型果實(shí)硬度計(jì)垂直對(duì)準(zhǔn)待測(cè)部位，慢慢施加壓力，讀取數(shù)值。

含仁率：調(diào)查30個(gè)果實(shí)中含仁數(shù)量。

參照《棗種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行果皮顏色、果實(shí)風(fēng)味及外觀性狀調(diào)查以及DPS 9.05對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片性狀比較

對(duì)二、四倍體棗葉片大小性狀進(jìn)行比較分析可見(表1)。發(fā)現(xiàn)2種棗各自同源四倍體葉片寬度增大，較二倍體葉片寬度差異極顯著。四倍體‘酸棗0604’的葉片長、葉周長、葉面積也呈增大趨勢(shì)，且與二倍體差異極顯著?！鏃棥谋扼w除葉片寬度增大外其他性狀無顯著變化。因此可知由二倍體加倍后的四倍體植株呈現(xiàn)葉片寬度變大的特點(diǎn)。

表1 棗二、四倍體葉片大小性狀比較Table 1 Comparison of leaf size traits of diploid and tetraploid in Chinese jujube

對(duì)二、四倍體棗葉柄大小性狀進(jìn)行比較分析(表2)，‘酸棗0604’四倍體葉柄面積為7.32 mm2，較二倍體5.92 mm2顯著增大，而葉柄長、葉柄寬上無顯著差異。‘梨棗’二、四倍體葉柄長、葉柄寬、葉柄面積均無顯著差異。

表2 二、四倍體棗葉柄性狀比較Table 2 Comparison of petiole traits between diploid and tetraploid in Chinese jujube

2.2 氣孔性狀比較

通過對(duì)氣孔觀察測(cè)定(表3)發(fā)現(xiàn)，‘酸棗0604’的四倍體保衛(wèi)細(xì)胞最大，長為36.68 μm，寬為25.25 μm?！釛?604’和‘梨棗’的各自同源四倍體的保衛(wèi)細(xì)胞長和寬都極顯著大于二倍體(圖1)。二倍體‘梨棗’的氣孔密度為265.63 個(gè)/mm2，四倍體為174.50個(gè)/mm2，二倍體‘酸棗0604’的氣孔密度為236.70個(gè)/mm2，四倍體為144.65個(gè)/mm2，可見2種二倍體棗氣孔密度都顯著大于四倍體。由此可得四倍體植株葉片氣孔大小較二倍體呈變大趨勢(shì)，而氣孔密度呈變小趨勢(shì)。

表3 二、四倍體棗氣孔大小比較Table 3 Comparison of stomatal size between diploid and tetraploid in Chinese jujube

圖1 二、四倍體棗氣孔大小及氣孔密度比較Fig.1 Comparison of stomatal size and stomatal density between diploid and tetraploid in Chinese jujube

2.3 花性狀比較

對(duì)二、四倍體棗花性狀進(jìn)行比較分析(表4)可見，‘酸棗0604’和‘梨棗’各自的同源四倍體花朵直徑、花朵面積、花蕾直徑和密盤直徑均大于二倍體，二者呈極顯著差異，因此可以得出四倍體棗花直徑、花朵面積、花蕾直徑和密盤直徑均較二倍體呈現(xiàn)變大趨勢(shì)。

表4 二、四倍體棗花大小性狀比較Table 4 Comparison of flower size traits between diploid and tetraploid in Chinese jujube

由表5可見，‘酸棗0604’四倍體花粉量達(dá)9518粒，較二倍體顯著提升，而‘梨棗’四倍體花粉量達(dá)1870粒，較二倍體極顯著降低。2個(gè)棗各自的二、四倍體均具有較高的花粉活性，其中‘酸棗0604’四倍體與二倍體之間差異不顯著，‘梨棗’的四倍體花粉活性極顯著低于二倍體，由此可見2個(gè)棗品種二倍體加倍變?yōu)樗谋扼w后花粉活性下降。

表5 二、四倍體棗花粉活性和花粉量比較Table 5 Comparison of pollen activity and pollen quantity between diploid and tetraploid in Chinese jujube

2.4 果實(shí)性狀比較

2.4.1 果實(shí)、果核外觀性狀比較 對(duì)二、四倍體棗果實(shí)和果核外觀性狀進(jìn)行比較(表6)，可以看出‘酸棗0604’和‘梨棗’各自的二、四倍體整齊度較高，果頂全為凹，梗洼廣度為中度，萼片全為脫落狀態(tài)?！釛?604’二、四倍體果實(shí)顏色均為赭紅色，果實(shí)形狀均為長圓形，柱頭都呈殘存狀態(tài)，果實(shí)表面光滑?！鏃棥?、四倍體果實(shí)顏色均為紅色，果實(shí)為扁柱形，柱頭狀態(tài)由宿存變?yōu)闅埓?，二倍體果實(shí)表面有隆起，四倍體果實(shí)表面光滑。除二倍體‘酸棗0604’果肩是平的以外，四倍體酸棗和二、四倍體‘梨棗’的果肩均為凸起。在果點(diǎn)密度方面，‘酸棗0604’二倍體加倍為四倍體后由密變稀疏，而‘梨棗’果點(diǎn)由密變?yōu)橹忻?，果點(diǎn)密度呈變小趨勢(shì)(圖2)?！釛?604’二倍體核形為紡錘形、四倍體為橢圓形，‘梨棗’加倍后核形由二倍體的紡錘形變?yōu)樗谋扼w的倒紡錘形(圖3)。

圖2 二、四倍體果實(shí)外觀性狀Fig.2 Fruit appearance traits between diploid and tetraploid in Chinese jujube

圖3 二、四倍體果核性狀Fig.3 Jujube pit traits between diploid and tetraploid

表6 棗二、四倍體果實(shí)外觀性狀比較Table 6 Comparison of fruit appearance traits between diploid and tetraploid in Chinese jujube

2.4.2 果實(shí)風(fēng)味及可食率性狀比較 對(duì)二、四倍體棗果實(shí)風(fēng)味及可食率性狀進(jìn)行調(diào)查比較(表7)后發(fā)現(xiàn)‘酸棗0604’和‘梨棗’各自的二、四倍體果實(shí)可食率均很高，在94%以上?！釛?604’二、四倍體汁液含量少，風(fēng)味偏酸，果肉顏色綠色，果核含果仁，且四倍體含仁率為1.82%?！鏃棥⑺谋扼w果實(shí)風(fēng)味甜，果肉質(zhì)地由疏松變成酥脆，口感更加優(yōu)質(zhì)，四倍體汁液變多，均呈淺綠色果肉。

表7 二、四倍體棗果實(shí)風(fēng)味及可食率性狀比較Table 7 Comparison of fruit flavor and edible rate between diploid and tetraploid in Chinese jujube

2.4.3 果實(shí)大小性狀比較 通過對(duì)二、四倍體棗果實(shí)的鮮果質(zhì)量、果實(shí)縱橫徑、果實(shí)硬度和單核質(zhì)量的測(cè)定可得四倍體果實(shí)較二倍體果實(shí)變大。由表8可見，‘酸棗0604’和‘梨棗’四倍體果實(shí)的單果質(zhì)量和果實(shí)橫徑均大于二倍體果實(shí)，且差異極顯著。其中‘梨棗’四倍體單果質(zhì)量可達(dá)45.76 g，較二倍體單果質(zhì)量顯著增大；‘酸棗0604’四倍體單果質(zhì)量達(dá)11.56 g，二倍體質(zhì)量7.98 g，可見四倍體果實(shí)較二倍體顯著增大?！釛?604’四倍體果實(shí)單核質(zhì)量為0.37 g，二倍體為0.22 g，四倍體大于二倍體且差異極顯著?？梢娝谋扼w棗果實(shí)相對(duì)于二倍體呈變大趨勢(shì)。

表8 二、四倍體棗果實(shí)大小比較Table 8 Comparison of fruit size between diploid and tetraploid in Chinese jujubes

3 討論與結(jié)論

果樹多倍化是由于染色體增加一般表現(xiàn)出枝粗、葉大、花大和果大等巨大型特征[12]。本研究發(fā)現(xiàn)‘酸棗0604’和‘梨棗’各自的同源四倍體葉片寬度、葉面積及葉片厚度均顯著大于二倍體植株，葉色較二倍體顏色變深。四倍體保衛(wèi)細(xì)胞變大，氣孔密度變小，與二倍體差異極顯著。四倍體植株花朵大小和花蕾大小較二倍體明顯變大，花粉活性呈降低變化。四倍體果實(shí)外觀形態(tài)表現(xiàn)為果點(diǎn)密度稀疏，果實(shí)表面光滑，果實(shí)和果核顯著性增大等變化?？梢姡谀辖貐^(qū)引種同源四倍體表現(xiàn)出葉片變大、葉形指數(shù)變小、葉片厚、氣孔增大，氣孔密度降低，花和果實(shí)器官增大等特征，與河北等地區(qū)栽培表現(xiàn)一致[13]，表明四倍體棗引種后多倍體形態(tài)特征表現(xiàn)穩(wěn)定。

劉平等[14]通過對(duì)四倍體與二倍體棗花及花粉特性的比較發(fā)現(xiàn)，四倍體辣椒棗的花粉量明顯少于二倍體，四倍體冬棗和四倍體臨猗‘梨棗’的花粉量變化不明顯。本研究發(fā)現(xiàn)‘梨棗’四倍體花粉量較二倍體極顯著降低，而‘酸棗0604’四倍體花粉量較二倍體顯著增大，原因可能是栽培地區(qū)環(huán)境差異不同導(dǎo)致，也可能是嫁接第二年花期表現(xiàn)不穩(wěn)定所致。吳改娥[13]研究發(fā)現(xiàn)四倍體花粉活性較二倍體降低，與本研究結(jié)果表現(xiàn)一致。表明同源四倍體棗在不同栽培區(qū)域均存在減數(shù)分裂異常的現(xiàn)象，這可能是導(dǎo)致其花粉育性降低的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)兩種棗的同源四倍體具有花粉育性，可以作為親本開展雜交育種，是南疆地區(qū)理想的倍性雜交育種材料。

劉慶忠等[15]研究發(fā)現(xiàn)，四倍體嘎拉蘋果的單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑和橫徑、果柄粗度極顯著高于二倍體，果實(shí)明顯變大。劉穎等[16]通過調(diào)查天然二、四混倍體棗后發(fā)現(xiàn)同源四倍體冬棗具有果實(shí)變大，果形指數(shù)變小，果實(shí)維生素C含量增加，果實(shí)可溶性糖和可滴定酸含量變化無規(guī)律等特點(diǎn)。本研究也發(fā)現(xiàn)2種棗同源四倍體果實(shí)在橫徑、單果質(zhì)量等方面都極顯著大于二倍體果實(shí)，果實(shí)的可食率增加，果肉含汁量、口感風(fēng)味上都優(yōu)于二倍體，同時(shí)發(fā)現(xiàn)‘酸棗0604’四倍體的含仁率為 1.82%，可以獲得種子?？梢婋S著染色體加倍，棗同源四倍體的果實(shí)性狀得到提升，這在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中具有直接利用價(jià)值。