山东省核桃主栽区种质资源表型评价

2017-09-16刘徳深于梅吴丹田春青王磊

落叶果树 2017年5期

关键词：复叶青果顶叶

刘徳深，于梅，吴丹，田春青，王磊*

(1.山东省林木种质资源中心，山东济南 250102；2.山东农业工程学院食品系；3.山东鸿林工程技术有限公司)

山东省核桃主栽区种质资源表型评价

刘徳深1，于梅1，吴丹1，田春青2，王磊1*

(1.山东省林木种质资源中心，山东济南 250102；2.山东农业工程学院食品系；3.山东鸿林工程技术有限公司)

对山东省核桃主栽区核桃种质资源的表型变异从复叶和果实进行评价，其中复叶长度变异最小，顶叶宽度变异最大，各指标的变异幅度为11.893%～26.500%；果形指数变异最小，为9.173%；青果质量变异最大，为28.897%。对63份种质资源聚类分析发现，当距离为10时各优株可以分成2大类，核桃果壳厚度在各群体之间存在显著的遗传分化，与现有品种的表型变异差异较大。对15项形态指标进行主成分分析发现，复叶长、顶叶长、顶叶宽、复叶宽、青皮厚度5个成分方差累计贡献率为84.23%。对叶形与果实的相关性分析发现，顶叶宽与青果质量、坚果质量、果仁质量呈极显著性相关，复叶长、宽度与果实大小存在显著相关。

核桃，表性评价，变异，聚类分析，主成分分析，相关性分析

核桃 (JuglansregiaL.) 系胡桃科 (Juglandaceae) 胡桃属(Juglans)果树，是世界四大坚果(核桃、腰果、榛子、杏仁)之一，分布于中亚、西亚、南亚和欧洲[1-2]。中国华北、西北、西南、华中、华南和华东都有分布。核桃是山东省的重要经济林树种，栽培历史悠久。北魏《齐民要术》中即有记载。山东省复杂的地形、气候条件与核桃异花授粉的特性，以及多年多地引种[3]，使得核桃遗传背景复杂，种质资源丰富。笔者以山东省林木种质资源中心收集的山东省不同主栽区核桃优良单株、品种为试验材料，对照近年来核桃表型的相关研究[4-6]，对其叶片、青果、坚果的表型性状进行探讨，深入认识各遗传资源的类型及遗传分化规律，叶果性状之间的相互关系，为资源保护、亲本选择和优良性状的早期鉴定提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

在山东核桃主栽区中的济南历城区、章丘市、泰安市收集9个群体(济南历城出泉沟1株、济南历城孙村2株、济南历城小湖町3株、济南历城高而6株、济南历城南部山区16株、章丘岳滋村9株、章丘枣园4株、章丘垛庄2株、泰安4株)，计47个实生单株，加上当前山东省有较大推广面积的16个品种，分别为元林、香铃、鲁光、元丰、礼品1号、礼品2号、丰辉、青林、寒丰、辽核1号、辽核4号、辽核6号、辽核7号和国外引进品种远山、翁津、强特勒(表1)，共计63份种质资源。按照核桃果熟的先后，在样株的东、南、西、北4个方向，于树冠外围中部随机采集复叶、青果各30个,分别标号、包装带回实验室研究。

1.2 研究方法

选择复叶、青果、坚果的17个指标。包括复叶长、宽度，顶叶长、宽度，叶形指数，小叶间距，小叶个数，复叶主轴长度等8个复叶表型指标；青果质量、青果果皮厚度、净坚果率3个青果表型指标；坚果纵、横、侧径，果形指数，出仁率，果壳厚度6个坚果表型指标。

测量复叶第2对小叶处的长、宽度，顶叶指数=顶叶长/顶叶宽，复叶指数=复叶长/复叶宽。青果质量以全株1/3果实顶端出现裂口为采摘标准时间，立即称质量。坚果于干燥通风处自然风干至恒质量，测量坚果质量、仁质量。用游标卡尺测量果实的青皮厚度，纵、横、侧径。取核桃的胴部[7]测青皮及果壳厚度。果形指数=纵经/横径，出仁率(%)=仁质量/坚果质量×100，每株树测量30个果。

表1 供试核桃资源(63份)

1.3 数据分析

数据分析和制图采用 Excel2003 和 SPSS18.0软件，进行变异系数、聚类、主成分、相关性分析。

2 结果与分析

2.1 叶片、果实的表型性状变异分析

表2显示，核桃叶片表型性状变幅相对较大。变异系数，顶叶宽的为26.500%，顶叶指数15.359%，复叶叶宽13.840%；复叶主轴长16.121%；小叶数13.728%。

果实表型性状的变异系数，青果质量的为28.897%；坚果质量28.277%(泰安的can3核桃平均单果质量最小，仅6.870g，济南高而的LH2坚果质量达19.970g)。坚果的横、纵、侧径分别为9.637%、10.286%、10.663%；果壳厚度24.998%; 出仁率19.095%。这些指标说明山东省主栽区的核桃存在较大变异。

表2 核桃表型性状极值、方差分析

2.2 主成分分析

主成分分析主要应用于因子分析，目的是将原来很多的因素，通过其内在的相关分析，整合成新的一个或多个相对独立的综合因素，来代表原来散乱的因素。从表3中可知，通过spss18.0主成分分析，青果质量与青皮厚、坚果质量、果仁质量、坚果三径存在显著关系。坚果质量、果仁质量与青果质量、坚果三径在着显著关系。可见许多变量之间直接的相关性比较强, 证明他们存在信息上的重叠。主成分个数提取原则为主成分对应的特征值大于1的前m个主成分。特征值可以看成是表示主成分影响力度大小的指标, 如果特征值小于1, 说明该主成分的解释力度还不如直接引入一个原变量的平均解释力度大, 因此一般可以用特征值大于1作为纳入标准[8]。通过表4(方差分解主成分提取分析) 可知，可提取5个主成分, 从表5(初始因子载荷矩阵) 可知青皮厚度、青果质量、坚果质量、果仁质量、坚果三径在第1主成分上有较高的荷载，说明第1主成分基本反映了这些信息；复叶长宽、顶叶长、出仁率分别位于第2、3主成分，说明第2、3主成分主要是反映了叶表型和出仁率这几个指标的信息；净核果率位于第4主成分，顶叶宽位于第5主成分，第4、5主成分略大于1，说明这两者指标与其他几个指标的相关性不强。这些指标在表型多态性评价具有重要参考意义。

表3 相关系数矩阵

表4 方差分解主成分分析表

2.3 聚类分析

采用离均差平方和法(ward法)进行聚类[9]，以核桃顶叶长、宽，复叶长、宽，青皮厚度，青果质量，坚果质量，净坚果率，果仁质量，出仁率，果壳厚，果实三径，果形指数15个指标进行聚类分析。

表5 初始因子载荷矩阵

当距离为10(欧式距离的值)时，63个核桃优株可以分成2类；第Ⅰ类共计39个优株，包括济南南部山区系列的12个(U8,U17，U11，U12，U7，U3，U5，U4，U6，U15，U14，U18)，济南高而地区5个(LH3，LH2，LH4，LH8，LH9)，章丘岳滋8个(ZDY8，ZDY18，ZDY4，ZDY16，ZDY14，ZDY5，ZDY17，ZDY2)，章丘垛庄2个(DZ25，DZ35)，历城2个(SC1，SC2)，章丘枣园3个(H101，BW,HC1)，济南出泉沟1个LC3，济南小湖町1个(LL4)，加上核桃品种辽核7号、寒丰、翁津、丰辉4个。其中距离为5时济南南部山区的U8、U11、U12、U17与U3、U4、U5、U6、U7、U14、U15、U16明显的区分为2类(见图1虚线标尺)；章丘岳滋群体ZDY2、ZDY17与ZDY8、ZDY4、ZDY5、ZDY16、ZDY17、ZDY18分成2类，这与之前分子水平的研究有较高的相似度[2]。

第Ⅱ类包括24个优株和12个品种，优株包括济南南部山区3个(U10，U9，U13，)、泰安4个(PR1，AB2，AB3，CAN3)、章丘岳滋村ZDY19、章丘枣园HR1；济南历城小湖町(LL2，LL5)，及核桃品种鲁光、辽核1号、辽核4号、元丰、香玲、青林、远山、辽核6号、礼品1、礼品2、元林、强特勒等，其中品种12个占到第II群体的50.00%。这些品种中大部分都有新疆的亲本或者新疆核桃的后代(见表1)。对聚类结果分析发现，鲁光、辽核系列作为薄壳核桃与原生优株核桃基本被分成2类，而这些品种又多有新疆地区的亲本，与山东省各地区原生优株有较大遗传差异。

2.4 叶片、果间表型性状的相关性分析

在前期的核桃表型观察中发现，核桃的叶表型指标与果实表型指标存在一定的相关性。本研究选取叶片的9个表型性状和坚果的9个表型性状(前期观察选择)进行相关性分析和相关性检验，结果如表6， ①顶叶片宽度与青果质量、坚果质量、果仁质量达到了极显著正相关，相关系数分别为0.409，0.379，0.337，说明顶叶片越宽坚果个体越大；顶叶长与果仁质量呈正相关性达显著水平；与果实的纵径达到正相关极显著水平；顶叶指数与青果质量、坚果质量达到正相关显著水平。②复叶长、宽度均对果实的纵径、果形指数有显著正相关性，而对其他指标不表现相关性。③复叶主轴长、小叶间距、复叶指数等指标与果实的纵经、横径、侧径、果壳厚度等指标均不表现相关性(表6)。对于坚果大小的选育有较强的指导意义。

图1 63个核桃品种、优株聚类结果(欧氏距离、离差平方和法聚类)

表6 核桃叶片与果实间的相关分析

注：** 显著水平为0.01(双尾检验)，*显著水平为 0.05 (双尾检验)。

3 小结与讨论

表型变异是基因与环境相互作用的结果，形态特征变异能反映出基因型、群体的变异，从表型性状上来反映遗传变异相对简便[10]。长期的引种栽培导致山东省核桃主栽区各品种间存在较大的变异，多项表型指标的变异系数超过10%。传统的观念认为复叶的变异系数更大一些，而本研究所选取的试验材料中,顶叶宽的变异系数最大。坚果的表型性状变异程度依次为青果质量>坚果质量>果壳厚度>果仁质量>出仁率>净坚果率>侧径>纵经>横径>果形指数，果实横径、侧径等形态性状的变异系数接近10%，变异相对略小。平均青果质量、坚果质量、果壳厚度、果仁质量等性状的变异系数均高于20%，遗传多样性相对丰富。10个数量性状中变异程度最高的是青果质量，变异系数为 28.897%，其次为坚果质量，变异系数为28.277%，变异程度最低的是果形指数，变异系数为9.173% 。与仅从果实形态上比较的研究结果相比[11-13]，山东省核桃表型的遗传多样性表现更加丰富。

主成分分析将山东省核桃主栽区不同群体优株的15个主要经济性状指标转化为5个主成分，提供了原性状84.23%的信息，对表型评价指标进行简化，科学合理地对核桃优树进行评价。

山东省不同主栽区核桃群中实生优株与现在主栽的一些核桃品种具有较大的遗传差异，与原有的品种之间遗传关系相对较远。在对各核桃个体进行分析发现，第1类中，果形要比第2类的大，果仁质量也较大；而果壳厚度的均值第1类较第2类稍厚，这说明长期以来对于核桃的选育一直以薄壳作为一个主要的参考指标[2,6,14]。在参与评价的这些实生优株中不同群体之间也表现出一定的遗传分化，也就是说在不同核桃主产区仍然存在较多的遗传变异。

核桃果实的性状多为数量性状。受多基因的控制各数量性状均存在一定的相关性[15-17]。核桃的营养生长期一般6 年左右，晚实核桃更长，仅以果实性状进行选择会耗费大量的时间和精力，如果能在苗期进行预先选择，就能加速育种进程，提高育种效果。本研究发现核桃的顶叶宽与核桃的大小有着较显著的正相关性。复叶长、宽均对果实的纵径、果形指数有显著正相关性，而对其他指标不表现相关性，这对育种实践具有重要意义。王金星等2012年的西藏地区核桃研究也具有相似结论。对于复叶主轴长、小叶间距、复叶指数等指标与果实的纵经、横径、侧径、果壳厚度、等指标均不表现相关性。因此，在核桃选育过程中，复叶主轴长度、小叶间距等指标对于坚果大小选择的指导作用较小。

[1] 俞德浚中国植物志第36卷.[M] 北京：科学出版社，1974.

[2] 冯连芬,吕芳德,张亚萍,等. 我国核桃育种及其栽培技术研究进展[J]. 经济林研究, 2006, 24(2): 69-73.

[3] 张美勇,徐颖,刘嘉芬,等. 山东省核桃栽培历史及栽培区划[J]. 落叶果树, 2008, (1): 1-6.

[4] 王金星,潘刚,王滑,等. 西藏核桃叶片和坚果表型多样性及其相关关系研究[J]. 林业科学研究, 2012, 25(2): 236-240.

[5] 赵登超,侯立群,韩传明. 我国核桃新品种选育研究进展[J]. 经济林研究, 2010, 28(1): 118-121.

[6] 韩华柏,何方. 我国核桃育种的回顾和展望[J]. 经济林研究, 2004, 22(3): 45-50.

[7] 朱雪林,马和平,刘务林,等. 西藏林芝地区核桃表型特征研究[J]. 果树学报, 2012, 29(1): 135-138.

[8] 蒲光兰,肖千文,吴开志,等. 四川核桃种质资源表型多样性研究[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2014, 40(2): 162-167.

[9] 陆斌. 云南核桃的特性与品质[J]. 经济林研究, 2009, 27(2): 137-140.

[10] 陈军晓,童敏,程诗明,等. 浙江省柿树种质资源表型多样性研究[J]. 浙江林业科技, 2012, 32(4): 6-10.

[11] 赵悦平. 核桃硬壳结构与坚果品质相关性的研究[D]. 石家庄: 河北农业大学, 2004.

[12] 时燕. 鸡爪绵核桃实生群体果实特征的研究[D].济南: 山东师范大学, 2010.