火龍果種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性分析

毛永亞，劉穎，周俊良，肖圖艦，陳楠，馬玉華

1.貴州省農(nóng)業(yè)科學院果樹科學研究所，貴陽 550006； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學院科研管理處，貴陽 550006

火龍果果實外形獨特、營養(yǎng)豐富，是近年在國內(nèi)快速發(fā)展起來的具有較高營養(yǎng)價值、藥用價值以及觀賞價值的仙人掌科（ Cactaceae ）果樹。仙人掌科植物按植物學分類分為108屬，近2 000種［1］；仙人掌科果樹主要分為3大類：攀緣類，以量天尺屬和蛇鞭柱屬為主；刺梨類，以仙人掌屬之梨果仙人掌為主；圓柱狀仙人掌，以仙人柱屬為主［2-3］。廣義上，火龍果是量天尺屬 （Hylocereus）和蛇鞭柱屬 （Selenicere?us ）攀援植物，原產(chǎn)于中南美洲的熱帶地區(qū)，17世紀中期，由荷蘭人傳入中國臺灣。20世紀90年代我國開始引進優(yōu)新品種進行試種研究，目前火龍果種植區(qū)域主要分布在廣西、廣東、云南、貴州、海南、福建、臺灣等?。ㄗ灾螀^(qū)），四川、湖南、江蘇等地有零星種植，各地栽培的火龍果種類與品系繁多，根據(jù)其果實的外形特點，可將火龍果分為紅皮白肉、紅皮紅肉、紅皮粉肉以及黃皮白肉幾類［4］。

近年來，對火龍果種質(zhì)資源多樣性的研究有不少報道，國內(nèi)外研究者應用RAPD［5-6］、SSR［7-8］、ISSR［9］等分子標記方法從分子水平對火龍果種質(zhì)資源的遺傳多樣性進行了研究。李洪立等［10］、黃鳳珠等［11］從表型性狀、農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀對火龍果種質(zhì)資源果實多樣性進行了分析。表型特征直接反映了植物的外部特征，它是檢測植物遺傳變異中最傳統(tǒng)的研究方法［12］，火龍果與其他果樹不同，靠肉質(zhì)莖蔓進行光合作用，為分析前期收集保存的種質(zhì)資源的遺傳多樣性及莖蔓與果實表型性狀間相關性，本研究在前期工作基礎上，以58份火龍果種質(zhì)資源為材料，根據(jù)NY/T 3517-2019《熱帶作物種質(zhì)資源描述規(guī)范 火龍果》提供的方法，以成熟莖和果實的表型質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析火龍果種質(zhì)資源遺傳多樣性，以期為火龍果種質(zhì)資源的創(chuàng)新利用、雜交育種、分子育種等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的58份火龍果種質(zhì)資源（表1）保存于貴州省農(nóng)業(yè)科學院果樹科學研究所熱帶亞熱帶果樹科研示范基地火龍果資源圃內(nèi)，試驗于2016-2020年進行，期間進行多次重復觀察。

表1 58個火龍果種質(zhì)資源名稱及編號Table 1 Names and numbers of 58 pitaya germplasm resources

續(xù)表 Continued Table

1.2 性狀調(diào)查與測定

1）質(zhì)量性狀。依據(jù)NY/T 3517-2019分別對棱邊形狀、成熟莖蔓木栓化程度、成熟莖蔓表面附著粉狀物、成熟莖蔓刺座位置、成熟莖蔓刺形狀、成熟莖蔓單個刺座刺數(shù)、果萼狀態(tài)、果萼顏色、果萼末端顏色、果萼末端中央斑線、果實形狀、果皮刺、果皮顏色、果肉顏色14個質(zhì)量性狀（表2）進行觀察記錄。

表2 火龍果58個種質(zhì)資源14種表型質(zhì)量性狀及其賦值Table 2 Assignment of 14 phenotypic qualitative characters of 58 germplasm resources of pitaya

2）數(shù)量性狀。用游標卡尺測量成熟莖蔓寬度、成熟莖蔓棱厚度、成熟莖蔓刺座間距、成熟莖蔓刺長度、果實縱徑、果實橫徑；采用電子天平稱量單果質(zhì)量，可溶性固形物采用手持糖度計測定，維生素 C 含量采用碘液滴定法測定，可溶性糖用蒽酮比色法測定［13］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用 Excel 2003、SPSS 25.0 軟件對原始數(shù)據(jù)進行整理和分析，計算質(zhì)量性狀的分布頻率和數(shù)量性狀的平均值、極差和變異系數(shù)。計算 Shannon Weav?er 多樣性指數(shù)（H '）［14］。頻率分布圖采用Origin 2021軟件進行分析。H '=-ΣPilnPi，式中，Pi為某性狀第i類別樣品數(shù)量占總數(shù)量的比例。

2 結果與分析

2.1 火龍果種質(zhì)資源表型質(zhì)量性狀的頻率分布和多樣性分析

對58份火龍果種質(zhì)資源表型質(zhì)量性狀的分析結果（表3）顯示，在14種表型質(zhì)量性狀中，共檢測到52個變異類型，其中成熟莖蔓木栓化程度、果萼狀態(tài)、果萼顏色、果實形狀、果肉顏色等性狀的變異范圍較大。

表3 火龍果種質(zhì)資源表型質(zhì)量性狀的頻率分布和多樣性Table 3 Frequency distribution and diversity of phenotypic qualitative characters of pitaya germplasm resources

本研究中的火龍果資源棱邊形狀主要有鋸齒形、波浪形、平滑形3類，其中波浪形棱邊形狀最多，占67.2%；其次為平滑形棱邊形狀，占25.9%；鋸齒形棱邊形狀占6.9%。成熟莖蔓木栓化程度多樣性指數(shù)為1.809，頻率分布顯示該性狀無木栓化、全緣、刺座緣、不連續(xù)分別占32.8%、17.2%、1.7%、48.3%，表現(xiàn)出較高的離散程度，揭示火龍果成熟莖蔓木栓化程度性狀蘊含著較大的遺傳變異程度。成熟莖蔓表面無附著粉狀物占82.8%，成熟莖蔓表面附著散點粉狀物和片狀粉狀物分別占12.1%、5.1%，說明火龍果大部分資源的成熟莖蔓表面無附著粉狀物。在成熟莖蔓刺座位置這一性狀中，成熟莖蔓刺座位置為凹處的占58.6%，凸處刺座位置占32.8%，其他為8.6%。成熟莖蔓弧形刺占比較高，占51.7%，針形和圓錐形較少，分別占27.6%和20.7%。58份資源中，成熟莖蔓單個刺座刺數(shù)多樣性指數(shù)僅為0.234，表現(xiàn)為離散程度較低，頻率分布顯示單個刺座刺數(shù)量最多的是2～5根，占94.8%，其他僅占5.2%。

果萼狀態(tài)多樣性指數(shù)為1.306，也表現(xiàn)出較高的離散程度，其中緊貼型果萼狀態(tài)最多，占37.9%，其次為嚴重背離型果萼狀態(tài)占31%。果萼顏色以綠色、紅色、紫紅色為主，分別占34.5%、39.7%、19.0%。果萼末端顏色綠色帶紫色最多，占48.3%，綠色帶黃色占36.2%，紫紅色占12.1%，紫色占3.4%。多數(shù)資源果萼末端中央有斑線，占比70.7%。果實形狀中圓形最多，占44.8%；其次為短橢圓形27.6%，長橢圓形和扁圓形分別占19.0%、8.6%；58份資源中沒有卵圓形果實。果皮絕大多數(shù)無刺，占94.8%，近基部帶刺和全果帶刺僅占3.5%、1.7%。果皮顏色以紅色為主，玫瑰紅色和紫紅色共占93.2%，粉紅色、橘紅色、黃色和其他（酒紅色）分別占1.7%。果肉顏色則以紫紅色（60.3%）為主，其次白色占19%，粉紅色占12.1%，紅色占6.9%，其他（深紅色）占1.7%。

58份資源的Shannon-weaver 多樣性指數(shù)為0.234～1.809，其中成熟莖蔓木栓化程度、果萼狀態(tài)、果萼顏色、果實形狀和果肉顏色等性狀的多樣性指數(shù)分別為1.809、1.306、1.279、1.241和1.129，說明本研究火龍果種質(zhì)資源有較高的多樣性水平，多樣性較為豐富。

2.2 火龍果種質(zhì)資源表型數(shù)量性狀多樣性統(tǒng)計分析和關聯(lián)分析

1）火龍果種質(zhì)資源表型數(shù)量性狀多樣性。58份火龍果種質(zhì)資源9個數(shù)量性狀變異系數(shù)為11.25%～35.32%，變異范圍較大，表明資源的多樣性較為豐富。其中，Vc含量的變異系數(shù)最大（35.32%），群內(nèi)遺傳變異程度較高；可溶性固形物最?。?1.25%），說明其變異程度相對較低（表4）。58個火龍果種質(zhì)資源絕大多數(shù)性狀呈現(xiàn)出變異程度高、類型豐富的特點，可在今后的遺傳改良工作中提供較高的利用空間和潛力。

表4 火龍果種質(zhì)資源表型數(shù)量性狀描述性統(tǒng)計分析及方差分析Table 4 Descriptive statistical analysis and variance analysis of phenotypic quantitative traits of pitaya germplasm resources

2）火龍果種質(zhì)資源表型數(shù)量性狀關聯(lián)分析?；瘕埞Y源9個數(shù)量性狀間的相關性分析結果見表5。結果顯示，成熟莖蔓寬度與成熟莖蔓棱厚度、可溶性固形物、Vc含量之間呈顯著或極顯著負相關，而與成熟莖蔓刺座間距、單果質(zhì)量呈極顯著正相關。成熟莖蔓棱厚度與成熟莖蔓刺長度、可溶性固形物、Vc含量極顯著正相關，而與單果質(zhì)量呈顯著負相關。成熟莖蔓刺座間距與果形指數(shù)、單果質(zhì)量呈極顯著正相關。成熟莖蔓刺長度與果形指數(shù)呈極顯著負相關，與可溶性固形物、Vc含量、可溶性糖呈極顯著正相關，與單果質(zhì)量相關性不顯著。果形指數(shù)與單果質(zhì)量極顯著正相關，而與可溶性固形物、Vc含量、可溶性糖呈極顯著負相關。單果質(zhì)量與可溶性固形物、Vc含量、可溶性糖相關性不顯著?？扇苄怨绦挝锱cVc含量顯著正相關，與可溶性糖極顯著正相關。Vc含量與可溶性糖極顯著正相關。由關聯(lián)分析結果可知，這些數(shù)量性狀間存在著內(nèi)在關系，在大田生產(chǎn)或者品種選育時，應根據(jù)實際情況選擇材料。

表5 火龍果種質(zhì)資源9個數(shù)量性狀關聯(lián)分析Table 5 Correlation analysis of 9 quantitative traits of pitaya germplasm resources

3 討論

收集、保存火龍果種質(zhì)資源，并開展鑒定、評價與利用研究，創(chuàng)制一批具有地方特色的新種質(zhì)/新品種，實現(xiàn)果品品種的多元化，有利于產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。Shannon-weaver 多樣性指數(shù)在植物表型性狀的多樣性分析中得到廣泛的應用，是開展種質(zhì)資源多樣性統(tǒng)計中常用的分析方法之一［15-16］。本試驗基于莖和果實的表型性狀對58份火龍果種質(zhì)資源的遺傳多樣性進行分析，結果表明，該群體多樣性指數(shù)較高，遺傳多樣性豐富，其中成熟莖蔓木栓化程度、果萼狀態(tài)、果萼顏色、果實形狀和果肉顏色等性狀的多 樣 性 指 數(shù) 分 別 為1.809、1.306、1.279、1.241和1.129，不同種質(zhì)果實形狀和果肉顏色的多樣性與黃鳳珠等［11］對火龍果種質(zhì)資源果實品質(zhì)性狀多樣性分析研究結果相似，果皮顏色、果皮刺、果萼狀態(tài)、果實形狀、果肉顏色多樣性指數(shù)較李洪立等［10］對22份火龍果種質(zhì)資源果實特性的遺傳多樣性研究結果高，可能是本試驗樣本相對較多，表現(xiàn)出更為豐富的遺傳多樣性。

植物表型性狀是植物本身特性及適應生長環(huán)境所表現(xiàn)的結果［17］，種質(zhì)資源表型性狀多樣性研究對植物分類、鑒定評價及新種質(zhì)創(chuàng)制具有重要的意義。本研究表明58份火龍果種質(zhì)資源絕大多數(shù)性狀呈現(xiàn)出變異程度高、類型豐富的特點，具有豐富的多樣性，變異系數(shù)大小反映了品種固有特征及生物產(chǎn)品的個體差異范圍［18］，9個數(shù)量性狀表現(xiàn)出較高的變異性和一定的內(nèi)在相關性，可在今后的遺傳改良工作中提供較高的利用空間和潛力，為火龍果種質(zhì)創(chuàng)新及新品種選育提供更多選擇。

依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 2424-2013《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南 蘋果》中假質(zhì)量性狀的概念，本研究中所描述的14個質(zhì)量性狀似大部分屬于假質(zhì)量性狀，火龍果莖植物學特性與其他果樹存在較大差異，筆者在撰寫此文過程中，暫未查閱到火龍果性狀表達類型的文獻，故在文章描述中，暫時統(tǒng)一歸類于質(zhì)量性狀。