广西大果甜杨桃表型多样性评价

刘航宁，陈庆梅，梁维忠，任 惠，田景非，李佳欣，陈雨寒，周 琼

（1.广西大学农学院，广西 南宁 530004；2.广西壮族自治区农业科学院园艺研究所，广西 南宁 530007）

【研究意义】杨桃（Averrhoa carambolaL.）又名五棱果、杨桃、五稔等，是酢浆草科（Oxalidaceae）阳桃属（Averrhoa）乔木，原产于马来西亚和印度尼西亚，是我国南方地区栽培较多的果树之一。杨桃果实兼具食用和药用价值，生长快，早结丰产，适应性强，并且可以周年供果，深受果农和消费者喜欢。广西是我国最早开展杨桃新品种选育的地区之一，近年来自主选育了大果甜杨桃1 号、大果甜杨桃2 号、大果甜杨桃3 号等品种，但是对大果甜杨桃叶片表型性状的研究报道还未涉及，开展叶片表型性状多样性研究对大果甜杨桃叶片性状的改良和育种工作意义重大。【前人研究进展】表型性状多样性是种质资源遗传多样性的重要组成部分［1］，表型性状的变异与品种改良、良种选育密切相关［2］，叶片作为植物感知环境变化的重要器官和光合作用的重要场所［3-4］，具有较强的可塑性和环境敏感性［5］，其形态特征变化是作物遗传变异的重要表征之一［6］。郭琪等对96 份刺槐种质资源的叶片表型多样性进行研究，结果表明刺槐种质资源多样性丰富，为刺槐叶片性状的改良和育种工作提供了帮助［7］；何润铭等对95 份番茄品种资源进行了分析，结果表明各番茄品种的表型性状具有丰富的遗传多样性［8］；张捷等探讨了叶片表型性状在不同风铃木物种间的遗传变异，揭示了9 个可靠的种间变异性状，为我国风铃木类植物的分类研究、栽培生产和推广应用提供了参考［9］。【本研究切入点】目前，对杨桃的研究主要集中在分子生物学［10-11］、繁殖技术［12］、栽培管理技术［13］、采后保鲜［14］、药理药效［15］等方面，杨桃叶片表型性状多样性的研究鲜有报道，因此本研究以广西自主选育的大果甜杨桃系列品种为试验材料，对其叶片表型性状多样性进行研究。【拟解决的关键问题】通过研究广西大果甜杨桃表型多样性特征，了解大果甜杨桃的表型多样性，提高广西大果甜杨桃种质资源的保存和利用水平，同时也可为大果甜杨桃叶片性状的改良和育种工作提供帮助。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料均来自种植于广西壮族自治区农业科学院园艺研究所科研试验基地杨桃种质资源圃内生长状况良好的杨桃种质资源，这些种质资源于2007 年种植，株行距为3.0 m×3.5 m。其中，大果甜杨桃1 号由马来西亚引进的甜杨桃品种B10 选育，2007 年通过广西壮族自治区农作物品种审定；大果甜杨桃3 号由马来西亚引进的甜杨桃品种B17 选育，2007 年5 月通过广西壮族自治区农作物品种审定；大果甜杨桃2 号、4 号和6号均由大果甜杨桃1 号选育，分别于2007 年3 月、2013 年6 月和2016 年8 月通过广西壮族自治区农作物品种审定。

1.2 试验方法

2022 年5 月，在广西大学农学院测定保存完好且生长正常的大果甜杨桃品种的叶片，共测定12 个表型性状，包括复叶长（Compound leaf length，CLL）、复叶宽（Compound leaf width，CLW）、复叶柄 长（Compound petiole length，CPL）、复叶主轴长（Compound leaf spindle length，CLSL）、复叶鲜质量（Fresh quality of compound leaves，FQOCL）、小叶数量（Leaflet numbers，LN）6 个复叶性状，顶生小叶长（Terminal leaflet length，TLL）、顶生小叶宽（Terminal leaflet width，TLW）、顶生小叶鲜质量（Fresh quality of terminal leaflet，FQOTL）3 个顶生小叶性状，侧生小叶长（Lateral leaflet length，LLL）、侧生小叶宽（Lateral leaflet width，LLW）、侧生小叶鲜质量（Fresh quality of lateral leaflets，FQOLL）3 个侧生小叶性状。在天气晴朗的上午，每一大果甜杨桃品种选取2 株生长正常、健康的植株，每一植株于树冠外部同一高度东、南、西、北、中5 个方位随机采取成熟健康的复叶各两片测量，每个品种20 片。

1.3 数据分析

用Excel 2019 对观测记录的数据进行整理和分析，计算12 个性状的平均值、最小值、最大值、标准差和变异系数，其中变异系数（%）=标准差/平均值×100。用SPSS 26.0 进行相关性、主成分和聚类分析。聚类时采用平方欧氏距离和组间平均连接距离法。

2 结果与分析

2.1 大果甜杨桃叶片表型性状变异分析

大果甜杨桃叶片表型的描述统计结果（表1）表明，12 个叶片表型性状的变异系数范围在9.97%～28.94%，平均变异系数为16.86%，可见不同品种大果甜杨桃的不同性状间存在一定差异，其叶片表型多样性较为丰富。其中，顶生小叶鲜质量、复叶鲜质量和侧生小叶鲜质量的变异系数均大于28%，表明复叶鲜质量、顶生小叶鲜质量和侧生小叶鲜质量具有较大的离散程度；其次为复叶主轴长和复叶柄长，变异系数均大于17%；复叶宽变异系数最小、为9.97%，离散程度较小。

表1 大果甜杨桃12 个叶片表型性状分析Table 1 Analysis of 12 leaf phenotypic traits of Daguotianyangtao

2.2 大果甜杨桃叶片表型性状相关性分析和主成分分析

大果甜杨桃叶片表型性状相关性分析结果（表2）表明，复叶长与复叶宽、复叶柄长、复叶主轴长、复叶鲜质量、小叶数量、顶生小叶长、顶生小叶鲜质量均呈极显著正相关，与顶生小叶宽呈显著正相关；复叶宽与复叶柄长、复叶主轴长、复叶鲜质量、小叶数量、顶生小叶长、顶生小叶宽、顶生小叶鲜质量均呈极显著正相关；复叶柄长与顶生小叶长呈极显著正相关；复叶主轴长与复叶鲜质量、小叶数量、顶生小叶长呈极显著正相关，与顶生小叶鲜质量呈显著正相关；复叶鲜质量与小叶数量、顶生小叶长、顶生小叶宽、顶生小叶鲜质量均呈极显著正相关，与侧生小叶鲜质量呈显著正相关；小叶数量与顶生小叶长、顶生小叶宽、顶生小叶鲜质量、侧生小叶长、侧生小叶宽、侧生小叶鲜质量均未表现出相关性；顶生小叶长与顶生小叶宽、顶生小叶鲜质量均呈极显著正相关；顶生小叶宽与顶生小叶鲜质量呈极显著正相关；顶生小叶鲜质量与侧生小叶鲜质量呈显著正相关；侧生小叶长与侧生小叶宽、侧生小叶鲜质量呈极显著正相关；侧生小叶宽与侧生小叶鲜质量呈极显著正相关。

表2 大果甜杨桃叶片表型性状相关性分析Table 2 Correlation analysis of leaf phenotypic traits of Daguotianyangtao

由表3 可知，大果甜杨桃叶片12 个表型性状间存在不同程度的相关性，表明不同性状间存在较为复杂的关系，对其综合评价较为复杂，且可能造成信息上的互相重叠。因此，本研究采用主成分分析法将12 个叶片表型性状进行重新组合，转换成几个不相关的综合指标，简化研究问题，且能反映出较多信息［16］。大果甜杨桃叶片12 个表型性状的主成分分析结果表明，前4 个主成分对应的特征值分别为4.693、2.051、1.765和1.178，均大于1，各个主成分的方差贡献率分别 为39.109%、17.092%、14.708% 和9.813%，累积贡献率达到80.723%，表明前4 个主成分能代表大部分大果甜杨桃叶片的表型性状变异信息。贡献率为39.109%的主成分1 中，复叶长的特征值最大、为0.896，其次是复叶宽和复叶鲜质量，特征值分别为0.885 和0.878，表明主成分1 主要反映与复叶相关的性状；主成分2 的贡献率为17.092%，侧生小叶宽的特征值最大（0.858），侧生小叶鲜质量特征值次之（0.775），侧生小叶长特征值为0.769，表明主成分2 主要反映与侧生小叶相关的性状；第3 主成分的贡献率为14.708%，复叶指标小叶数量的特征值最大（0.750），顶生小叶宽的特征值为负，但绝对值较大，复叶主轴长的特征值为正且较大，表明主成分3 主要反映与复叶相关的性状；第4 主成分贡献率最小（9.813%），复叶柄长特征值为正值且显著高于其他特征值，表明主成分4 主要反映与复叶相关的性状。在12 个叶片性状中，虽然其他性状也有一定程度变异，但复叶的5 个性状是主要变异来源。

表3 大果甜杨桃主要表型性状的主成分分析Table 3 Principal component analysis of main phenotypic traits of Daguotianyangtao

2.3 大果甜杨桃叶片表型性状聚类分析

对大果甜杨桃12 个叶片表型性状聚类分析，结果（图1）表明，当距离为5 时，5 个大果甜杨桃品种可分为3 个类群：第1 类群包含种数最多，有3 个种，分别是大果甜杨桃1 号、大果甜杨桃4 号和大果甜杨桃6 号；第2 类群包含1 个种，为大果甜杨桃2 号；第3 类群包含1 个种，为大果甜杨桃3 号。表明大果甜杨桃叶片在每个类群之间的表型性状存在较大差异，这对大果甜杨桃种质资源叶片性状育种群体的建立具有重要意义。

图1 大果甜杨桃叶片表型性状聚类分析Fig.1 Cluster analysis of leaf phenotypic traits of Daguotianyangtao

2.4 大果甜杨桃类群表型差异分析

对3 个类群大果甜杨桃的12 个叶片表型性状数据进行归类，结果（表4）表明，第2 类群有1 个种（大果甜杨桃2 号），复叶长、复叶宽、复叶主轴长、复叶鲜质量、小叶数量、顶生小叶长、侧生小叶长显著高于其他两个类群；第1 类群包含3 个种，分别为大果甜杨桃1 号、大果甜杨桃4 号、大果甜杨桃6 号，这一类群的复叶柄长显著高于其他两个类群；第3 类群仅有1 个种（大果甜杨桃3 号），该类群的顶生小叶宽显著高于其他两个类群。第2 类群复叶鲜质量最大（2.74 g），第1 类群次之（2.40 g），两者间差异不显著；顶生小叶鲜质量与侧生小叶宽在3 个类群之间均无显著差异。因此，通过比较3 个类群，在测定的6 个复叶性状中，第2 类群在复叶长、复叶宽、复叶主轴长、复叶鲜质量和小叶数量指标中均最优；在测定的3 个顶生小叶性状中，第2 类群顶生小叶长指标最优；在测定的3 个侧生小叶指标中，第2 类群均最优。

表4 大果甜杨桃3 个类群表型性状Table 4 Phenotypic traits of three groups of Daguotianyangtao

3 讨论

种质资源是自然界宝贵的材料库和基因库，也是栽培和品种改良最有价值、最关键、最基本的原材料［17-18］。科学分析种质资源的表型性状，详细了解其遗传变异和育种潜力，可为优异种质的挖掘、创新和利用提供重要支撑，同时也可为选种育种提供重要参考［19］。目前，叶片表型多样性分析已经广泛应用于浙江省柿树［20］、小果油茶［21］、青杨［22］、柴达木盆地唐古特白刺［23］等植物种质资源的多样性评价中，表明对植物叶片进行表型多样性分析是可靠的。

叶片表型性状是植物光合和抗逆等特性的集中体现，其变异程度与整个植物生态系统的结构和功能密切相关［24］。变异系数是物种在某一性状上数值离散程度的反映，其数值越大表明物种对环境的适应性较强，数值越小则表明物种在该性状上表现较稳定［25-26］，一般情况下，当变异系数大于10%时，表明此性状在各品种间存在较大差异，也意味着该抽样群体中的个体在此性状上变异程度较大，该性状的基因资源得到了较好保存［27］。本试验中，大果甜杨桃12 个叶片表型性状平均变异系数为16.86%，除复叶宽（9.97%）外，其余11 个性状变异系数全部大于10%、最高达28.94%，表明在大果甜杨桃长期栽培生长中，外在表型在不同品种间具有较大遗传差异，其在叶片表型性状上遗传多样性极为丰富，这为大果甜杨桃品种叶片性状的改良提供了可能。此外，3 个与叶片鲜质量有关的性状的变异系数均大于28%，分别为复叶鲜质量（28.48%）、顶生小叶鲜质量（28.94%）、侧生小叶鲜质量（28.16%）；复叶宽变异系数最小（9.97%），是较稳定的性状。表明遗传潜力在各性状间是不同的，与叶片鲜质量相关的性状变异系数较大，育种者选择大果甜杨桃叶片鲜质量进行遗传改良时较容易取得成功，这与吴春文等［18］在银杏种质资源表型性状遗传多样性上的研究结果一致。

表型性状的相关性研究中，由于各性状间具有不同程度相关性，因而在后续研究中可通过一种性状间接选择另一种性状，为优良单株早期筛选提供参考［23］。本研究相关性分析结果表明，大果甜杨桃各叶片性状间呈现出不同程度的相关性关系，如复叶长与复叶主轴长相关系数高达0.882，复叶主轴长与小叶数量的相关系数为0.673。基于此，选择大果甜杨桃叶片相关性极显著的性状进行改良时，需考虑对其中一个性状改良后对其他表型性状的影响；若选择相关性不显著的性状组进行改良时，改良其中一个性状后对其他性状造成的影响较小［28］。此外，张深梅等［29］对大别山山核桃果实和叶片表型多样性的研究表明，大别山山核桃果实鲜质量、果实横径、薄壳厚度均与顶生小叶长、顶生小叶宽、侧生小叶长3 个性状具有极显著正相关关系，大果甜杨桃叶片表型性状与其果实表型之间是否存在相关关系还有待进一步研究。

主成分分析将数量较多的变量综合为几个不相关的综合指标，从而有利于减少数据维度，达到减少评价工作量的目的［25］。目前，已有较多研究通过主成分分析进行种质资源表型性状探讨，如董德珂等对532 份箭筈豌豆种质资源进行主成分分析，将9 个复叶表型性状分为5 个主成分，累积贡献率83.650%［30］；吴春文等对银杏种质资源的21 个表型性状综合为7 个主成分，累积贡献率82.324%［18］。本研究将大果甜杨桃12 个表型性状分为4 个主成分，累积贡献率为80.723%，可作为大果甜杨桃叶片性状选择的综合指标，其中复叶长、侧生小叶宽、小叶数量、复叶柄长是4 个主成分的主导因子，进一步表明大果甜杨桃叶片之间的差异主要为复叶间的差异，这与郭琪等［7］在山西刺槐种质资源叶片表型多样性上的研究结果一致。

聚类分析可根据总体内各个元素的相似程度对其进行分类，是一种科学合理的种质资源分类方法，对选择育种材料具有重要指导意义［31-32］。本研究采用聚类分析将5 个大果甜杨桃品种分为3 大类，其中第2 类群的大果甜杨桃2 号在复叶长、复叶宽、复叶主轴长、复叶鲜质量、小叶数量、顶生小叶长、、侧生小叶长、侧生小叶宽和侧生小叶鲜质量9 个表型性状指标中均最优，可作为叶片性状育种优先考虑的品种。

4 结论

大果甜杨桃12 个叶片表型性状的多重比较和变异分析表明，各个表型性状差异较大，各性状的变异系数分布在9.97%～28.94%之间，植株的顶生小叶鲜质量、复叶鲜质量、侧生小叶鲜质量、复叶主轴长和复叶柄长是变异较大的性状；相关性分析结果表明，大果甜杨桃各叶片表型性状呈现出不同程度的相关性，可为其叶片性状的改良提供一定的理论依据；在大果甜杨桃12 个叶片表型性状中，主成分分析共提取4 个主成分，累积贡献率达80.723%，复叶长、侧生小叶宽、小叶数量、复叶柄长是影响大果甜杨桃叶片表型的主要性状；聚类分析结果将其分为3 类，开展叶片性状育种工作时可优先选择第2 类，复叶长、复叶宽、复叶主轴长、复叶鲜质量、小叶数量、顶生小叶长、侧生小叶长、侧生小叶宽和侧生小叶鲜质量9 个表型性状指标中均最优，具有较高的育种价值。