宁夏5个野生酸枣种群遗传变异性分析

王 博,严亮亮,宋丽华

(宁夏大学 农学院,银川 750021)

酸枣(Ziziphus jujubavar.spinosa)为鼠李科枣属植物,是枣的变种,适应强,具有显著的生态、经济价值。与其他大多数果树的野生种不同,野生酸枣树在等位基因多样性、表型性状和采后品质方面差异较大[1],对非生物胁迫具有良好的耐受性,是中国北方地区栽培枣树的优良砧木,也是植被恢复、景观建设的良好候选树种。酸枣与栽培枣树品种容易杂交,是培育枣树新品种和改良枣树品质性状的遗传变异资源[2-3]。张建英等[4]对23个酸枣无性系的综合性状进行研究,结果表明酸枣果实形状多为圆形和近圆形,单果质量多分布在2.0～3.0 g,食用率大多高于野生酸枣。杨雷[5]采用灰色关联分析方法对70份酸枣种质资源的5个果实数量性状进行评价,筛选出10个综合性状较好的酸枣种质。2006年对149份酸枣种质果实的9个主要数量性状进行概率分级,提出了酸枣的5级分级标准[6],这些研究为酸枣的资源保护和开发利用提供了指导与参考。酸枣的适应性强,果实的开发利用价值也较高,但目前对酸枣资源调查及其保护与遗传改良利用方面的研究报道较少。本研究在实地调查的基础上,以采集到的宁夏不同生态立地分布的野生酸枣为材料,分析宁夏野生酸枣群体的分布、表型性状等,并与栽培枣品种进行对比,探讨野生酸枣的遗传多样性差异,以期为酸枣资源的保护和开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试验方法

在对宁夏野生酸枣实地勘察的基础上,选取宁夏吴忠市红寺堡区、银川市贺兰山滚钟口、灵武市白芨滩、中宁县牛首山以及中卫市日照山5个种群(以下分别用WZ、HLS、LW、ZN、ZW表示),这5个地区的野生酸枣分布面积较大,而且较集中成片,具有代表性。

试验材料为5个种群野生酸枣植株的成熟功能叶片与果实,成熟叶片用于测定叶片生理生态指标,果实用于测定品质指标。并采集宁夏3个栽培枣品种:‘灵武长枣’‘中宁小枣’‘同心圆枣’(分别用LWCZ、ZNXZ、TXYZ表示),与野生酸枣各个指标进行比较。各种群基本信息与地理分布见表1及图1。

表1 宁夏野生酸枣种群基本地理信息Table1 Geographic information of wild jujube population in Ningxia

2019年7月进行叶片采集,9月待果实成熟后进行采集。7月对宁夏5个不同生态种群野生酸枣调查、记录、挂牌等,每个种群随机标记30棵长势基本一致的健康植株,距离间隔10 m以上,按照东西南北方向采集健康无病虫害的成熟功能叶片,带回实验室测定。9月依据第1次采叶样时确定的GPS定位信息,采集每棵树的果实,带回实验室。

1.2 叶片和果实表型、生理、品质指标测定

采用巴比妥酸(TBA)显色法测定丙二醛(MDA)含量[12];采用NBT还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性[13];采用愈创木酚法测定(POD)过氧化物酶活性[14];采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性[15];采用茚三酮法测定脯氨酸含量[16];采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[17];采用NaOH溶液滴定法测定有机酸含量[18];采用钼蓝比色法测定维生素C含量[19];用游标卡尺(GB/T14899-94)测定叶片长、叶片宽、果实纵横经,激光叶面积仪(YMJ-C)测定叶面积;电子分析天平测量果实单果质量。

1.3 数据处理

所有数据采用Microsoft Excel 2016进行整理与分析,用SPSS 20.0、Origin与R语言进行作图与统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同野生酸枣种群表型遗传变异性分析

2.1.1 叶片表型性状分析 由图2、3和4可知,5个野生酸枣种群的单叶面积与叶片鲜质量均存在显著性差异(P面积=0.014＜0.05,P叶片鲜质量=0.011＜0.05)。其中灵武白芨滩种群的单叶面积和叶片鲜质量最大,分别为266.71 mm2和0.079 g,但栽培枣品种的叶面积与叶片鲜质量均大于野生酸枣,如‘中宁小枣’的叶面积280.32 mm2,‘同心圆枣’的叶片鲜质量为0.141 g。

2.1.2 果实表型性状分析 由图5、6和7可知,5个野生酸枣种群果实纵径、横径之间均存在极显著性差异(P纵径=0.004＜0.01,P横径=0.005＜0.01)。果实纵径和横径均表现为中宁牛首山种群＞吴忠红寺堡种群＞贺兰山滚钟口种群＞灵武白芨滩种群＞中卫日照山种群。果实纵横径最大的均为中宁牛首山种群(纵径15.36 mm,横径15.14 mm),栽培枣果实纵横径均大于野生酸枣,其中‘中宁小枣’纵横径均最小(纵径38.42 mm,横径20.71 mm)。

由图8可知,5个野生酸枣种群的单果质量之间均存在差异,吴忠红寺堡种群与中宁牛首山种群之间差异不显著(P单果质量=0.341＞0.05),贺兰山滚钟口种群与灵武滩种群之间差异不显著(P单果质量=0.054＞0.05),其余各种群之间均存在显著差异性(P单果质量=0.011＜0.05)。各种群野生酸枣单果质量表现为吴忠红寺堡种群＞中宁牛首山种群＞贺兰山滚钟口种群＞灵武白芨滩种群＞中卫日照山种群。野生酸枣单果质量最大的是吴忠红寺堡种群(1.03 g),栽培枣最小的是‘中宁小枣’(20.71),栽培枣单果质量均大于野生酸枣。

由表2可知,各种群野生酸枣果实横径变异系数较小,为0.48%～2.65%,果实纵径变异系数较小,为0.47%～2.23%,果实纵横经变异系数最大的均是中卫日照山种群,最小的均是贺兰山滚钟口种群;果实单果质量变异系数较小,为0.53%～8.33%。变异系数最大的是灵武白芨滩种群,最小的是吴忠红寺堡种群;叶面积变异系数较小,为3.78%～12.8%。变异系数最大的是贺兰山滚钟口种群,最小的是中宁牛首山种群;叶片鲜质量变异系数较大,为3.18%～15.45%。变异系数最大的是吴忠红寺堡种群,最小的是中宁牛首山种群。

表2 宁夏不同野生酸枣种群的表型变异性分析Table2 Phenotypic variability analysis of different wild wild jujube populations in Ningxia

野生酸枣表型指标中,变异系数最大的是叶片鲜质量,为12.27%;最小的是果实纵径,为1.76%。说明果实在长期的进化过程中遗传性状较为稳定,受到外界环境的影响变化较小,而叶片受到影响较大。

2.2 不同野生酸枣种群的几个生理指标遗传变异性分析

由图9可知,各野生酸枣种群的脯氨酸含量存在显著差异性(P=0.011＜0.05)。其叶片脯氨酸含量表现为灵武白芨滩种群＞中宁牛首山种群＞吴忠红寺堡种群＞贺兰山滚钟口种群＞中卫日照山种群。野生酸枣种群的脯氨酸含量均高于栽培枣品种,其中中卫市日照山种群的脯氨酸含量最低(8.94μg/g),而栽培枣品种‘中宁小枣’的脯氨酸含量最高(8.54μg/g),但仅和中卫日照山种群的含量相近。

由图10可知,5个种群酸枣叶片丙二醛含量均存在差异,其中贺兰山滚钟口种群、吴忠红寺堡种群之间差异不显著(P=0.925＞0.05),其余各种群之间均存在显著差异(P=0.012＜0.05)。酸枣叶片丙二醛含量表现为灵武白芨滩种群＞吴忠红寺堡种群＞贺兰山滚钟口种群＞中卫日照山种群＞中宁牛首山种群。除中宁牛首山种群外其余各野生种群丙二醛含量均高于栽培枣,野生酸枣种群丙二醛含量最低的是中宁牛首山种群(5.99 mmol/g),低于3个栽培枣,其余各野生种群均高于栽培枣,栽培枣丙二醛含量最高的是‘中宁小枣’(9.70 mmol/g)。

由图11可知,各种群野生酸枣叶片均存在差异,其中贺兰山滚钟口种群与中宁牛首山种群之间差异不显著(P=0.058＞0.05),其余各种群之间存在极显著性差异(P=0.001＜0.01)。可溶性糖含量表现为吴忠红寺堡种群＞灵武白芨滩种群＞中宁牛首山种群＞贺兰山滚钟口种群＞中卫日照山种群。各野生酸枣种群叶片可溶性糖含量均略高于栽培枣,野生酸枣叶片可溶性糖含量最低的是中卫日照山(27.99μg/g),栽培枣最高的是‘灵武长枣’(27.96μg/g)。

由图12可知,各种群野生酸枣叶片POD活性均存在差异,其中贺兰山滚钟口种群与中宁牛首山种群之间差异不显著(P=0.533 2＞0.05),其他种群之间差异均显著(P=0.021＜0.05)。叶片POD活性呈现为中宁牛首山种群＞中卫日照山种群＞贺兰山滚钟口种群＞吴忠红寺堡种群＞灵武白芨滩种群。各野生酸枣种群叶片可溶性糖含量均明显高于栽培枣,野生酸枣叶片可溶性糖含量最低的是灵武白芨滩种群[25.67 U/(g·min)],栽培枣最高的是‘同心圆枣’[5.47 U/(g·min)]。

由图13可知,各种群酸枣叶片SOD活性之间均存在显著性差异(P=0.003＜0.01)。酸枣叶片SOD活性呈现中宁牛首山种群＞中卫日照山种群＞贺兰山滚钟口种群＞吴忠红寺堡种群＞灵武白芨滩种群。各野生酸枣种群SOD活性均高于栽培枣,野生酸枣SOD活性最高的是中宁牛首山种群[33.95 U/(g·h)],栽培枣最高的是‘同心圆枣’[11.91 U/(g·h)]。

由图14可知,吴忠红寺堡种群与灵武白芨滩种群之间CAT活性差异不显著(P=0.646＞0.05),其余野生酸枣种群之间均存在显著性差异(P=0.021＜0.05)。各种群酸枣叶片CAT活性依次呈现中宁牛首山种群＞中卫日照山种群＞贺兰山滚钟口种群＞吴忠红寺堡种群＞灵武白芨滩种群。各野生酸枣种群叶片CAT活性均高于栽培枣,野生酸枣叶片CAT活性最低的是中宁牛首山[119.19 U/(g·min)],栽培枣最高的是‘灵武长枣’[51.10 U/(g·min)]。

由表3可知,各种群野生酸枣叶片脯氨酸含量变异系数幅度比较大,为8.55%～15.54%。变异程度最大的是灵武白芨滩种群,最小的是中卫日照山种群;叶片丙二醛含量变异系数比较大,为4.38%～28.07%。变异系数最大的是中卫日照山种群,最小的是吴忠红寺堡种群;叶片可溶性糖含量变异系数较小,为0.19%～2.12%。变异系数最大的是中卫日照山种群,最小的是贺兰山滚钟口种群;叶片POD活性变异系数较大,为6.02%～21.04%。变异系数最大的是中宁牛首山种群,最小的是灵武白芨滩种群;叶片SOD活性变异系数较大,为11.74%～31.36%。变异系数最大的是灵武白芨滩种群,最小的是吴忠红寺堡种群;叶片CAT活性变异系数较小,为22.67%～36.91%。变异系数最大的是贺兰山滚钟口种群,最小的是灵武白芨滩种群。

表3 宁夏不同野生酸枣种群的生理指标变异性分析Table3 Variability analysis of physiological index of different wild jujube populations in Ningxia

野生酸枣叶片生理指标变异性最大的是MDA含量,为23.69%;变异性最小的是叶片可溶性糖含量,为1.93%。

2.3 不同野生酸枣种群果实主要营养品质遗传变异性分析

果实的含糖量为衡量果实内在品质的一个重要指标,含糖量的多少决定果实的口感。由图15可知,各种群之间果实可溶性糖含量均存在极显著性差异(P=0.007＜0.01)。各种群野生酸枣果实可溶性糖含量大小为中宁牛首山种群＞中卫日照山种群＞灵武白芨滩种群＞吴忠红寺堡种群＞贺兰山滚钟口种群,中宁牛首山种群与中卫日照山种群立地条件相似,果实可溶性糖含量接近。由表4可见,5个野生种群中灵武白芨滩种群立地条件最苛刻,可溶性糖含量也最低。果实可溶性糖含量最高的是中宁牛首山(43.21μg/g),栽培枣最低的是‘中宁小枣’(45.90μg/g)。

表4 宁夏不同野生酸枣种群的果实品质变异性分析Table4 Variability analysis of fruit quality of different wild jujube populations in Ningxia

果实的有机酸含量是衡量果实内在品质的另一个重要指标。由图16可知,贺兰山滚钟口种群与灵武白芨滩种群之间差异不显著(P=0.072＞0.05),其余各种群之间均存在极显著差异(P=0.006＜0.01)。各种群野生酸枣果实有机酸含量大小为中卫日照山种群＞中宁牛首山种群＞吴忠红寺堡种群＞贺兰山滚钟口种群＞灵武白芨滩种群。野生酸枣种群果实有机酸含量均显著大于栽培枣,野生酸枣有机酸含量最小的是灵武白芨滩种群(2.02%),栽培枣最大的是‘中宁小枣’(0.53%)。

由图17可知,中宁牛首山种群与中卫日照山种群之间果实维生素C含量差异不显著(P=0.400＞0.05),其余各种群之间均存在显著性差异(P=0.027＜0.05)。各种群酸枣果实维生素C含量大小为吴忠红寺堡种群＞贺兰山滚钟口种群＞灵武白芨滩种群＞中卫日照山种群＞中宁牛首山种群。野生酸枣维生素C含量均高于栽培枣,野生酸枣最低的是灵武白芨滩种群(3.38 mg/g),栽培枣最高的是‘灵武长枣’(2.87 mg/g)。

由表4可知,各种群野生酸枣果实可溶性糖含量变异系数较小,为0.11%～2.59%。变异系数最大的是中宁牛首山种群,最小的是贺兰山滚钟口种群;果实有机酸含量变异系数较小,为2.07%～10.36%。变异系数最大的是中宁牛首山种群,最小的是灵武白芨滩种群;果实维生素C含量变异系数较小,为0.97%～10.36%。变异系数最大的是中宁牛首山种群,最小的是吴忠红寺堡种群。

野生酸枣果实品质变异性最大的是果实维生素C含量,为9.39%;最小的是果实可溶性糖含量,为2.48%。

2.4 不同野生酸枣种群遗传变异性综合评价分析

综合上述各指标变异性分析得到表5,由表5各个种群平均变异系数可知,遗传变异性大小表现为中宁牛首山种群＞中卫日照山种群＞贺兰山滚钟口种群＞灵武白芨滩种群＞吴忠红寺堡种群。变异系数说明各种群长期进化过程中遗传性状的多样性,变异系数越大表明遗传多样性越大。不同种群内因光照、温度、水分等非生物环境因子的差异可能对植物相关性状产生较大影响,也可能由于种群之间缺少基因交流,多样性来源绝大部分仅限于种群内因而导致种群之间遗传多样性出现较大差异。

表5 各种群平均变异系数分析Table5 Analysis of average coefficient of variation groups

通过计算5个野生酸枣种群与3个栽培枣14个指标的欧氏距离(表6)可知,贺兰山滚钟口种群与灵武白芨滩种群遗传距离最近,为44.224;中宁牛首山种群与中卫日照山种群遗传距离最近,为31.286;与吴忠红寺堡种群距离最近的是灵武白芨滩种群,距离46.464。栽培枣‘灵武长枣’与‘中宁小枣’遗传距离最近,为23.279;‘同心圆枣’与‘中宁小枣’遗传距离最近,为12.513,‘灵武长枣’与‘同心圆枣’遗传距离为31.922。遗传距离越近说明种群之间存在较大的基因交流,越远说明产生基因交流的概率越小。

表6 各种群欧氏遗传距离分析Table6 Euclidean genetic distance analysis of various population

利用表型性状、生理指标与品质指标,运用SPSS中的平均连接(组间)方法对5个野生种群与3个栽培枣的14个指标进行聚类分析(图18),当遗传距离等于2.5(图中红线)的时候,聚类结果将其分为4类,第Ⅰ类是3个栽培枣;第Ⅱ类是中卫日照山种群与中宁牛首山种群;第Ⅲ类是贺兰山滚钟口种群与灵武白芨滩种群;第Ⅳ类是吴忠红寺堡种群。这与欧氏遗传距离分析结果一致。

3 讨论与结论

本试验对宁夏5个种群野生酸枣叶片与果实表型性状、叶片生理指标与果实品质指标进行了变异系数分析,在表型变异分析中变异性最大的是叶片鲜质量,为12.27%;最小的是果实纵径,为1.76%,平均为4.46%。果实品质变异系数分析中变异性最大的是果实维生素C含量,为9.39%;最小的是果实可溶性糖含量,为2.48%,平均为3.49%。由此看出:果实在长期的进化过程中遗传性状较为稳定,有利于直接选择不同用途的果实利用类型,而叶片性状具有大量的遗传信息和丰富的选择性,这与杨雷等[6]、周俊义等[20]及邓荣华等[21]研究结果基本一致。

本试验通过对宁夏境内5个野生酸枣种群叶片和果实的表型性状、生理生态适应性进行遗传变异分析,主要结论如下:

宁夏5个野生酸枣种群叶片与果实相关性状存在差异性,表型性状平均变异性为4.46%,果实品质平均变异性为3.49%,叶片生理指标平均变异性为15.89%。

遗传变异性大小为中宁县牛首山种群＞中卫市日照山种群＞银川市贺兰山滚钟口种群＞灵武市白芨滩种群＞吴忠市红寺堡种群。

通过计算欧氏遗传距离与SPSS中平均连接(组间)法将5个野生酸枣种群与3个栽培枣品种分为4类:第Ⅰ类是3个栽培枣;第Ⅱ类是中卫市日照山种群与中宁县牛首山种群;第Ⅲ类是银川市贺兰山滚钟口种群与灵武市白芨滩种群;第Ⅳ类是吴忠市红寺堡种群。