不同種源東北杏果實(shí)表型性狀多樣性分析

董勝君， 王若溪， 張皓凱， 陳建華， 劉立新， 于慶福

(1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 遼寧 沈陽 110161； 2. 遼寧省喀左縣林業(yè)局， 遼寧 朝陽 122300)

東北杏〔Armeniacamandshurica(Maxim.) Skv.〕，又名遼杏，隸屬于薔薇科(Rosaceae)杏屬(ArmeniacaMill.)，原產(chǎn)于遼寧省和吉林省的東部地區(qū)，目前主要分布在遼寧、吉林和黑龍江。東北杏用途廣泛，木材堅(jiān)實(shí)，紋理美觀，花供觀賞，種仁(苦杏仁)供藥用和食用，杏核殼可作為活性炭材料。此外，東北杏還具有較強(qiáng)的耐寒性，是培育抗寒品種的優(yōu)良親本[1-3]。然而，目前東北杏資源尚未得到充分的開發(fā)利用，主要處于野生和半野生狀態(tài)，并且由于缺乏科學(xué)的經(jīng)營和保護(hù)措施，其野生資源已遭到嚴(yán)重破壞，野生植株數(shù)量日漸減少[4]，因此，亟需加強(qiáng)對東北杏資源多樣性的研究和保護(hù)。

表型性狀觀測是研究植物遺傳多樣性最直觀且易行的方法[5]。植物的表型性狀既具有穩(wěn)定性又具有變異性，受到自身遺傳特性和所在生態(tài)環(huán)境因子的共同影響[6-7]，能夠直觀地反映植物的遺傳結(jié)構(gòu)，對植物的遺傳多樣性研究具有重要意義。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對鹽膚木(RhuschinensisMill.)[8]、山荊子〔Malusbaccata(Linn.) Borkh.〕[9]、桃(AmygdaluspersicaLinn.)[10]、新疆野蘋果〔Malussieversii(Ledeb.) M. Roem.〕[11]、核桃(JuglansregiaLinn.)[12]、突尼斯山杏(PrunusarmeniacaLinn.)[13]、西伯利亞杏〔Armeniacasibirica(Linn.) Lam.〕[14]和新疆野杏(ArmeniacavulgarisLam.)[15-16]等樹種的表型性狀多樣性進(jìn)行了研究，但關(guān)于東北杏表型性狀多樣性的研究卻較少[4，17]，而探明東北杏資源的表型多樣性，尤其是其果實(shí)的表型多樣性，對于東北杏種質(zhì)資源的遺傳改良和品種選育至關(guān)重要。

為此，作者在遼寧、吉林和黑龍江3個(gè)省份的13個(gè)種源中選取47株生長良好的東北杏植株，對其成熟果實(shí)的16個(gè)表型性狀進(jìn)行了多重比較、變異分析、巢式方差分析和主成分分析，并對供試的13個(gè)種源進(jìn)行了聚類分析，以期了解東北杏的果實(shí)表型性狀多樣性，為東北杏種質(zhì)資源的遺傳改良和優(yōu)良品種選育提供理論依據(jù)。

1 種源地自然概況和研究方法

1.1 種源地自然概況

選取遼寧省、吉林省和黑龍江省13個(gè)種源地內(nèi)的野生東北杏進(jìn)行研究。各種源地自然概況見表1。各種源地植被均屬于長白植物區(qū)系，主要土壤類型有草甸土、棕壤和暗棕壤等，地貌主要為平原和低山丘陵。

表1 供試東北杏各種源地的自然概況

1.2 材料

每個(gè)種源各選取3～6株樹齡15～30 a、樹高6～8 m且生長良好的樣株，共47株，其中，遼寧鳳城、遼寧本溪、遼寧桓仁、遼寧新賓、遼寧清原、遼寧東陵、吉林撫松和黑龍江麻山8個(gè)種源各3株樣株，吉林磐石、吉林龍?zhí)逗秃邶埥瓕幇?個(gè)種源各4株樣株，黑龍江阿城種源5株樣株，吉林敦化種源6株樣株。

1.3 方法

于2016年6月至8月(即果實(shí)成熟期)，在每個(gè)樣株東、南、西、北4個(gè)方向的果枝上各選取20個(gè)發(fā)育正常的成熟果實(shí)，參照《山杏種質(zhì)資源調(diào)查及評價(jià)技術(shù)規(guī)程》[18]，使用電子天平(精度0.01 g)稱量單果質(zhì)量、單果核質(zhì)量和單果仁質(zhì)量，使用游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果實(shí)側(cè)徑、果肉厚度、果核縱徑、果核橫徑、果核側(cè)徑、果核殼厚度、果仁縱徑、果仁橫徑和果仁側(cè)徑，其中，果實(shí)、果核和果仁的縱徑為各自縱截面的頂部到基部的最大距離，果實(shí)、果核和果仁的橫徑為各自橫截面的腹縫線到另一側(cè)的最大距離，果實(shí)、果核和果仁的側(cè)徑為各自腹縫線兩側(cè)的最大距離。根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算出核率和出仁率，計(jì)算公式分別為出核率=(單果核質(zhì)量/單果質(zhì)量)×100%和出仁率=(單果仁質(zhì)量/單果核質(zhì)量)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

利用EXCEL 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；參照李偉等[19]的方法計(jì)算Shannon-Wiener指數(shù)；利用SPSS 22.0軟件對各表型性狀進(jìn)行多重比較(Duncan’s法)、變異分析、巢式方差分析和主成分分析；利用R 3.6.2軟件，采用Ward法對13個(gè)種源進(jìn)行聚類分析，聚類前將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換；參照江錫兵等[6]的方法計(jì)算表型分化系數(shù)。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀多樣性分析

不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2)表明：黑龍江阿城種源的單果質(zhì)量(6.43 g)和果實(shí)縱徑(22.75 mm)均最大，其單果質(zhì)量顯著大于遼寧本溪等4個(gè)種源，果實(shí)縱徑顯著大于遼寧鳳城等6個(gè)種源。吉林磐石種源的果實(shí)橫徑(24.56 mm)、果實(shí)側(cè)徑(22.23 mm)和果肉厚度(4.13 mm)均最大，其果實(shí)橫徑和果實(shí)側(cè)徑顯著大于遼寧鳳城等11個(gè)種源，果肉厚度顯著大于其余12個(gè)種源。遼寧鳳城種源的單果核質(zhì)量(1.35 g)最大，顯著大于遼寧桓仁等8個(gè)種源。吉林撫松種源的果核縱徑(19.39 mm)、果核殼厚度(1.66 mm)和果仁縱徑(12.23 mm)均最大，其果核縱徑顯著大于遼寧鳳城等4個(gè)種源，果核殼厚度顯著大于遼寧本溪等6個(gè)種源，果仁縱徑僅顯著大于遼寧東陵種源。遼寧新賓種源的果核橫徑(16.07 mm)和果核側(cè)徑(11.25 mm)均最大，其果核橫徑僅顯著大于吉林龍?zhí)斗N源，而13個(gè)種源間的果核側(cè)徑無顯著差異。吉林磐石種源的單果仁質(zhì)量(0.34 g)和果仁側(cè)徑(6.77 mm)均最大，其單果仁質(zhì)量顯著大于吉林敦化種源，果仁側(cè)徑顯著大于遼寧桓仁和遼寧新賓2個(gè)種源。黑龍江麻山種源的果仁橫徑(9.39 mm)最大，顯著高于吉林敦化種源。遼寧本溪種源的出核率(32.61%)最高，顯著高于遼寧桓仁等3個(gè)種源。吉林龍?zhí)斗N源的出仁率(35.09%)最高，顯著高于遼寧鳳城等4個(gè)種源。

由表2還可見：果核殼厚度和單果仁質(zhì)量的Shannon-Wiener指數(shù)相等且最大，均為2.04；果肉厚度、果核縱徑、果核橫徑和果核側(cè)徑的Shannon-Wiener指數(shù)較低，分別為1.89、1.84、1.79和1.74；其余10個(gè)果實(shí)表型性狀的Shannon-Wiener指數(shù)為1.92～2.03。

表2 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的比較及Shannon-Wiener指數(shù)分析

不同種源東北杏果實(shí)表型性狀變異系數(shù)分析結(jié)果(表3)表明：16個(gè)果實(shí)表型性狀中，單果質(zhì)量的種源間變異系數(shù)(34.77%)最大，出核率的種源間變異系數(shù)(28.84%)次之，并且，除果仁縱徑(9.44%)和果仁橫徑(9.40%)外，其他果實(shí)表型性狀的變異系數(shù)均大于10%。從各種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值來看，7個(gè)種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值大于10%，6個(gè)種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值小于10%，其中，吉林敦化種源(19.67%)最大，黑龍江阿城種源(19.34%)次之，黑龍江麻山種源(5.35%)最小。并且，16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間變異系數(shù)均值(17.38%)大于種源內(nèi)變異系數(shù)均值(11.20%)。

表3 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的變異系數(shù)分析

對供試13個(gè)種源東北杏16個(gè)果實(shí)表型性狀的巢式方差分析結(jié)果(表4)表明：單果仁質(zhì)量、果仁縱徑和果仁側(cè)徑在種源間和種源內(nèi)的差異均不顯著；果核殼厚度、出核率和出仁率在種源間差異顯著或極顯著，但在種源內(nèi)差異不顯著；果核縱徑、果核橫徑、果核側(cè)徑和果仁橫徑在種源內(nèi)差異顯著或極顯著，但在種源間差異不顯著；其余6個(gè)果實(shí)表型性狀在種源間和種源內(nèi)的差異均顯著或極顯著。

16個(gè)果實(shí)表型性狀中，單果仁質(zhì)量的種源間表型分化系數(shù)(99.91%)最大，出核率的種源間表型分化系數(shù)(97.51%)次之，果核側(cè)徑的種源間表型分化系數(shù)(9.93%)最?。还藗?cè)徑的種源內(nèi)表型分化系數(shù)(90.07%)最大，單果仁質(zhì)量的種源內(nèi)表型分化系數(shù)(0.09%)最小。經(jīng)計(jì)算，16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間表型分化系數(shù)均值為52.19%，種源內(nèi)表型分化系數(shù)均值為47.81%。

2.2 東北杏果實(shí)表型性狀的主成分分析

主成分分析結(jié)果(表5)表明：前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.79%，說明前4個(gè)主成分可基本反映東北杏果實(shí)表型性狀的大部分信息。第1主成分的貢獻(xiàn)率為39.83%，其中，單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果實(shí)側(cè)徑和果核橫徑特征向量的絕對值較大，均大于0.7，說明該主成分主要反映東北杏果實(shí)性狀特征。第2主成分的貢獻(xiàn)率為18.37%，其中，單果核質(zhì)量、出核率和出仁率特征向量的絕對值較大，均在0.5以上，說明該主成分主要反映東北杏果核性狀特征。

表4 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的巢式方差分析及表型分化系數(shù)比較1)

表5 東北杏果實(shí)表型性狀的主成分分析

第3主成分的貢獻(xiàn)率為12.18%，其中，單果仁質(zhì)量、果仁側(cè)徑和出仁率特征向量的絕對值較大，均在0.6左右，說明該主成分主要反映東北杏果仁性狀特征。第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.41%，其中，果核縱徑、果仁縱徑和果仁側(cè)徑特征向量的絕對值較大，說明該主成分也主要反映東北杏果仁性狀特征。

2.3 不同種源東北杏果實(shí)表型性狀的聚類分析

基于13個(gè)種源東北杏的16個(gè)果實(shí)表型性狀對供試種源進(jìn)行聚類分析(圖1)，并計(jì)算各類群的果實(shí)表型性狀均值(表6)。結(jié)果表明：在歐氏距離17.5處，供試的13個(gè)種源被分成A和B類；在歐氏距離7.5處，進(jìn)一步分成不同亞類，其中，A類分成A1、A2、A3和A4 4個(gè)亞類，B類分成B1和B2 2個(gè)亞類。

A類包含遼寧桓仁、遼寧清原、遼寧東陵、吉林磐石、吉林龍?zhí)?、黑龍江寧安、黑龍江麻山和黑龍江阿?個(gè)種源，這些種源的單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果實(shí)側(cè)徑、果肉厚度、果仁橫徑、果仁側(cè)徑和出仁率的均值均高于B類種源。其中，A1亞類包含遼寧東陵、遼寧清原和遼寧桓仁3個(gè)種源，果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果核中等，果仁小，出核率低，出仁率中等；A2亞類僅吉林磐石1個(gè)種源，果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)、果核和果仁大，果肉最厚，出核率和出仁率中等；A3亞類包含黑龍江麻山和黑龍江寧安2個(gè)種源，果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果核小，果仁大，出核率中等，出仁率高；A4亞類包含黑龍江阿城和吉林龍?zhí)?個(gè)種源，果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)大，果核小，果核殼最薄，果仁中等，出核率最低，出仁率最高。

P1： 遼寧鳳城Fengcheng of Liaoning； P2： 遼寧本溪Benxi of Liaoning； P3： 遼寧桓仁Huanren of Liaoning； P4： 遼寧新賓Xinbin of Liaoning； P5： 遼寧清原Qingyuan of Liaoning； P6： 遼寧東陵Dongling of Liaoning； P7： 吉林撫松Fusong of Jilin； P8： 吉林磐石Panshi of Jilin； P9： 吉林敦化Dunhua of Jilin； P10： 吉林龍?zhí)禠ongtan of Jilin； P11： 黑龍江寧安Ning’an of Heilongjiang； P12： 黑龍江麻山Mashan of Heilongjiang； P13： 黑龍江阿城Acheng of Heilongjiang.

表6 不同類群東北杏果實(shí)表型性狀的均值

B類包含遼寧鳳城、遼寧本溪、遼寧新賓、吉林撫松和吉林敦化5個(gè)種源，這些種源的單果核質(zhì)量、果核縱徑、果核橫徑、果核側(cè)徑、果核殼厚度、果仁縱徑和出核率的均值均高于A類種源。其中，B1亞類包含吉林敦化、遼寧鳳城和遼寧本溪3個(gè)種源，果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果仁小，果核中等，出核率最高，出仁率低；B2亞類包含吉林撫松和遼寧新賓2個(gè)種源，果實(shí)特征總體表現(xiàn)為果實(shí)和果仁中等，果肉厚，果核最大，果核殼厚，出核率高，出仁率最低。

3 討論和結(jié)論

關(guān)于杏屬其他種類表型性狀多樣性的研究結(jié)果表明：供試杏屬種類單果質(zhì)量的變異程度豐富[20-21]。本研究中，東北杏單果仁質(zhì)量和果核殼厚度的Shannon-Wiener指數(shù)相同且最大(2.04)，其余14個(gè)果實(shí)表型性狀的Shannon-Wiener指數(shù)也較大(1.92～2.03)。13個(gè)種源16個(gè)果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值為5.35%～19.67%，其中，吉林敦化種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值最大，而黑龍江麻山種源果實(shí)表型性狀變異系數(shù)的平均值最小。上述結(jié)果均表明東北杏果實(shí)表型性狀差異較大，變異豐富。

一般認(rèn)為，變異系數(shù)高于10%，表示植物性狀差異較大[22-23]。巢式方差分析結(jié)果顯示：除單果仁質(zhì)量、果仁縱徑和果仁側(cè)徑外，其他果實(shí)表型性狀在種源間和種源內(nèi)大多存在顯著或極顯著差異。并且，16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間變異系數(shù)均值(17.38%)大于種源內(nèi)變異系數(shù)均值(11.20%)。說明東北杏果實(shí)表型性狀在種源間和種源內(nèi)均存在廣泛的變異，且在種源間的變異更大。此外，東北杏16個(gè)果實(shí)表型性狀的種源間表型分化系數(shù)均值為52.19%，明顯大于種源內(nèi)表型分化系數(shù)均值(47.81%)，進(jìn)一步說明東北杏果實(shí)表型性狀變異主要來自種源間。

東北杏果實(shí)表型性狀較多，且各表型性狀間關(guān)系復(fù)雜，良種選育難度較大。主成分分析結(jié)果表明：前4個(gè)主成分的特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.79%，其中，第1主成分主要反映果實(shí)性狀特征，第2主成分主要反映果核性狀特征，第3和第4主成分主要反映果仁性狀特征。說明這4個(gè)主成分基本能夠反映東北杏果實(shí)表型性狀的大部分信息，這與馬發(fā)旺等[24]的研究結(jié)果相似。本研究選擇的16個(gè)果實(shí)表型性狀與東北杏果實(shí)產(chǎn)量密切相關(guān)，各主成分中特征向量絕對值較大的性狀是導(dǎo)致東北杏果實(shí)表型差異的主要因子，應(yīng)作為生產(chǎn)實(shí)踐的重點(diǎn)觀測性狀。

聚類分析結(jié)果表明：在歐氏距離17.5處，供試的13個(gè)種源被分成2類，并在歐氏距離7.5處分成不同亞類。A類種源果實(shí)大，出仁率高，適用于選育大果或仁用類型，其中，A2亞類種源的果實(shí)、果核和果仁大，果肉最厚，適用于選育大果類型，A3亞類種源的果仁大，出仁率高，適用于選育高產(chǎn)大仁類型；A4亞類果核殼最薄，出仁率最高，適用于選育薄核殼或高出仁率類型。B類種源果核大，果核殼厚，出核率高，適用于選育核殼用類型，其中，B1亞類種源的出核率最高，適用于選育高產(chǎn)核殼類型；B2亞類種源的果核最大，果核殼厚，出核率高，適用于選育大果核類型。值得注意的是，各種源的聚類結(jié)果與種源地的地理分布并未完全吻合，這可能與種源地的地形、土壤條件和海拔等因子以及植被類型差異等有關(guān)[25-26]。

綜上所述，東北杏果實(shí)性狀變異豐富，且變異主要來源于種源間，應(yīng)選擇不同類群種源作為不同目標(biāo)的育種材料。另外，本研究僅研究了2016年各種源東北杏的果實(shí)表型性狀，而不同年份氣候差異可影響東北杏的果實(shí)表型性狀，因此，需要對不同年份各種源東北杏的果實(shí)表型性狀進(jìn)行連續(xù)觀測和研究。