不同板栗品種堅果表型差異分析及穩(wěn)定性指標篩選

李彤彤　郭素娟　江錫兵

關鍵詞：板栗；堅果表型；品種鑒別；穩(wěn)定性；環(huán)境因子

中圖分類號：S664.2 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2023）04-0099-10

板栗（Castanea mollissima Blume）屬于殼斗科（Fagaceae）栗屬（Castanea Mill.），是我國重要的木本糧食樹種。我國板栗品種豐富，目前國審和省審品種達100余個，均在生產上推廣應用。然而，品種雖多但大多品種的開發(fā)和利用率低，在實際生產、銷售過程中常出現(xiàn)品種混淆、難以鑒別等問題。因此，正確識別全國范圍板栗品種，對其合理利用、保護品種以及引種栽培等具有重要意義。

近年來，育種家和種質資源科學家越來越認識到植物表型研究的重要性。表型性狀具有直觀、易于識別的特點，建立品種表型數(shù)據(jù)是一種有效進行品種鑒定的重要方法。植物種子形態(tài)相關性狀作為比較穩(wěn)定的遺傳特征，相較于種子大小、顏色、單粒質量等性狀，不易受到微環(huán)境的影響，使其在品種分類與鑒別中具有重要價值。對于板栗等經濟林樹種，堅果作為其主要獲取器官，在品種資源表型性狀調查方面具有簡便直觀、易獲取的優(yōu)點。

到目前為止，在板栗堅果形態(tài)方面也有諸多研究，自2005年起有研究者對不同種質堅果的橫縱徑、單粒質量指標進行群體間及群體內的差異分析，也證明了堅果的部分形態(tài)指標在品種及地域間存在顯著差異。此后，劉國彬等驗證了雜交后代堅果表型性狀出現(xiàn)了顯著差異；江錫兵等對中國地方板栗品種的堅果、葉片相關表型性狀進行了變異分析，證明堅果表型遺傳穩(wěn)定性高于葉片表型及堅果品質性狀；劉亞斌等通過研究引種于遷西地區(qū)的39份板栗種質資源的堅果及刺苞相關表型性狀，進行區(qū)域間形態(tài)多樣性分析。對板栗表型數(shù)據(jù)進行收集，從而可以建立表型數(shù)據(jù)庫，利用計算機查詢，提高鑒定效率。王風格等建立了一套-DUS測試，通過選擇一套適合的形態(tài)性狀進行表型數(shù)據(jù)采集，通過對比進行品種鑒定。

綜上所述，目前板栗堅果表型性狀的研究還存在以下不足：（1）大多集中在遺傳多樣性分析及資源評價方面，無法準確地應用于品種鑒別；（2）板栗資源的研究大部分利用種質資源以及區(qū)域性地方品種，對于全國主栽品種涉及不充分；（3）堅果表型指標只局限于橫縱徑、果形指數(shù)、顏色等性狀比較，分析角度單一且缺少堅果底座等重要品種鑒別部位；（4）關于環(huán)境地理因子對板栗堅果表型的影響鮮有報道。本研究對板栗堅果的橫切面、縱切面、外側面、底座等部位進行全面綜合測量分析，增加相關比值指標，從不同角度對板栗堅果表型進行分析，探究不同地區(qū)板栗堅果表型差異，通過探究堅果表型與環(huán)境因子的關系，篩選出板栗堅果表型相對穩(wěn)定指標，對生產實際中板栗品種鑒別及精準應用提供參考。

1材料與方法

1.1樣本采集

于2020-2021年各品種板栗成熟期，在中國的10個省、市（直轄市）選擇80個品種（表1），在來源地重復采集堅果樣本，每一品種2年采集相同數(shù)量。每個品種隨機選取當?shù)匕l(fā)育良好、健壯板栗樹10株并進行標記（每株間隔50 m以上），在每株板栗樹的樹冠外圍東南西北4個方位的結果枝上隨機選取球苞共8個，每個品種80個球苞，剝開后隨機選出40粒邊果，80品種共3200粒，2年間共計6400粒。

此外，以同樣的采集方法在我國不同地區(qū)分別采集‘燕山早豐、‘處暑紅、‘羅田烏殼栗3個板栗品種（表2）。

1.2試驗方法

1.2.1堅果表型數(shù)據(jù)獲取 參照《中國果樹志：板栗，榛子卷》和《板栗種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》對80個板栗品種進行部分堅果表型性狀指標的測定，形態(tài)見圖1，包括：外側面弧長（Lac），邊果橫徑、縱徑、厚度、果形指數(shù)（邊果橫徑，縱徑），底座長、寬、底座形狀指數(shù)（底座長寬比），相對底座大?。ǖ鬃鶎挾龋鈧让婊￠L即Lbc/Lacb），共9個表型指標。每個指標測量40組數(shù)據(jù)，并求其平均值，精確到0.01。

對堅果平面、底面、側立面角度進行拍照，利用image J測量邊果面積（平面面積）、周長（平面周長）、圓度，邊果橫切面積（底座角度面積）、橫切面周長，底座面積、周長、圓度，共8個表型指標，每個指標測量40組數(shù)據(jù)，并求其平均值，精確到0.01。

利用上述測量指標計算：底座弧長／堅果周長（Lfg/Lafg）、底座面積，橫切面積、底座長／橫徑、底座寬／厚度，共4個相關比值指標。

實際面積=參照面積×（實際面積像素點數(shù)／參照面積像素點數(shù)），參照面積為A4大小。

實際葉片的周長=測得的周長像素點數(shù)×2.54／圖片分辨率。（1像素點數(shù)=1／圖片高分辨率inch，1 inch=2.54 cm）

1.2.2

地理氣候數(shù)據(jù)獲取 各地區(qū)地理位置信息來源于地理位置查詢系統(tǒng)，氣候因子數(shù)據(jù)來源于當?shù)馗鳉庀笳緮?shù)據(jù)資料及中國氣象數(shù)據(jù)網（1981-2020）（http：//www，nmic.cn/data.html）。根據(jù)前人研究，選擇影響板栗表型最密切的7個氣候因子，即年平均溫度、生長季平均溫度、生長季溫差、生長季日照時數(shù)、年日照時數(shù)、生長季降水量、年降水量，各指標按照6—9月計算平均值。

1.2.3數(shù)據(jù)處理 利用Excel對21個性狀指標進行數(shù)據(jù)整合，計算各性狀平均值、標準差、標準誤等；利用SPSS Statistics 23進行多樣性分析，利用Origin 2021進行差異性分析，利用R 3.6.1進行相關性分析。

2結果與分析

2.1不同板栗品種堅果表型多樣性分析

2.1.1不同板栗品種堅果表型差異性分析 對供試的80個板栗品種按來源地所在省份分類進行差異分析，結果（圖2）顯示：不同區(qū)域的板栗品種在堅果主要表型性狀間存在差異。代表堅果長度、面積、弧長等指標是描述堅果大小的重要指標，其中，江蘇、湖北、安徽地區(qū)的板栗品種平均值較高，北京、河北地區(qū)的平均值較低；底座面積、周長及底座長、寬是描述堅果底座大小的重要指標，湖北、江蘇、安徽地區(qū)的板栗堅果底座平均值高于其他地區(qū)；底座弧長，堅果周長、相對底座大小均反映底座占堅果的大小，安徽、湖北、江蘇的平均值較高，河北、河南地區(qū)的平均值較低；底座面積／橫切面積、底座長／堅果橫徑、底座寬／堅果厚度反映底座占堅果的大小，湖北、江蘇、安徽、陜西地區(qū)的平均值較高，山東、北京、河北地區(qū)的平均值較低；底座長寬比、底座圓度是描述堅果底座形態(tài)的指標，江蘇、安徽地區(qū)的堅果底座形態(tài)呈橢圓形，陜西等地區(qū)的底座形態(tài)接近圓形；堅果果形指數(shù)、堅果圓度是描述堅果形態(tài)的指標，山東、河北、云南地區(qū)的板栗堅果更接近圓形，湖北、江蘇、安徽的更接近橢圓形。

綜上所述，湖北、江蘇、安徽等長江中下游地區(qū)在堅果及底座大小相關指標上均大于其他地區(qū)，堅果、底座形態(tài)均以長橢圓形為主；云南、貴州、河南、陜西地區(qū)部分品種，堅果與底座大小中等，堅果厚度較大，果形以圓形或短橢圓形為主，底座長橢圓形；北京、河北、山東地區(qū)部分品種，特征為堅果、底座均小于其它地區(qū)，堅果厚度適中，果形以橢圓形為主，底座短橢圓形。

2.1.2不同板栗品種堅果表型變異特征 對80個板栗品種的21個堅果表型性狀基本參數(shù)及多樣性進行統(tǒng)計，結果（表3）表明：不同板栗品種在堅果表型性狀間表現(xiàn)出較高的多樣性，變異系數(shù)為4.05%～42.28%，有12個性狀的變異幅度大于20.00%，其中系數(shù)較大的為堅果橫切面周長（42.28%）、底座面積（37.42%），堅果橫切面積（30.41%）、堅果面積（30.38%），這些指標主要與板栗大小有關，證明不同板栗品種代表堅果大小相關性狀的遺傳穩(wěn)定性較低；變異系數(shù)較小的為堅果圓度（4.05%）、果形指數(shù)（5.43%）、底座寬／厚度（9.15%），這些指標主要代表堅果的形態(tài)指標，證明不同板栗品種在形態(tài)及相關比值方面變異較穩(wěn)定。

對80個板栗品種在同一性狀下進行方差分析，用于樣本均數(shù)差別的顯著性檢驗，探究板栗堅果相關性狀在群體間和群體內的差異性。表4表明：堅果圓度、果形指數(shù)、底座圓度3個指標在群體間和群體內均差異不顯著；相對底座大小、底座弧長／周長、底座面積／橫切面積、底座長，橫徑、底座寬／厚度、底座長寬比6個指標在群體間差異極顯著，而在群體內差異不顯著。此外，其它性狀指標在群體內和群體間均差異極顯著。

綜上所述，來源于不同地區(qū)的不同板栗品種在所選取的堅果表型相關指標上部分表現(xiàn)較大的差異，證明品種變異豐富，在群體內差異明顯說明性狀易受環(huán)境影響。因此，為探究穩(wěn)定性指標，初步篩選出變異系數(shù)較小的9個指標作為穩(wěn)定性指標，即堅果圓度、果形指數(shù)、底座圓度、相對底座大小、底座弧長，周長、底座面積／橫切面積、底座長／橫徑、底座寬，厚度、底座長寬比。

2.2堅果表型指標與環(huán)境因子相關性

對不同板栗堅果表型指標與氣象因子之間進行相關性分析，相關系數(shù)（表5）顯示：堅果面積、堅果周長、橫切面積、堅果橫徑、縱徑、底座面積、底座周長、底座長、底座寬、外側面弧長11個指標均與年平均溫度、生長季平均溫度、年降水量、生長季降水量呈極顯著正相關，與年日照時數(shù)、生長季日照時數(shù)呈極顯著負相關；堅果橫切面周長與年日照時數(shù)呈極顯著負相關；底座圓度與生長季平均溫度呈極顯著負相關；果形指數(shù)、相對底座大小、底座長／橫徑均與年平均溫度呈顯著正相關；底座面積／橫切面積、底座寬／厚度與生長季降水量呈顯著正相關。

綜合來看，堅果大小及底座大小相關指標極易受到光照、溫度、降水等因素的影響，而堅果圓度、果形指數(shù)、底座長寬比、相對底座大小、底座弧長／堅果周長、底座面積／橫切面積、底座長／橫徑、底座寬／厚度8個指標與環(huán)境因子的相關性顯著度較低，受環(huán)境影響較小，可以作為相對穩(wěn)定性指標。

2.3表型指標穩(wěn)定性驗證

選擇多地栽培的3個板栗品種進行試驗，探究環(huán)境對表型指標的影響，驗證篩選出穩(wěn)定性指標的可靠性。結果（表6）顯示：3個板栗品種的9個板栗堅果表型指標變異系數(shù)為1.13%～5.99%，變異系數(shù)均小于6.00%，表明具有較高的遺傳穩(wěn)定性，且3個板栗品種變異規(guī)律一致。方差分析檢驗結果（表7）表明：除‘燕山早豐（F=3.32）、‘處暑紅（F=4.62）底座圓度指標在區(qū)域間存在顯著差異外，其它指標在區(qū)域間及個體間均差異不顯著。

3討論

3.1板栗堅果表型多樣性分析

板栗在我國分布廣泛，不同生態(tài)環(huán)境使板栗在表型指標上存在差異。綜合來看，南方板栗品種顯著大于北方品種，尤其是湖北、江蘇、安徽等長江中下游地區(qū)板栗最大，這與江錫兵等、樊曉蕓等的研究結果一致。品種資源的遺傳多樣性主要與群體內個體的基因差異有關，是生物遺傳多樣性的重要組成部分。對表型性狀進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對品種分類及資源培育具有重要作用。此外，在植物中生殖器官（花、果實、種子）的遺傳變異最穩(wěn)定，因此，本研究選擇板栗堅果進行形態(tài)分析，對篩選穩(wěn)定性性狀較可靠。

變異系數(shù)反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對值，變異系數(shù)越大，則性狀值離散程度越大。本研究以來自不同板栗產區(qū)的80個板栗品種所統(tǒng)計的21個表型指標中，變異系數(shù)分布在4.05%～42.28%，差異較大，其中，堅果形態(tài)指數(shù)、底座形態(tài)指數(shù)及相關比值等指標變異系數(shù)最小，這與陳旭等、江錫兵等、劉亞斌等對板栗堅果表型研究中形態(tài)指標在板栗品種間變異較小的結果一致，說明這些指標在自然選擇中表現(xiàn)出較強的適應性。本研究根據(jù)性狀遺傳變異初步篩選出9個相對穩(wěn)定性指標，其中，大多為底座相關指標，也證明了底座在不同板栗品種堅果表型鑒定的重要性，這與劉慶忠的理論一致，而底座研究一直以來都是板栗堅果表型研究的不足之處。

3.2堅果表型指標與環(huán)境因子相關性

植物表型與其本身基因型及外部環(huán)境的共同作用有關，要實現(xiàn)利用表型進行品種鑒定需探究環(huán)境與表型的相關性，篩選出相對穩(wěn)定指標。結果證明，板栗作為喜光樹種，其堅果及底座大小極易受到光照、日照時數(shù)、降水量等環(huán)境因素影響，尤其是生長季（6-9月）的氣候條件，這與杜常健、王姝的研究一致。

3.3板栗堅果表型穩(wěn)定性指標篩選

植物表型鑒定需要在適宜其生長的環(huán)境下鑒定，若要考察其穩(wěn)定性，降低環(huán)境對表型數(shù)據(jù)的干擾，則應采取多環(huán)境方式鑒定。本研究首先選取不同來源地的板栗品種進行表型性狀對比分析，得到變異系數(shù)較小指標，再利用來自不同地區(qū)的同一品種進行性狀分析，以考察性狀在不同環(huán)境下的變異性，選出適于全國主栽品種的較穩(wěn)定指標。結果表明，代表堅果及底座大小等相關指標均易受環(huán)境的影響。只有果形指數(shù)、堅果圓度、相對底座大小、底座長寬比、底座弧長／堅果周長、底座面積，橫切面積、底座長，橫徑、底座寬／厚度8個指標變異系數(shù)較小且同一品種在不同區(qū)域間也無顯著差異，說明在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性高。李亞蘭等研究證明了核桃（Jug/ans regia Carl von Linne.）堅果的橫縱截面形態(tài)比值指標在不同環(huán)境中變異較??；MartinGomez等研究證明了同一品種杉木（Cunninghamia lanceolata （Lamb.）Hook.）種子在不同環(huán)境下長短軸之比等形態(tài)指標變異較小，均與本研究結果相似，說明堅果相關比值指標是較穩(wěn)定指標。

4結論

板栗堅果表型性狀在不同品種間存在豐富的遺傳變異，其中，代表堅果大小相關指標、底座大小相關指標極易受到環(huán)境氣候因子的影響，不適宜品種間鑒定，而篩選出的堅果圓度、果形指數(shù)、相對底座大小、底座長寬比、底座弧長／堅果周長、底座面積／橫切面積、底座長／橫徑、底座寬／厚度8個具有穩(wěn)定性的差異指標，更適用于全國板栗品種鑒定，為實際生產應用中板栗品種區(qū)分提供參考。