不同君迁子野生居群表型性状遗传多样性研究

刘遵春,曹娓,薛晓静,郭志平,刘龙康

（河南科技学院园艺园林学院,河南新乡 453003）

君迁子(Diospyros lotus L.)别名黑枣、软枣、牛奶枣、野柿子、丁香枣,为柿树科(Ebenaceae)柿树属(Diospyros)落叶大乔木,高度可达30 m,直径可达1.3 m,产于中国河南、河北、辽宁、山东等地.君迁子根据果实形状可分为球形、卵形和长圆形三类[1-2],君迁子中含有大量的果胶,具有良好的清热润肺、祛痰止咳作用,对于治疗便秘、保持肠道正常菌群生长等具有很好的作用;未成熟果实可用来提制柿漆,供医药和涂料用.由于其根系深、抗逆性强,君迁子在生产上最广泛的用途是做柿树砧木[3].

近年来,国内在君迁子种子萌发特性[4]、组织培养[5-6]、种质低温保存[7-8]、抗盐抗旱胁迫生理[9]、DNA 提取及ISSR 反应体系构建[10]和叶片Vc 含量[11]等方面已做了大量研究,为君迁子的进一步的开发和利用打下了基础.但是对君迁子野生居群遗传变异的研究报道不多.为此,本研究以河南省的5 个君迁子野生居群为研究对象,系统测定其叶片厚度、叶面积、花冠长、花冠宽等24 个表型性状,采用遗传变异分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析等方法,对其表型性状进行遗传多样性分析,以期为君迁子种质资源的保护利用和品种选育提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

以河南省新乡县古固寨镇(北纬35°18′,东经113°55′)、延津县黄河故道森林公园(北纬35°14′,东经114°20′)、河南科技学院教学基地(北纬35°18′,东经113°52′)、洛阳洛宁(北纬34°41′,东经112°27′)和林州太行山区(北纬35°71′,东经114°12′)等5 个野生君迁子居群为研究对象,每个居群选取20 株生长好、无疾病的成年植株,共100 株,新乡县古固寨镇(GGZ),编号为J1-J20;延津县黄河故道森林公园(SLGY),编号J21-J40;河南科技学院教学基地(KJXYJD),编号为J41-J60;洛阳洛宁县(LYLN),编号为J61-J80;林州太行山区(LZTHSQ),编号J81-J100.

1.2 试验方法

本试验是对所选取的100 株君迁子进行形态指标的调查研究.

1.2.1 叶子形态指标的测量 分别测量叶柄长、叶片长、叶片宽、叶片厚度、叶面积并做好记录.

1.2.2 花朵形态指标的测量 测量花朵的冠长、花冠宽、花萼长、花萼宽、花瓣数,花朵要在自然舒展的状态下测量.

1.2.3 枝条形态指标的测量 测量节间数、节间长度、枝条粗度、枝条长度和皮孔个数.

1.2.4 果实形态指标的测量 测量每个果实的果实横径、果实纵径、单果质量、计算果形指数.

1.2.5 种子形态指标的测量 在君迁子果实成熟时人工取出果实中的种子,测量种子的种子横径、种子纵径、计算种子纵横径比、测量千粒质量.

1.3 数据处理

所有数据运用SPSS 13.0 和DPS 3.01 软件进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 不同君迁子居群表型性状的遗传变异特征

不同野生君迁子24 个表型性状的遗传变异见表1.

表1 不同野生君迁子24 个表型性状的遗传变异Tab.1 The genetic variation of 24 phenotypic traits in different Diospyros lotus

由表1 可知,不同君迁子野生居群24 个表型性状均发生了一定程度的变异,变异系数在8.02%～49.44%之间,其中叶柄长、叶片长、叶片宽、叶面积、枝条长度、枝条粗度、节间数、节间长度、皮孔个数、皮孔密度、单果质量、千粒质量等12 性状变异系数均达到20%以上,节间长度的变异系数最大为49.44%,其次为皮孔个数和皮孔密度,均为41.4%,仅种子纵横径比变异系数为8.02%.这说明不同君迁子野生居群存在着较为丰富的遗传变异.

2.2 君迁子表型性状的主成分分析

君迁子表型性状间的主成分分析见表2.

表2 君迁子表型性状间的主成分分析Tab.2 The leading principal component of phenotypic traits in Diospyros lotus

由表2 可知,君迁子5 个野生居群100 个单株的24 个表型性状可归为8 个主成分,累计贡献率达83.31%,可以反映各性状的绝大部分信息.第1 主成分的贡献率为17.645 5%,其中特征向量值较大的性状有叶片长度、叶片宽度、叶片面积、叶片厚度和枝条粗度,特征向量值分别为0.298 0、0.308 1、0.299 5、0.266 2 和0.279 0,其特征向量所揭示的生物学信息主要是4 个叶片性状之间呈极显著正相关关系,可称之为叶片特征因子;第2 主成分的贡献率是13.016 8%,其中特征向量值较大的性状有果形指数、种子横径和种子纵径,它们的特征向量值分别为0.357 4、0.325 1 和0.275 1,而种子横径和种子纵径之间呈显著正相关,种子的大小与饱满程度直接影响繁殖能力,可称之为繁殖因子;第3 主成分的贡献率是11.673 1%,特征向量较大性状反映果实横径、果实纵径和单果质量,它们的特征向量值分别为0.325 5、0.320 7 和0.360 7,而单果质量与果实横径、纵径之间呈现极显著相关,说明果实横径、纵径越大,果实单果质量越大,单株产量越高,可称之为产量因子;第4 主成分的贡献率是9.016 7%,特征向量较大性状有花冠长、花冠宽、花萼长和花瓣数,它们的特征向量值分别为0.214 4、0.229、0.232 5 和0.284 1,其特征向量所揭示的生物学信息主要是4 个花朵性状的信息,可称之为观赏因子;第5 主成分的贡献率是8.601 1%,特征向量较大性状为枝条长度、皮孔个数和皮孔密度,它们的特征向量值分别为0.273 8、0.216 6 和0.228 3,其特征向量所揭示的生物学信息主要是3 个枝条性状的信息,可称之为发育因子;第6 主成分的贡献率是7.332 9%,特征向量较大的性状有枝条粗度、枝条长度和节间长度,它们的特征向量值分别为0.389 8、0.261 4 和0.429 8,而枝长与节间数、节间长度呈现极显著正相关,说明节间数越多,节间长度越长,则枝条越长,可称之为枝条特征因子;第7、8 主成分的贡献率是6.039 0%和5.348 7%,特征向量较大性状反映节间数、纵径和叶片厚度,它们的特征向量值分别是-0.604 5、0.316 4 和0.424 1.结果表明100 个君迁子野生单株在叶片特征、繁殖能力、产量、观赏、发育和枝条特征等方面变异突出.

2.3 不同君迁子野生居群表型性状的相关性分析

不同君迁子野生居群表型性状之间的相关系数见表3.

表3 不同君迁子野生居群表型性状之间的相关系数Tab.3 Correlation coefficients of phenotypic traits in different Diospyros lotus

由表3 可知,不同君迁子野生居群24 个表型性状之间存在着相关性,相关系数在-0.452 9～0.751 6 之间,其中叶片长、叶片宽与叶柄长之间;叶片宽、叶面积、种子纵径、千粒质量与叶片长之间;叶面积、枝条长度、节间长度、千粒质量与叶片宽度之间;枝条长度、千粒质量与叶片厚度之间;叶面积与千粒质量之间;花冠长、枝条长度与花冠长之间;花萼长、花萼宽与花冠宽之间;花萼宽、种子纵径与花萼长之间;种子纵径、果实纵径与花瓣数之间;节间数、节间长度、千粒质量与枝条长度之间;节间数、千粒质量与枝条粗度之间;果实纵径与节间数之间;千粒质量与节间长之间;种子横径与皮孔数之间;种子纵径与皮孔密度之间;果实纵径、单果质量与果实横径之间;单果质量、果形指数与果实纵径之间;种子横径、种子纵径与果形指数之间;种子横径与种子纵径之间;千粒质量、种子纵横经比与种子纵径之间均呈现极显著正相关.叶面积、花萼长与叶柄长之间;枝条长、枝条粗、节间长与叶片长之间;枝条粗、种子纵径与叶片宽之间;枝条粗、节间长、种子横径与叶片厚度之间,花瓣数、果形指数与花萼长之间;种子纵横径比与花瓣数之间,枝条粗与枝条长之间;节间数、种子横径与枝条粗之间;千粒质量与种子横径之间均呈显著正相关.

2.4 表型性状的聚类分析

基于表型性状的100 个君迁子单株系统聚类如图1 所示.

图1 基于表型性状的100 个君迁子单株系统聚类Fig.1 Cluster analysis of 100 Diospyros lotus based on phenotypic traits

从图1 中可以看出,对100 个野生君迁子单株基于24 个表型性状进行UPGMA 聚类分析,在欧式距离27.90 水平上可将100 个君迁子单株划分为3 个类群,来自GGZ 居群的15 个(J1-J9、J11、J12、J14、J15、J18、J19)单株聚为一类,再与来自SLGY 居群的17 个(J21-J24、J26-32、J34-39)单株聚为一类;来自KJXYJD 居群有15 个(J42、J43、J45-J54、J56-J60) 单株聚为一类;来自LYLN 居群的15 个(J62-J67、J69-J73、J75、J76、J79、J80)君迁子单株和来自LZTHSQ 居群的20 个(J81-J100)君迁子单株聚为一类.说明河南地区君迁子的性状在各居群间的分化现象明显.

3 结论与讨论

为了解河南野生君迁子的变异情况,本试验对5 个野生居群100 个君迁子个体进行了枝条、叶片、花朵、果实和种子的24 个生物学性状进行比较,结果表明:不同群体君迁子的叶片、枝条、种子和果实的表型性状均存在变异.叶片表型变异主要表现在叶面积,变异系数是35.82%;枝条在长度和节间数上均表现出差异;花萼和果实表型的变异幅度小于叶片和枝条的变异.这说明君迁子花萼和果实形态的遗传特征比叶片和枝条的稳定.君迁子叶片表型的变异特点与田胜平等[12]在山苍子叶片表型研究、李文英等[13]在蒙古栎叶片形态研究的遗传特性结论一致,说明叶片的生长发育受环境影响最大.本次试验君迁子的果实表型的变异特点与上述树种的研究结果不一致.这可能是与君迁子的果实为浆果,而山苍子、蒙古栎的果实为干果有关.君迁子果实成熟后果实软化,其获取数据的时间与果实的成熟度有很大关系.因此,在评价君迁子的表型变异时,应该避免用叶片、果实等易受环境条件影响的表型指标评价群体间和群体内的变异,应更多地从种子的表型指标开展研究.

对5 个君迁子居群100 个单株的24 个表型性状进行主成分分析,将其归纳为8 个相互无关的主成分,前5 个主成分因子的累计贡献率达60.65%,在通过各个主成分的贡献率来确定其权重,每个主成分都比较客观的反映了所控制性状之间的相互关系,千粒质量、果实横径、皮孔个数和单果质量等是评价君迁子表型多样性的重要指标.经过对100 个君迁子的聚类分析得出,在同一居群的样本相似性系数更高,来自同一居群的样品能够聚为一类,说明君迁子性状在居群内分化不明显,遗传变异主要来自居群间.