新疆地区梨种质资源叶表型性状的多样性

郭丽，吴翠云,2*，唐章虎，樊国全，姜喜，杨植

(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与利用重点实验室，新疆 阿拉尔 843300； 3新疆农业科学学院轮台果树资源圃，新疆 轮台 841600)

表型多样性是指种群在其分布区内各种环境中的表型变异，与物种多样性密切相关的同时还承载了环境的变异信息，而叶片是感知光照、温度、水等环境变化的重要器官和光合作用的重要场所[1]，目前，在核桃[2]、葡萄[3]、银杏[4]、欧洲李[5]、板栗[6-7]、巴旦杏[8]等园艺植物的叶片上均有关于叶表型多样性的研究，其中梨的叶表型多样性研究也取得了一些进展，张滢[9]等对辽宁兴城国家果树资源圃内保存的548份梨种质资源叶片、枝条的表型性状分析发现，梨叶片以卵圆形(90.51%)、伸展状态为合抱(87.23%)、锐锯齿带芒刺(81.93%)为主，且叶长、叶宽和叶柄长度的变异系数为(17.25%)、(19.04%) 和(20.06%)具有丰富的多样性。

随着长期的栽培、选育以及从其他地区和国家引进了大量品种，极大地丰富了新疆的梨种质资源。新疆特殊的地理环境是梨种质资源的叶表型性状变异的重要因素，为了揭示该区域的梨种质资源叶表型性状变异规律及变异水平，为梨种质资源的保存及核心种质的构建提供数据基础和理论依据，本文根据《梨种质资源描述规范和数据标准》[10]中提供的方法，并结合数字图像分析技术以新疆地区保存的梨种质资源的14个叶片表型性状多样性进行研究，分析其变异程度和变异特点，并筛选出相对合理的叶片表型评价指标。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的172份梨种质资源分别来源于新疆农业科学院轮台国家果树资源圃和塔里木大学梨种质资源圃，调查样株均为盛果期树，其中本地资源27份，引进资源59份，以香梨为亲本的杂交单株82份，野生资源4份(表1)。材料中以香梨为亲本的杂交单株代号由3位代码组成，其中前2位代码相同的亲本相同，具体见表2。

表1 供试材料的具体名称

1.2 数据统计分析

2 结果与分析

2.1 梨种质资源叶片质量型性状表型多样性

由计算结果(表3)可知：梨种质资源资源的叶片质量型性状呈现丰富的多样性。叶片形状主要以卵圆形(41.86%) 为主，圆形、椭圆形次之，披针形最少仅占6.40%；叶基形状的6种类型所占比例大小依次为宽楔形>楔形>截形>圆形>心形>狭楔形；叶尖形状多为渐尖(31.98%)和长尾尖(31.40%)为主，急尖次之(28.49%)，钝尖(8.14%)最少；叶缘形状以锐锯齿(53.49%)和圆钝锯齿(30.23%)居多，全缘和复锯齿所占比例相对较少；叶片状态中除反卷类型(4.07%) 所占比例较少外，性状多为平展 (37.79%)、合抱(32.56%) 和波浪(25.58%)等；叶姿性状在各类型间分布较为均匀。

表3 梨叶片质量型性状赋值及频率

由表4可知：叶片状态、叶尖形状、叶基形状、叶片形状和叶姿等性状的变异系数均大于9个质量型性状变异系数的平均值(34.21%)，其中叶基形状、叶尖形状和叶片形状的Simpson指数分别为0.80、0.71和0.69，Shannon-weaver指数分别为1.69、1.29和1.24具有相对较高的多样性指数。叶背茸毛和托叶性状的平均值与中位数的差异小于0.1，变异系数也相对最小分别为12.90%和20.18%；Simpson指数和Shannon-weaver指数分别为0.03、0.09和0.09、0.19，说明这两个性状相对于其他性状的数据较为集中，表型变异较为稳定，多样性程度低。

表4 梨叶片质量型性状的变异情况

2.2 梨种质资源叶片数量性状表型多样性分析

由表5可知：梨种质资源叶片的6个数量型性状多样性程度较高，表型变异丰富。叶柄长、叶形指数和叶片宽的平均值和中位数的差异小于0.10，数据相对集中；数量型性状的变异系数在11.18%～31.87%之间，变异系数的平均值为21.37%，叶长、叶宽、叶形指数的变异系数分别为17.09%、17.98%和11.18%，均低于梨种质资源叶片数量型性状变异系数的平均值；除叶柄长度的Shannon-Weaver指数为2.85相对较小外，其它各数量性状的Shannon-Weaver多样性指数均在5.10～5.14之间。

表5 梨叶片数量型性状的变异情况

2.3 梨种质资源数量型性状的变异分布

对梨种质资源叶片表型的6个数量型性状进行次数频率计算，并绘制频率分布直方图。结果(图1)表明：6个数量型性状均属于正态或偏正态分布，并且各数量型性状的分布间存在差异；对其进行K-S检验，并计算统计量，结果表6表明：K-S检验中的偏度和峰度用于说明各性状的取值分布是否具有对称性和正态分布图的陡缓程度，而Z值用于判断是否符合正态分布，当a=0.05和a=0.01时Z值为1.36和1.63，在此范围内，Z值大于1.63，次数分布不符合正态分布，小于1.63时，次数分布符合正态分布图。

结合图1和表6可知，以叶柄长为例，Z<1.63，P>0.05，与正态拟合图图形大致相同，说明符合正态分布，通过对比分析，K-S检验与图形表现一致。

图1 梨叶片数量型性状次数分布图

表6 梨叶片数量型性状的 K-S检验及统计

2.4 各数量性状的的分级情况

为更好地了解新疆保存的梨种质资源叶片数量性状变异的情况，对符合正态分布的6个数量型叶片性状，参照刘孟军等[7]的概率分级方法，根据X-1.281 8 s、X-0.524 6 s、X+0.524 6 s和X+1.281 85 s 4个分点将新疆保存的梨种质资源分5级，1～5级的出现概率分别为10%、20%、40%、20%和10%(表7)。

表7 梨叶片数量型性状的分级

2.5 不同类型的梨种质资源遗传多样性

根据实验材料的不同来源，本研究将172份梨种质资源分为本地资源(27份)、引进资源(59份)、库尔勒香梨为亲本的后代群体(82份)、野生资源(4份)共4种类型。由表8可知：不同类型的材料叶片质量型性状变异有不同程度存在差异，其中本地资源中叶基形状、叶尖形状、叶缘形状、刺芒、托叶等性状的变异程度最大；引进资源中的叶片状态和叶背茸毛这两个性状的变异程度最大，杂交群体中叶姿性状的变异程度最大；野生资源中叶片形状的变异程度最大。以香梨为亲本的杂交群体叶片质量型性状均呈现较高的多样性。

表8 不同类型梨种质资源质量型性状的多样性

对4种不同类型的梨种质资源叶片6个数量型性状进行方差分析，结果(表9)表明：

表9 不同类型梨种质资源数量型性状的方差分析

6个数量型性状间均存在显著差异。叶片宽和叶面积等性状在不同来源的材料中呈现显著性差异，且按本地资源、野生资源、库尔勒香梨为亲本的后代群体、引进资源的顺序依次增大；叶柄长性状在本地资源和引进资源中呈现显著差异；叶片长性状在本地资源和野生资源中呈现极显著差异；叶周长性状在以香梨为亲本的杂交群体和野生资源中存在极显著差异。库尔勒香梨为亲本的后代群体的叶柄长、叶片长、叶形指数比其他3种类型要大，说明其的叶柄和叶片较长，叶形一般为卵圆形或椭圆形，而本地资源、引进资源、野生资源的叶柄和叶长相对比较短，叶形一般为圆形；野生资源的叶周长较大，叶片的边缘多成圆钝锯齿或复锯齿使之周长较大。

3 讨论

(1)本文研究发现新疆保存的172份梨种质资源的8个叶片质量型性状中叶基形状、叶尖形状和叶片形状的多样性指数较高，这与寒地梨种质资源表型多样性[9]和基于枝条和叶片表型性状的梨种质资源多样性[5]的研究结论一致。

(2)目前《梨种质资源描述规范和数据标准》[6]对大部分数量型性状没有设置其数值指标进行正态分布及K-S检验，本文提出了1～5级的数值分类指标，完善了评价梨种质资源叶片表型的准确性和规范性。

(3)本文对4种不同来源的材料类型的数量型性状进行方差分析发现，其在梨种质资源叶表型的叶片宽和叶面积等数量型性状上出现显著差异，但是在叶片长性状上以库尔勒香梨为亲本的后代群体资源类和引进资源类型、在叶片周长性状上本地资源和引进资源类型出现了不显著差异，这种叶周长和叶面积不同步的原因可能是叶缘锯齿和叶片形状的不同所造成的。

(4)目前许多研究者利用分子标记技术对梨种质资源的多样性进行研究，如SSR、SSA、RAPD、cp-DNA等技术[16-19]，但是研究遗传育种的特点及机理不能单一的依靠转录组、基因组等生物信息学数据，必须要结合表型性状共同支撑其研究。因此，充分挖掘表型数据并整理分析是推动育种学发展的基础，本文研究为后续的梨种质资源园艺学性状基因定位提供了大量的表型数据和研究基础。

4 结论

(1)新疆梨种质资源的质量性状发生了不同程度的变异，叶片变异程度依次为叶片状态>叶尖形状>叶基形状>叶片形状>叶姿形状>叶缘>刺芒>托叶形状>叶背茸毛，且质量型性状的平均变异系数38.39%高于数量型性状的平均变异系数21.37%，遗传背景相对丰富，有利于品种鉴定。

(2)172份新疆梨种质资源叶片的数值型性状均符合正态分布，可分为5级，其中叶柄长、叶面积、叶周长这3个性状的变异系数均大于20%，遗传多样性丰富，进一步选择的潜力很大。

(3)4种不同类型的梨种质资源(本地资源、引进资源、野生资源和库尔勒香梨为亲本的后代群体)中，库尔勒香梨为亲本的后代群体的叶片质量型性状遗传多样性指数最高为4.34，呈现较高的遗传多样性；不同类型的梨种质资源中其数量性状在均出现显著性差异。