基于枝条、叶和花的油梨种质表型多样性分析

2020-11-10施晓龙邹明宏

广东农业科学 2020年9期

郑斌，施晓龙，邹明宏

（1.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所/国家热带果树种质资源圃/农业农村部热带果树生物学重点实验室，广东湛江 524091；2.云南农业大学热带作物学院，云南普洱 665099）

【研究意义】油梨（Persea americanaMill.）别名牛油果、鳄梨，为樟科鳄梨属常绿乔木，是一种原产于中美洲的著名热带亚热带水果［1］。油梨富含不饱和脂肪酸，蛋白质，维生素A、B、E，矿质元素钾、钙、铁等［2］，具有降低胆固醇和血脂、保护心血管和肝脏系统等重要生理功能，其味如乳酪，有“森林黄油”之美誉，是一种集营养与保健于一身的水果［3］。根据其自然分布及生物学特性，油梨分为墨西哥系、危地马拉系和西印度系［4］，目前不少栽培品种为这3个园艺系间的杂交种，不同系的气候适应性、树形、叶片、花及果实等差异较大［5］。【前人研究进展】我国油梨已有上百年栽培历史，自1918年引进我国台湾之后在广西、广东、海南、云南、贵州、福建等省（区）试种均取得成功［6］，不同地区也相继开展了油梨种质表型差异及品种适应性研究。1998年蔡胜忠等［7］对海南西部地区引种栽培的10个油梨种质的植物学形态特征、生物学特性、果实特性和果肉营养成分进行了分析，并初步提出6个适于海南西部地区种植的优良品种；2016年周海兰［8］根据枝条、叶片等表型性状，将海南112油梨种质资源分成3类；同样，周兆禧等［9］基于15个表型性状将海南儋州的170份油梨种质资源分为4大组群；2020年张少峰等［10］对海南51份油梨种质资源果实的表型性状进行鉴定评价，筛选出一些经济性状较好的资源；2019年和2020年罗立娜等［2,11］分别对贵州5个油梨品种（系）果实的表观性状（单果重、果实横径、果实纵径、果型指数）及4个油梨品种花的表型进行了调查分析。这些调查分析为了解当地油梨种质资源多样性及油梨种质资源的评价利用提供了基本数据支撑。【本研究切入点】表型多样性是遗传多样性和环境多样性共同作用的产物［12］。广东湛江属于热带北缘季风气候，位于湛江的国家热带果树种质资源圃目前保存有国内外油梨种质资源100余份，不同资源之间表型差异较大。【拟解决的关键问题】本研究拟以油梨种质资源的枝条、叶片和花为调查对象，对比分析其表型多样性，以期为粤西及全国油梨优异资源的发掘和高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取保存于国家热带果树种质资源圃的53份油梨种质资源为试验材料，其中26份资源的园艺系别已知，见表1。试验地点位于广东湛江，地理位置为 110°27' 22'' ～110°27' 54'' E、21°15'58'' ～21°16' 03'' N。

1.2 表型性状调查

2019年1－4月及2020年2－4月，参照《热带、南亚热带果树种质资源数据质量控制规范》［13］中油梨部分对不同资源的枝条、叶片、花进行调查。共调查19个性状，包括7个质量性状：叶形（LS）、叶缘（LM）、叶尖形状（BTS）、叶片颜色（LC）、叶面状态（LF）、叶柄凹槽（PG）、花型（FT）；12个数量性状：枝条粗度（BD）、节间长度（IL）、叶长（BL）、叶宽（BW）、叶形指数（LI）、叶柄长度（PL）、花序侧轴长度（ICL）、花序宽度（IW）、花序主轴长度（IRL）、花梗长度（FSL）、花瓣长度（PL）、萼片长度（SL）。质量性状直接进行目测，枝条粗度、节间长度、叶柄长度、花序主轴长度、花梗长度、花瓣长度和萼片长度用精确度为0.01 mm的游标卡尺进行测量，叶长、叶宽、花序侧轴长度和花序宽度用精确度为0.1 cm的直尺进行测量。

表1 供试53份油梨种质资源的系别信息Table 1 Line information of the 53 avocado germplasm resources accessions for the test

1.3 数据处理

按照表2的分级标准将质量性状赋值后进行数据分析；数量性状计算最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数后，根据总体平均值（）和标准差（σ）进行分类，从1级［xi＜-2σ］至第10级［xi≥+2σ］划分为10级，中间每级相差0.5 σ，采用Shannon-Weiner多样性指数分析油梨种质资源的遗传多样性水平［12］。

利用Excel 2010软件进行常规统计分析，用SPSS 26.0软件进行偏相关分析、主成分分析和聚类分析，其中，聚类分析时用Z Scores法对变量进行标准化处理，聚类方法采用离差平方（Ward）方法［14］，种质间距为欧氏距离（Euclidean distance），绘制聚类树状图。

表2 油梨质量性状分级标准Table 2 Classification standards for quantitative traits of avocado

2 结果与分析

2.1 53份油梨种质的质量性状遗传多样性分析

53份油梨种质资源的7个质量性状的频率分布和多样性指数如表3所示，7个质量性状的多样性指数范围在0.094～1.228之间、平均为0.743，其中叶形和叶尖形状的多样性指数大于1.0，其他质量性状多样性指数均小于1.0，叶柄凹槽的最小、仅为0.094。根据各性状的分布频率来看，53份油梨种质的叶形以尖椭圆形（54.72%）为主，其次是披针形（18.87%）、椭圆形（15.09%）和近圆形（9.48%），少数为长倒卵形（1.89%）；叶缘主要是全缘（52.83%），波浪型占少数（47.17%）；叶尖形状以急尖（43.40%）和锐尖（39.62%）为主，其次是钝尖（9.43%）和长锐尖（5.66%），少数为圆（1.89%）；叶片颜色以深绿色（50.94%）和绿色（45.28%）为多，少数是淡绿色（3.77%）；叶面状态多为凹陷（84.91%），少数为平展（13.21%），极少数为隆起（1.89%）；花型以B型花（54.72%）多于A型花（45.28%）；98.11%叶柄有凹槽。

表3 53份油梨种质质量性状频率分布及多样性分析Table 3 Frequency distribution and diversity of quality traits in 53 avocado germplasms

2.2 53份油梨种质的数量性状遗传多样性分析

从表4可以看出，53份油梨种质资源的12个数量性状的变异系数变化范围为14.60%～74.38%，平均为32.36%，表现出较高的变异水平。其中花序主轴长度（74.38%）和节间长度（67.96%）的变异系数大于50%，说明这2个数量性状变异幅度较大；其他数量性状变异系数较集中，处于14.60%～34.47%之间，从大到小依次为叶柄长度、花序侧轴长度、花序宽度、花梗长度、叶宽、叶长、叶形指数、萼片长度、花瓣长度及枝条粗度。多样性指数变化范围在1.373～1.921，平均1.717，其中花序宽度和花序侧轴长度的多样性指数达1.9以上，说明这2个性状多样性比较丰富。

对26个已知园艺系油梨资源的数量性状进行了统计分析，结果见表5。从表5可以看出，危地马拉系品种枝条粗度、节间长度、叶长、叶宽、叶柄长度、花序主轴长度、花梗长度和花瓣长度最大，墨西哥系品种枝条粗度、叶长、叶宽、叶柄长度、花序侧轴长度、花序宽度、花梗长度和萼片长度最小，西印度系品种节间长度最短。

表4 53份油梨种质数量性状表型多样性分析Table 4 Phenotypic diversity of quantitative traits in 53 avocado germplasms

表5 不同园艺系油梨数量性状分析Table 5 Quantitative trait analysis of avocados from different ecological races

2.3 油梨种质的表型性状偏相关分析

本试验对19个油梨表型性状进行偏相关分析，结果见表6。从表6可以看出，呈极显著相关的有29对，呈显著相关的21对。其中，枝条粗度和节间长度均与叶长、叶宽呈极显著正相关；叶长与叶宽、叶柄长度均呈极显著正相关，相关系数分别为0.826和0.686，且叶长、叶宽和叶柄长度均与花序侧轴长度、花序宽度呈极显著正相关；叶形指数与节间长度呈极显著正相关，与叶柄凹槽呈极显著负相关，与叶柄长度、花序主轴长度和萼片长度呈显著正相关，与花型呈显著负相关；花序侧轴长度与花序宽度呈极显著正相关，相关系数达0.909，两者均与萼片长度呈极显著正相关；花序主轴长度与节间长度、叶柄长度呈极显著正相关，与叶形指数呈显著正相关，与叶柄凹槽呈极显著负相关，与叶形呈显著负相关；花瓣长度与花梗长度呈极显著正相关，相关系数达0.920，两者均与叶尖形状呈显著负相关；萼片长度与叶长、叶柄长度呈极显著正相关，与花型呈极显著负相关，与叶面状态呈显著正相关，与叶柄凹槽呈显著负相关；叶形与叶尖形状呈显著负相关；叶面状态与花序侧轴长度呈极显著正相关，与叶柄凹槽呈显著负相关；叶片颜色与叶长、花瓣长度呈极显著正相关，与叶宽、叶柄长度和花序侧轴长度呈极显著正相关。可见，油梨枝条、叶和花表型性状间关系较为密切，当某一性状发生变化时可能伴随着其他性状正向或负向改变。

2.4 油梨不同表型性状的主成分分析

由于影响油梨表型性状的因素较多，使用主成分分析法可以排除信息重叠的现象，清楚显示各因素在表型多样性构成中的作用，特征值和贡献值是选择主成分的依据［15］。以特征值大于1为标准提取6个主成分，累积贡献率达到72.396%，表明这6个主成分可基本反映19个表型性状的特征，其中第1、第2、第3成分的贡献率较大（表7）。

第1主成分的贡献率最大、为25.441%，特征值为4.834，主要由叶柄长度决定；第2主成分的贡献率为12.884%，特征值为2.448，主要由枝条粗度决定；第3主成分贡献率为12.163%，特征值为2.311，主要由花瓣长度决定；第4主成分贡献率为8.335%，特征值为1.584，主要由花序侧轴长度决定；第5主成分贡献率为7.756%，特征值为1.474，主要由叶缘决定；第6主成分贡献率为5.814%，特征值为1.105，主要由叶面状态决定。根据贡献率的大小，从19个表型性状中提取出叶柄长度、枝条粗度、花瓣长度、花序侧轴长度、叶缘和叶面状态等6个性状，它们是导致油梨种质表型性状差异的主要因素，可视为油梨种质评价及新品种选育的主要形态指标。

2.5 依据表型性状的油梨种质聚类分析

基于简化后的19个表型性状调查数据对油梨种质资源进行系统聚类分析，结果见图1，从图1可以看出，在欧式距离为15处，可以将53份油梨种质分为4个组群，不同组群表型指标分析结果见表8。由表8可知，组群Ⅰ最大，包含22份种质，其中危地马拉系×墨西哥系品种3份、危地马拉系×西印度系品种6份、墨西哥系品种2份、西印度系品种4份、未知品系种质7份。该组群花序侧轴长度极显著小于其他组群；花序宽度、花瓣长度、花梗长度和萼片长度显著低于其他组群；节间长度最短；叶长最短；叶片颜色多为绿色。组群Ⅱ包含10份种质，其中危地马拉系品种1份、危地马拉系×西印度系品种2份、未知品系种质7份。该组群主要特征为枝条粗度极显著大于组群Ⅲ和组群Ⅳ；叶长极显著小于组群Ⅳ，极显著大于组群Ⅰ和组群Ⅲ；叶柄长度极显著小于组群Ⅳ，极显著大于组群Ⅰ和组群Ⅲ；花序侧轴长度极显著大于组群Ⅰ，显著小于组群Ⅳ；叶宽最大且极显著大于组群Ⅰ和组群Ⅲ；以B型花为主。组群Ⅲ包含17份种质，其中危地马拉系×西印度系品种4份、西印度系品种3份、未知品系种质10份。该组群平均花序侧轴长度极显著小于组群Ⅳ，极显著大于组群Ⅰ；叶宽最窄；叶柄长度最短；花序主轴最短。组群Ⅳ包含4份种质，其中危地马拉系×墨西哥系品种1份、未知品系种质3份。该组群特点是节间长度、叶长、叶形指数、叶柄长度极显著大于其他组群；花序宽度、花序主轴长度、萼片长度极显著大于其他组群；花序侧轴长度显著大于其他组群；叶宽极显著大于组群Ⅰ和组群Ⅲ；以A型花为主；叶片颜色全为深绿色。

表6 53份油梨种质表型性状的相关系数Table 6 Correlation coefficients of phenotypic traits in 53 avocado germplasms

表7 油梨表型性状主成分分析Table 7 Principal component analysis of phenotypic traits of avocado

3 讨论

表型性状的准确评价是种质资源鉴定与评价的关键环节［16］，表型多样性是由遗传因素和环境因子共同作用产生的，是群体生物遗传信息的重要表征，也是长期适应与进化的产物［17-18］。Shannon-Weiner多样性指数能直观反映出植物性状的分级与分布情况，其数值大小能反映出表型的均匀度与丰富度［19］。本研究对保存于国家热带果树种质资源圃的53份油梨种质资源的枝条、叶和花的19个表型性状进行了多样性分析。结果发现，油梨数量性状的多样性指数（平均为1.717）远大于质量性状（平均为0.743），说明油梨表型数量性状多样性程度大于质量性状。该结果与周海兰［8］和周兆禧等［9］一致，且该现象在辣椒［20］、蓝莓［21］和软枣猕猴桃［22］中也有报道。

主成分分析可以通过降维的方法将作物关系复杂的多个性状转化为较少的几个主成分，从而去处冗余，简化资源评价及筛选程序［23］，在农艺性状评定中的应用越来越多［24-27］。从本研究主成分分析结果来看，特征值大于1的主成分有6个，累积贡献率为72.396%，可基本反映全部信息。在油梨的评价及育种工作中，可集中考察这6个综合性状因子，重点关注叶柄长度、枝条粗度、花瓣长度、花序侧轴长度、叶缘和叶面状态等荷载量大的性状，其中枝条粗度和叶缘也被周兆禧等［9］认为是油梨资源评价的主要性状。

图1 油梨种质资源表型聚类分析Fig.1 Cluster analysis of avocado germplasms based on phenotypic traits

对53份油梨种质资源进行聚类分析可将其划分为4个组群。墨西哥系的2个品种聚在组群Ⅰ，且花序侧轴长度、花序宽度、花梗长度及萼片长度最小，这些墨西哥系品种的特征与该组群的相关特征一致。危地马拉系品种聚在组群Ⅱ，且枝条粗度及叶宽最大，这些危地马拉系品种的特征也与组群Ⅱ的相关特征一致。西印度系的品种聚类在组群Ⅰ和组群Ⅲ两个组群。可见，聚类分组并没有完全按照园艺系聚类，不同园艺系在聚类时有所交叉，这主要是由于植物的表型变异规律十分复杂，基因型、环境蚀变、管理模式等都会对其产生影响，这种情况在植物中普遍存在，如野生玫瑰［28］、栆［19］和蓝莓［21］等。

本研究发现油梨种质资源类型丰富、变异较大，对丰富我国油梨种质资源多样性和品种选育具有重要价值。然而，油梨遗传背景复杂，依据表型性状无法对其园艺系进行准确判断。目前已有通过分子标记［29］、SLAF-seq和转录组［30］等方法进行油梨资源的分类及系谱分析的相关报道，但存在一定的局限性。结合不同方法联合分析，可更准确地分析每份资源的遗传背景，对油梨资源的保护、利用及新品种培育具有重要意义。

4 结论

本研究所选择的保存于国家热带果树种质资源圃的53份油梨种质资源具有丰富的表型多样性，且数量性状多样性程度大于质量性状。枝条、叶和花的19个表型性状之间有一定的相关性，基于主成分分析筛选的叶柄长度、枝条粗度、花瓣长度、花序侧轴长度、叶缘和叶面状态可作为油梨种质资源评价及选育种的主要性状。聚类分析将53份油梨种质资源划分为4个组群，该分组与不同园艺系有一定关系，但同时受基因型、环境蚀变、管理模式等因素影响。