基于果实矿质元素分析的梨种质资源遗传多样性研究

郭 颖 于 军,2 吴翠云,2*

（1塔里木大学植物科学学院/南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆阿拉尔843300）

（2新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆阿拉尔843300）

梨属（Pyrus）植物属于蔷薇科（Rosacea）梨亚科(Pomoideae)，是世界五大水果之一［1］。梨果实脆甜汁多，风味浓郁，因此深受人们喜爱，在我国的栽培面积和总产量均居世界首位，是重要果树之一。我国为梨属植物的发祥地，因此境内蕴藏着丰富的梨属植物，为研究梨种质资源多样性提供了丰富的资源［2］。遗传多样性是决定物种发生、进化、选择、重组和创新的物质基础。对植物遗传资源进行多样性研究，有利于准确把握植物遗传资源收集和原位保存的重点和方向，有利于鉴定植物遗传多样性的中心，还可以用于调查亚种或类型间分化及亲近程度，构建核心种质，发现和利用品种的优良特性［3-4］。张冰冰等［5］对143 份中国寒地梨种质资源枝、叶、花、果实和抗性的21 个性状进行了多样性指数、变异系数和聚类分析。张起等［6］利用方差分析、相关性分析、主成分分析及亲缘关系聚类分析，对贵州地方梨种质果实品质性状的多样性进行研究，确定贵州地方梨种质具丰富的遗传多样性，且果实12 个品质性状变异存在多向性，并将34 份种质分为4 组，筛选出‘海子梨-3’和‘葫芦梨’2个果实品质独特的特异种质。

矿质元素含量是衡量果实品质性状的重要指标之一，与果实品质关系密切［7-9］，对提高果实耐贮性［10-13］，维持良好的肉质和风味具有重要的意义。近年来，有关学者基于矿质元素对枣［14-15］、芒果［16］等果树的遗传多样性进行了研究和分析，对梨矿质元素遗传多样性方面的研究则很少。本文筛选了34份不同类型的梨种质资源，对其果实内矿质元素指标进行了分析，探讨了各种质果实矿质元素含量的变异情况，采用因子分析法进行了核心因子分析，并应用聚类分析探讨了种质资源间的亲缘关系，以期筛选出矿质元素综合性状较好的梨种质资源，为梨种质资源的育种和开发利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验地点位于塔里木大学梨种质资源圃，初步筛选出34 份适应性较好的梨种质资源，供试材料见表1。

表1 供试梨品种资源

1.2 试验方法

于果实成熟期从树冠外围中部沿东、南、西、北4个方位随机采摘生长正常的果实10 个，带回实验室将果实样品依次用自来水、0. 2%盐酸、去离子水进行清洗，将洗净的果实用不锈钢刀去皮去核后切片，置于105℃干燥箱中杀酶15 mins后，65℃下烘干至恒重。冷却后用不锈钢粉碎机粉碎，装入自封袋备用。

称取样品0. 2 g，装入四氟乙烯消解管内，加入98%的硫酸5 ml，36%的盐酸2 ml，反应釜（闷罐）180℃加热8 小时后，冷却转移定容，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对B、Ca、Cu、K、Mg、Mn、Fe、Zn、S、P和Mo含量进行测定，3次重复。

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 和DPS7.05软件数据处理系统对实验数据进行计算和统计分析，各性状的遗传多样性采用Shannon’s 信息指数(H')表示，其计算公式为：H' =-ΣPi×ln Pi，式中Pi 表示某性状中第i 级份数占总份数的百分比。

2 结果与分析

2.1 梨种质资源矿质元素含量的分布

对34 个梨种质资源果实中矿质元素含量分布及遗传多样性分析表明（见表2），不同矿质元素的含量有较大的差异性，从高到低依次为K＞P＞Mg＞Ca＞S＞B＞Fe＞Zn＞Cu＞Mn＞Mo。K 元素含量平均值较P、Mg、Ca、S 元素分别高10. 87、18. 50、27. 02、34. 59倍。

梨种质资源果实中矿质元素具有丰富的变异度。Cu 含量的变异系数最大，为55.93%，变异幅度为0. 69～7. 59 mg/kg，Zn 和Fe 的变异系数次之，为52. 62%和52. 63%。变异系数最小的是K 元素，为9.79%，变异幅度为6 757.00～10 516.87 mg/kg。各矿质元素遗传多样性指数（H’）分布于3. 38～3. 52之间，遗传多样性指数大小依次为：K＞Mg＞Mo＞P＞Mn＞S＞B＞Ca＞Fe＞Zn＞Cu。

表2 梨种质资源果实矿质元素的变异度分析结果

2.2 梨种质资源果实中矿质元素含量的相关性分析

对不同梨品种的矿质元素含量进行相关性分析(见表3），结果表明梨果实中B 和Cu、K 元素，Ca 和S、Zn元素，Cu和K元素，Mg和P元素，Mn和Fe元素，Mo和S 元素呈显著正相关，相关系数介于0. 33～0. 40之间。Ca 和Mg、Mn 元素，K 和S、P 元素，Mg 和Mn、S元素，Mn 和S 元素，S 和P 元素，Zn 和Fe 元素呈极显著正相关，相关系数介于0.46～0.68 之间。其余矿质元素间均无显著相关性。

表3 梨种质资源果实中矿质元素含量的相关关系矩阵

2.3 梨种质资源矿质元素的因子分析

对梨果实矿质元素含量进行因子分析，将11个矿质元素指标简化为4 个因子，累计贡献率达74.09%，包含了11 个指标的绝大部分信息。11 项指标前4 个公因子依据方差极大正交旋转得到因子载荷矩阵如表4 所示。由各载荷值可知，第1 公因子中起作用指标是矿质元素Mg、Mn,称为Mg、Mn因子，贡献率为29.91%；第2 公因子中矿质元素B、K 正向载荷值较大，分别为0.76、0.74，故称为B、K 因子，贡献率为19.84%；第3 公因子中正向因子载荷较大的是Zn、Fe，称为Zn、Fe 因子，贡献率为14.82%；第4 公因子中起作用的指标是矿质元素Mo，称为Mo 因子，贡献率最小为9.52%。

根据特征值的百分率，构建综合得分模型：综合得分=29. 91×Y(i,1)+19. 84×Y(i,2)+ 14. 82×Y(i,3)+9.52×Y(i,4)。根据以上模型算出34 个梨种质资源果实中矿质元素的综合得分（见表5）。

表4 梨11个矿质元素的因子分析

表5 34个梨种质资源果实中矿质元素因子分析

从表5 中可以看出果实中矿质元素含量排名前10的梨种质资源为翠玉＞矮化梨＞天皇＞鸭梨＞西子绿＞爱甘水＞圆黄＞满丰＞晚秀＞华山，说明翠玉、矮化梨、天皇、鸭梨、西子绿、爱甘水、圆黄、满丰、晚秀、华山果实中矿质元素的含量高于其他种质资源。而砀山梨、新世纪、爱宕的果实矿质元素含量则在34个梨种质资源排名后3 位，说明这3 个种质资源在果实矿质元素方面表现较差。

2.4 梨种质资源矿质元素的聚类分析

从图1 可知，以B、Ca、K 等11 个矿质元素指标，采用类平均法，以欧式距离为遗传距离，遗传距离大概在1 100 时，将34 份种质材料分为了3 个类群，第Ⅰ类群中包含了华山、爱宕、南水、杭青、红安久、西子绿、市水、黄花、雪新、新世纪、圆黄、黄金梨、黄冠、新高、绿云、鲜黄、砀山梨、大果水晶、红梨、慈梨、洋梨、甘泉共22 份种质资源；第Ⅱ类群包含了天皇、爱甘水、绿宝石、雪英、雪峰、雅青、早生黄金、矮化梨、满丰共9份种质资源；第Ⅲ类群包含晚秀、翠玉、鸭梨3份种质资源。

图1 基于11个矿质元素的聚类分析树状图

由表6 可知，第I 类群的22 份种质的矿质元素Zn 含量最大，第II 类群的9 份种质的矿质元素Cu 的含量在3 个类群中最高，第III 类群的3 份种质的矿质元素B、Ca、K、Mg、Mn、Mo、S、Fe、P 为3个类群中最高，当以果实中矿质元素B、Ca、K、Mg、Mn、Mo、S、Fe、P 含量高为梨新品种选育目标时，此类材料具有很大的潜力，应对其种质潜力进行进一步挖掘。

表6 各个类群矿质元素含量的平均值（mg/kg）

3 讨论和结论

水果中均含有丰富的矿质元素［17］。矿质营养元素含量不仅影响果实品质和贮藏中的生理病害，更是人类膳食矿质元素的来源，并与人类的健康有密切关系［18-19］。因此，对矿质元素的研究不仅有利于提高其果实品质，更切合市场消费需求。而基于梨果实中矿质元素分析的种质资源遗传多样性研究对梨的生产、消费、品种选育、质量评价均有一定的理论意义和实用价值。

本研究中，梨果实中大量矿质元素含量由高到低依次为K＞P＞Mg＞Ca，这与陈艳秋等［20］、匡立学等［21］、苏艳丽［22］的研究结果一致。梨种质资源果实中不同矿质元素含量差异性较大，表现出丰富的遗传多样性；矿质元素Cu 的变异系数最大，K 的变异系数最小，变异系数范围为9.79%-55.93%，说明在矿质元素上，梨种质资源存在很大的改良潜力。笔者认为结果反映了梨种质资源丰富的遗传背景能够为良种的选育提供充足的亲本材料。研究结果表明梨果实中P 和Mg 元素，Ca 和S、Zn 元素，Mg 和Mn、S 元素呈显著正相关，Ca和Mg、Mn元素呈极显著正相关，这与朴哲虎等［23］的研究结果一致。而K 和B、Cu 元素呈显著正相关，Mg 和Mn、S 元素呈极显著正相关，与段莹莹等［24］研究结果不一致，可能是种质资源之间的品质效应不尽相同所致。进一步比对相关性系数可得知，Mn 与Ca、Mg 元素的相关性系数均为0.68，Zn 和Fe 元素的相关性系数为0.59，明显大于其他元素之间的相关性系数，因此梨果实中Mn 与Ca、Mg 元素，Zn 和Fe 元素相较于其他元素为紧密相关，其他有相关性的矿质元素之间则为一般相关。

因子分析的结果显示，影响梨种质果实矿质元素评价的关键因子是：Mg、Mn 因子，B、K 因子，Zn、Fe 因子及Mo 因子。因此，在针对不同资源进行品种选育时，可以根据具体的需求和倾向，有针对性的选择和利用。聚类分析发现，3 个类群所包含的种质资源与已经划分的砂梨、白梨、杂交种、西洋梨、未知品系有所不同。第I 类群包含了13个砂梨品种，2个白梨品种和2个西洋梨品种，各占22份种质的59.09%、9.09%和9.09%，说明在梨的长期进化和人工育种过程中，四大系统梨种质间遗传物质交流频繁，相互交叉交融。第III类群所包含的晚秀、翠玉、鸭梨3份种质资源，其矿质元素B、Ca、K、Mn、Mg、Mo、S、Fe、P含量均为3个类群中最高。而因子分析也印证了翠玉、矮化梨、天皇、鸭梨、西子绿、爱甘水、圆黄、满丰、晚秀、华山果实中矿质元素的含量高于其他种质资源，因此可将晚秀、翠玉、鸭梨优先作为梨新品种选育的种质材料。