基于数量性状的伏牛山野生中华猕猴桃资源综合评价

杨 迪,张乃群,*,王雪勇,张 军,王新军

(1.南阳师范学院 生命科学与农业工程学院,河南 南阳 473061; 2.河南伏牛山国家级自然保护区黄石庵管理局,河南 南阳 473000; 3.商洛学院 生物医药与食品工程学院,陕西 商洛 726000)

“隰有苌楚,猗傩其枝”,这是《诗经·桧风》对猕猴桃的记载,展现了我国悠久的猕猴桃文化历史。中华猕猴桃是猕猴桃科猕猴桃属多年生藤本浆果类植物[1],为我国特有猕猴桃种[2],在我国分布广泛,高适生地区主要在四川、陕西、重庆、湖北、贵州、浙江、湖南、安徽、河南、江苏、甘肃等省份,面积达1.01×106km2[3]。中华猕猴桃的果实是猕猴桃属中最大的,目前,大多数猕猴桃品种由中华猕猴桃选育而出,如红阳[4]、金桃[5]、杨氏金红50号[6]、农大金猕[7]、东红[8]、安鑫[9]等,这些品种经济价值大,风味独特,富含多种维生素、糖类、氨基酸、微量元素,深受消费者喜爱。

伏牛山属秦岭余脉(110°30′E～113°05′E,32°45′N～34°00′N),呈西北-东南走向,是我国东部季风区暖温带的南界,有明显的生态交错带特征。有学者认为伏牛山区是对气候变化反应最敏感的地区[10],植被类型丰富。据调查,伏牛山区的猕猴桃有8种7变种,遗传种质类型众多,中华猕猴桃的分布主要集中于海拔1 000 m低山丘陵地区[11]。位于伏牛山南麓的河南省西峡县是世界闻名的“猕猴桃之乡”,此地的猕猴桃是中国国家地理标志产品,现拥有野生猕猴桃资源2.66万hm2,人工栽培面积0.8万hm2[12],红阳、金桃、杨氏金红50号等由中华猕猴桃选育出的优质品种在这里广泛种植。鉴于此,本研究对伏牛山区的野生中华猕猴桃进行了调查、观察和取样,进行表型性状多样性分析,为野生中华猕猴桃种质资源保护、利用和创新,新品种选育,西峡县猕猴桃产业发展等提供基础支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2021年8—10月中华猕猴桃成熟期,对伏牛山有代表性的中华猕猴桃野生种质进行调查和取样,确定了19份成年野生中华猕猴桃种质,每份种质随机采集有代表性的10片叶片、20枚果实(图1),统计相关数量性状。材料编号、经纬度、海拔、果实形状等信息见表1[13]。

表1 19份野生中华猕猴桃种质的采集信息

图1 伏牛山野生中华猕猴桃Fig.1 Wild Actinidia chinensis in Funiu Mountain

1.2 试验方法

1.2.1 数量性状的选取与测定方法

参照文献[14-18]、NY/T 2351—2013《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南 猕猴桃属》和《猕猴桃种质资源描述规范和数据标准》[19],选取叶长、叶宽、叶柄长、叶形指数、叶柄长/叶长、果实纵径、果实横径、果柄长、果形指数、果柄长/果实纵径、果心大小、相对果心大小、单果重共13个数量性状。测量工具为游标卡尺、电子天平(0.01 g)。地理信息用全球定位系统(GPS)记录。

1.2.2 数据分析方法

最小值、最大值、变异系数等计算由Excel 2016软件完成,平均值和标准差计算、显著性分析、主成分分析、聚类分析等均由SPSS 22.0软件完成,相关性分析和作图由Origin 9.1软件完成。Shannon-weaver遗传多样性指数(H′)计算公式如下:

H′=-∑PilnPi。

(1)

式(1)中:Pi为某一性状第i类别材料份数占总份数的百分比;ln为自然对数。

2 结果与分析

2.1 伏牛山野生中华猕猴桃数量性状变异与遗传多样性分析

猕猴桃变异系数是表现计量资料变异程度的指标,其值大小与植物群体的变异幅度、表型多样性呈正相关,也体现了该性状在所选样本内的一致性和稳定性[20-21]。遗传多样性指数可体现各种间个体分配的均匀性,由植物表型性状的果实形状依据果形指数分类,果形指数值在0.8～0.9为圆形或近圆形,0.9～1.0为椭圆形或圆锥形,1.0以上为长圆形[14]。

多样性反映而出。本研究中,叶片和果实的13个数量性状变异系数范围为10.81%～47.56%,果柄长的变异系数最大,为47.56%。果柄长/果实纵径和果心大小的变异系数也较大,均在30%以上。此外,变异系数在10%～20%的数量性状有7个,在20%～30%的有3个(表2)。果柄由花梗(柄)发育而来,连接枝条与果实,为果实输送营养,调节果实生长,其长度受环境、果实密集程度等因素影响,从变异系数可看出伏牛山野生中华猕猴桃的果柄长变异非常丰富,从侧面反映了果树生长环境、果树生长结实状况的复杂性。H′为2.90～2.94,说明13个性状的遗传多样性丰富,其中,叶宽和果实横径的H′最高,果柄长/果实纵径的H′最低。叶宽和果实横径分别影响叶片和果实的大小,影响着“源”和“库”,与猕猴桃品质和经济价值密切相关,丰富的遗传多样性决定了伏牛山野生中华猕猴桃有着丰厚的育种材料基础。

表2 伏牛山野生中华猕猴桃数量性状变异与遗传多样性分析

2.2 伏牛山野生中华猕猴桃数量性状对地理因子的响应

沿经纬度将各数量性状进行方差分析发现,在不同经度的影响下,数量性状表现为生长在111°43′E的猕猴桃果心大小和相对果心大小显著大于其余经度,整体呈现出先变大后减小的趋势(表3)。在不同纬度的影响下,数量性状表现为在33°34′N和33°38′N的果实横径较大,显著高于其余纬度,在33°38′N的猕猴桃果心大小最大(表4);另外10种性状受此段经纬度影响不大。

表3 经度对伏牛山野生中华猕猴桃数量性状的影响

表4 纬度对伏牛山野生中华猕猴桃数量性状的影响

经相关性分析发现(图2),海拔、经纬度与猕猴桃数量性状无显著相关性,各数量性状间相关性较大。其中,呈显著正相关(P>0.05)的有叶长与果实纵径、果实横径、单果重,叶宽与单果重,果实纵径与果心大小,单果重与果心大小;呈显著负相关(P>0.05)的有单果重与叶柄长/叶长,果形指数与果柄长/果实纵径;呈极显著正相关(P>0.01)的有叶长与叶形指数,果实纵径、果实横径与单果重,果实横径与果心大小,果实纵径与果实横径、果形指数,单果重与果形指数,果心大小与相对果心大小;呈极显著负相关(P>0.01)的有叶形指数与叶柄长/叶长,果实横径、单果重、果心大小与果柄长/果实纵径。可见,叶与果数量性状间既有协同作用,也有拮抗作用,这对育种有重要意义。

2.3 伏牛山野生中华猕猴桃数量性状的主成分分析

对伏牛山野生中华猕猴桃的13个表型数量性状进行主成分分析,分析的结果见表5。

表5 伏牛山野生中华猕猴桃数量性状的主成分分析

所有数量性状可提取出5个主成分,累计贡献率达89.346%,能够代表绝大多数原始因子的信息。主成分1(PC1)的方差贡献率为38.884%,载荷值较大且有较大正系数的数量性状为果形指数和果实纵径,这2项反映了果实外观和果实大小,是果实品质的重要依据;主成分2(PC2)的方差贡献率为18.727%,载荷绝对值最大的为叶柄长/叶长,其次为叶柄长、叶形指数,大叶片有助于猕猴桃植株光合作用,增加了“源”,有助于物质积累,同时,大叶美观,观赏价值较高;主成分3(PC3)的方差贡献率为11.969%,果心大小的载荷绝对值最大;主成分4(PC4)的方差贡献率为11.205%,叶宽的载荷值最大;主成分5(PC5)的方差贡献率为8.560%,果柄长的载荷值最大。

将标准化的伏牛山野生中华猕猴桃13个数量性状带入5个主成分,可分别得到各主成分方程。

PC1公式为:

F1=-0.072X1-0.167X2+0.048X3+0.020X4+0.070X5+0.415X6+0.101X7+0.180X8+0.541X9-0.078X10-0.105X11-0.146X12+0.146X13;

PC2公式为:

F2=-0.235X1+0.090X2+0.315X3-0.315X4+0.381X5+0.033X6-0.011X7-0.023X8+0.060X9-0.030X10-0.006X11+0.008X12-0.012X13;

PC3公式为:

F3=-0.055X1-0.078X2-0.063X3+-0.008X4+0.003X5+0.017X6+0.208X7+0.030X8-0.174X9+0.022X10+0.442X11-0.155X12+0.202X13;

PC4公式为:

F4=0.322X1+0.589X2+0.238X3-0.059X4-0.035X5-0.066X6+0.107X7+0.001X8-0.212X9+ 0.037X10+0.029X11-0.054X12-0.016X13;

PC5公式为:

F5=-0.001X1+-0.018X2-0.030X3+0.011X4-0.019X5+0.157X6+0.169X7+0.649X8+0.029X9+0.431X10+0.029X11-0.054X12-0.016X13。

以上公式中X1～X13分别代表叶长、叶宽、叶柄长、叶形指数、叶柄长/叶长、果实纵径、果实横径、果柄长、果形指数、果柄长/果实纵径、果心大小、相对果心大小和单果重。

2.4 伏牛山野生中华猕猴桃的聚类分析

采用欧氏距离和Ward法聚类分析,当欧氏距离等于5时,19份伏牛山野生中华猕猴桃种质被分成3类(图3)。第Ⅰ类包含7份种质,分别为ZH3、ZH18、ZH13、ZH1、ZH8、ZH17、ZH16;第Ⅱ类包含3份种质,分别为ZH6、ZH12、ZH15,第Ⅲ类包含9份种质,分别为ZH2、ZH19、ZH7、ZH9、ZH4、ZH10、ZH5、ZH14、ZH11。

图3 基于欧氏距离的19份伏牛山野生中华猕猴桃种质聚类图Fig.3 Clustering map of 19 wild Actinidia chinensis germplasms in Funiu Mountain based on Euclidean distance

对3类中华猕猴桃的数量性状进行方差分析(表6),发现叶长、果实纵径、果实横径、果柄长/果实纵径、单果重5个数量性状在3个类别中存在显著差异,其余数量性状仅有大小之分,未有显著差异。叶长的均值为Ⅱ类(14.99 cm)显著大于Ⅰ类(12.80 cm)、Ⅲ类(11.01 cm);果实横径、果实纵径3个类别的均值显著性表现与叶长一致;果柄长/果实纵径的均值表现为Ⅲ类(1.29)显著大于Ⅰ类(0.85)和Ⅱ类(0.81);Ⅱ类(37.31 g)中华猕猴桃的单果重最大,其次是Ⅰ类(28.88 g),Ⅲ类(19.51 g)最小。综合来看,Ⅰ类和Ⅱ类的组间数量性状差异主要体现在叶长、果实横径、果实纵径、单果重;Ⅱ类和Ⅲ类的组间数量性状差异主要体现在叶长、果实纵径、果实横径、果柄长/果实纵径、单果重;Ⅰ类和Ⅲ类的组间数量性状差异主要体现在果柄长/果实纵径、单果重。不同组别间存在性状显著差异,可作为描述组间种质差异的重要指标,可为筛选优良种质提供有效指标。

表6 不同聚类分组的数量性状差异性分析

3 讨论

本次调查时间主要集中在8—10月,即伏牛山野生中华猕猴桃果实成熟的季节,但获得的野生中华猕猴桃样本数量有限,主要是位于较易发现位置的野生中华猕猴桃果实多数被当地农户采收用作商品,位于较深山林的野生中华猕猴桃受环境影响,结果数量少,部分不结果,给最终分析造成一定的影响。

表型多样性是遗传多样性和环境多样性的综合体现[22],遗传多样性以表型多样性为基础。经长期自然选择和对环境的适应,野生物种不同类群间已产生了明显的分化和变异[23-24]。因此,尽可能多地对遗传资源进行筛选、评价、分析,对种质资源开发有重要意义[25]。本研究通过对比19份伏牛山野生中华猕猴桃种质的13个数量性状多样性发现,各数量性状变异系数较大、遗传多样性指数高,说明存在丰富的遗传资源;其中,果柄长、果柄长/果实纵径、果心大小的变异程度较丰富。苏彦苹等[26]研究表明,燕山地区软枣猕猴桃天然种群的果心大小变异幅度大,本研究结果与此一致。王媛等[27]在研究23个不同种源的野生苦豆子表型性状时发现种子的种长、千粒重与经纬度等地理因子极显著相关。在本研究中,经纬度、海拔对中华猕猴桃的数量性状有一定程度的影响,这体现了猕猴桃对环境的适应性变化。中高海拔的软枣猕猴桃果实变短、变小,叶面积变小[28];但在本研究中,中华猕猴桃对海拔响应不显著,可能与本研究取材的海拔分布广度不够有关,可作为下一步的研究验证方向。

聚类分析结果可对野生猕猴桃种质资源进行有效筛选,针对不同育种需要进行定向选择,优化资源利用[29]。19份野生猕猴桃种质可分为3类,3个类别的猕猴桃部分数量性状差异显著,主要体现在果实数量性状上。果实纵径、果实横径、单果重是评价猕猴桃果实品质的重要指标,三者差异可作为优质种源选择的重要依据。第Ⅱ类包含的3份中华猕猴桃种质(ZH6、ZH12、ZH15)叶片较大,果实也较大且比例合适,具备开发潜力。

猕猴桃的主要经济价值体现在果实上,果实的品质是决定其是否受欢迎的关键[30],本研究的果实性状仅涉及外部性状,而果实中的还原糖、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C还未涉及,还需进一步测定。花、叶、枝等是植物的重要器官,进行表型性状研究时应尽量全面覆盖[31]。后续研究考虑采集更多的伏牛山野生猕猴桃样本,将表型研究与生理指标、分子生物学相结合,综合分析伏牛山野生中华猕猴桃种质资源的多样性。