油橄榄种质资源表型性状多样性分析与评价

戚建莉,张 荣,吴文俊,姜成英,*,赵梦炯,金高明,陈炜青

(1.甘肃省林业科学研究院 油橄榄工程技术研究中心,甘肃 兰州 730020; 2.国家林业草原油橄榄工程技术研究中心,甘肃 兰州 730020)

油橄榄(OleaeuropaeaL.)属木犀科(Oleaceae)木犀榄属(Olea),是一种长寿的多年生植物,地理分布广泛,在生长区域表现出较大的遗传和表型变异[1-2];其鲜果榨取的橄榄油为高级食用油,享有“植物油皇后”的美誉,被称为世界上最健康的食用油和完美的功能性食品[3]。油橄榄品种繁多,据统计,世界各地油橄榄栽植品种共计1 275个,我国从20世纪60年代开始,先后从7个国家引进150多个品种,为油橄榄育种提供了丰富的物种资源[4-6]。目前,甘肃陇南是我国油橄榄主要适生区和最大产业带,截至2021年底,甘肃油橄榄种植面积约50 667 hm2,年产油约6 200 t。但在该区域普遍存在品种间生物学特性不明朗、同一品种在各地的表现不一致的问题,从而导致种质资源进行深入、系统、全面评价的工作难度较大。因此,加强油橄榄种质资源的鉴定和评价显得尤为重要。

对不同油橄榄种质资源进行鉴定和评价是筛选优良种质和合理利用种质资源的前提。目前,表型性状仍然是种质资源研究最基本的方法和途径[7],也是观察植物外部器官生长特征或反映其变异情况必不可少的重要环节[8]。油橄榄种质资源表型性状遗传多样性分析与评价方面有少量的研究基础,如严毅等[9]对海口林场47株油橄榄结果树9个表型性状进行多样性分析,认为表型性状在株间均存在较丰富的变异,且生殖器官变异水平大于营养器官变异水平;孙文勇等[10]分析了十堰市的6个不同油橄榄品种的叶片和果实表型性状,认为不同油橄榄品种间表型性状存在显著差异;闫辉强等[11]对甘肃陇南市的4个不同品种油橄榄果实进行了表型性状分析,认为各品种间果实性状参数存在不同程度的差异。随着甘肃栽培品种逐渐增多,主要是从欧洲油橄榄生产国引进的品种和我国自主选育的品种,如莱星、皮瓜尔、科拉蒂、皮削利、鄂植8号、城固32等,由于不同地域之间频繁的品种交换,同名异物和同物异名现象较普遍[12],从而导致品种相对混乱,种质不清,性状不一,严重影响油橄榄品质化、高产化发展,亟待开展种质资源的鉴定和评价研究。鉴于此,本研究对甘肃省林业科学研究院陇南市油橄榄国家林木种质资源库收集保存的35份油橄榄种质的16个表型性状和11个特征描述进行了多样性鉴定评价,旨在探究油橄榄种质之间的变异特点和遗传多样性,根据不同育种目标划分种质类群,并从中挖掘优异种质,以期为油橄榄筛选骨干亲本和合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省陇南市武都区白龙江河谷地带,地处33°24′N、104°55′E,海拔1 079 m,年平均气温14.2 ℃,年平均日照时间1 560.4 h;极端最高温度35.6 ℃,最低温度-8.1 ℃;年平均降水量551.2 mm,相对湿度61%;属北亚热带干热河谷区,相似于地中海气候,适宜油橄榄栽培。

1.2 材料

试验于2021年在陇南市油橄榄国家林木种质资源库进行,35份种质均为2019年春季嫁接,砧木为18 a的城固,树体长势、立地条件和水肥等栽植管理水平基本一致。35份油橄榄种质资源信息见表1。

表1 供试油橄榄种质材料信息Table 1 Information of olive germplasm resources

1.3 表型性状调查与方法

试验选取的16个表型性状和11个特征描述,按照国际油橄榄理事会出版物WorldCatalogueofOliveVarieties要求的记载登记方法进行统计记录。所有材料于采收当天进行各项指标的测量。

叶片性状调查:每个样株选取3株长势基本一致的结果树作为调查对象。每株从树冠外围东、南、西、北4个方向随机选取健康、无病虫害的一年生枝条,在枝条中部选取生长均匀、成熟的叶片,每个方向7～8片,每株共计30片,每个品种90片,采摘后密封保鲜。叶长、叶宽用精度0.01 mm的电子显示游标卡尺测量,计算叶形指数。

果实性状调查:每个样株选取3株生长基本一致的结果树作为调查对象,在树冠外围东、南、西、北4个方向随机选取健康、无病虫害的果实,每株采摘30个,每个品种采集90个果实,采摘后混合,密封保鲜。用精度0.01 mm电子显示游标卡尺测量其果实纵径、果实橫径、果核纵径、果核橫径、果肉厚,用精度0.01 g的电子天平称量单果重和果核重,计算其果形指数、果核指数、果肉率。

果实含油率的测定:果实水分、干果含油率和鲜果含油率由兰州海关技术中心测定。

Il=dll/drl;

(1)

If=dlf/drf;

(2)

Ik=dlk/drk;

(3)

Rp=(mf-mk)/mf;

(4)

Rw=(m1-m2)/m1。

(5)

式(1)～(5)中,Il表示叶形指数,dll表示叶片纵径,drl表示叶片横径;If表示果形指数,dlf表示果实纵径,drf表示果实横径;Ik表示果核指数,dlk表示果核纵径,drk表示果核横径;Rp表示果肉率,mf表示单果重,mk表示果核重;Rw表示果实含水量,m1表示烘干前样品重,m2表示烘干后样品重。

1.4 数据统计

采用Excel 2007软件处理数据,并计算各数值型性状的最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数。利用SPSS 21.0软件对各指标进行聚类分析、主成分分析和相关性分析,用One-way ANOVA分析品种间各变量的差异。

2 结果与分析

2.1 不同油橄榄种质描述型性状多样性

由表2和表3可知,35份油橄榄种质11个描述型性状中,不同性状在群体中出现的频率不同,其中果实形状以椭圆形为主,占65.71%;果实对称中稍不对称和不对称的居多,占42.86%;果顶和果基形状以圆形为主,占60%;果顶60%无凸起;果实大多有果粉,占97.14%,仅科拉蒂表面光滑无果粉;大多数种质果面斑点较少,占42.86%;叶片形状以椭圆披针形为主,占85.71%;叶尖形状以尖为主,占80%;叶基形状以楔形为主,占77.14%;叶片弯曲形状以平直为主,占74.29%。

表2 油橄榄果实的描述性性状Table 2 Descriptive characters of olive fruit

表3 油橄榄叶片的描述性性状Table 3 Descriptive characters of olive leaf

2.2 不同油橄榄种质数量型性状差异性

结合表4和表5可以看出,35份油橄榄种质资源的表型性状差异性均达到显著水平(P<0.05)。从果实外表指标来看,种质小尼的果实纵径、橫径、单果重、果肉厚、果核横径、果肉率均达到最大,分别为27.57 mm、21.44 mm、7.63 g、6.33 mm、9.17 mm、87.77%;奇迹的果实纵径、果实橫径、单果重、果核横径、果核重均最小,分别为13.68 mm、9.77 mm、0.76 g、5.41 mm、0.20 g;云杂3的果肉率最小,为62.12%;希腊-3的果形指数最大,为1.76,豆果的最小,为1.12;云杂1的果肉厚最小,为1.79 mm;爱桑果核纵径最大,为20.18 mm,豆果最小,为10.05 mm;爱桑的果核指数最大,为2.80,豆果的果核指数为1.58;鄂植8号的果核重最大,为1.00 g。由外观形态可以看出,小尼的果实属于果肉厚、果型比较大的大果型,而奇迹、豆果的果实属于小果型。

表4 油橄榄种质资源表型性状Table 4 Phenotypic traits of olive germplasm resources

表5 油橄榄种质资源表型性状统计情况Table 5 Statistics of phenotypic characters of olive germplasm resources

从果实水分和含油率来看,35份不同的油橄榄种质果实含水量为32.79%～85.56%,平均含水量为61.85%,其中绿源小苹果的果实含水量最大,为85.56%,贝拉次之,为81.90%,M1的果实含水量最小,为32.79%。干果含油率的变幅为18.10%～61.30%,平均值为29.66%,其中切姆拉里最大,云杂1最小。鲜果含油率变幅为3.97%～26.15%,平均值为11.06%,其中切姆拉里最大,为26.15%,M1次之,为21%,绿源小苹果的最小,为3.97%。由此可见,果实的含水量和含油率之间存在必然联系,含水量越大,鲜果含油率就越小,反之亦然。

从叶片表型指标来看,苏里的叶片最长,为72.22 mm,鄂植8号叶片最短,为43.46 mm;软阿斯叶片最宽,为16.08 mm,会理-X叶片宽最小,为9.23 mm;贺吉布兰卡的叶形指数最大为6.85,鄂植8号的叶形指数最小为3.52。

由表5可知,35份油橄榄种质资源的16个表型性状的变异系数为8.64%～55.87%,平均为21.67%,其中变异系数最大的是单果重,为55.87%,其次是鲜果含油率和果核重,分别为40.02%、35.30%,变异系数最小的是果肉率,为8.64%。变异系数小于10%的只有果形指数和果肉率2个指标,变异系数大于20%的指标有果实横径、单果重、果肉厚、果核重、干果含油率、鲜果含油率,说明这些指标离散程度较大,遗传变异分化更广泛,今后可以通过这些指标进行遗传改良。

综合方差分析和变异系数可以看出,35份油橄榄种质资源的表型性状遗传多样性较高,资源类型丰富,种质之间存在的差异大,有利于优异种质的筛选。

2.3 不同油橄榄种质表型性状的相关性

对16个数量型表型性状指标进行了相关性分析,结果(表6)表明,35份油橄榄种质各表型性状间大多存在极显著或显著相关性。果实纵径、果实横径、单果重、果肉厚、果核纵径、果核横径、果核重和果肉率相互之间均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,说明果实与果核的纵横径越大,单果重和果核也就越重,果肉越厚,果肉率也会显著提高。果形指数与果实横径和果核橫径呈显著(P<0.05)负相关,而与果核指数呈极显著(P<0.01)正相关,与果核纵径呈显著(P<0.05)正相关,说明果形指数与果核指数、果核纵径有一定关系,果形指数越大,果核指数也越大;果实与果核外观形状基本保一致,果实和果核的横径越小,果实外观性状更接近细长型,横径越大,果实和果核更接近椭圆形和卵形。

表6 油橄榄种质资源表型性状相关性Table 6 Correlation of phenotypic characters of olive germplasm resources

叶长与叶宽呈极显著(P<0.01)正相关,与叶形指数呈显著(P<0.05)正相关。叶宽与叶形指数呈极显著(P<0.01)负相关。果实表型性状指标与叶片表型性状指标之间存在一定的相关关系,果肉率和果肉厚与叶形指数呈显著(P<0.05)正相关,果肉率与叶片宽度呈现极显著(P<0.01)负相关,说明改变叶片形状可能有利于果实果肉的积累,叶片越长、越窄,果实果肉率可能会越高。

从果实含水量和含油率来看,干果含油率和鲜果含油率与果实横径、单果重、果核横径、果核重、叶片长、叶片宽、果实水分均呈现负相关,但不显著,仅鲜果含油率与果实水分呈极显著(P<0.01)负相关,干果含油率与鲜果含油率呈极显著(P<0.01)正相关,说明果实的含水量越高,其鲜果含油率就越低。

2.4 不同油橄榄种质表型性状的主成分分析

对35份油橄榄种质的16个数量型表型性状进行主成分分析,结果表明(表7),以特征值为主成分筛选标准,16个性状可以被提取为5个主成分,特征值分别为6.803、2.747、2.234、1.592、1.286,均大于1,累积贡献率达到91.633%,可以反映35份油橄榄种质16个表型性状的主要特征信息。

表7 油橄榄种质资源表型性状的主成分分析Table 7 Principal component analysis of phenotypic characters of olive germplasm resources

第1主成分贡献率为42.516%,根据特征向量绝对值大小可以看出,单果重、果实橫径、果实纵径、果肉厚、果核纵径、果核橫径、果肉率特征向量值均较大,起主要决定作用,可以把第1主成分作为果实外观品质和产量的综合指标。第2主成分贡献率为17.166%,果形指数和果核指数起决定作用,其特征向量分别为0.875、0.865,说明第2主成分可以反映果实和果核形状的特征;第3主成分贡献率为13.962%,鲜果含油率和干活含油率对其作用最大,特征向量分别为0.918、0.768,主要反应果实含油率的表型性状;第4主成分贡献率为9.951%,叶形指数对其起到决定作用,特征向量为0.732;第5主成分贡献率为8.038%,叶长对其起到决定作用,特征向量为0.739;第4和第5主成分主要反映了叶片形状和大小相关的表型性状。每个主成分按照特征向量绝对值由高到低选取2个指标,前5个主成分包括重复指标共筛选出7个有代表性的指标,分别是单果重、果形指数、果核指数、鲜果含油率、干果含油率、叶形指数、果实水分,可作为油橄榄种质资源评选和选育鉴定工作的重要指标。

2.5 不同油橄榄种质表型性状的聚类分析

如图1和表8所示,对35份种质样本进行聚类分析,在欧氏距离为10处可将35份油橄榄种质资源分成5个类群。

序号同表1。The serial number were the same as in Table 1.图1 油橄榄种质资源表型性状聚类分析Fig.1 Cluster analysis of phenotypic characters of olive germplasm resources

表8 五个类群16个数量性状的均值Table 8 Mean values of 16 quantitative traits in 5 groups

第Ⅰ类群包括拉多利亚2、希腊-3、绿源1、云杂2、城固32、云杂1、云杂3,这7个品种主要特征是果实小,平均单果重、果实纵径、果实横径、果肉厚、果核重、果肉率在几个类群中最小,而叶片在几个类群中最大,平均叶长为64.40 mm,叶宽为14.08 mm,果实水分处于中间,干果含油率最小,为22.14%。综合各性状指标来看,该类群果实较小,叶片大,果实水分居中,干果含油率低于其他4个类群。

第Ⅱ类群包括小尼、鄂植8、米提尼、M2、苏里、M4等24个品种,占总种质数量的68.57%,主要特征是果实相对较大,其中平均果实纵横径、单果重、果肉率仅次于第Ⅲ类群,平均干果含油率为30.51%,鲜果含油率为11.47%。综合各性状指标来看,该类群的果实含油率在几个类群中处于中间水平。

第Ⅲ类群包括贝拉和绿源小苹果,其特征是果实水分多,平均果实含水率高达83.73%,均高于其他4个类群,而鲜果含油率最低,平均鲜果含油率仅为4.77%。说明果实水分含量越多,其含油率就越低。

第Ⅳ类群为M1,其特征是果实水分最少,仅为32.79%,干果含油率为31.25%,鲜果含油率为21.00%,其含油率相对较高,仅次于第Ⅴ类群,叶片最短,叶形指数最小,单果重和果肉厚仅次于第Ⅲ类群,果实也较大。

第Ⅴ类群为切姆拉里,其特征是干果含油率和鲜果含油率都高于前面4个类群,其含量分别为61.30%和26.15%,但果实不大。

3 讨论

3.1 油橄榄种质资源表型性状多样性

植物种质资源研究中表型性状是重要的研究部分,表型性状是遗传因子和环境因素共同作用的结果,而表型变异又是遗传多样性研究中的重要部分[13]。尽管现代分子生物学手段为种质资源研究提供了稳定有效的方法,但仍需对种质资源表型性状进行调查和分析[14]。本研究综合评价了35份油橄榄种质资源的表型性状多样性。结果显示,35份油橄榄种质资源的表型性状差异性均达到显著水平,说明不同油橄榄种质间的表型性状存在不同程度的差异性,其结果与韩锐等[15]和耿树香等[16]的研究结果一致。

变异系数反映了物种在某一性状上数值的离散程度,变异系数越大说明物种对环境的适应性越强,越小说明物种在该性状上越稳定[17]。本研究中35份油橄榄种质资源表型性状的变异系数在8.64%～55.87%,平均变异系数达到21.67%。秦倩等[18]研究表明,陇南市17个油橄榄品种的数量性状变异系数介于4.46%～54.83%,本研究结果与其基本一致。徐悦等[19]研究表明,陇南市83个油橄榄品种数量性状变异系数为10%～58%,其结果相比本研究略高,产生差异的原因有可能与所选种质不同有关,可能是同一区域不同结果年份(大小年)导致的。油橄榄品种间表型性状具有丰富的遗传多样性,因此在对种质资源评价过程中,不只需要表型鉴定,还需要结合分子标记等技术手段进行深入研究,为油橄榄的保护利用提供科学依据。

3.2 油橄榄种质表型性状多样性的综合评价

主成分分析是一种既能把握综合性状,又能提高效率的种质资源评价与筛选的方法[20]。本研究通过主成分分析将35份油橄榄种质的16个表型性状提取出了5个主成分,累积贡献率达到91.633%,可以反映出表型性状的主要特征信息。结合相关性分析表明,35份油橄榄种质表型性状中,鲜果含油率与果实水分呈极显著负相关,相关系数达-0.580,说明在油脂形成过程中,油橄榄果实水分增多,会使油橄榄果油的积累受到影响,从而导致含油率降低,其结果与耿树香等[16]的结果一致。含油率与果实外观品质指标没有显著相关性,说明本研究中含油率与果实大小关系不明显,这与前文中聚类分析结果前后呼应,而与申展等[21]研究的文冠果含油率随种子变大而上升的结果相反,这可能是油橄榄含油率与油橄榄品种、地理起源和收获年份气候条件的关系更大[22]。

聚类分析可以反映参试品种的类别特征,根据其相似度进行归类,为种质分类和选育工作提供科学合理的方法和依据[23]。耿树香等[24]通过聚类分析将云南引种的82份油橄榄种质按遗传距离等于0.023 9可分为9类,本研究对35份种质资源的表型性状进行聚类分析,在欧氏距离为10处可分成5个类群,分别具有不同的育种目标,可为油橄榄骨干亲本创制筛选和杂种优势利用提供理论依据。第Ⅰ类群主要特征是果实、果核小,叶片大,果实水分居中,干果含油率和鲜果含油率低,其用途可以从油脂组分、内含物等其他方面进行挖掘;第Ⅱ类群主要特征是果实相对较大,果实含油率在几个类群中处于中间水平,可以考虑作为油果兼用品种;第Ⅲ类群可以作为果用品种考虑;第Ⅳ类群和第Ⅴ类群其特征是含油率高,可作为油用品种挖掘利用。综上所述,不同油橄榄种质间表型性状差异较大,生物多样性较为丰富,小尼、绿源小苹果、M1、切姆拉里等种质表型性状突出,可作为亲本选配。通过相关性分析,共筛选出单果重、果形指数、果核指数、鲜果含油率、干果含油率等7个指标作为产量和含油率评价的重要指标。在前期研究的基础上,后续将对国内外引进保存的不同油橄榄种质的抗逆性、丰产性和核心种质构建等进行研究,这些方面均与目前油橄榄种质保存利用所面临的主要困难相关。