基于數(shù)量性狀的伏牛山野生中華獼猴桃資源綜合評價

楊 迪,張乃群,*,王雪勇,張 軍,王新軍

(1.南陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,河南 南陽 473061; 2.河南伏牛山國家級自然保護(hù)區(qū)黃石庵管理局,河南 南陽 473000; 3.商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院,陜西 商洛 726000)

“隰有萇楚,猗儺其枝”,這是《詩經(jīng)·檜風(fēng)》對獼猴桃的記載,展現(xiàn)了我國悠久的獼猴桃文化歷史。中華獼猴桃是獼猴桃科獼猴桃屬多年生藤本漿果類植物[1],為我國特有獼猴桃種[2],在我國分布廣泛,高適生地區(qū)主要在四川、陜西、重慶、湖北、貴州、浙江、湖南、安徽、河南、江蘇、甘肅等省份,面積達(dá)1.01×106km2[3]。中華獼猴桃的果實是獼猴桃屬中最大的,目前,大多數(shù)獼猴桃品種由中華獼猴桃選育而出,如紅陽[4]、金桃[5]、楊氏金紅50號[6]、農(nóng)大金獼[7]、東紅[8]、安鑫[9]等,這些品種經(jīng)濟(jì)價值大,風(fēng)味獨特,富含多種維生素、糖類、氨基酸、微量元素,深受消費者喜愛。

伏牛山屬秦嶺余脈(110°30′E～113°05′E,32°45′N～34°00′N),呈西北-東南走向,是我國東部季風(fēng)區(qū)暖溫帶的南界,有明顯的生態(tài)交錯帶特征。有學(xué)者認(rèn)為伏牛山區(qū)是對氣候變化反應(yīng)最敏感的地區(qū)[10],植被類型豐富。據(jù)調(diào)查,伏牛山區(qū)的獼猴桃有8種7變種,遺傳種質(zhì)類型眾多,中華獼猴桃的分布主要集中于海拔1 000 m低山丘陵地區(qū)[11]。位于伏牛山南麓的河南省西峽縣是世界聞名的“獼猴桃之鄉(xiāng)”,此地的獼猴桃是中國國家地理標(biāo)志產(chǎn)品,現(xiàn)擁有野生獼猴桃資源2.66萬hm2,人工栽培面積0.8萬hm2[12],紅陽、金桃、楊氏金紅50號等由中華獼猴桃選育出的優(yōu)質(zhì)品種在這里廣泛種植。鑒于此,本研究對伏牛山區(qū)的野生中華獼猴桃進(jìn)行了調(diào)查、觀察和取樣,進(jìn)行表型性狀多樣性分析,為野生中華獼猴桃種質(zhì)資源保護(hù)、利用和創(chuàng)新,新品種選育,西峽縣獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展等提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2021年8—10月中華獼猴桃成熟期,對伏牛山有代表性的中華獼猴桃野生種質(zhì)進(jìn)行調(diào)查和取樣,確定了19份成年野生中華獼猴桃種質(zhì),每份種質(zhì)隨機(jī)采集有代表性的10片葉片、20枚果實(圖1),統(tǒng)計相關(guān)數(shù)量性狀。材料編號、經(jīng)緯度、海拔、果實形狀等信息見表1[13]。

表1 19份野生中華獼猴桃種質(zhì)的采集信息

圖1 伏牛山野生中華獼猴桃Fig.1 Wild Actinidia chinensis in Funiu Mountain

1.2 試驗方法

1.2.1 數(shù)量性狀的選取與測定方法

參照文獻(xiàn)[14-18]、NY/T 2351—2013《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南 獼猴桃屬》和《獼猴桃種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[19],選取葉長、葉寬、葉柄長、葉形指數(shù)、葉柄長/葉長、果實縱徑、果實橫徑、果柄長、果形指數(shù)、果柄長/果實縱徑、果心大小、相對果心大小、單果重共13個數(shù)量性狀。測量工具為游標(biāo)卡尺、電子天平(0.01 g)。地理信息用全球定位系統(tǒng)(GPS)記錄。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析方法

最小值、最大值、變異系數(shù)等計算由Excel 2016軟件完成,平均值和標(biāo)準(zhǔn)差計算、顯著性分析、主成分分析、聚類分析等均由SPSS 22.0軟件完成,相關(guān)性分析和作圖由Origin 9.1軟件完成。Shannon-weaver遺傳多樣性指數(shù)(H′)計算公式如下:

H′=-∑PilnPi。

(1)

式(1)中:Pi為某一性狀第i類別材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比;ln為自然對數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀變異與遺傳多樣性分析

獼猴桃變異系數(shù)是表現(xiàn)計量資料變異程度的指標(biāo),其值大小與植物群體的變異幅度、表型多樣性呈正相關(guān),也體現(xiàn)了該性狀在所選樣本內(nèi)的一致性和穩(wěn)定性[20-21]。遺傳多樣性指數(shù)可體現(xiàn)各種間個體分配的均勻性,由植物表型性狀的果實形狀依據(jù)果形指數(shù)分類,果形指數(shù)值在0.8～0.9為圓形或近圓形,0.9～1.0為橢圓形或圓錐形,1.0以上為長圓形[14]。

多樣性反映而出。本研究中,葉片和果實的13個數(shù)量性狀變異系數(shù)范圍為10.81%～47.56%,果柄長的變異系數(shù)最大,為47.56%。果柄長/果實縱徑和果心大小的變異系數(shù)也較大,均在30%以上。此外,變異系數(shù)在10%～20%的數(shù)量性狀有7個,在20%～30%的有3個(表2)。果柄由花梗(柄)發(fā)育而來,連接枝條與果實,為果實輸送營養(yǎng),調(diào)節(jié)果實生長,其長度受環(huán)境、果實密集程度等因素影響,從變異系數(shù)可看出伏牛山野生中華獼猴桃的果柄長變異非常豐富,從側(cè)面反映了果樹生長環(huán)境、果樹生長結(jié)實狀況的復(fù)雜性。H′為2.90～2.94,說明13個性狀的遺傳多樣性豐富,其中,葉寬和果實橫徑的H′最高,果柄長/果實縱徑的H′最低。葉寬和果實橫徑分別影響葉片和果實的大小,影響著“源”和“庫”,與獼猴桃品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價值密切相關(guān),豐富的遺傳多樣性決定了伏牛山野生中華獼猴桃有著豐厚的育種材料基礎(chǔ)。

表2 伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀變異與遺傳多樣性分析

2.2 伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀對地理因子的響應(yīng)

沿經(jīng)緯度將各數(shù)量性狀進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn),在不同經(jīng)度的影響下,數(shù)量性狀表現(xiàn)為生長在111°43′E的獼猴桃果心大小和相對果心大小顯著大于其余經(jīng)度,整體呈現(xiàn)出先變大后減小的趨勢(表3)。在不同緯度的影響下,數(shù)量性狀表現(xiàn)為在33°34′N和33°38′N的果實橫徑較大,顯著高于其余緯度,在33°38′N的獼猴桃果心大小最大(表4);另外10種性狀受此段經(jīng)緯度影響不大。

表3 經(jīng)度對伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀的影響

表4 緯度對伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀的影響

經(jīng)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖2),海拔、經(jīng)緯度與獼猴桃數(shù)量性狀無顯著相關(guān)性,各數(shù)量性狀間相關(guān)性較大。其中,呈顯著正相關(guān)(P>0.05)的有葉長與果實縱徑、果實橫徑、單果重,葉寬與單果重,果實縱徑與果心大小,單果重與果心大小;呈顯著負(fù)相關(guān)(P>0.05)的有單果重與葉柄長/葉長,果形指數(shù)與果柄長/果實縱徑;呈極顯著正相關(guān)(P>0.01)的有葉長與葉形指數(shù),果實縱徑、果實橫徑與單果重,果實橫徑與果心大小,果實縱徑與果實橫徑、果形指數(shù),單果重與果形指數(shù),果心大小與相對果心大小;呈極顯著負(fù)相關(guān)(P>0.01)的有葉形指數(shù)與葉柄長/葉長,果實橫徑、單果重、果心大小與果柄長/果實縱徑?？梢?葉與果數(shù)量性狀間既有協(xié)同作用,也有拮抗作用,這對育種有重要意義。

2.3 伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀的主成分分析

對伏牛山野生中華獼猴桃的13個表型數(shù)量性狀進(jìn)行主成分分析,分析的結(jié)果見表5。

表5 伏牛山野生中華獼猴桃數(shù)量性狀的主成分分析

所有數(shù)量性狀可提取出5個主成分,累計貢獻(xiàn)率達(dá)89.346%,能夠代表絕大多數(shù)原始因子的信息。主成分1(PC1)的方差貢獻(xiàn)率為38.884%,載荷值較大且有較大正系數(shù)的數(shù)量性狀為果形指數(shù)和果實縱徑,這2項反映了果實外觀和果實大小,是果實品質(zhì)的重要依據(jù);主成分2(PC2)的方差貢獻(xiàn)率為18.727%,載荷絕對值最大的為葉柄長/葉長,其次為葉柄長、葉形指數(shù),大葉片有助于獼猴桃植株光合作用,增加了“源”,有助于物質(zhì)積累,同時,大葉美觀,觀賞價值較高;主成分3(PC3)的方差貢獻(xiàn)率為11.969%,果心大小的載荷絕對值最大;主成分4(PC4)的方差貢獻(xiàn)率為11.205%,葉寬的載荷值最大;主成分5(PC5)的方差貢獻(xiàn)率為8.560%,果柄長的載荷值最大。

將標(biāo)準(zhǔn)化的伏牛山野生中華獼猴桃13個數(shù)量性狀帶入5個主成分,可分別得到各主成分方程。

PC1公式為:

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公式為:

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公式為:

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公式為:

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公式為:

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分別代表葉長、葉寬、葉柄長、葉形指數(shù)、葉柄長/葉長、果實縱徑、果實橫徑、果柄長、果形指數(shù)、果柄長/果實縱徑、果心大小、相對果心大小和單果重。

2.4 伏牛山野生中華獼猴桃的聚類分析

采用歐氏距離和Ward法聚類分析,當(dāng)歐氏距離等于5時,19份伏牛山野生中華獼猴桃種質(zhì)被分成3類(圖3)。第Ⅰ類包含7份種質(zhì),分別為ZH3、ZH18、ZH13、ZH1、ZH8、ZH17、ZH16;第Ⅱ類包含3份種質(zhì),分別為ZH6、ZH12、ZH15,第Ⅲ類包含9份種質(zhì),分別為ZH2、ZH19、ZH7、ZH9、ZH4、ZH10、ZH5、ZH14、ZH11。

圖3 基于歐氏距離的19份伏牛山野生中華獼猴桃種質(zhì)聚類圖Fig.3 Clustering map of 19 wild Actinidia chinensis germplasms in Funiu Mountain based on Euclidean distance

對3類中華獼猴桃的數(shù)量性狀進(jìn)行方差分析(表6),發(fā)現(xiàn)葉長、果實縱徑、果實橫徑、果柄長/果實縱徑、單果重5個數(shù)量性狀在3個類別中存在顯著差異,其余數(shù)量性狀僅有大小之分,未有顯著差異。葉長的均值為Ⅱ類(14.99 cm)顯著大于Ⅰ類(12.80 cm)、Ⅲ類(11.01 cm);果實橫徑、果實縱徑3個類別的均值顯著性表現(xiàn)與葉長一致;果柄長/果實縱徑的均值表現(xiàn)為Ⅲ類(1.29)顯著大于Ⅰ類(0.85)和Ⅱ類(0.81);Ⅱ類(37.31 g)中華獼猴桃的單果重最大,其次是Ⅰ類(28.88 g),Ⅲ類(19.51 g)最小。綜合來看,Ⅰ類和Ⅱ類的組間數(shù)量性狀差異主要體現(xiàn)在葉長、果實橫徑、果實縱徑、單果重;Ⅱ類和Ⅲ類的組間數(shù)量性狀差異主要體現(xiàn)在葉長、果實縱徑、果實橫徑、果柄長/果實縱徑、單果重;Ⅰ類和Ⅲ類的組間數(shù)量性狀差異主要體現(xiàn)在果柄長/果實縱徑、單果重。不同組別間存在性狀顯著差異,可作為描述組間種質(zhì)差異的重要指標(biāo),可為篩選優(yōu)良種質(zhì)提供有效指標(biāo)。

表6 不同聚類分組的數(shù)量性狀差異性分析

3 討論

本次調(diào)查時間主要集中在8—10月,即伏牛山野生中華獼猴桃果實成熟的季節(jié),但獲得的野生中華獼猴桃樣本數(shù)量有限,主要是位于較易發(fā)現(xiàn)位置的野生中華獼猴桃果實多數(shù)被當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶采收用作商品,位于較深山林的野生中華獼猴桃受環(huán)境影響,結(jié)果數(shù)量少,部分不結(jié)果,給最終分析造成一定的影響。

表型多樣性是遺傳多樣性和環(huán)境多樣性的綜合體現(xiàn)[22],遺傳多樣性以表型多樣性為基礎(chǔ)。經(jīng)長期自然選擇和對環(huán)境的適應(yīng),野生物種不同類群間已產(chǎn)生了明顯的分化和變異[23-24]。因此,盡可能多地對遺傳資源進(jìn)行篩選、評價、分析,對種質(zhì)資源開發(fā)有重要意義[25]。本研究通過對比19份伏牛山野生中華獼猴桃種質(zhì)的13個數(shù)量性狀多樣性發(fā)現(xiàn),各數(shù)量性狀變異系數(shù)較大、遺傳多樣性指數(shù)高,說明存在豐富的遺傳資源;其中,果柄長、果柄長/果實縱徑、果心大小的變異程度較豐富。蘇彥蘋等[26]研究表明,燕山地區(qū)軟棗獼猴桃天然種群的果心大小變異幅度大,本研究結(jié)果與此一致。王媛等[27]在研究23個不同種源的野生苦豆子表型性狀時發(fā)現(xiàn)種子的種長、千粒重與經(jīng)緯度等地理因子極顯著相關(guān)。在本研究中,經(jīng)緯度、海拔對中華獼猴桃的數(shù)量性狀有一定程度的影響,這體現(xiàn)了獼猴桃對環(huán)境的適應(yīng)性變化。中高海拔的軟棗獼猴桃果實變短、變小,葉面積變小[28];但在本研究中,中華獼猴桃對海拔響應(yīng)不顯著,可能與本研究取材的海拔分布廣度不夠有關(guān),可作為下一步的研究驗證方向。

聚類分析結(jié)果可對野生獼猴桃種質(zhì)資源進(jìn)行有效篩選,針對不同育種需要進(jìn)行定向選擇,優(yōu)化資源利用[29]。19份野生獼猴桃種質(zhì)可分為3類,3個類別的獼猴桃部分?jǐn)?shù)量性狀差異顯著,主要體現(xiàn)在果實數(shù)量性狀上。果實縱徑、果實橫徑、單果重是評價獼猴桃果實品質(zhì)的重要指標(biāo),三者差異可作為優(yōu)質(zhì)種源選擇的重要依據(jù)。第Ⅱ類包含的3份中華獼猴桃種質(zhì)(ZH6、ZH12、ZH15)葉片較大,果實也較大且比例合適,具備開發(fā)潛力。

獼猴桃的主要經(jīng)濟(jì)價值體現(xiàn)在果實上,果實的品質(zhì)是決定其是否受歡迎的關(guān)鍵[30],本研究的果實性狀僅涉及外部性狀,而果實中的還原糖、可溶性固形物、可滴定酸、維生素C還未涉及,還需進(jìn)一步測定?；?、葉、枝等是植物的重要器官,進(jìn)行表型性狀研究時應(yīng)盡量全面覆蓋[31]。后續(xù)研究考慮采集更多的伏牛山野生獼猴桃樣本,將表型研究與生理指標(biāo)、分子生物學(xué)相結(jié)合,綜合分析伏牛山野生中華獼猴桃種質(zhì)資源的多樣性。