不同种源东北杏果实表型性状多样性分析

董胜君， 王若溪， 张皓凯， 陈建华， 刘立新， 于庆福

(1. 沈阳农业大学林学院， 辽宁 沈阳 110161； 2. 辽宁省喀左县林业局， 辽宁 朝阳 122300)

东北杏〔Armeniacamandshurica(Maxim.) Skv.〕，又名辽杏，隶属于蔷薇科(Rosaceae)杏属(ArmeniacaMill.)，原产于辽宁省和吉林省的东部地区，目前主要分布在辽宁、吉林和黑龙江。东北杏用途广泛，木材坚实，纹理美观，花供观赏，种仁(苦杏仁)供药用和食用，杏核壳可作为活性炭材料。此外，东北杏还具有较强的耐寒性，是培育抗寒品种的优良亲本[1-3]。然而，目前东北杏资源尚未得到充分的开发利用，主要处于野生和半野生状态，并且由于缺乏科学的经营和保护措施，其野生资源已遭到严重破坏，野生植株数量日渐减少[4]，因此，亟需加强对东北杏资源多样性的研究和保护。

表型性状观测是研究植物遗传多样性最直观且易行的方法[5]。植物的表型性状既具有稳定性又具有变异性，受到自身遗传特性和所在生态环境因子的共同影响[6-7]，能够直观地反映植物的遗传结构，对植物的遗传多样性研究具有重要意义。目前，国内外学者已经对盐肤木(RhuschinensisMill.)[8]、山荆子〔Malusbaccata(Linn.) Borkh.〕[9]、桃(AmygdaluspersicaLinn.)[10]、新疆野苹果〔Malussieversii(Ledeb.) M. Roem.〕[11]、核桃(JuglansregiaLinn.)[12]、突尼斯山杏(PrunusarmeniacaLinn.)[13]、西伯利亚杏〔Armeniacasibirica(Linn.) Lam.〕[14]和新疆野杏(ArmeniacavulgarisLam.)[15-16]等树种的表型性状多样性进行了研究，但关于东北杏表型性状多样性的研究却较少[4，17]，而探明东北杏资源的表型多样性，尤其是其果实的表型多样性，对于东北杏种质资源的遗传改良和品种选育至关重要。

为此，作者在辽宁、吉林和黑龙江3个省份的13个种源中选取47株生长良好的东北杏植株，对其成熟果实的16个表型性状进行了多重比较、变异分析、巢式方差分析和主成分分析，并对供试的13个种源进行了聚类分析，以期了解东北杏的果实表型性状多样性，为东北杏种质资源的遗传改良和优良品种选育提供理论依据。

1 种源地自然概况和研究方法

1.1 种源地自然概况

选取辽宁省、吉林省和黑龙江省13个种源地内的野生东北杏进行研究。各种源地自然概况见表1。各种源地植被均属于长白植物区系，主要土壤类型有草甸土、棕壤和暗棕壤等，地貌主要为平原和低山丘陵。

表1 供试东北杏各种源地的自然概况

1.2 材料

每个种源各选取3～6株树龄15～30 a、树高6～8 m且生长良好的样株，共47株，其中，辽宁凤城、辽宁本溪、辽宁桓仁、辽宁新宾、辽宁清原、辽宁东陵、吉林抚松和黑龙江麻山8个种源各3株样株，吉林磐石、吉林龙潭和黑龙江宁安3个种源各4株样株，黑龙江阿城种源5株样株，吉林敦化种源6株样株。

1.3 方法

于2016年6月至8月(即果实成熟期)，在每个样株东、南、西、北4个方向的果枝上各选取20个发育正常的成熟果实，参照《山杏种质资源调查及评价技术规程》[18]，使用电子天平(精度0.01 g)称量单果质量、单果核质量和单果仁质量，使用游标卡尺(精度0.01 mm)测量果实纵径、果实横径、果实侧径、果肉厚度、果核纵径、果核横径、果核侧径、果核壳厚度、果仁纵径、果仁横径和果仁侧径，其中，果实、果核和果仁的纵径为各自纵截面的顶部到基部的最大距离，果实、果核和果仁的横径为各自横截面的腹缝线到另一侧的最大距离，果实、果核和果仁的侧径为各自腹缝线两侧的最大距离。根据测量结果计算出核率和出仁率，计算公式分别为出核率=(单果核质量/单果质量)×100%和出仁率=(单果仁质量/单果核质量)×100%。

1.4 数据统计及分析

利用EXCEL 2010软件进行数据统计；参照李伟等[19]的方法计算Shannon-Wiener指数；利用SPSS 22.0软件对各表型性状进行多重比较(Duncan’s法)、变异分析、巢式方差分析和主成分分析；利用R 3.6.2软件，采用Ward法对13个种源进行聚类分析，聚类前将数据进行标准化转换；参照江锡兵等[6]的方法计算表型分化系数。

2 结果和分析

2.1 不同种源东北杏果实表型性状多样性分析

不同种源东北杏果实表型性状的统计结果(表2)表明：黑龙江阿城种源的单果质量(6.43 g)和果实纵径(22.75 mm)均最大，其单果质量显著大于辽宁本溪等4个种源，果实纵径显著大于辽宁凤城等6个种源。吉林磐石种源的果实横径(24.56 mm)、果实侧径(22.23 mm)和果肉厚度(4.13 mm)均最大，其果实横径和果实侧径显著大于辽宁凤城等11个种源，果肉厚度显著大于其余12个种源。辽宁凤城种源的单果核质量(1.35 g)最大，显著大于辽宁桓仁等8个种源。吉林抚松种源的果核纵径(19.39 mm)、果核壳厚度(1.66 mm)和果仁纵径(12.23 mm)均最大，其果核纵径显著大于辽宁凤城等4个种源，果核壳厚度显著大于辽宁本溪等6个种源，果仁纵径仅显著大于辽宁东陵种源。辽宁新宾种源的果核横径(16.07 mm)和果核侧径(11.25 mm)均最大，其果核横径仅显著大于吉林龙潭种源，而13个种源间的果核侧径无显著差异。吉林磐石种源的单果仁质量(0.34 g)和果仁侧径(6.77 mm)均最大，其单果仁质量显著大于吉林敦化种源，果仁侧径显著大于辽宁桓仁和辽宁新宾2个种源。黑龙江麻山种源的果仁横径(9.39 mm)最大，显著高于吉林敦化种源。辽宁本溪种源的出核率(32.61%)最高，显著高于辽宁桓仁等3个种源。吉林龙潭种源的出仁率(35.09%)最高，显著高于辽宁凤城等4个种源。

由表2还可见：果核壳厚度和单果仁质量的Shannon-Wiener指数相等且最大，均为2.04；果肉厚度、果核纵径、果核横径和果核侧径的Shannon-Wiener指数较低，分别为1.89、1.84、1.79和1.74；其余10个果实表型性状的Shannon-Wiener指数为1.92～2.03。

表2 不同种源东北杏果实表型性状的比较及Shannon-Wiener指数分析

不同种源东北杏果实表型性状变异系数分析结果(表3)表明：16个果实表型性状中，单果质量的种源间变异系数(34.77%)最大，出核率的种源间变异系数(28.84%)次之，并且，除果仁纵径(9.44%)和果仁横径(9.40%)外，其他果实表型性状的变异系数均大于10%。从各种源果实表型性状变异系数的平均值来看，7个种源果实表型性状变异系数的平均值大于10%，6个种源果实表型性状变异系数的平均值小于10%，其中，吉林敦化种源(19.67%)最大，黑龙江阿城种源(19.34%)次之，黑龙江麻山种源(5.35%)最小。并且，16个果实表型性状的种源间变异系数均值(17.38%)大于种源内变异系数均值(11.20%)。

表3 不同种源东北杏果实表型性状的变异系数分析

对供试13个种源东北杏16个果实表型性状的巢式方差分析结果(表4)表明：单果仁质量、果仁纵径和果仁侧径在种源间和种源内的差异均不显著；果核壳厚度、出核率和出仁率在种源间差异显著或极显著，但在种源内差异不显著；果核纵径、果核横径、果核侧径和果仁横径在种源内差异显著或极显著，但在种源间差异不显著；其余6个果实表型性状在种源间和种源内的差异均显著或极显著。

16个果实表型性状中，单果仁质量的种源间表型分化系数(99.91%)最大，出核率的种源间表型分化系数(97.51%)次之，果核侧径的种源间表型分化系数(9.93%)最小；果核侧径的种源内表型分化系数(90.07%)最大，单果仁质量的种源内表型分化系数(0.09%)最小。经计算，16个果实表型性状的种源间表型分化系数均值为52.19%，种源内表型分化系数均值为47.81%。

2.2 东北杏果实表型性状的主成分分析

主成分分析结果(表5)表明：前4个主成分的累计贡献率达79.79%，说明前4个主成分可基本反映东北杏果实表型性状的大部分信息。第1主成分的贡献率为39.83%，其中，单果质量、果实纵径、果实横径、果实侧径和果核横径特征向量的绝对值较大，均大于0.7，说明该主成分主要反映东北杏果实性状特征。第2主成分的贡献率为18.37%，其中，单果核质量、出核率和出仁率特征向量的绝对值较大，均在0.5以上，说明该主成分主要反映东北杏果核性状特征。

表4 不同种源东北杏果实表型性状的巢式方差分析及表型分化系数比较1)

表5 东北杏果实表型性状的主成分分析

第3主成分的贡献率为12.18%，其中，单果仁质量、果仁侧径和出仁率特征向量的绝对值较大，均在0.6左右，说明该主成分主要反映东北杏果仁性状特征。第4主成分的贡献率为9.41%，其中，果核纵径、果仁纵径和果仁侧径特征向量的绝对值较大，说明该主成分也主要反映东北杏果仁性状特征。

2.3 不同种源东北杏果实表型性状的聚类分析

基于13个种源东北杏的16个果实表型性状对供试种源进行聚类分析(图1)，并计算各类群的果实表型性状均值(表6)。结果表明：在欧氏距离17.5处，供试的13个种源被分成A和B类；在欧氏距离7.5处，进一步分成不同亚类，其中，A类分成A1、A2、A3和A4 4个亚类，B类分成B1和B2 2个亚类。

A类包含辽宁桓仁、辽宁清原、辽宁东陵、吉林磐石、吉林龙潭、黑龙江宁安、黑龙江麻山和黑龙江阿城8个种源，这些种源的单果质量、果实纵径、果实横径、果实侧径、果肉厚度、果仁横径、果仁侧径和出仁率的均值均高于B类种源。其中，A1亚类包含辽宁东陵、辽宁清原和辽宁桓仁3个种源，果实特征总体表现为果实和果核中等，果仁小，出核率低，出仁率中等；A2亚类仅吉林磐石1个种源，果实特征总体表现为果实、果核和果仁大，果肉最厚，出核率和出仁率中等；A3亚类包含黑龙江麻山和黑龙江宁安2个种源，果实特征总体表现为果实和果核小，果仁大，出核率中等，出仁率高；A4亚类包含黑龙江阿城和吉林龙潭2个种源，果实特征总体表现为果实大，果核小，果核壳最薄，果仁中等，出核率最低，出仁率最高。

P1： 辽宁凤城Fengcheng of Liaoning； P2： 辽宁本溪Benxi of Liaoning； P3： 辽宁桓仁Huanren of Liaoning； P4： 辽宁新宾Xinbin of Liaoning； P5： 辽宁清原Qingyuan of Liaoning； P6： 辽宁东陵Dongling of Liaoning； P7： 吉林抚松Fusong of Jilin； P8： 吉林磐石Panshi of Jilin； P9： 吉林敦化Dunhua of Jilin； P10： 吉林龙潭Longtan of Jilin； P11： 黑龙江宁安Ning’an of Heilongjiang； P12： 黑龙江麻山Mashan of Heilongjiang； P13： 黑龙江阿城Acheng of Heilongjiang.

表6 不同类群东北杏果实表型性状的均值

B类包含辽宁凤城、辽宁本溪、辽宁新宾、吉林抚松和吉林敦化5个种源，这些种源的单果核质量、果核纵径、果核横径、果核侧径、果核壳厚度、果仁纵径和出核率的均值均高于A类种源。其中，B1亚类包含吉林敦化、辽宁凤城和辽宁本溪3个种源，果实特征总体表现为果实和果仁小，果核中等，出核率最高，出仁率低；B2亚类包含吉林抚松和辽宁新宾2个种源，果实特征总体表现为果实和果仁中等，果肉厚，果核最大，果核壳厚，出核率高，出仁率最低。

3 讨论和结论

关于杏属其他种类表型性状多样性的研究结果表明：供试杏属种类单果质量的变异程度丰富[20-21]。本研究中，东北杏单果仁质量和果核壳厚度的Shannon-Wiener指数相同且最大(2.04)，其余14个果实表型性状的Shannon-Wiener指数也较大(1.92～2.03)。13个种源16个果实表型性状变异系数的平均值为5.35%～19.67%，其中，吉林敦化种源果实表型性状变异系数的平均值最大，而黑龙江麻山种源果实表型性状变异系数的平均值最小。上述结果均表明东北杏果实表型性状差异较大，变异丰富。

一般认为，变异系数高于10%，表示植物性状差异较大[22-23]。巢式方差分析结果显示：除单果仁质量、果仁纵径和果仁侧径外，其他果实表型性状在种源间和种源内大多存在显著或极显著差异。并且，16个果实表型性状的种源间变异系数均值(17.38%)大于种源内变异系数均值(11.20%)。说明东北杏果实表型性状在种源间和种源内均存在广泛的变异，且在种源间的变异更大。此外，东北杏16个果实表型性状的种源间表型分化系数均值为52.19%，明显大于种源内表型分化系数均值(47.81%)，进一步说明东北杏果实表型性状变异主要来自种源间。

东北杏果实表型性状较多，且各表型性状间关系复杂，良种选育难度较大。主成分分析结果表明：前4个主成分的特征值均大于1，累计贡献率达79.79%，其中，第1主成分主要反映果实性状特征，第2主成分主要反映果核性状特征，第3和第4主成分主要反映果仁性状特征。说明这4个主成分基本能够反映东北杏果实表型性状的大部分信息，这与马发旺等[24]的研究结果相似。本研究选择的16个果实表型性状与东北杏果实产量密切相关，各主成分中特征向量绝对值较大的性状是导致东北杏果实表型差异的主要因子，应作为生产实践的重点观测性状。

聚类分析结果表明：在欧氏距离17.5处，供试的13个种源被分成2类，并在欧氏距离7.5处分成不同亚类。A类种源果实大，出仁率高，适用于选育大果或仁用类型，其中，A2亚类种源的果实、果核和果仁大，果肉最厚，适用于选育大果类型，A3亚类种源的果仁大，出仁率高，适用于选育高产大仁类型；A4亚类果核壳最薄，出仁率最高，适用于选育薄核壳或高出仁率类型。B类种源果核大，果核壳厚，出核率高，适用于选育核壳用类型，其中，B1亚类种源的出核率最高，适用于选育高产核壳类型；B2亚类种源的果核最大，果核壳厚，出核率高，适用于选育大果核类型。值得注意的是，各种源的聚类结果与种源地的地理分布并未完全吻合，这可能与种源地的地形、土壤条件和海拔等因子以及植被类型差异等有关[25-26]。

综上所述，东北杏果实性状变异丰富，且变异主要来源于种源间，应选择不同类群种源作为不同目标的育种材料。另外，本研究仅研究了2016年各种源东北杏的果实表型性状，而不同年份气候差异可影响东北杏的果实表型性状，因此，需要对不同年份各种源东北杏的果实表型性状进行连续观测和研究。