杏果核與種仁數(shù)量性狀的遺傳多樣性分析

關(guān)鍵詞：杏；種質(zhì)資源；果核；種仁；數(shù)量性狀；遺傳多樣性

中圖分類號：S662.2 文獻標志碼：A 文章編號：1009-9980（2023）02-0193-13

杏可以劃分為肉用杏和仁用杏。仁用杏以收獲杏核、加工杏仁為目的，大部分種植在干旱、寒冷、土壤貧瘠的“三北”（東北、華北和西北廣闊的荒漠化邊緣）地區(qū)[1]，是我國北方生態(tài)脆弱地區(qū)重點發(fā)展的經(jīng)濟林樹種之一。據(jù)中國園藝學會李杏分會統(tǒng)計，我國仁用杏種植面積約95.7 萬hm2，主要包括山杏（Armeniacasibirica L.）和大扁杏（Armeniaca cathayanaD. L. Fu et al.）。但是，我國仁用杏生產(chǎn)存在良種化程度低、品種混雜和遺傳基礎狹窄等多種問題。究其原因主要是種質(zhì)資源評價與利用不足。

我國仁用杏種質(zhì)資源類型非常豐富，根據(jù)植物學特征可將仁用杏劃分為山杏、大扁杏和普通杏（Armeniaca vulgaris L.）3 個類群[2]，其中仁用普通杏數(shù)量很少。大多數(shù)山杏人工林以種子實生為主，導致種仁大小不均、產(chǎn)量低等問題，嚴重影響了農(nóng)民的經(jīng)濟收入。雖然近年來已經(jīng)篩選出一些新品種[3-4]，但是這些品種多由野生山杏復壯純化而成，仍存在種仁較小、經(jīng)濟效益低等問題?；陉儽秉S土高原區(qū)域的山杏不同性狀間的相關(guān)性分析，認為葉面積、葉柄長、單果質(zhì)量可以作為高產(chǎn)山杏選種的主要指標[5]；在比較不同山杏無性系的經(jīng)濟性狀差異之后，劉明國等[6]則認為單果質(zhì)量、單核質(zhì)量、單仁質(zhì)量等9 個數(shù)量性狀能夠很好地區(qū)分66 份山杏無性系。董勝君等[7]比較不同來源地山杏株系的數(shù)量性狀差異，認為山杏果實、核與種仁的變異非常豐富，并將125 份山杏種質(zhì)劃分為6 個類群。王丹等[8]比較了不同杏種仁的粗脂肪和苦杏仁苷差異；張倩茹等[9]在檢測不同杏種質(zhì)的種仁脂肪酸組成之后篩選出4 份含油率高的材料；尹明宇等[10]對內(nèi)蒙古地區(qū)10 個不同來源的山杏果核大小、種仁大小以及種仁的脂肪酸、蛋白質(zhì)等的含量進行了評價，篩選出5 個不同特征的育種利用群。根據(jù)果核和種仁的性狀變異，在70 份新疆南部普通杏種質(zhì)中篩選出2 份可以改良仁用杏的優(yōu)良親本材料[11]。大扁杏是我國特有的杏種質(zhì)資源類群[12]，屬于栽培程度較高、經(jīng)濟效益高的類型。然而，該類群主要栽培品種由一窩蜂和龍王帽地方品種實生選育而成[13-15]，遺傳多樣性極差[16]。基于多種分子標記討論以上3 類仁用杏的起源之后，認為具有大果核普通杏可能對大扁杏優(yōu)良特性的形成具有重要貢獻[17]。

系統(tǒng)評價杏果核、種仁性狀的遺傳多樣性，篩選特異種質(zhì)，能夠加快仁用杏遺傳改良進程。長久以來，仁用杏評價工作一直局限于不同山杏類群的篩選或少量大扁杏性狀評價，缺乏不同類群杏果核、種仁表型數(shù)量性狀的整體評價。筆者對國家果樹種質(zhì)資源熊岳李杏圃保存的195 份杏種質(zhì)資源進行了系統(tǒng)鑒定評價，篩選出特異或優(yōu)良的杏種質(zhì)材料，為仁用杏育種和遺傳改良提供可靠依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

195份杏品種均來自國家果樹種質(zhì)熊岳李杏圃，其中大扁杏22 份（樣品編號為1-22）、山杏9 份（為23-31）、普通杏160 份（為32-191）、遼杏[Armeniacamandshurica （Maxim.） Skv.]2 份（分別為192 和193），紫杏[Armeniaca dasycarpa （Ehrh.） Borkh，編號為194]和梅（Armeniaca mume Sieb.，編號為195）各1份（表1）。所有品種樹齡20 a，均以山杏實生苗為砧木。果園株行距為5 m×5 m，栽培條件及管理水平較為一致。每品種隨機選取2～4 株樹，并采集樹冠外圍果實進行調(diào)查。

1.2 性狀調(diào)查

試驗于2019 年和2020 年夏季果實成熟時期進行，從樹冠外圍隨機選取100 個有代表性的果實。樣品采集與調(diào)查方法參見劉寧等[18]的《杏種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》。從果實中取出果核，洗凈、晾干，以備調(diào)查。共調(diào)查或測定7 個果核、種仁性狀，具體方法如下：

果核大小性狀調(diào)查按照章秋平等[2]描述的方法進行，每個樣品隨機取30 粒杏核，用游標卡尺測量果核縱徑（SL）、核橫徑（SW）和核側(cè)徑（ST），并計算樣品的核縱/橫比（SL/SW）、核縱/側(cè)比（SL/ST）。將杏核敲開后，用游標卡尺測量果核中部最薄處的厚度，即為殼厚度（SST）。利用TMS-PRO物性分析儀（美國Food Technology Corporation 公司生產(chǎn)）中的TPA 模塊和2500 N 探頭（直徑35 mm）測定果核破裂力（SBF）與硬度（SH），具體方法與參數(shù)設置與呂春晶等[19]的方法描述相同。

將所有果核樣品粉碎，過60 目（0.25 mm）的網(wǎng)篩。按Klason 法[20]測定果核中酸不溶性木質(zhì)素含量（SLC），每個品種重復測定3 次。

利用游標卡尺測量種仁的縱徑（KL）、橫徑（KW）和側(cè)徑（KT），并計算仁縱/橫徑比（KL/KW）、仁縱/側(cè)徑比（KL/KT），每品種測量30 個。利用電子天平稱量核干質(zhì)量（SDW）與單仁質(zhì)量（KDW），均為100 粒的平均值。計算100 粒果核的杏仁出仁率（KR）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進行整理，計算各樣品的平均值。然后，利用Origin 9.0 軟件對所有性狀的數(shù)據(jù)進行基本描述統(tǒng)計、相關(guān)性分析、主因子分析以及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果核主要性狀的描述性統(tǒng)計

對195 份杏種質(zhì)資源的果核/仁的主要性狀進行描述性統(tǒng)計，如圖1 和表2 所示。通過圖1 的箱式圖可以看出，杏果核、種仁各性狀的數(shù)據(jù)分布范圍較大，這表明本文中的杏種質(zhì)資源具有廣泛的遺傳變異。

從表2 可以看出，17 個性狀變異系數(shù)介于9.61%～36.88%之間，呈現(xiàn)出較大的變異幅度。在連續(xù)2 a 的調(diào)查數(shù)據(jù)中，核破裂力性狀的變異系數(shù)最大，為36.88%，變異幅度為84.87～495.56 N。其后依次為仁干質(zhì)量、核干質(zhì)量、核硬度、出仁率和核殼厚度等性狀。通過Shapiro-Wilk 檢驗，除核破裂力和木質(zhì)素含量外，其余性狀數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布。杏果核硬度的分布范圍為305.31～1 573.37 N，平均值為902.32 N；出仁率的分布范圍為12.83%～51.20%，平均值為27.88%，這表明在破核取仁和提高種仁產(chǎn)量等方面具有較大的遺傳改良潛力。核側(cè)徑的變異系數(shù)最小，2 a 平均變異系數(shù)僅為10.8%，變異幅度為1.32～9.89 mm。而其余果核大小性狀和種仁大小的性狀指標為中等變異。一般認為，變異系數(shù)大于10% 表示樣本間差異較大[21-22]。在本研究中表型性狀數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均大于10%，表明這195 份杏種質(zhì)資源間存在很大的差異，具有豐富的遺傳多樣性。

2.2 性狀間相關(guān)性分析

對2019年和2020年間不同性狀的調(diào)查數(shù)據(jù)進行配對相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)17 個性狀在不同年份間存在著極顯著的相關(guān)性，這表明195 份杏品種在連續(xù)2 a 的性狀調(diào)查中表現(xiàn)穩(wěn)定。故，僅以2019 年數(shù)據(jù)分析進行論述。通過不同性狀間的相關(guān)性分析，由圖2 可以看出，195 份果核、種仁的17 個性狀間存在不同程度的相關(guān)性?？傮w看來，果核大小、質(zhì)量與種仁大小、質(zhì)量之間存在極顯著的相關(guān)性，特別是果核縱徑與仁縱徑的相關(guān)系數(shù)高達0.899，這表明種仁大小與果核大小存在著密切聯(lián)系。果核破裂力與殼厚度、核橫徑、核側(cè)徑以及縱/橫徑比、縱/側(cè)比等性狀呈極顯著的正相關(guān)，這說明果核破裂力可能與果核形狀存在一定的聯(lián)系。果核硬度與核側(cè)徑、殼厚度、木質(zhì)素含量之間呈極顯著的正相關(guān)。出仁率與單仁質(zhì)量、仁側(cè)徑呈極顯著的正相關(guān)，而與殼厚度、核破裂力、硬度等其余大部分性狀呈負相關(guān)，這表明種仁側(cè)徑增加能夠提高杏核出仁率。

對17個表型性狀進行R型聚類分析，采用歐氏距離和Ward 法聚類分析，由聚類結(jié)果（圖3）可知，在歐氏距離為15處，可以將表型性狀劃分為4類。第Ⅰ類群包含核縱徑、仁縱徑、核縱/橫徑、核縱/側(cè)徑、仁縱/橫徑和仁縱/側(cè)徑，均為決定果核、種仁形狀的性狀。第Ⅱ類群包含核橫徑、核側(cè)徑、核干質(zhì)量、殼厚度、核破裂力、核硬度、仁橫徑和單仁質(zhì)量等性狀。第Ⅲ類群僅包含木質(zhì)素含量一個性狀。第Ⅳ類群包含出仁率和仁側(cè)徑2 個性狀。R型聚類也在一定程度上反映出17個性狀間的相關(guān)性。

2.3 主成分分析

由于17 個性狀間相關(guān)關(guān)系比較復雜，故基于連續(xù)2 a 的表型性狀數(shù)據(jù)進行主成分分析，提取主因子成分進行深入分析。如表3 所示，2 a 數(shù)據(jù)前4 個主成分的累積貢獻率分別為81.53%和81.25%，包含了杏種質(zhì)資源果核/仁描述的絕大部分信息。在2019年調(diào)查數(shù)據(jù)中，第1 主成分特征值為5.503，貢獻率為32.37%，果核和種仁的縱橫側(cè)等8 個性狀的特征值（絕對值）較大，可以看出這些性狀主要描述核/仁大小、質(zhì)量的性狀。第2 個主成分特征值為4.493，貢獻率為26.43%，有6 個性狀的特征值絕對值較大，包括核側(cè)徑、核/仁的三徑比值以及核破裂力，這表明在質(zhì)構(gòu)儀正面加壓時果核的破裂與果核形狀有直接關(guān)系。第3 個主成分的特征值為2.528，貢獻率為14.87%，由核硬度、仁側(cè)徑和出仁率3 個性狀組成。第4 個主成分的特征值為1.336，貢獻率為7.86%，果核木質(zhì)素含量有較高的荷載量。2020 年數(shù)據(jù)與2019 年數(shù)據(jù)具有類似規(guī)律。

2.4 聚類分析與綜合評價

根據(jù)38個形態(tài)性狀數(shù)據(jù)和歐氏距離對195 份杏種質(zhì)資源進行聚類分析，由圖4 可以看出，當遺傳距離為15時，可以分為6 個類群。

第Ⅰ和第Ⅱ類群均為1 份材料組成，分別是山杏綠萼和普通杏露仁杏。綠萼，具有果核三徑小、近球形，殼薄、種仁飽滿且出仁率高等特點。露仁杏，屬于杏種質(zhì)資源中的珍稀材料，果核發(fā)育不完全，成熟時部分種仁與果肉直接連在一起[23]。第Ⅲ類群由18 份大扁杏和2 份果核縱徑較長的品種（庫爾代什克和甜仁黃口外）組成，具有核/仁外觀大等特點。第Ⅳ類群由27 份普通鮮食杏材料組成，該組大部分種質(zhì)具有核殼薄、出仁率高等特點。其余146 份材料組成了第Ⅴ類群，占總體材料的74.87%。

在遺傳距離為10 時，第Ⅴ類群進一步被劃分為6 個亞群。在Ⅴa 亞群中，包含4 份種質(zhì)，果核橢圓形且硬度較大。第Ⅴb 亞群由果核圓形且硬度較大的4 份種質(zhì)組成。第Ⅴc 亞群由種仁飽滿、出仁率較高的29 份種質(zhì)組成，如遼梅、大山杏、伯杏、克拉拉等。第Ⅴd 亞群由12 份果核橫徑較長的扁圓形種質(zhì)組成，包括草坯杏、仙居杏、銀香白等。第Ⅴe 亞群由草灘曹杏、張公園、蜜陀羅、紅玉等7 份種質(zhì)組成，這些種質(zhì)果核較大、種質(zhì)發(fā)育較差，出仁率低。第Ⅴf亞群，由90 份種質(zhì)材料組成，占整體材料的46.15%，這些材料的果核、種仁性狀均屬于中間類型。除第Ⅲ類群以大扁杏為主以外，其余組群均由鮮食普通杏和山杏的不同類型組成。

通過主因子綜合得分進行種質(zhì)篩選是客觀評價優(yōu)異種質(zhì)的一個重要方法[22]。根據(jù)表3 中不同性狀在各主成分中占比權(quán)重以及貢獻率，計算不同品種的各主成分得分和綜合因子得分。在195 份杏種質(zhì)資源果核/仁性狀的綜合得分中，綜合排名前10名的種質(zhì)材料分別為甜仁黃口外、豐仁、超仁、庫爾代什克、一窩蜂、圍選1 號、優(yōu)一、饃饃杏、國仁和大偏頭。再結(jié)合不同聚類群中的性狀特異性，分別篩選出6 份性狀優(yōu)異的大扁杏（表4）與19 份性狀特異的大扁杏、普通杏或山杏種質(zhì)資源（表5），尤其是甜仁黃口外、庫爾代什克、克孜克西米西、賽買提等普通杏種質(zhì)可以進一步篩選作為仁用杏育種的重要親本材料。

3 討論

我國山杏、普通杏種質(zhì)資源非常豐富，存在許多變異類型[6，24]，但是由于在果核、種仁性狀方面的評價不足，在仁用杏育種中很少能夠利用這些種質(zhì)資源。在本研究中，杏果核大小、種仁大小和出仁率等性狀的遺傳變異系數(shù)均高于10%，與以前的山杏[6-7，10]和普通杏[11，24]的多樣性報道類似，這表明本研究中所選材料存在著豐富的遺傳變異。從核/仁形態(tài)來看，大扁杏的優(yōu)點是果核大、平均單仁質(zhì)量均顯著高于其他品種群，在大扁杏類群中80D05 杏的單仁質(zhì)量最大，達1.19 g。通過特異種質(zhì)資源篩選，能夠豐富仁用杏育種的親本選擇范圍、以擴大遺傳基礎。筆者也從普通杏類群中篩選出甜仁黃口外和饃饃杏2 份單仁質(zhì)量超過1.0 g 的特異種質(zhì)資源。

通過相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)本文中的出仁率與核仁側(cè)徑呈極顯著的正相關(guān)，這表明杏核越鼓出仁率越高。因此，在仁用杏育種時增加種仁側(cè)徑可能是提高杏仁產(chǎn)量的一個重要途徑。筆者也發(fā)現(xiàn)平均單仁質(zhì)量與果核大小呈極顯著的正相關(guān)，與果核厚度呈負相關(guān)，這表明在馴化選擇大種仁大果核的過程中也連帶增加了杏果核的厚度。大扁杏果核厚度增加，不僅降低了出仁率也加大了種仁加工過程的開核難度，因此，對于仁用杏的加工性狀改良也需要新的種質(zhì)引入到大扁杏的雜交育種中。在筆者所選杏品種中，露仁杏果核極薄、發(fā)育不完整并且種仁飽滿[23]是仁用杏育種的良好親本材料。同時，在普通杏和山杏類群中也篩選出了克孜克西米西、綠萼、B110-2 和C202-2 等果核薄、出仁率高的特異種質(zhì)資源。但是，這些種質(zhì)的缺點是單仁質(zhì)量較小，這可能需要通過多代雜交才能篩選出符合理想性狀的株系。

木質(zhì)化的杏核增加了種仁加工成本，因此易開核性狀（殼硬度低）是仁用杏選育的一個重要育種目標。呂春晶等[19]認為杏的果核硬度與厚度存在極顯著的相關(guān)性，本文結(jié)果與之相吻合。在本文中，除了調(diào)查果核厚度外，還檢測了不同類群杏果核的硬度和開裂破裂力變化。杏核硬度的分布范圍為305.31～1 573.37 N，平均值為902.32 N；杏核的開裂破裂力范圍為84.87～495.56 N，平均值為196.75 N，變異多樣性極為豐富。通過綜合評價，認為克孜阿恰、克孜克西米西、賽買提、Hacihaliloglu、白仁等普通杏以及垂枝杏、大山杏、遼梅、綠萼、C202-2、B110-2 等山杏的果核硬度小、易開核，這些種質(zhì)材料可以用于易開核品種的選育。

主成分分析、聚類分析和綜合因子得分等降維統(tǒng)計方法已被廣泛應用于種質(zhì)資源多樣性評價和優(yōu)良種質(zhì)篩選等研究中[22]。筆者通過多種統(tǒng)計方法篩選，認為豐仁、超仁、圍選1 號、一窩蜂、優(yōu)一、國仁等6 個大扁杏品種是目前仁用杏栽培中綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良的品種。另外，甜仁黃口外、庫爾代什克、大偏頭、饃饃杏等綜合得分較高的鮮食普通杏可以作為仁用杏育種的親本材料，而克孜克西米西、賽買提、綠萼、垂枝以及C202-2 等種質(zhì)資源是仁用杏出仁率和加工破殼性狀改良的潛在親本材料。

4 結(jié)論

杏果核與種仁數(shù)量性狀具有豐富的遺傳變異，是仁用杏新品種改良的重要基礎；增加種仁側(cè)徑長度可能是提高出仁率的重要方式。從195 份杏種質(zhì)資源中共篩選出6 份優(yōu)異種質(zhì)和21 份特異種質(zhì)材料，這些種質(zhì)在仁用杏遺傳改良過程中具有較大潛力。