不同产地大红袍花椒表型变异研究

吴顺科, 孙丙寅，郑 涛，刘淑明

(1.陕西省凤县平木镇林业站, 陕西 凤县721700; 2.杨凌职业技术学院; 3 西北农林科技大学 理学院，陕西 杨凌 712100)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是芸香科(Rutaceae)花椒属(Zanthoxylum)有刺乔木或灌木，我国有39种14变种[1]，栽培面积、年产量均居世界首位[2]。花椒具有耐干旱、耐瘠薄、适应性强、繁殖容易、结果早、产量稳定、栽培技术简单、经济效益大、根系发达、枝叶茂密、树冠宽阔、抗风力强等优点，已经成为干旱、半干旱山地、丘陵地区重要的生态、经济林树种[3]。花椒不仅具有食用与药用价值，还有明显的生态效益，市场需求量与日俱增，具有广阔的发展前景。

表型多样性研究是物种多样性研究的重要组成部分，是植物多样性的最直观反映，具有易于观察、操作简单等优点，是研究遗传多样性最为直接有效的方法之一[4-5]。开展不同地区大红袍花椒表型性状的综合评价，可以了解花椒对不同地理生态环境的响应，探明花椒表型性状的变异规律。对不同地区花椒的表型性状进行主成分分析、相关性分析、聚类分析，可以确定不同花椒品种间的亲缘关系以及不同表型性状之间的相关性，为花椒的表型区分提供理论依据。

本研究于2020年7-9月在四川、陕西、山西、河南、山东、河北、甘肃、青海等省，选取并收集具有地域代表性的“大红袍”系列花椒17个品种的叶片、果实、径皮，并调查记录其分布、生长情况和生境条件，包括海拔、经纬度、树高、冠幅，采集图像。对不同地区“大红袍”花椒叶片表型性状[6]、果实表型性状[7]、皮刺表型性状[8]进行测定研究，以期为全国不同地域大红袍花椒表型的区分提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料包括甘肃省(武都大红袍、秦安大红袍、秦安葡萄椒)、陕西省(韩城大红袍、狮子头、凤县大红袍、横山大红袍)、河南省(宝香丹)、山东省(莱芜大红袍、莱芜少刺、枣庄大红袍)、四川省(汉源供椒)、河北省(涉县大红袍)、山西省(交城大红袍、小红冠)、青海省(循化大红袍、贵德大红袍)等8个省份的17份大红袍花椒，采样信息见表1。

表1 不同地区大红袍花椒采样信息表

1.2 试验方法

1.2.1 叶片表型性状观测 从每个样树的东、南、西、北4个方向的结果枝和营养枝各随机选取5枚复叶，共计20枚；分别统计各复叶的小叶数，测定叶片的小叶长、小叶宽、小叶叶形指数(小叶长/小叶宽)、顶叶长、顶叶宽、顶叶叶形指数(顶叶长/顶叶宽)。

1.2.2 果实表型性状及经济性状观测 根据样树结实状况，从标准枝中部任意部位开始计数，逢 5 抽取果穗作为样穗，选取10穗；测定不同品种花椒的穗粒数，随机选取20粒果实测定果实横径、纵径、果形指数(纵径/横径)。

1.2.3 皮刺表型性状观测 从每个样树的东、南、西、北4个方向各选3个营养枝(共计12个)，调查枝条总长度、皮刺数量，任选其中1个枝条，从枝条基部1/4处开始，沿同一侧顺序摘取10个皮刺，测量皮刺的高、宽、厚，并计算枝条单位长度(cm)皮刺数(整枝皮刺数/整枝长度)。

1.3 数据分析

试验数据采用 Excel2010、SPSS24.0、Origin Pro 2020(b)软件进行处理分析。所有测定结果均以平均值(Mean)± 标准偏差(Sd)表示。样品间的差异显著性采用单因素方差分析(One Way ANOVA)邓肯氏检验法测验。

2 结果与分析

2.1 不同产地大红袍花椒叶片表型性状

不同产地大红袍花椒叶片表型性状对比结果(表2)显示，17个大红袍花椒叶片的小叶数基本在7～11片，枣庄大红袍的小叶数最多，其余花椒小叶数差异不显著(P<0.05)。顶叶和其余小叶的长、宽、长宽比均反应花椒叶片的大小形状。

表2 不同大红袍花椒叶片形态指标

叶片的测定结果显示，秦安大红袍的小叶长、小叶宽最大为(40.07±5.93)、(26.87±3.19)mm，枣庄大红袍的小叶长、小叶宽最小为(19.19±2.93)、(9.78±1.56)mm；凤县大红袍的顶叶长、顶叶宽均最大为(65.50±7.48)、(36.69±2.22)mm，枣庄大红袍的顶叶长、顶叶宽最小为(33.79±4.23)、(11.61±1.40)mm，由叶片长、叶宽数据可看出，循化花椒、秦安葡萄椒、秦安大红袍、武都大红袍、凤县大红袍的叶片较其它产地的花椒的叶片大。

叶形按叶长与叶宽之比(叶形指数)和最大叶幅位置确定，通常分为披针形(叶形指数>3.0)、长椭圆形(3.0>叶形指数>2.5)、椭圆形(2.5>叶形指数>2.0)和卵圆形(叶形指数<2.0)等四类。叶形指数是反应叶片性状的重要指标，叶形指数越大，说明叶片越狭长。枣庄大红袍花椒的小叶和顶叶的叶形指数均最大，其中枣庄大红袍、莱芜大红袍、莱芜少刺的顶叶叶形指数较其余花椒差异显著，且均在2.5～3.0之间，表明叶形属于长椭圆形；宝香丹、小红冠、汉源贡椒的顶叶叶形指数在2.0～2.5之间，表明叶形属于椭圆形，其它11份大红袍花椒顶叶叶形指数均小于2.0，表明叶形属于卵圆形；所有叶片的小叶叶形指数均小于2，说明17个大红袍的小叶均为卵圆形。顶叶叶形指数和其余小叶叶形指数之间差值最大的是莱芜大红袍、枣庄大红袍，宝香丹、莱芜少刺次之；叶形指数相差最小的是秦安大红袍。

综上分析，横山、交城、涉县大红袍花椒叶片表型之间差异较小；秦安、武都、凤县大红袍较为接近；韩城大红袍、狮子头、小红冠之间差异较小；莱芜大红袍、莱芜少刺叶片表型差异不明显；枣庄大红袍与其余品种间具有较大差异。

2.2 不同产地大红袍花椒果实表型性状对比

从17份大红袍花椒的果实表型性状及经济性状对比试验结果(表3)可知，所有果实表型指标均差异显著(P<0.05)。穗粒数是体现花椒丰产性能的重要性状之一，穗粒数的多少从数量证明花椒是否丰产；花椒颗粒的大小从重量上体现花椒的丰产。不同大红袍花椒穗粒数最大的宝香丹(83.42±10.51)个，其次是狮子头(79.52±10.40)个。果纵径和果横径变异幅度分别为5.01～6.37、4.52～5.77 cm，花椒果实的纵径最大的为宝香丹(6.37±0.36)mm，狮子头(6.01±0.30)mm、武都大红袍(5.84±0.20)mm、小红冠(5.81±0.29)mm次之。果形指数反映了花椒果实的外部形态，是花椒品种之间相互区别的参照因素之一。所有花椒果实果形指数均大于1，表明果纵径大于果横径，即花椒果实为长圆形。汉源贡椒的果形指数最大，为(1.19±0.03)，横山大红袍(1.06±0.03)、秦安葡萄椒(1.06±0.02)最小。

表3 不同大红袍花椒果实表型性状及经济性状对比

综上分析，秦安、武都、凤县大红袍在穗粒数、果形指数等重要指标之间差异较小；横山、涉县、交城大红袍在穗粒数与其余品种间具有较大差异；河南宝香丹的穗粒数最大；果形指数汉源贡椒最大。

2.3 不同产地大红袍花椒皮刺表型性状对比

花椒枝干的10 cm单位长度皮刺数是反映花椒营养枝上皮刺的疏密程度的重要性状，是生产栽培推广中区分不同品种花椒的手段之一。不同产地大红袍花椒皮刺表型性状测定结果(表4)显示，不同地区的花椒皮刺差异显著(P<0.05)。枣庄大红袍的10 cm长度皮刺数最大为(12.40±1.84)个，贵德大红袍为(11.20±1.93)个次之，莱芜少刺的最小，为(5.20±0.63)个。

表4 皮刺表型性状的测定结果

皮刺的高、宽、厚是从三维层面反映花椒皮刺的大小，是生产中选择栽培品种时较为重要的参考因素。凤县大红袍的皮刺高、皮刺宽均最大，分别为(17.28±3.39、(12.25±3.31)mm；涉县大红袍的皮刺高最小，为(7.11±1.28)mm；秦安葡萄椒的皮刺宽最小，为(4.13±0.89)mm；宝香丹的皮刺厚最大，为(4.49±0.52)mm，狮子头的皮刺厚最小，为(2.02±0.72)mm。

综上分析，就皮刺表型性状而言，地处高海拔的贵德、循化、汉源花椒皮刺表型性状差异较小；秦安、武都、凤县大红袍之间差异较小；韩城大红袍、狮子头、小红冠之间差异较小；秦安葡萄椒与其余品种间具有较大差异。

2.4 不同产地大红袍花椒表型性状的聚类分析

从选取、标准化处理的15个表型评价指标，并使用Origin 2020 b采用Hierarchical cluster analysis聚类方法，以平方Euclidean 距离为衡量标准，构建的聚类分析热图(图1)可看出，17份大红袍花椒被分为6类：第Ⅰ组群为宝香丹，其主要特征是果实的纵横经最大，皮刺较厚；第Ⅱ组群为枣庄大红袍，其主要特征是，叶形指数最大；第Ⅲ组群为横山大红袍、交城大红袍、涉县大红袍；第Ⅳ组群为秦安葡萄椒，其主要特征是顶叶叶形指数最小，果实较小；第Ⅴ组群由莱芜大红袍、莱芜少刺、韩城狮子头、小红冠、韩城大红袍组成，其主要特征是叶片大小中等，第Ⅵ组群包括高海拔的汉源贡椒、循化大红袍、贵德大红袍，秦安大红袍、武都大红袍、凤县大红袍。

图1 表型性状聚类热图

3 讨论与结论

表型遗传性状不仅为植物育种提供重要信息，也是种质资源评价的重要指标。植物表型性状涵盖植物的花、叶、果实及树体，对于花椒经济林树种来说主要体现在叶片、果实、皮刺上。植物表型的变异是基因和生境互作的结果，植物表型的变化反应植物结构和物质的组成，反应植物在不同生境下的生长发育过程[9]。不同地区植物对当地生境的适应性主要受气候、坡向、海拔、经纬度等影响，在生境因子的长期作用下，不同的植物会产生对生境的适应性，随之会产生表型的变异[10]。利用植物表型性状的变化，应该能够将不同植物基因型和生境的决定作用区别开来[11]。

利用植物表型性状揭示植物在不同生境下的变异以及适应性在石榴[12]、樱桃[13]和文冠果[14]等经济作物的研究中被广泛应用。全面掌握不同地区大红袍花椒的表型变异，有利于探索复杂多变的生态因子对花椒表型性状变异的影响，挖掘基因和生态因子对生物其生态环境的决定程度。表型变异越大，可能存在的遗传变异也越大[15]。花椒在推广栽植过程中大量地区间的引种交流以及长期的自然选择和人工选择，形成丰富的表型变异。

本试验不同产地17份大红袍花椒种质资源的表型性状分析结果表明，除了小叶数之外，其他表型性状差异显著，均有不同程度的变异，表现出丰富的多样性。小叶长、小叶宽、顶叶长、顶叶宽以及皮刺的植物学表型性状变异较大；而果实的横径、纵径的变异较小，显示花椒的营养器官对不同地理生态条件反应更加敏感，更易发生变异。聚类分析将不同地区17份大红袍花椒分为6个组群，同一组群的表型性状相似，不同组群间的特征明显；聚类分析结果表明不同产地的大红袍花椒，在叶片、果实、皮刺等生物学性状上存在明显差异，具有明显的由西到东逐渐变化的地域性特征，但也存在交叉聚类现象，说明花椒在不同的遗传背景、不同的迁徙扩散路径及不同的地理生境的差异是形成大红袍花椒组群表型性状多样性的主要原因。