不同產(chǎn)地大紅袍花椒表型變異研究

吳順科, 孫丙寅，鄭 濤，劉淑明

(1.陜西省鳳縣平木鎮(zhèn)林業(yè)站, 陜西 鳳縣721700; 2.楊凌職業(yè)技術(shù)學院; 3 西北農(nóng)林科技大學 理學院，陜西 楊凌 712100)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是蕓香科(Rutaceae)花椒屬(Zanthoxylum)有刺喬木或灌木，我國有39種14變種[1]，栽培面積、年產(chǎn)量均居世界首位[2]?；ń肪哂心透珊怠⒛婉け?、適應性強、繁殖容易、結(jié)果早、產(chǎn)量穩(wěn)定、栽培技術(shù)簡單、經(jīng)濟效益大、根系發(fā)達、枝葉茂密、樹冠寬闊、抗風力強等優(yōu)點，已經(jīng)成為干旱、半干旱山地、丘陵地區(qū)重要的生態(tài)、經(jīng)濟林樹種[3]?；ń凡粌H具有食用與藥用價值，還有明顯的生態(tài)效益，市場需求量與日俱增，具有廣闊的發(fā)展前景。

表型多樣性研究是物種多樣性研究的重要組成部分，是植物多樣性的最直觀反映，具有易于觀察、操作簡單等優(yōu)點，是研究遺傳多樣性最為直接有效的方法之一[4-5]。開展不同地區(qū)大紅袍花椒表型性狀的綜合評價，可以了解花椒對不同地理生態(tài)環(huán)境的響應，探明花椒表型性狀的變異規(guī)律。對不同地區(qū)花椒的表型性狀進行主成分分析、相關(guān)性分析、聚類分析，可以確定不同花椒品種間的親緣關(guān)系以及不同表型性狀之間的相關(guān)性，為花椒的表型區(qū)分提供理論依據(jù)。

本研究于2020年7-9月在四川、陜西、山西、河南、山東、河北、甘肅、青海等省，選取并收集具有地域代表性的“大紅袍”系列花椒17個品種的葉片、果實、徑皮，并調(diào)查記錄其分布、生長情況和生境條件，包括海拔、經(jīng)緯度、樹高、冠幅，采集圖像。對不同地區(qū)“大紅袍”花椒葉片表型性狀[6]、果實表型性狀[7]、皮刺表型性狀[8]進行測定研究，以期為全國不同地域大紅袍花椒表型的區(qū)分提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料包括甘肅省(武都大紅袍、秦安大紅袍、秦安葡萄椒)、陜西省(韓城大紅袍、獅子頭、鳳縣大紅袍、橫山大紅袍)、河南省(寶香丹)、山東省(萊蕪大紅袍、萊蕪少刺、棗莊大紅袍)、四川省(漢源供椒)、河北省(涉縣大紅袍)、山西省(交城大紅袍、小紅冠)、青海省(循化大紅袍、貴德大紅袍)等8個省份的17份大紅袍花椒，采樣信息見表1。

表1 不同地區(qū)大紅袍花椒采樣信息表

1.2 試驗方法

1.2.1 葉片表型性狀觀測 從每個樣樹的東、南、西、北4個方向的結(jié)果枝和營養(yǎng)枝各隨機選取5枚復葉，共計20枚；分別統(tǒng)計各復葉的小葉數(shù)，測定葉片的小葉長、小葉寬、小葉葉形指數(shù)(小葉長/小葉寬)、頂葉長、頂葉寬、頂葉葉形指數(shù)(頂葉長/頂葉寬)。

1.2.2 果實表型性狀及經(jīng)濟性狀觀測 根據(jù)樣樹結(jié)實狀況，從標準枝中部任意部位開始計數(shù)，逢 5 抽取果穗作為樣穗，選取10穗；測定不同品種花椒的穗粒數(shù)，隨機選取20粒果實測定果實橫徑、縱徑、果形指數(shù)(縱徑/橫徑)。

1.2.3 皮刺表型性狀觀測 從每個樣樹的東、南、西、北4個方向各選3個營養(yǎng)枝(共計12個)，調(diào)查枝條總長度、皮刺數(shù)量，任選其中1個枝條，從枝條基部1/4處開始，沿同一側(cè)順序摘取10個皮刺，測量皮刺的高、寬、厚，并計算枝條單位長度(cm)皮刺數(shù)(整枝皮刺數(shù)/整枝長度)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用 Excel2010、SPSS24.0、Origin Pro 2020(b)軟件進行處理分析。所有測定結(jié)果均以平均值(Mean)± 標準偏差(Sd)表示。樣品間的差異顯著性采用單因素方差分析(One Way ANOVA)鄧肯氏檢驗法測驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地大紅袍花椒葉片表型性狀

不同產(chǎn)地大紅袍花椒葉片表型性狀對比結(jié)果(表2)顯示，17個大紅袍花椒葉片的小葉數(shù)基本在7～11片，棗莊大紅袍的小葉數(shù)最多，其余花椒小葉數(shù)差異不顯著(P<0.05)。頂葉和其余小葉的長、寬、長寬比均反應花椒葉片的大小形狀。

表2 不同大紅袍花椒葉片形態(tài)指標

葉片的測定結(jié)果顯示，秦安大紅袍的小葉長、小葉寬最大為(40.07±5.93)、(26.87±3.19)mm，棗莊大紅袍的小葉長、小葉寬最小為(19.19±2.93)、(9.78±1.56)mm；鳳縣大紅袍的頂葉長、頂葉寬均最大為(65.50±7.48)、(36.69±2.22)mm，棗莊大紅袍的頂葉長、頂葉寬最小為(33.79±4.23)、(11.61±1.40)mm，由葉片長、葉寬數(shù)據(jù)可看出，循化花椒、秦安葡萄椒、秦安大紅袍、武都大紅袍、鳳縣大紅袍的葉片較其它產(chǎn)地的花椒的葉片大。

葉形按葉長與葉寬之比(葉形指數(shù))和最大葉幅位置確定，通常分為披針形(葉形指數(shù)>3.0)、長橢圓形(3.0>葉形指數(shù)>2.5)、橢圓形(2.5>葉形指數(shù)>2.0)和卵圓形(葉形指數(shù)<2.0)等四類。葉形指數(shù)是反應葉片性狀的重要指標，葉形指數(shù)越大，說明葉片越狹長。棗莊大紅袍花椒的小葉和頂葉的葉形指數(shù)均最大，其中棗莊大紅袍、萊蕪大紅袍、萊蕪少刺的頂葉葉形指數(shù)較其余花椒差異顯著，且均在2.5～3.0之間，表明葉形屬于長橢圓形；寶香丹、小紅冠、漢源貢椒的頂葉葉形指數(shù)在2.0～2.5之間，表明葉形屬于橢圓形，其它11份大紅袍花椒頂葉葉形指數(shù)均小于2.0，表明葉形屬于卵圓形；所有葉片的小葉葉形指數(shù)均小于2，說明17個大紅袍的小葉均為卵圓形。頂葉葉形指數(shù)和其余小葉葉形指數(shù)之間差值最大的是萊蕪大紅袍、棗莊大紅袍，寶香丹、萊蕪少刺次之；葉形指數(shù)相差最小的是秦安大紅袍。

綜上分析，橫山、交城、涉縣大紅袍花椒葉片表型之間差異較??；秦安、武都、鳳縣大紅袍較為接近；韓城大紅袍、獅子頭、小紅冠之間差異較小；萊蕪大紅袍、萊蕪少刺葉片表型差異不明顯；棗莊大紅袍與其余品種間具有較大差異。

2.2 不同產(chǎn)地大紅袍花椒果實表型性狀對比

從17份大紅袍花椒的果實表型性狀及經(jīng)濟性狀對比試驗結(jié)果(表3)可知，所有果實表型指標均差異顯著(P<0.05)。穗粒數(shù)是體現(xiàn)花椒豐產(chǎn)性能的重要性狀之一，穗粒數(shù)的多少從數(shù)量證明花椒是否豐產(chǎn)；花椒顆粒的大小從重量上體現(xiàn)花椒的豐產(chǎn)。不同大紅袍花椒穗粒數(shù)最大的寶香丹(83.42±10.51)個，其次是獅子頭(79.52±10.40)個。果縱徑和果橫徑變異幅度分別為5.01～6.37、4.52～5.77 cm，花椒果實的縱徑最大的為寶香丹(6.37±0.36)mm，獅子頭(6.01±0.30)mm、武都大紅袍(5.84±0.20)mm、小紅冠(5.81±0.29)mm次之。果形指數(shù)反映了花椒果實的外部形態(tài)，是花椒品種之間相互區(qū)別的參照因素之一。所有花椒果實果形指數(shù)均大于1，表明果縱徑大于果橫徑，即花椒果實為長圓形。漢源貢椒的果形指數(shù)最大，為(1.19±0.03)，橫山大紅袍(1.06±0.03)、秦安葡萄椒(1.06±0.02)最小。

表3 不同大紅袍花椒果實表型性狀及經(jīng)濟性狀對比

綜上分析，秦安、武都、鳳縣大紅袍在穗粒數(shù)、果形指數(shù)等重要指標之間差異較??；橫山、涉縣、交城大紅袍在穗粒數(shù)與其余品種間具有較大差異；河南寶香丹的穗粒數(shù)最大；果形指數(shù)漢源貢椒最大。

2.3 不同產(chǎn)地大紅袍花椒皮刺表型性狀對比

花椒枝干的10 cm單位長度皮刺數(shù)是反映花椒營養(yǎng)枝上皮刺的疏密程度的重要性狀，是生產(chǎn)栽培推廣中區(qū)分不同品種花椒的手段之一。不同產(chǎn)地大紅袍花椒皮刺表型性狀測定結(jié)果(表4)顯示，不同地區(qū)的花椒皮刺差異顯著(P<0.05)。棗莊大紅袍的10 cm長度皮刺數(shù)最大為(12.40±1.84)個，貴德大紅袍為(11.20±1.93)個次之，萊蕪少刺的最小，為(5.20±0.63)個。

表4 皮刺表型性狀的測定結(jié)果

皮刺的高、寬、厚是從三維層面反映花椒皮刺的大小，是生產(chǎn)中選擇栽培品種時較為重要的參考因素。鳳縣大紅袍的皮刺高、皮刺寬均最大，分別為(17.28±3.39、(12.25±3.31)mm；涉縣大紅袍的皮刺高最小，為(7.11±1.28)mm；秦安葡萄椒的皮刺寬最小，為(4.13±0.89)mm；寶香丹的皮刺厚最大，為(4.49±0.52)mm，獅子頭的皮刺厚最小，為(2.02±0.72)mm。

綜上分析，就皮刺表型性狀而言，地處高海拔的貴德、循化、漢源花椒皮刺表型性狀差異較?。磺匕?、武都、鳳縣大紅袍之間差異較??；韓城大紅袍、獅子頭、小紅冠之間差異較小；秦安葡萄椒與其余品種間具有較大差異。

2.4 不同產(chǎn)地大紅袍花椒表型性狀的聚類分析

從選取、標準化處理的15個表型評價指標，并使用Origin 2020 b采用Hierarchical cluster analysis聚類方法，以平方Euclidean 距離為衡量標準，構(gòu)建的聚類分析熱圖(圖1)可看出，17份大紅袍花椒被分為6類：第Ⅰ組群為寶香丹，其主要特征是果實的縱橫經(jīng)最大，皮刺較厚；第Ⅱ組群為棗莊大紅袍，其主要特征是，葉形指數(shù)最大；第Ⅲ組群為橫山大紅袍、交城大紅袍、涉縣大紅袍；第Ⅳ組群為秦安葡萄椒，其主要特征是頂葉葉形指數(shù)最小，果實較??；第Ⅴ組群由萊蕪大紅袍、萊蕪少刺、韓城獅子頭、小紅冠、韓城大紅袍組成，其主要特征是葉片大小中等，第Ⅵ組群包括高海拔的漢源貢椒、循化大紅袍、貴德大紅袍，秦安大紅袍、武都大紅袍、鳳縣大紅袍。

圖1 表型性狀聚類熱圖

3 討論與結(jié)論

表型遺傳性狀不僅為植物育種提供重要信息，也是種質(zhì)資源評價的重要指標。植物表型性狀涵蓋植物的花、葉、果實及樹體，對于花椒經(jīng)濟林樹種來說主要體現(xiàn)在葉片、果實、皮刺上。植物表型的變異是基因和生境互作的結(jié)果，植物表型的變化反應植物結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的組成，反應植物在不同生境下的生長發(fā)育過程[9]。不同地區(qū)植物對當?shù)厣车倪m應性主要受氣候、坡向、海拔、經(jīng)緯度等影響，在生境因子的長期作用下，不同的植物會產(chǎn)生對生境的適應性，隨之會產(chǎn)生表型的變異[10]。利用植物表型性狀的變化，應該能夠?qū)⒉煌参锘蛐秃蜕车臎Q定作用區(qū)別開來[11]。

利用植物表型性狀揭示植物在不同生境下的變異以及適應性在石榴[12]、櫻桃[13]和文冠果[14]等經(jīng)濟作物的研究中被廣泛應用。全面掌握不同地區(qū)大紅袍花椒的表型變異，有利于探索復雜多變的生態(tài)因子對花椒表型性狀變異的影響，挖掘基因和生態(tài)因子對生物其生態(tài)環(huán)境的決定程度。表型變異越大，可能存在的遺傳變異也越大[15]?；ń吩谕茝V栽植過程中大量地區(qū)間的引種交流以及長期的自然選擇和人工選擇，形成豐富的表型變異。

本試驗不同產(chǎn)地17份大紅袍花椒種質(zhì)資源的表型性狀分析結(jié)果表明，除了小葉數(shù)之外，其他表型性狀差異顯著，均有不同程度的變異，表現(xiàn)出豐富的多樣性。小葉長、小葉寬、頂葉長、頂葉寬以及皮刺的植物學表型性狀變異較大；而果實的橫徑、縱徑的變異較小，顯示花椒的營養(yǎng)器官對不同地理生態(tài)條件反應更加敏感，更易發(fā)生變異。聚類分析將不同地區(qū)17份大紅袍花椒分為6個組群，同一組群的表型性狀相似，不同組群間的特征明顯；聚類分析結(jié)果表明不同產(chǎn)地的大紅袍花椒，在葉片、果實、皮刺等生物學性狀上存在明顯差異，具有明顯的由西到東逐漸變化的地域性特征，但也存在交叉聚類現(xiàn)象，說明花椒在不同的遺傳背景、不同的遷徙擴散路徑及不同的地理生境的差異是形成大紅袍花椒組群表型性狀多樣性的主要原因。