油橄欖種質(zhì)資源表型性狀多樣性分析與評價

戚建莉,張 榮,吳文俊,姜成英,*,趙夢炯,金高明,陳煒青

(1.甘肅省林業(yè)科學研究院 油橄欖工程技術(shù)研究中心,甘肅 蘭州 730020; 2.國家林業(yè)草原油橄欖工程技術(shù)研究中心,甘肅 蘭州 730020)

油橄欖(OleaeuropaeaL.)屬木犀科(Oleaceae)木犀欖屬(Olea),是一種長壽的多年生植物,地理分布廣泛,在生長區(qū)域表現(xiàn)出較大的遺傳和表型變異[1-2];其鮮果榨取的橄欖油為高級食用油,享有“植物油皇后”的美譽,被稱為世界上最健康的食用油和完美的功能性食品[3]。油橄欖品種繁多,據(jù)統(tǒng)計,世界各地油橄欖栽植品種共計1 275個,我國從20世紀60年代開始,先后從7個國家引進150多個品種,為油橄欖育種提供了豐富的物種資源[4-6]。目前,甘肅隴南是我國油橄欖主要適生區(qū)和最大產(chǎn)業(yè)帶,截至2021年底,甘肅油橄欖種植面積約50 667 hm2,年產(chǎn)油約6 200 t。但在該區(qū)域普遍存在品種間生物學特性不明朗、同一品種在各地的表現(xiàn)不一致的問題,從而導致種質(zhì)資源進行深入、系統(tǒng)、全面評價的工作難度較大。因此,加強油橄欖種質(zhì)資源的鑒定和評價顯得尤為重要。

對不同油橄欖種質(zhì)資源進行鑒定和評價是篩選優(yōu)良種質(zhì)和合理利用種質(zhì)資源的前提。目前,表型性狀仍然是種質(zhì)資源研究最基本的方法和途徑[7],也是觀察植物外部器官生長特征或反映其變異情況必不可少的重要環(huán)節(jié)[8]。油橄欖種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性分析與評價方面有少量的研究基礎(chǔ),如嚴毅等[9]對?？诹謭?7株油橄欖結(jié)果樹9個表型性狀進行多樣性分析,認為表型性狀在株間均存在較豐富的變異,且生殖器官變異水平大于營養(yǎng)器官變異水平;孫文勇等[10]分析了十堰市的6個不同油橄欖品種的葉片和果實表型性狀,認為不同油橄欖品種間表型性狀存在顯著差異;閆輝強等[11]對甘肅隴南市的4個不同品種油橄欖果實進行了表型性狀分析,認為各品種間果實性狀參數(shù)存在不同程度的差異。隨著甘肅栽培品種逐漸增多,主要是從歐洲油橄欖生產(chǎn)國引進的品種和我國自主選育的品種,如萊星、皮瓜爾、科拉蒂、皮削利、鄂植8號、城固32等,由于不同地域之間頻繁的品種交換,同名異物和同物異名現(xiàn)象較普遍[12],從而導致品種相對混亂,種質(zhì)不清,性狀不一,嚴重影響油橄欖品質(zhì)化、高產(chǎn)化發(fā)展,亟待開展種質(zhì)資源的鑒定和評價研究。鑒于此,本研究對甘肅省林業(yè)科學研究院隴南市油橄欖國家林木種質(zhì)資源庫收集保存的35份油橄欖種質(zhì)的16個表型性狀和11個特征描述進行了多樣性鑒定評價,旨在探究油橄欖種質(zhì)之間的變異特點和遺傳多樣性,根據(jù)不同育種目標劃分種質(zhì)類群,并從中挖掘優(yōu)異種質(zhì),以期為油橄欖篩選骨干親本和合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省隴南市武都區(qū)白龍江河谷地帶,地處33°24′N、104°55′E,海拔1 079 m,年平均氣溫14.2 ℃,年平均日照時間1 560.4 h;極端最高溫度35.6 ℃,最低溫度-8.1 ℃;年平均降水量551.2 mm,相對濕度61%;屬北亞熱帶干熱河谷區(qū),相似于地中海氣候,適宜油橄欖栽培。

1.2 材料

試驗于2021年在隴南市油橄欖國家林木種質(zhì)資源庫進行,35份種質(zhì)均為2019年春季嫁接,砧木為18 a的城固,樹體長勢、立地條件和水肥等栽植管理水平基本一致。35份油橄欖種質(zhì)資源信息見表1。

表1 供試油橄欖種質(zhì)材料信息Table 1 Information of olive germplasm resources

1.3 表型性狀調(diào)查與方法

試驗選取的16個表型性狀和11個特征描述,按照國際油橄欖理事會出版物WorldCatalogueofOliveVarieties要求的記載登記方法進行統(tǒng)計記錄。所有材料于采收當天進行各項指標的測量。

葉片性狀調(diào)查:每個樣株選取3株長勢基本一致的結(jié)果樹作為調(diào)查對象。每株從樹冠外圍東、南、西、北4個方向隨機選取健康、無病蟲害的一年生枝條,在枝條中部選取生長均勻、成熟的葉片,每個方向7～8片,每株共計30片,每個品種90片,采摘后密封保鮮。葉長、葉寬用精度0.01 mm的電子顯示游標卡尺測量,計算葉形指數(shù)。

果實性狀調(diào)查:每個樣株選取3株生長基本一致的結(jié)果樹作為調(diào)查對象,在樹冠外圍東、南、西、北4個方向隨機選取健康、無病蟲害的果實,每株采摘30個,每個品種采集90個果實,采摘后混合,密封保鮮。用精度0.01 mm電子顯示游標卡尺測量其果實縱徑、果實橫徑、果核縱徑、果核橫徑、果肉厚,用精度0.01 g的電子天平稱量單果重和果核重,計算其果形指數(shù)、果核指數(shù)、果肉率。

果實含油率的測定:果實水分、干果含油率和鮮果含油率由蘭州海關(guān)技術(shù)中心測定。

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表示葉形指數(shù),dll表示葉片縱徑,drl表示葉片橫徑;If表示果形指數(shù),dlf表示果實縱徑,drf表示果實橫徑;Ik表示果核指數(shù),dlk表示果核縱徑,drk表示果核橫徑;Rp表示果肉率,mf表示單果重,mk表示果核重;Rw表示果實含水量,m1表示烘干前樣品重,m2表示烘干后樣品重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù),并計算各數(shù)值型性狀的最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數(shù)。利用SPSS 21.0軟件對各指標進行聚類分析、主成分分析和相關(guān)性分析,用One-way ANOVA分析品種間各變量的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同油橄欖種質(zhì)描述型性狀多樣性

由表2和表3可知,35份油橄欖種質(zhì)11個描述型性狀中,不同性狀在群體中出現(xiàn)的頻率不同,其中果實形狀以橢圓形為主,占65.71%;果實對稱中稍不對稱和不對稱的居多,占42.86%;果頂和果基形狀以圓形為主,占60%;果頂60%無凸起;果實大多有果粉,占97.14%,僅科拉蒂表面光滑無果粉;大多數(shù)種質(zhì)果面斑點較少,占42.86%;葉片形狀以橢圓披針形為主,占85.71%;葉尖形狀以尖為主,占80%;葉基形狀以楔形為主,占77.14%;葉片彎曲形狀以平直為主,占74.29%。

表2 油橄欖果實的描述性性狀Table 2 Descriptive characters of olive fruit

表3 油橄欖葉片的描述性性狀Table 3 Descriptive characters of olive leaf

2.2 不同油橄欖種質(zhì)數(shù)量型性狀差異性

結(jié)合表4和表5可以看出,35份油橄欖種質(zhì)資源的表型性狀差異性均達到顯著水平(P<0.05)。從果實外表指標來看,種質(zhì)小尼的果實縱徑、橫徑、單果重、果肉厚、果核橫徑、果肉率均達到最大,分別為27.57 mm、21.44 mm、7.63 g、6.33 mm、9.17 mm、87.77%;奇跡的果實縱徑、果實橫徑、單果重、果核橫徑、果核重均最小,分別為13.68 mm、9.77 mm、0.76 g、5.41 mm、0.20 g;云雜3的果肉率最小,為62.12%;希臘-3的果形指數(shù)最大,為1.76,豆果的最小,為1.12;云雜1的果肉厚最小,為1.79 mm;愛桑果核縱徑最大,為20.18 mm,豆果最小,為10.05 mm;愛桑的果核指數(shù)最大,為2.80,豆果的果核指數(shù)為1.58;鄂植8號的果核重最大,為1.00 g。由外觀形態(tài)可以看出,小尼的果實屬于果肉厚、果型比較大的大果型,而奇跡、豆果的果實屬于小果型。

表4 油橄欖種質(zhì)資源表型性狀Table 4 Phenotypic traits of olive germplasm resources

表5 油橄欖種質(zhì)資源表型性狀統(tǒng)計情況Table 5 Statistics of phenotypic characters of olive germplasm resources

從果實水分和含油率來看,35份不同的油橄欖種質(zhì)果實含水量為32.79%～85.56%,平均含水量為61.85%,其中綠源小蘋果的果實含水量最大,為85.56%,貝拉次之,為81.90%,M1的果實含水量最小,為32.79%。干果含油率的變幅為18.10%～61.30%,平均值為29.66%,其中切姆拉里最大,云雜1最小。鮮果含油率變幅為3.97%～26.15%,平均值為11.06%,其中切姆拉里最大,為26.15%,M1次之,為21%,綠源小蘋果的最小,為3.97%。由此可見,果實的含水量和含油率之間存在必然聯(lián)系,含水量越大,鮮果含油率就越小,反之亦然。

從葉片表型指標來看,蘇里的葉片最長,為72.22 mm,鄂植8號葉片最短,為43.46 mm;軟阿斯葉片最寬,為16.08 mm,會理-X葉片寬最小,為9.23 mm;賀吉布蘭卡的葉形指數(shù)最大為6.85,鄂植8號的葉形指數(shù)最小為3.52。

由表5可知,35份油橄欖種質(zhì)資源的16個表型性狀的變異系數(shù)為8.64%～55.87%,平均為21.67%,其中變異系數(shù)最大的是單果重,為55.87%,其次是鮮果含油率和果核重,分別為40.02%、35.30%,變異系數(shù)最小的是果肉率,為8.64%。變異系數(shù)小于10%的只有果形指數(shù)和果肉率2個指標,變異系數(shù)大于20%的指標有果實橫徑、單果重、果肉厚、果核重、干果含油率、鮮果含油率,說明這些指標離散程度較大,遺傳變異分化更廣泛,今后可以通過這些指標進行遺傳改良。

綜合方差分析和變異系數(shù)可以看出,35份油橄欖種質(zhì)資源的表型性狀遺傳多樣性較高,資源類型豐富,種質(zhì)之間存在的差異大,有利于優(yōu)異種質(zhì)的篩選。

2.3 不同油橄欖種質(zhì)表型性狀的相關(guān)性

對16個數(shù)量型表型性狀指標進行了相關(guān)性分析,結(jié)果(表6)表明,35份油橄欖種質(zhì)各表型性狀間大多存在極顯著或顯著相關(guān)性。果實縱徑、果實橫徑、單果重、果肉厚、果核縱徑、果核橫徑、果核重和果肉率相互之間均呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān),說明果實與果核的縱橫徑越大,單果重和果核也就越重,果肉越厚,果肉率也會顯著提高。果形指數(shù)與果實橫徑和果核橫徑呈顯著(P<0.05)負相關(guān),而與果核指數(shù)呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),與果核縱徑呈顯著(P<0.05)正相關(guān),說明果形指數(shù)與果核指數(shù)、果核縱徑有一定關(guān)系,果形指數(shù)越大,果核指數(shù)也越大;果實與果核外觀形狀基本保一致,果實和果核的橫徑越小,果實外觀性狀更接近細長型,橫徑越大,果實和果核更接近橢圓形和卵形。

表6 油橄欖種質(zhì)資源表型性狀相關(guān)性Table 6 Correlation of phenotypic characters of olive germplasm resources

葉長與葉寬呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),與葉形指數(shù)呈顯著(P<0.05)正相關(guān)。葉寬與葉形指數(shù)呈極顯著(P<0.01)負相關(guān)。果實表型性狀指標與葉片表型性狀指標之間存在一定的相關(guān)關(guān)系,果肉率和果肉厚與葉形指數(shù)呈顯著(P<0.05)正相關(guān),果肉率與葉片寬度呈現(xiàn)極顯著(P<0.01)負相關(guān),說明改變?nèi)~片形狀可能有利于果實果肉的積累,葉片越長、越窄,果實果肉率可能會越高。

從果實含水量和含油率來看,干果含油率和鮮果含油率與果實橫徑、單果重、果核橫徑、果核重、葉片長、葉片寬、果實水分均呈現(xiàn)負相關(guān),但不顯著,僅鮮果含油率與果實水分呈極顯著(P<0.01)負相關(guān),干果含油率與鮮果含油率呈極顯著(P<0.01)正相關(guān),說明果實的含水量越高,其鮮果含油率就越低。

2.4 不同油橄欖種質(zhì)表型性狀的主成分分析

對35份油橄欖種質(zhì)的16個數(shù)量型表型性狀進行主成分分析,結(jié)果表明(表7),以特征值為主成分篩選標準,16個性狀可以被提取為5個主成分,特征值分別為6.803、2.747、2.234、1.592、1.286,均大于1,累積貢獻率達到91.633%,可以反映35份油橄欖種質(zhì)16個表型性狀的主要特征信息。

表7 油橄欖種質(zhì)資源表型性狀的主成分分析Table 7 Principal component analysis of phenotypic characters of olive germplasm resources

第1主成分貢獻率為42.516%,根據(jù)特征向量絕對值大小可以看出,單果重、果實橫徑、果實縱徑、果肉厚、果核縱徑、果核橫徑、果肉率特征向量值均較大,起主要決定作用,可以把第1主成分作為果實外觀品質(zhì)和產(chǎn)量的綜合指標。第2主成分貢獻率為17.166%,果形指數(shù)和果核指數(shù)起決定作用,其特征向量分別為0.875、0.865,說明第2主成分可以反映果實和果核形狀的特征;第3主成分貢獻率為13.962%,鮮果含油率和干活含油率對其作用最大,特征向量分別為0.918、0.768,主要反應果實含油率的表型性狀;第4主成分貢獻率為9.951%,葉形指數(shù)對其起到?jīng)Q定作用,特征向量為0.732;第5主成分貢獻率為8.038%,葉長對其起到?jīng)Q定作用,特征向量為0.739;第4和第5主成分主要反映了葉片形狀和大小相關(guān)的表型性狀。每個主成分按照特征向量絕對值由高到低選取2個指標,前5個主成分包括重復指標共篩選出7個有代表性的指標,分別是單果重、果形指數(shù)、果核指數(shù)、鮮果含油率、干果含油率、葉形指數(shù)、果實水分,可作為油橄欖種質(zhì)資源評選和選育鑒定工作的重要指標。

2.5 不同油橄欖種質(zhì)表型性狀的聚類分析

如圖1和表8所示,對35份種質(zhì)樣本進行聚類分析,在歐氏距離為10處可將35份油橄欖種質(zhì)資源分成5個類群。

序號同表1。The serial number were the same as in Table 1.圖1 油橄欖種質(zhì)資源表型性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis of phenotypic characters of olive germplasm resources

表8 五個類群16個數(shù)量性狀的均值Table 8 Mean values of 16 quantitative traits in 5 groups

第Ⅰ類群包括拉多利亞2、希臘-3、綠源1、云雜2、城固32、云雜1、云雜3,這7個品種主要特征是果實小,平均單果重、果實縱徑、果實橫徑、果肉厚、果核重、果肉率在幾個類群中最小,而葉片在幾個類群中最大,平均葉長為64.40 mm,葉寬為14.08 mm,果實水分處于中間,干果含油率最小,為22.14%。綜合各性狀指標來看,該類群果實較小,葉片大,果實水分居中,干果含油率低于其他4個類群。

第Ⅱ類群包括小尼、鄂植8、米提尼、M2、蘇里、M4等24個品種,占總種質(zhì)數(shù)量的68.57%,主要特征是果實相對較大,其中平均果實縱橫徑、單果重、果肉率僅次于第Ⅲ類群,平均干果含油率為30.51%,鮮果含油率為11.47%。綜合各性狀指標來看,該類群的果實含油率在幾個類群中處于中間水平。

第Ⅲ類群包括貝拉和綠源小蘋果,其特征是果實水分多,平均果實含水率高達83.73%,均高于其他4個類群,而鮮果含油率最低,平均鮮果含油率僅為4.77%。說明果實水分含量越多,其含油率就越低。

第Ⅳ類群為M1,其特征是果實水分最少,僅為32.79%,干果含油率為31.25%,鮮果含油率為21.00%,其含油率相對較高,僅次于第Ⅴ類群,葉片最短,葉形指數(shù)最小,單果重和果肉厚僅次于第Ⅲ類群,果實也較大。

第Ⅴ類群為切姆拉里,其特征是干果含油率和鮮果含油率都高于前面4個類群,其含量分別為61.30%和26.15%,但果實不大。

3 討論

3.1 油橄欖種質(zhì)資源表型性狀多樣性

植物種質(zhì)資源研究中表型性狀是重要的研究部分,表型性狀是遺傳因子和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果,而表型變異又是遺傳多樣性研究中的重要部分[13]。盡管現(xiàn)代分子生物學手段為種質(zhì)資源研究提供了穩(wěn)定有效的方法,但仍需對種質(zhì)資源表型性狀進行調(diào)查和分析[14]。本研究綜合評價了35份油橄欖種質(zhì)資源的表型性狀多樣性。結(jié)果顯示,35份油橄欖種質(zhì)資源的表型性狀差異性均達到顯著水平,說明不同油橄欖種質(zhì)間的表型性狀存在不同程度的差異性,其結(jié)果與韓銳等[15]和耿樹香等[16]的研究結(jié)果一致。

變異系數(shù)反映了物種在某一性狀上數(shù)值的離散程度,變異系數(shù)越大說明物種對環(huán)境的適應性越強,越小說明物種在該性狀上越穩(wěn)定[17]。本研究中35份油橄欖種質(zhì)資源表型性狀的變異系數(shù)在8.64%～55.87%,平均變異系數(shù)達到21.67%。秦倩等[18]研究表明,隴南市17個油橄欖品種的數(shù)量性狀變異系數(shù)介于4.46%～54.83%,本研究結(jié)果與其基本一致。徐悅等[19]研究表明,隴南市83個油橄欖品種數(shù)量性狀變異系數(shù)為10%～58%,其結(jié)果相比本研究略高,產(chǎn)生差異的原因有可能與所選種質(zhì)不同有關(guān),可能是同一區(qū)域不同結(jié)果年份(大小年)導致的。油橄欖品種間表型性狀具有豐富的遺傳多樣性,因此在對種質(zhì)資源評價過程中,不只需要表型鑒定,還需要結(jié)合分子標記等技術(shù)手段進行深入研究,為油橄欖的保護利用提供科學依據(jù)。

3.2 油橄欖種質(zhì)表型性狀多樣性的綜合評價

主成分分析是一種既能把握綜合性狀,又能提高效率的種質(zhì)資源評價與篩選的方法[20]。本研究通過主成分分析將35份油橄欖種質(zhì)的16個表型性狀提取出了5個主成分,累積貢獻率達到91.633%,可以反映出表型性狀的主要特征信息。結(jié)合相關(guān)性分析表明,35份油橄欖種質(zhì)表型性狀中,鮮果含油率與果實水分呈極顯著負相關(guān),相關(guān)系數(shù)達-0.580,說明在油脂形成過程中,油橄欖果實水分增多,會使油橄欖果油的積累受到影響,從而導致含油率降低,其結(jié)果與耿樹香等[16]的結(jié)果一致。含油率與果實外觀品質(zhì)指標沒有顯著相關(guān)性,說明本研究中含油率與果實大小關(guān)系不明顯,這與前文中聚類分析結(jié)果前后呼應,而與申展等[21]研究的文冠果含油率隨種子變大而上升的結(jié)果相反,這可能是油橄欖含油率與油橄欖品種、地理起源和收獲年份氣候條件的關(guān)系更大[22]。

聚類分析可以反映參試品種的類別特征,根據(jù)其相似度進行歸類,為種質(zhì)分類和選育工作提供科學合理的方法和依據(jù)[23]。耿樹香等[24]通過聚類分析將云南引種的82份油橄欖種質(zhì)按遺傳距離等于0.023 9可分為9類,本研究對35份種質(zhì)資源的表型性狀進行聚類分析,在歐氏距離為10處可分成5個類群,分別具有不同的育種目標,可為油橄欖骨干親本創(chuàng)制篩選和雜種優(yōu)勢利用提供理論依據(jù)。第Ⅰ類群主要特征是果實、果核小,葉片大,果實水分居中,干果含油率和鮮果含油率低,其用途可以從油脂組分、內(nèi)含物等其他方面進行挖掘;第Ⅱ類群主要特征是果實相對較大,果實含油率在幾個類群中處于中間水平,可以考慮作為油果兼用品種;第Ⅲ類群可以作為果用品種考慮;第Ⅳ類群和第Ⅴ類群其特征是含油率高,可作為油用品種挖掘利用。綜上所述,不同油橄欖種質(zhì)間表型性狀差異較大,生物多樣性較為豐富,小尼、綠源小蘋果、M1、切姆拉里等種質(zhì)表型性狀突出,可作為親本選配。通過相關(guān)性分析,共篩選出單果重、果形指數(shù)、果核指數(shù)、鮮果含油率、干果含油率等7個指標作為產(chǎn)量和含油率評價的重要指標。在前期研究的基礎(chǔ)上,后續(xù)將對國內(nèi)外引進保存的不同油橄欖種質(zhì)的抗逆性、豐產(chǎn)性和核心種質(zhì)構(gòu)建等進行研究,這些方面均與目前油橄欖種質(zhì)保存利用所面臨的主要困難相關(guān)。