刺葡萄叶与花和果实及种子的表型性状研究

王美军，黄乐，刘昆玉，杨国顺，钟晓红，徐丰，白描，金燕，石雪晖



刺葡萄叶与花和果实及种子的表型性状研究

王美军1,2，黄乐1,2，刘昆玉1,2，杨国顺1,2，钟晓红1,2，徐丰1,2，白描1,2，金燕1,2，石雪晖1,2*

(1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南长沙410128；2.湖南省葡萄工程技术研究中心，湖南长沙410128)

以25个不同类型的刺葡萄(21个引自湖南，1个引自福建，3个引自江西)为试材，以叶形结构特征、花器官性状、果实外观性状和种子表型性状为指标，采用分类学性状变异分析和主成分分析方法对16个分类性状进行综合分析。结果表明：不同类型的刺葡萄其叶形结构值有所不同，其中有3组的叶形编码值相同，即澧县–4刺葡萄与吉首–1刺葡萄、澧县–5刺葡萄与吉首–3刺葡萄、芷江60Co刺葡萄与望城刺葡萄，叶片形态主要表现为三裂浅缘或全缘；根据极轴与赤道轴比和刺葡萄子房形态特征可得知刺葡萄雄能花，子房退化，形状不规则；两性花与雌能花子房形态分为4类，即窄圆锥形、较窄圆锥形、广圆锥形和较广圆锥形，大多数为较广圆锥形；刺葡萄果穗重与果粒重的变化幅度较大，果粒主要为圆形，果皮颜色表现为绿粉色、紫红色和紫黑色；刺葡萄种子为长椭圆形，无种表横沟；在分类学性状变异分析中，16个分类性状的变异范围为5.03%～28.52%，平均变异系数为12.46%，其中果实粒重的变异最大，变异系数为28.57%，种子长度的变异最小，变异系数为5.03%；在主成分分析中，第1主成分是果粒的形态性状，第2和第3主成分是叶片的形态特征值，第4主成分是种子的形态性状，4个主成分累计贡献率达83.168%。

刺葡萄；叶；花；果实；种子；表型性状

刺葡萄(Foëx.)是葡萄科葡萄属东亚种群的一种野生种质资源，主要分布在中国的罗霄山脉、武夷山脉、雪峰山脉和武陵山脉等地，长期处于野生状态，小枝无毛，其典型的形态特征是幼枝及叶柄部位着生皮刺[1]。刺葡萄在南方湿热的气候条件下，具有较强的抗旱、抗涝能力[2]，其对黑痘病、白粉病、白腐病、灰霉病、炭疽病等病害的抗性极强[3]，可用作砧木，为耐湿热与抗病的重要资源。因其具备多种优良的抗性，对刺葡萄的研究越来越多。早期相关学者对刺葡萄种质资源遗传多样性的分析主要集中在形态、分子标记[4]和孢粉学[5]等方面，而对刺葡萄表型性状分类的系统研究报道较少。

本研究以25个不同类型的刺葡萄(其中21个引自湖南，1个引自福建，3个引自江西)为试材，用表型遗传相对较稳定的叶片、花、果实、种子等器官的表型特征为指标，采用分类学性状变异分析和主成分分析方法对16个分类性状进行综合分析，现将结果报道如下。

1　材料与方法

1.1材料

供试材料为湖南农业大学葡萄种质资源圃25个刺葡萄类型，其中21个引自湖南，1个引自福建，3个引自江西(表1)。

表1　供试材料

1.2方法

1.2.1叶形结构特征

根据Galet[6]建立的叶表现型分类法，于2013年分别选取各刺葡萄类型的枝条第7节位完整成熟的10片叶，采用直尺测定刺葡萄叶形结构数值，即测定叶片的中脉长(1)、上侧脉长(2)、下侧脉长(3)、底侧脉长(4)、叶宽()、上侧脉与中脉的夹角()、下侧脉与上侧脉夹角()、底侧脉与下侧脉的夹角()。由测得的数据计算各品种的叶片结构特征数值：叶片编码值=2/1，叶片编码值=3/1，叶片编码值=4/1，叶片编码值=1/，叶片编码值′=+，叶片编码值′=++。参照Galet的数值代码表查得各品种的叶片特征描述编码(记为ABC–R– S′R′)，通过编码进行品种间分析比较。

1.2.2花器官性状

于刺葡萄盛花期(2013年4月下旬至5月中旬)，每个类型采集10个花序，并分别从花序的上、中、下部位分别采集4个花蕾，观察刺葡萄花器官外观形态[7]，通过Motic 5000体视显微镜扫描获取刺葡萄的子房极轴长()和赤道轴长()，根据子房的极轴长与赤道轴长之比，即/值评判子房的大小和形态。

1.2.3果实性状

于刺葡萄成熟期(2013年9月中、下旬)，每个类型分别采集成熟度一致的果穗2穗，共8穗。测定8穗果穗质量、20粒果粒质量；用游标卡尺测定果粒纵径、横径及果刷长度，根据纵横径比判定果粒形状，记录果皮颜色。

1.2.4种子特性

每个刺葡萄类型选取20粒果实的种子，用电子数显游标卡尺测定种子纵径、横径、厚度，根据纵径与横径的比值判定种子形状；观察种子种脐，将其量化分为凸出和不凸出。随机数取100粒种子，8次重复，分别称取其质量(精度为0.001 g)，小数点位数与净度分析的规定相同。参照种子质量测定方法测定种子百粒重。

1.2.5数据分析

采用Excel 2007软件计算叶片、花器官、果实、种子等各性状的最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数；运用SPSS 17.0软件进行方差分析与相关性分析和多重比较。

2　结果与分析

2.1刺葡萄的叶形结构特征

编码值能反映刺葡萄叶片的形态与大小，其值的相似性与刺葡萄种质资源的亲缘关系呈正相关，通过比较能基本判断品种的形态。由表2可看出，不同刺葡萄类型的叶片结构特征数值有所不同，其中3组(编号14和21、15和23、6和24)刺葡萄类型的叶型编码值相同。刺葡萄叶形相似度较高，主要表现为三裂浅缘或全缘，雄株叶形较其他类型小。

表2　刺葡萄的叶形特征值及编码值

2.2刺葡萄的花器性状

2.2.1花器外观形态

刺葡萄花较小，花为黄绿色。刺葡萄完全花表现为子房上位，花药与柱头齐平，由花梗、花托、花萼、蜜腺、子房、花丝、花药、柱头组成。圆形的蜜腺5个。雄蕊4～7个。花瓣至顶部合生形成帽子，开花时基部掉落，花瓣基部的花萼合生。雌能花花丝短、雄蕊直立，子房正常；雄能花花丝长且子房退化。雌能花的花柱相对两性花和雄能花的花柱小，雌能花与两性花的花柱为浅裂状。

2.2.2子房大小与形状

由表3可知，刺葡萄子房极轴长()变化范围0.56～3.07 mm，赤道轴长()变化范围0.95～1.68 mm，子房/值为0.58～2.58。5号中方–2刺葡萄类型子房/值最大，为2.58 mm，1号浏阳刺葡萄雄株类型花粉/值最小，为0.58 mm。依据极轴与赤道轴长之比和刺葡萄子房形态特征，可以得出，1号浏阳刺葡萄为雄能花，子房退化，形状不规则。刺葡萄两性花与雌能花子房形态分为4类，即窄圆锥形(/值为＞2.5)、较窄圆锥形(/值为＞2.0～2.5)、广圆锥形(/值为＜1.5)和较广圆锥形(/值为≥1.5～2.0)，大多为较广圆锥形。

表3　供试刺葡萄的花器形态

同列不同字母表示差异显著。

2.3刺葡萄果实的外观性状

刺葡萄果穗质量91.3～240.5 g，果粒质量1.24～4.27 g，果穗质量与果粒质量的变化幅度较大。根据果粒纵横径比，1.0～1.1为圆形；＞1.1～1.3为椭圆形。从表4可知，刺葡萄果粒纵径与横径比1.03～1.13，可得知刺葡萄果粒主要表现为圆形。圆形果粒的横径为13～18 mm，属中型果粒；在＞18～22 mm，属大型果粒。果皮颜色表现为绿粉色、紫红色和紫黑色，其中20号白刺葡萄果皮为绿粉色，10号福建刺葡萄、13号江西–7刺葡萄和15号澧县–4刺葡萄果皮为紫红色，其余19份刺葡萄类型果皮颜色为紫黑色。

表4　刺葡萄果实的外观性状

表4(续)

编号1是雄株，编号17是雌株，不结果实，表中未列入。

2.4刺葡萄种子的性状

如表5所示，供试刺葡萄种质成熟果粒的种子数为2～4，以3～4粒居多，在葡萄属植物中属于种子数中等的资源。根据百粒重划分范围，中方–2刺葡萄、中方–2刺葡萄等4份属于低类型(2.0～2.9 g)；紫秋刺葡萄、芷江60Co辐射刺葡萄等6份属于较低类型(＞2.9～3.6 g)；沅陵刺葡萄、江西–10刺葡萄等12份属于中等类型(＞3.6～4.4 g)；吉首–2刺葡萄属于较高类型(＞4.4～5.0 g)。依据果树资源调查手册规定，种子长度为5～7 mm为中等大小，23份刺葡萄类型种子长度变化范围5.353～6.341 mm，种子属中等类型。刺葡萄种子纵横径比为1.27～1.51，均为长椭圆形。供试材料中有8份刺葡萄种质材料的种子种脐明显，均无种表横沟。

表5　刺葡萄种子的性状

表5(续)

编号1是雄株，编号17是雌株，不结果实，表中未列入。

2.5分类学性状的变异分析

植物的资源丰富性可通过分类性状变异的程度间接反映。从表6可以看出，果实粒重的变异最大，变异系数为28.52%；种子长度的变异最小，变异系数为5.03%，21号(吉首–1刺葡萄)种子的最短，为5.35 mm，4号(中方–1刺葡萄)种子的长度最长，为6.45 mm。就16个分类性状而言，变异范围5.03%～28.52%，平均变异系数为12.46%。

表6　刺葡萄分类学性状的变异分析结果

2.6分类学性状的主成分分析

对刺葡萄的16个性状进行主成分分析，通过相关的特征值和特征向量，选取了前4个(PC1、PC2、PC3、PC4)作为评价的主成分，累积贡献率为83.168%(表7)。第1主成分独立贡献率为33.978%，以果粒纵径、果粒横径、果粒质量和果刷长度为主，可看作是果实的形态性状；第2主成分独立贡献率为23.489%，以叶片编码值、、和为主；第3主成分独立贡献率为13.858%，以叶片编码值R和为主，第2主成分和第3主成分可看作是叶形态特征值；第4主成分独立贡献率为11.843%，以种子厚、种子长、种子宽、百粒重为主，可看作是种子性状。

表7　刺葡萄分类学性状的主成分分析结果

3　结论与讨论

本研究所用的25份刺葡萄资源，生长环境一致，在最大程度上消除了环境中的各因素与基因因子互作效应对刺葡萄表型的影响。通过选取遗传稳定、受环境影响变异小的花器官、叶片、果实、种子，这些表型性状能涵盖刺葡萄的基本形态特征，性状稳定，能客观地反映刺葡萄种内遗传多样性的大小，能为刺葡萄的选育与资源利用提供依据。

刺葡萄的16个分类性状变异范围为5.03%～28.52%，表明刺葡萄在花器、叶片、果实和种子性状上存在丰富的遗传多样性，这与徐丰[4]通过不同类型的刺葡萄叶片、果实进行分类研究的结果一致。刺葡萄的叶片变异率要小于花器与果实性状，这与在单子叶植物中一般认为营养器官的变异要大于生殖器官的变异的观点相左，原因可能是果实的性状如果穗质量、果粒质量和果实内质等与树龄、栽培技术及所处的环境都有一定的关系。陈学军等[8]在研究辣椒花器与果实性状的遗传相关性中发现子房形态指数与果形指数呈极显著正相关，而本研究中刺葡萄子房形态与果形不呈正相关，这可能与子房的结构及花粉的育性有关。

主成分分析结果表明，果实性状、叶片特征和种子性状的累计贡献率达到83.168%，能直观地反映种质的亲缘关系。不同刺葡萄类型的表型性状各不相同，在花器、果实、种子和叶片等性状中，花器形状、种子百粒质量、种脐、叶片形状和果皮颜色等是较稳定的性状，涵盖刺葡萄的基本形态特征，能客观地反映刺葡萄种内遗传多样性的大小。

参考文献：

[1] 石雪晖，杨国顺，刘昆玉，等．湖南省刺葡萄种质资源研究进展[J]．中外葡萄与葡萄酒，2014(4)：47–49．

[2] 金燕，石雪晖，熊兴耀，等．刺葡萄种质资源的研究与利用现状[J]．中外葡萄与葡萄酒，2008(4)：60–62．

[3] 段慧．刺葡萄对霜霉病与灰霉病的抗性机理初探[D]．长沙：湖南农业大学，2013．

[4] 徐丰．刺葡萄植物学形态及遗传多样性研究[D]．长沙：湖南农业大学，2010．

[5] 黄乐．刺葡萄种质资源遗传多样性初探[D]．长沙：湖南农业大学，2014．

[6] Galet P. A practical ampelography: grapevine identifica- tion[M]．Ithaca：Lommstock，1979.

[7] 刘倩，周蓓蓓，张其林，等．葡萄雄性不育种质特性及其花粉败育的细胞学研究[J]．果树学报，2010，27(4)：514–520．

[8] 陈学军，方荣，周坤华，等．辣椒花器性状与果实性状的遗传相关及因子分析[J]．江西农业大学学报，2009，31(6)：1006–1010．

Phenotypic traits of leaf, flower, fruit and seed of

Wang Meijun1,2, Huang Le1,2,Liu Kunyu1,2,Yang Guoshun1,2,Zhong Xiaohong1,2, Xu Feng1,2,Bai Miao1,2,Jin Yan1,2,Shi Xuehui1,2*

(1.College of Horticulture and Landscape, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Provincial Engineering and Technology Research Center for Grapes, Changsha 410128, China)

25 samples of(21 from Hunan province, 1 from Fujian province, 3 from Jiangxi province) were used as materal, the characteristics of leaf, flower, fruit, and seed as index, to analyze the 16 classification traits by the variation and principal components analysis of taxonomic traits. The results showed that three groups of the, Lixian–4 and Jishou–1, Lixian–5 and Jishou–3, Zhijiang60Co and Wangcheng, had the same foliar morphological codes of three lobed margin or entire, while the otherhad different foliar morphological codes. According to the ratio of polar and equatorial axis and ovary morphology, the ovary of male flower had a shape of degraded and irregularly, while the ovaries of bisexual and female flowers had four categories in morphology, namely narrow conical, narrower conical, wide conical and wider conical, which the wide conical was the majority. Thehad big difference in cluster weight and berry weight, the berries were round, the pericarp colors were green and pink, purple and dark purple. The seed of thewas long oval with no horizontal furrow. Acorrding to the variation analysis of taxonomic traits, the variation range of 16 classification traits was 5.03% to 28.52%, the average variation coefficient was 12.46%, which berry weight was the greatest (28.57%), while the seed length was the smallest (5.03%). According to principal components analysis, the morphological characters of fruit grain was the first, the second and third was the shape of the leaf and the fourth was the morphological characters of seed. The total contribution of the four ingredients was 83.168%.

; leaf; flower; fruit; seed; phenotypic trait

S663.101

A

1007-1032(2016)05-0489-07

2016–01–07

2016–08–30

国家农业产业技术体系专项资金项目(CARS–30)；湖南省葡萄工程技术研究中心项目(2012TP4012)；湖南省科学技术厅农业重点项目(2009CK–2010)；湖南省高校科技成果产业化培育项目(09CY008)；湖南省教育厅科学研究项目(15C0669)

王美军(1980—)，女，湖南南县人，博士，实验师，主要从事果树栽培生理学研究，wmj6868@126.com；*通信作者，石雪晖，教授，主要从事果树栽培生理与生态学研究，sxh1949@163.com

投稿网址：http://xb.ijournal.cn

责任编辑：尹小红

英文编辑：梁和