西南地区青花椒种质资源表型性状多样性分析

罗友进 陈 霞 吴纯清 张义刚 程玥晴 谢永红

摘 要 以收集于西南地区的16份青花椒种质资源为研究对象，采用变异系数、杂种指数、相关性、主成分和聚类分析方法研究了花椒种质资源表型性状的多样性，探索了西南地区青花椒种群间的变异特点和多样性，为青花椒良种选育提供参考依据。结果表明：16份青花椒种质资源8项表型性状指标的变异性较大，变异系数在6.8%～44.7%，其中以狭翼宽的变异系数最大，子房形状指数的变异系数最小;各表型性状指标杂种指数变异范围较大，变异系数除小叶数杂种指数外均在20%以上，以子房形状指数杂种指数的变异系数最大。相关性分析表明，青花椒千粒重与雌蕊长、叶形指数呈显著正相关，与狭翼宽呈显著负相关;主成分分析表明，雌蕊长、子房形状指数、基部小叶面积和狭翼宽是最主要表型性状因子;聚类分析表明，青花椒栽培品种与野生品种间表型性状存在着较大的差异。据此认为，西南地区青花椒种质资源表型性状变异类型丰富、变异幅度大，遗传多样性丰富，育种选择潜力大。

关键词 青花椒;种质资源;表型性状;多样性;西南地区

中图分类号：S573+.9 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.34.001

花椒为芸香科（Rutaceae）花椒属（Zanthoxylum L.）植物，在我国有悠久的栽培历史，是香料、医药、油料兼用的经济树种[1]。目前，果实为绿色的花椒统称为“青花椒”，因其具有麻味浓烈、气味清香的特点，且果皮颜色独特，深受消费者喜爱。

受历史、地理及人为因素的影响，花椒在由野生向栽培驯化的过程中逐渐形成了很多的品种，常见的栽培品种如大红袍、小红袍、枸椒等。但由于分类依据各不相同，导致存在品种名称混淆、杂乱等问题（即同名异物、同物异名现象）。人工选育出的品种虽然较多，但在品种类型和特征上无突破性的进展[2-3]。表型性状鉴定评价是植物种质资源研究的常用方法[4-10]，如李红莉等通过对黑龙江省野生猕猴桃果实表型性状变异研究指出其遗传多样性丰富，育种选择潜力大[7];王博等以宁夏野生酸枣群体的分布、表型性状等研究为基础，提出了酸枣资源的保护和开发利用方向[8]。讫今为止，对花椒的研究主要集中在栽培管理、生理、生化、生态及药用价值方面[1，11-13]，对其表型性状多样性方面的研究还鲜见报道[14]，严重制约了其种质资源的开发利用。本文以来自于西南地区（重庆、四川、云南、贵州）的共16份青花椒种质资源为研究对象，对其8项表型性状进行分析和综合评价，旨在揭示不同来源地青花椒种质资源的遗传多样性与亲缘关系，为青花椒种质资源的开发利用及新品种选育提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料

供试材料为西南地区的16份青花椒种质，保存在重庆市花椒种质资源圃内，来源地信息见表1。该资源圃位于重庆市江津区慈云镇刁家社区（E：106°13′5.84″～106°13′26.06″，N：29°6′54.38″～29°7′14.95″），处川东平行岭谷末端，为北高南低浅丘地貌，海拔范围为295.5～335.7 m;属北半球中亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、夏热冬暖、光热同季、无霜期长、雨量充沛、湿润多阴等特点。常年平均气温18.4 ℃，年平均日照时数1 141.0 h，年平均降雨量1 001.2 mm;年平均风速0.8 m·s-1，最多风向为东北风;年平均蒸发量为805.5 mm;年雷暴日数37 d。土壤为沙溪庙组紫色砂壤土和壤土，土层较为深厚;坡耕地面积占68%，平缓谷地面积占32%;土壤排水系统良好。资源圃种质资源按照当地栽培管理习惯进行日常管理，其间根据病虫害发生情况及时喷药防治。

1.2  方法

每份青花椒种质资源分别选取5株健康植株采集叶片、花序及果实样品进行观测分析，其中，叶片样品从当年生枝条上采集，选取老熟叶片30片·株-1，并确保无机械损伤和病虫害;花序样品于青花椒盛花期在植株中上部采集，10个·株-1;果实样品于各种质资源青花椒成熟期随机收集，采集混合鲜青花椒果穗样品1 kg。观测分析指标主要包括狭翼宽、基部小叶面积、叶形指数、雌蕊长、子房形状指数、小叶数、千粒重、顶端小叶单边侧脉数等。

1.3  数据处理

1.3.1  单一性状杂种指数Ix

根据青花椒种质资源叶、花、果的主要性状变异特征，选取狭翼宽、基部小叶面积、叶形指数、雌蕊长、子房形状指数、小叶数、千粒重及顶端小叶单边侧脉数等单一性状量化指标，参考Anderson设计的“杂种指数”法[14]进行青花椒性状变异的定量评价。青花椒种质资源单一性状杂种指数Ix计算公式如下：

[Ix=I1B-A×B-X] （1）

（1）式中，Ix为比较的青花椒种质资源各性状杂种指数值。I1为评价资源的各性状的设定指数值，设定变异最大的竹叶椒，狭翼宽、基部小叶面积、叶形指数、雌蕊长度、子房形状指数、小叶数、千粒重及顶端小叶单边侧脉数单一性状指数分别为4、2、3、3、4、3、4、2;设定花椒各性状不变，各单一性状指数值均为0。A、B分别为花椒属竹叶花椒、花椒各性状的最值。X为比较花椒资源各性状的测定值。

1.3.2  数据分析

表型性状数据统计性描述分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析等均采用IBM SPSS 19.0软件进行，主成分分析采用因子过程的主成分分析法，提取特征值大于1.0的因子作为主成分;聚类分析采用离差平方和法，遗传距离为欧氏距离。

2  結果与分析

2.1  表型性状描述性分析

16份青花椒种质资源的表型性状统计分析见表2。由表2可知，16份青花椒种质资源8项表型性状指标的变异系数在6.8%～44.7%，整体变异系数平均为22.48%，变异范围较大，种质资源多样性丰富。其中，狭翼宽的变异系数最大（44.7%），子房形状指数的变异系数最小（6.8%）;叶形指数、千粒重、基部小叶面积和雌蕊长等的变异系数均在20%以上，顶端小叶单边侧脉数、小叶数的变异系数相对较小，分别为13.7%、11.4%。

以花椒属竹叶花椒、花椒的性状指标为参考标准，按照Anderson设计的“杂种指数”法对选取的花椒性状指标变异进行定量评价，结果见表3。由表3可知，16份青花椒种质资源8项表型性状指标杂种指数的变异系数在14.8%～76.8%，整体变异系数平均为42.1%，变异范围较大，其中子房形状指数杂种指数的变异系数最大（76.8%），小叶数杂种指数的变异系数最小（14.8%），其余杂种指数的变异系数均在20%以上。

2.2  表型性状相关性分析

16份青花椒种质资源表型性状间的相关性分析见表4。由表4可知，狭翼宽与基部小叶面积呈极显著正相关，与千粒重呈显著负相关;叶形指数与千粒重呈极显著正相关，与雌蕊长呈显著正相关;雌蕊长与子房形状指数和千粒重均呈显著正相关;其他各指标之间不存在显著性相关。结果表明，16份花椒种质资源多个数量性状间存在着互相促进、互相制约的复杂关系。

2.3  主成分分析

青花椒种质资源8个表型性状指标的主成分分析见表5。以特征值大于1为标准提取主成分，前3个主成分的累计贡献率为75.313%，即表明3个主成分能表达青花椒种质资源表型性状的大部分信息。

从各主成分中每个性状的特征向量值（见表6）来看，第1主成分的贡献率最高，为38.918%，其中雌蕊长（0.867）、狭翼宽（0.747）、千粒重（-0.739）的特征向量绝对值较大;第2主成分的贡献率其次，为19.003%，其小叶数（0.796）、子房形狀指数（-0.615）、狭翼宽（-0.434）的特征向量绝对值较大;第3主成分的贡献率也较高，为17.392%，其顶端小叶单边侧脉数（0.627）、基部小叶面积（0.624）、叶形指数（-0.568）的特征向量绝对值较大。

2.4  聚类分析

基于8项表型性状的杂种指数对16份青花椒种质资源进行聚类分析，可将其划分为3类，结果见图1。其中，第Ⅰ类有九叶青花椒、关岭藤椒、云南大麻椒、云南藤椒、荣昌无刺花椒、蓬溪青花椒、金阳青花椒，第Ⅱ类有云南野生花椒-3、金佛山野生花椒-6、奉节野生花椒-2、巫溪野生花椒-2、涪陵野生花椒-1、乐山野生花椒-1、潼南野生花椒-1、江津野生花椒-1，第Ⅲ类有神龙峡早花竹叶椒。结果表明，花椒栽培品种与野生品种间存在着较大差异;来源于贵州、云南和重庆的花椒栽培品种具有较近的亲缘关系，它们与来源于四川的花椒栽培品种的亲缘关系较远。同时，因第Ⅲ类只有神龙峡早花竹叶椒，故本文只对第Ⅰ类与第Ⅱ类进行独立样品t检验，发现这两类群间在狭翼宽、叶形指数、雌蕊长和千粒重等指标的杂种指数间存在显著性差异。

3  讨论与结论

表型性状是基因型和环境共同作用的表现，表型性状变异是植物遗传多样性在形态水平上的表现，是其自身遗传因素与外部环境相互作用的结果[15]。植物表型多样性研究是植物遗传多样性研究最直接、最基础的方法，既能从整体上分析表型遗传多样性的丰富程度，又能为分子生物学研究提供可靠的表型数据[16-17]。本文以从西南地区收集的16份青花椒种质资源为研究对象，从对其8个表型性状指标的统计性描述、变异程度等分析与评价可以看出：西南地区青花椒资源丰富。16份青花椒种质资源8项表型性状指标的变异系数在6.8%～44.7%，整体变异系数平均为22.48%，其狭翼宽的变异系数最大，说明各种质间差异大，有着丰富的遗传多样性，而子房形状指数的变异系数最小，即表明其在各种质间相对稳定。各表型性状间的相关性分析表明，青花椒千粒重与雌蕊长、叶形指数呈显著正相关，与狭翼宽呈显著负相关;主成分分析表明，雌蕊长、子房性状指数、基部小叶面积和狭翼宽是最主要表型性状因子;聚类分析也表明，青花椒栽培品种与野生品种间表型性状存在着较大的差异，这就为以后青花椒品种的优选提供了依据。

本研究对16份青花椒种质资源表型性状进行分析和评价，在一定程度上反映了西南地区青花椒种质资源的多样性，为今后深入研究其遗传多样性奠定了基础。但表型性状的表现型是基因型与环境因子共同作用的结果，且受环境因素影响较大。因此，还应该继续进行植株性状及分子水平的相关研究，采用表型性状分析与分子标记技术相结合的方法深入评价青花椒资源。

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（责任编辑：丁志祥）

收稿日期：2021-11-12

基金项目：重庆市科技局鲁渝科技协作项目“青花椒药用组分精准分离与药理评价研究”（cstc2020jscx-lyjsAX0007）;重庆市2021年度森林植被恢复费建设项目“重庆市花椒市级林木种质资源库建设”;2021年重庆市农业专项资金项目“花椒资源收集和品种筛选”;重庆市现代山地特色高效农业产业技术体系创新团队“调味品产业技术体系创新团队”（2021[06]号）;重庆市农业发展资金项目“青花椒镉含量及来源解析”（NKY-2021AC001）。

作者简介：罗友进（1984—），男，浙江玉环人，博士，助理研究员，主要从事果园生态研究。E-mail：luoyoujin1984@163.com。

*为通信作者，E-mail：103709829@qq.com。