基于堅果表型性狀的新疆老齡核桃種質(zhì)資源多樣性分析*

李 根，鄧鳳彬，金 強，趙振坤，武鵬雨，付嘉智，劉春花，張 銳

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與 深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，阿拉爾843300）

核桃別名胡桃，為胡桃科胡桃屬，喬木，屬溫帶樹種[1]，分布廣泛，具有較高的經(jīng)濟和藥用等價值[2]。中國是核桃屬植物的起源和分布中心之一，栽培核桃已有2 000 多年歷史，是世界上核桃栽培面積和產(chǎn)量最大的國家[3]，其種質(zhì)資源豐富[4]。新疆作為核桃主產(chǎn)區(qū)之一，其野生、實生核桃資源十分豐富[5]。新疆核桃資源經(jīng)過自然選擇和繁衍生息，以及長期實生繁殖和人工馴化引種，形成了適應(yīng)本地區(qū)干旱少雨、晝夜溫差大、多風(fēng)沙的優(yōu)質(zhì)特色核桃種質(zhì)資源[6]。并不斷呈現(xiàn)勃勃生機，以和田、喀什、阿克蘇3 個地區(qū)栽培較多，良種也較多，逐漸形成了新疆核桃資源重要的寶庫[7]。又因其異花授粉，通過種子進行繁殖，新疆老齡核桃形態(tài)變異類型十分豐富[5]，所以其表型性狀發(fā)生變異的可能性就越高[8]，且具有極強的地域特點[9]。

自20 世紀以來，大量的學(xué)者對核桃進行了研究，多數(shù)圍繞生態(tài)起源[10-12]、胚胎學(xué)[13-17]、解剖學(xué)[18-21]、孢粉學(xué)[22-24]等方面進行研究。其中形態(tài)學(xué)[25-27]研究，是利用物種表型特征作為研究生物多樣性的方法之一，它具有簡單易操作、直接觀測、經(jīng)濟方便的特點。生物形態(tài)結(jié)構(gòu)是適應(yīng)環(huán)境的產(chǎn)物，且植物群體遺傳結(jié)構(gòu)也包括地理變異成分，所以可以通過植物種群的表型特征和地理分布來鑒定物種[28-30]。了解老齡核桃，一方面可以幫助我們了解種質(zhì)資源多樣性狀況，遺傳結(jié)構(gòu)及地域間的親緣關(guān)系；另一方面，還可以幫助我們對種質(zhì)資源進行區(qū)劃，進而制定合理開發(fā)利用的方案和育種策略[31-32]。本研究以新疆喀什、和田、阿克蘇、巴音郭楞蒙古自治州4個地區(qū)的老齡核桃種質(zhì)資源為研究對象，通過對主要表型性狀指標的變異分析和聚類分析，初步探討新疆老齡核桃的表型多樣性，并對新疆老齡核桃資源的來源進行區(qū)域判別，以期為核桃的實生選育和種質(zhì)資源保護利用策略的制定提供一定的理論參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采樣地為新疆喀什、和田、阿克蘇、巴音郭楞蒙古自治州4 個地區(qū)的17 個縣，其覆蓋南疆環(huán)塔里木盆地綠洲所有存在老齡核桃的縣市。樹體選取生長于農(nóng)家庭院、村落周圍及農(nóng)田里，胸徑大于80 cm 的本地實生農(nóng)家類型核桃種質(zhì)資源。

1.2 試驗方法

2019 年9—10 月，在樹冠外圍隨機選取成熟核桃果實，去掉核桃青皮，用網(wǎng)袋裝好平鋪在通風(fēng)良好處晾曬。每個采樣地選取經(jīng)過自然晾曬的10 個成熟核桃堅果，參照堅果等級標準[33-37]對16 個核桃堅果質(zhì)量性狀（表1）進行描述觀察，并賦值（香濃-維納指數(shù)）；用電子天平（精度0.001 g）稱量核桃堅果單果重和單仁重，用數(shù)顯游標卡尺（精度0.01 mm）測量堅果縱徑、橫徑、側(cè)徑、去縫合線長（核桃縱徑減去核桃尖到底部的長度）、去縫合線寬（核桃橫徑減去兩邊凸起縫合線的寬度）、殼胴（沿核桃縫合線垂直方向核桃腹部兩側(cè)靠近底部1/3 處的寬度）、核桃殼厚度等指標，并計算三徑平均值、出仁率、果形指數(shù)。

表1 新疆核桃種質(zhì)資源表型性狀及分級標準

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理，用SPSS 20.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，用Origin 2019 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆老齡核桃種質(zhì)資源不同采樣地堅果表型多樣性分析

2.1.1 不同采樣地質(zhì)量性狀多樣性分析

如表2 所示，17 個采樣地老齡核桃種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的平均香濃-維納指數(shù)為1.003，其中和田縣最高，為1.250；其次為墨玉縣、葉城縣，分別為1.203、1.183；且末縣最低，為0.645。16 個質(zhì)量性狀的平均香濃-維納指數(shù)中以堅果形狀最高，為2.142；堅果出仁情況次之，為1.708；種仁氣味最低，為0.047。

表2 不同采樣地老齡核桃種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的香濃-維納指數(shù)

16 個質(zhì)量性狀的平均香濃-維納指數(shù)中，堅果形狀為2.142，其中和田縣最高，為2.678，拜城縣最低，為1.418；堅果光潔度為0.925，其中天山神木園最高，為1.382，且末縣最低，為0.000；堅果顏色為1.691，其中和田縣最高，為2.289，英吉沙縣最低，為1.224；果頂果肩形狀為1.656，其中阿克蘇市最高，為2.333，烏什縣最低，為0.414；果底形狀為1.343，其中溫宿縣最高，為1.572，洛浦縣最低，為0.918；縫合線特征為0.344，其中葉城縣最高，為1.000，且末縣、英吉沙縣、莎車縣、天山神木園、于田縣、阿克蘇市、拜城縣最低，均為0.000；縫合線緊密度為0.460，其中天山神木園最高，為1.459，疏勒縣、洛浦縣、烏什縣、且末縣、英吉沙縣、拜城縣最低，均為0.000；核殼溝紋為0.711，其中天山神木園最高，為1.000，疏勒縣最低，為0.000；露仁情況為0.078，其中輪臺縣最高，為0.999，庫車縣次之，為0.323，其余均為0.000；內(nèi)褶壁為1.080，其中葉城縣最高，為1.565，洛浦縣最低，為0.000；隔膜為0.812，其中庫車縣最高，為1.166，于田縣最低，為0.353；取仁難易度為0.760，其中烏什縣最高，為1.252，且末縣最低，為0.000；種仁飽滿度為0.710，其中洛浦縣最高，為1.585，烏什縣、拜城縣、且末縣最低，均為0.000；種仁皮色為1.587，其中庫車縣最高，為2.257，疏勒縣最低，為0.544；堅果出仁情況為1.708，其中天山神木園最高，為2.261，且末縣最低，為0.863；種仁氣味為0.047，其中和田縣最高，為0.342，庫車縣、墨玉縣次之，其余采樣地均為0.000（表2）。

2.1.2 不同采樣地數(shù)量性狀的變異與遺傳穩(wěn)定性

由表3 可以看出，17 個采樣地老齡核桃種質(zhì)資源的數(shù)量性狀變異系數(shù)差異較大，各采樣地數(shù)量性狀變異幅度分別為：和田縣5.73%～27.88%，墨玉縣6.04%～36.06%，洛浦縣3.68%～37.23%，于田縣5.91%～20.44%，疏勒縣4.19%～41.64%，英吉沙縣4.35%～20.14%，莎車縣4.18%～32.47%，葉城縣5.86%～31.57%，且末縣7.56%～28.76%，輪臺縣6.24%～35.10%，新和縣5.51%～43.44%，阿克蘇市6.94%～27.98%，烏什縣3.83%～12.80%，拜城縣6.40%～17.12%，庫車縣8.38%～44.75%，溫宿縣 6.64%～21.21%，天山神木園 7.02%～21.23%。總體來看，17 個采樣地不同數(shù)量性狀的變異系數(shù)為 3.68%～44.75%，平均變異系數(shù)為11.94%，各采樣地的變異幅度相對較大，說明不同采樣地間老齡核桃種質(zhì)資源數(shù)量性狀的變異程度較為明顯。

表3 不同采樣地老齡核桃種質(zhì)資源數(shù)量性狀的變異情況

從表3 可以看出，17 個采樣地老齡核桃種質(zhì)資源的數(shù)量性狀香濃-維納指數(shù)為2.275～5.855，平均為3.950，其中墨玉縣的堅果橫徑、三徑平均值最高，均為5.855，且末縣的單仁重最低，為2.275；12 個數(shù)量性狀的平均香濃-維納指數(shù)中以堅果橫徑、三徑平均值、側(cè)徑最高，為3.961，單仁重最低，為3.900；17 個采樣地的平均香濃-維納指數(shù)以墨玉縣最高，為5.838，且末縣最低，為2.309，說明新疆老齡核桃種質(zhì)資源不同采樣地間遺傳多樣性豐富。

2.2 不同采樣地間的遺傳關(guān)系

對17 個采樣地的28 個表型性狀采用組間聯(lián)結(jié)-平方歐式距離法進行聚類分析（圖1），當平方歐式距離為25 時，可將新疆老齡核桃的17 個采樣地分為兩大類，第I 類為烏什縣、拜城縣、溫宿縣、英吉沙縣、新和縣、于田縣、葉城縣、疏勒縣、輪臺縣、阿克蘇市、洛浦縣、和田縣、墨玉縣、且末縣，第II 類為庫車縣、天山神木園、莎車縣。

圖1 17 個采樣地間平方歐氏距離的組間聯(lián)結(jié)聚類圖

新疆老齡核桃種質(zhì)資源17 個采樣地28 個表型性狀的平方歐式距離為10.319～167.648，平均平方歐氏距離為48.000，說明17 個采樣地的28 個表型性狀親緣關(guān)系相對較近，其中且末縣和庫車縣之間的平方歐氏距離最大，為167.648，烏什縣和拜城縣之間的平方歐式距離最小，為10.319。所以可以說明，且末縣和庫車縣的老齡核桃種質(zhì)資源親緣關(guān)系最遠，遺傳變異程度大；烏什縣和拜城縣的親緣關(guān)系最近，遺傳變異程度小。

3 討 論

表型多樣性是指遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的集中綜合表現(xiàn)，主要研究種群在其分布區(qū)內(nèi)各種環(huán)境中的表型變異[38-39]。其中數(shù)量性狀是多基因控制的，易受環(huán)境因素影響，種群的遺傳結(jié)構(gòu)和變異大小可通過分析相關(guān)遺傳參數(shù)來判定。本研究結(jié)果表明，17 個采樣地的新疆老齡核桃種質(zhì)資源數(shù)量性狀變異系數(shù)為3.68%～44.75%，遠比雒宏佳等[40]對甘肅省內(nèi)22 個核桃群體表型性狀研究的變異系數(shù)（18.18%～35.95%）大，其原因可能與新疆地域遼闊，各采樣地之間距離較遠，且所處環(huán)境差異較大有關(guān)。同時17 個采樣地的單果重、單仁重、核殼厚度及出仁率4 個數(shù)量性狀的平均變異系數(shù)均高于10%，說明17 個采樣地的單果重、單仁重、核殼厚度及出仁率存在較大遺傳變異，這與魏海斌等[41]認為青海省6 個地區(qū)的核桃種質(zhì)資源在其單果重、核殼厚、露仁情況等的變異系數(shù)相對較高的研究結(jié)果基本符合。

香濃-維納多樣性指數(shù)是用于調(diào)查植物群體物種或個體間的遺傳多樣性，被廣泛應(yīng)用于杏[42]、板栗[43]、櫻桃[44]等表型性狀的評價。劉胤等[44]認為果實形狀、果皮顏色等具有較高的遺傳多樣性。本研究表明，新疆老齡核桃種質(zhì)資源17 個采樣地的質(zhì)量性狀平均香濃-維納指數(shù)由高到低依次為：和田縣＞墨玉縣＞葉城縣＞輪臺縣＞莎車縣＞新河縣＞天山神木園＞溫宿縣＞阿克蘇市＞庫車縣＞洛浦縣＞烏什縣＞于田縣＞疏勒縣＞英吉沙縣＞拜城縣＞且末縣。質(zhì)量性狀的平均香濃-維納指數(shù)中以堅果形狀最高，堅果出仁情況次之，種仁氣味最低。數(shù)量性狀的平均香濃-維納指數(shù)中以堅果橫徑、三徑平均值、側(cè)徑最高，單仁重最低；采樣地的平均香濃-維納指數(shù)以墨玉縣最高，且末縣最低，進一步說明新疆老齡核桃種質(zhì)資源不同采樣地間遺傳多樣性豐富。

本研究表明，17 個采樣地28 個表型性狀按平方歐式法可分為兩大類，且各采樣地平均距離為48.000，說明17 個采樣地的28 個表型性狀親緣關(guān)系相對較近，其中且末縣和庫車縣之間的平方歐氏距離最大，為167.648，烏什縣和拜城縣之間的平方歐式距離最小，為10.319?？梢?，且末縣和庫車縣的老齡核桃種質(zhì)資源親緣關(guān)系最遠，遺傳變異程度大；烏什縣和拜城縣的親緣關(guān)系最近，遺傳變異程度小。新疆老齡核桃在長期的實生繁殖和多樣的環(huán)境中，形成了豐富多樣的堅果表型性狀的遺傳和變異，金強等[45]認為新疆不同地區(qū)核桃種質(zhì)遺傳多樣性豐富，聚類關(guān)系與地理分布有一定關(guān)系，不同種質(zhì)間存在交流，同居群多數(shù)種質(zhì)可聚為一類。

4 結(jié) 論

不同采樣地表型多樣性以和田縣最豐富，以且末縣最差；不同采樣點綜合評價：和田縣＞英吉沙縣＞且末縣＞墨玉縣＞新和縣＞洛浦縣＞烏什縣＞于田縣＞疏勒縣＞庫車縣＞輪臺縣＞葉城縣＞溫宿縣＞阿克蘇市＞拜城縣＞莎車縣＞天山神木園，以和田縣最優(yōu)，天山神木園最差。親緣關(guān)系以且末縣和庫車縣最遠，遺傳變異程度大；烏什縣和拜城縣最近，遺傳變異程度小。新疆老齡核桃是我國重要的核桃資源，保存著豐富的基因資源，研究結(jié)果對新疆老齡核桃種質(zhì)的實生選育和資源保護利用策略的制定有著重要的參考價值和意義。