涼山州核桃堅果表型多樣性研究

劉 昊，馬慶國，張繼勇，文 明,3，宋曉波，張俊佩，裴 東

(1.中國林業科學研究院林業研究所，國家林業局林木培育重點實驗室，林木遺傳育種國家重點實驗室，北京 100091；2.涼山州林業局，四川 西昌 615000； 3.涼山州油橄欖示范繁育林場，四川 西昌 615000)

涼山州核桃堅果表型多樣性研究

劉 昊1，馬慶國1，張繼勇2，文 明2,3，宋曉波1，張俊佩1，裴 東1

(1.中國林業科學研究院林業研究所，國家林業局林木培育重點實驗室，林木遺傳育種國家重點實驗室，北京 100091；2.涼山州林業局，四川 西昌 615000； 3.涼山州油橄欖示范繁育林場，四川 西昌 615000)

核桃；表型多樣性；涼山；居群

Abstract:[Objective]Using the nut ofJuglansregiaandJuglanssigillatain Liangshan of Sichuan as samples to study the phenotype abundance and variation characteristics for detecting resource and providing theory evidence in using resource reasonable.[Method]Taking 330 seedlings from 15J.regiaandJ.sigillatapopulations as research materials, the diversity and cluster analysis were studied using 18 nut phenotypic traits. [Result](1) The coefficient of variation of phenotypic traits in Liangshan walnut population originated from seedlings was between 8.46% and 59.47%, with an average of 35.26%. The nuts with very large (>20.0 g ) and very small (<5.0 g) single nut weight occupied a certain proportion. The phenotypic traits meet almost all the trait descriptions in the “Guidelines for the conduct of tests for distinctness, uniformity and stability-Juglans (JuglansL.)”. Three features in shape and one in skin color of kernels were added. The Simpson index of population genetic traits was 0.201-0.855, Shannon-Wiener index was between 0.649 and 2.873, indicating abundant variations in nut phenotypic diversity in this area. (2) The phenotypic differentiation of 18 phenotypic traits in populations was larger than that among populations in this area and the differentiation coefficients among populations was 6.03%, suggesting the phenotypic differentiation in populations was the main variation source. (3) UPGMA cluster analysis showed that the Manhattan distance of nut phenotypic traits were positively related to the geographic distance or climatic conditions. [Conclusion]The nut phenotype ofJ.regiaandJ.sigillatain Liangshan was abundant. It is the important area for distribution of diversity walnut resources in China.

Keywords: walnut(Juglansregia); phenotype diversity; liangshan; population

核桃(JuglansregiaL.)與泡核桃(J.sigillataDode)均屬胡桃科(Juglandaceae)，核桃屬(JuglansL.)，核桃組(SectionJuglans)，在我國四川省涼山彝族自治州均有栽培和分布[1]。涼山彝族自治州位于四川省西南部，該地區東接四川盆地，西跨橫斷山系，北抵川西高原，南臨金沙江畔，處于青藏高原和云貴高原與四川盆地的過渡地帶；由于獨特的地質演化，形成以高山深谷為主，并有平壩、河谷和丘陵相間的特殊地貌，所以形成了最為顯著的山地垂直地帶性氣候，加之是光熱資源豐富的低緯度地區，是生物多樣性極其豐富的地區[2-4]。涼山州的核桃和泡核桃資源存量豐富，區內德昌、會理、雷波、木里、冕寧、鹽源等縣是傳統產地，并存在一定規模的天然居群和數量可觀的實生類型群體[5-6]，是核桃和泡核桃寶貴的遺傳資源和潛在的種質庫。之前對涼山州核桃表型性狀的研究較少，已有報道涉及的采樣地或資源數量有限，未開展廣泛調查及進一步對堅果性狀的詳細研究。近年來，涼山州開始大力發展核桃產業，首先面臨的問題是對現有資源的調查，在摸清本地區核桃和泡核桃資源現狀的基礎上，方能提出有效的發展規劃，最直接和有效的方法是從堅果的主要表型性狀及其特色入手。因此，本文以涼山州15個實生居群330棵單株的堅果為試材，利用18個堅果表型性狀揭示該地區核桃和泡核桃種質資源的多樣性，明確農家實生資源的豐富程度，以期為制定該地區核桃和泡核桃資源保存與利用策略及構建核心種質提供參考。

1 試材采集地概況

2 試驗方法

2.1試材采集與處理

根據當地林業部門的相關資料，在核桃和泡核桃資源相對集中的區域，走訪當地群眾獲取樹齡、果實特異性等相關信息，選擇樹齡30a以上的實生核桃和泡核桃樹采集試驗樣品。每個樣本采集30個大小基本一致、飽滿的堅果帶回實驗室，晾干至恒質量后進行表型性狀的測定。本研究的試材采集范圍包括涼山州15個縣(市)，15個核桃和泡核桃實生居群名稱和采集地生態、地理信息及樣本數見表1。

2.2測定方法

堅果表型性狀測定參照《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南-核桃屬》[7]進行特征描述和賦值，調查測定了核桃和泡核桃的18個堅果表型性狀，測試指南中未列出的特征用“其他”表示[8](表2)。堅果數量性狀中的縱徑、橫徑、側徑用游標卡尺(精度0.01mm)測量，單果質量、核仁質量用天平(精度0.01g)測量，果殼厚度用螺旋測微儀(精度0.001mm)測量。3個數量性狀的計算公式為：

堅果圓度指數=(側徑+橫徑)/(2×縱徑)

出仁率=核仁質量/單果質量×100%

三徑均值=(縱徑+側徑+橫徑)/3

2.3數據分析

運用Microsoft Excel2007，SPSS19.0[9]進行數據統計分析，包括分布頻率、Simpson指數和Shannon-Wiener指數，并繪制數量性狀頻率數據分布直方圖[10]，用SAS8.1[11]軟件統計堅果表型性狀的平均值和標準差，用類平均法計算居群間的Manhattan距離并進行聚類分析。用性狀的變異系數(CV)表示居群表型多樣性水平[12]，并對其做Duncan檢驗；對各性狀觀測值采用巢式設計方差分析比較居群間和居群內的差異顯著性[13]；用表型分化系數(VST)反應居群間表型分化程度[14]。

表1 采樣地生態、地理信息及樣本數

表2 涼山州核桃和泡核桃堅果表型特征賦值及描述

3 結果與分析

3.1堅果表型的質量性狀頻率分布及多樣性指數

圖1 涼山州核桃和泡核桃堅果垂直于縫合線縱切面形狀Fig.1 Shape in longitudinal section perpendicular to suture of walnut in Liangshan prefecture

圖2 涼山州核桃和泡核桃堅果縫合線條脊數資源Fig.2 Number of pads on suture resources of walnut nuts in Liangshan prefecture

圖3 涼山州核桃和泡核桃堅果核仁皮色Fig.3 The kernel color of walnut nuts in Liangshan prefecture

3.2堅果表型數量性狀范圍及頻率

表3 涼山州330份樣本13個堅果表型的質量性狀變異狀況

表4 涼山州330份樣本堅果表型5個數量性狀的變異狀況

圖4 涼山州核桃堅果表型數量性狀頻率分布Fig.4 Frequency distribution of nuts phenotype characters of walnut in Liangshan prefecture

3.3堅果表型的變異和分化

表5 涼山州15個實生居群堅果表型性狀變異系數及多重比較

Note：Code of population see table 1, codes of phenotypic traits 1-18 see table 2, the same below. Paired populations with the different letters are significantly different (P<0.05) shown in ‘Mean’ line， and Paired traits with the different letters are significantly different (P<0.05) shown in ‘Mean’ column.

3.4居群間表型綜合性狀的聚類分析

以所測的18個堅果表型性狀的平均值為參數，利用核桃和泡核桃實生居群表型性狀Manhattan距離進行UPGMA聚類分析，結果(圖5)表明：當遺傳距離為0.8時，15個核桃和泡核桃實生居群聚為7類。DC、HL、XC、PG聚為安寧河谷類；JY、LB、MG、ZJ聚為大涼山類；GL、NN、MN聚為一類；HD單獨一類，在遺傳距離為0.9時與大涼山類聚為一類；YX、YY在遺傳距離為1.1時聚為一類；ML與其它居群的遺傳距離較遠。聚類分析結果呈現了與地理距離或立地條件顯著正相關的趨勢。

4 討論

表6 涼山州核桃堅果表型方差分量和表型分化系數

圖5 15個實生居群基于堅果表型性狀平均Manhattan距離聚類分析Fig.5 Cluster analyses of 15 walnut populations based on average Manhattan distance of nut phenotypic traits

氣候條件是影響物種多樣性的重要因子。本研究中，各居群內的變異幅度具有顯著性，而居群間的變異程度較小。15個居群間的表型分化系數為6.03%，進一步說明居群內分化是涼山州核桃和泡核桃資源變異的主要途徑。這可能與該地區總體氣候類型屬亞熱帶季風氣候但卻有明顯的山地氣候垂直地帶性有關。聚類結果顯示，大涼山類中各居群的地理位置相鄰，均位于大涼山山區，地貌相似，均具有典型的亞熱帶山地立體氣候；安寧河谷類中各居群地理位置相鄰，位于安寧河谷流域，地貌以中山、河谷為主，氣候條件相似；GL和MN居群也屬于地理距離相近，NN居群因氣候條件相似與它們聚為一類；YX和YY居群則僅是氣候條件相似；而ML居群與其他居群間地理距離較遠，又有山脈河流阻隔，自有獨特的高原山地氣候，因此，遺傳距離與其他居群較大。核桃和泡核桃作為栽培強度較大的樹種，長期的人為選擇、馴化和傳播都可能是導致其表型分化的重要原因[26]；而其他居群均處于安寧河和金沙江流域，該地區自古以來是西南地區“南方絲綢之路”的交通要道，核桃常作為食物、禮品或貨物往來于此，因此，較強的人為干擾也許是該地區核桃和泡核桃居群間分化不顯著的另一個原因。

5 結論

涼山州堅果表型基本囊括核桃屬DUS測試指南中已有堅果表型性狀并新增部分性狀特征，堅果表型性狀的Simpson指數和Shannon-Wiener指數表明表型多樣性相對豐富，堅果表型性狀居群內變異大于居群間變異，居群間聚類結果顯示其地理距離和氣候條件與居群間呈正相關的趨勢。因此，涼山州核桃和泡核桃資源豐富，特別是堅果表型多樣性高。

[1] 路安民. 論胡桃科植物的地理分布[J]. 中國科學院大學學報，1982，20(3)：257-274.

[2] 吳 波，朱春全，李迪強，等. 長江上游森林生態區生物多樣性保護優先區確定——基于生態區保護方法[J]. 生物多樣性，2006，14(2)：87-97.

[3] 吳萬波，韓華柏，朱益川，等. 川西高山峽谷區核桃種質資源表型多樣性調查[J].經濟林研究，2007，25(2)：42-44.

[4] Wang H, Pei D, Gu R S,etal. Genetic diversity and structure of walnut populations in central and southwestern China revealed by microsatellite markers[J].Journal of the American Society for Horticultural Science, 2008,133:197-203.

[5] 朱益川，韓華柏，吳萬波. 四川核桃及其栽培區劃[J]. 四川林業科技，2010，31(2)：21-26.

[6] 蒲光蘭，肖千文，吳開志，等. 四川核桃種質資源表型多樣性研究[J]. 湖南農業大學學報：自然科學版，2014，40(2)：162-167.

[7] GB 26909-2011-T 植物新品種特異性、一致性、穩定性測試指南-核桃屬[S].

[8] 徐永杰，韓華柏，王 滑，等. 大巴山區核桃實生居群的堅果表型和遺傳多樣性[J]. 林業科學，2016，52(5)：111-119.

[9] 李志輝，羅 平. PASW/SPSS Statistics中文版統計分析教程.第3版[M]. 北京：電子工業出版社，2010.

[10] 蒲光蘭， 肖千文， 蔡利娟，等. 四川核桃種質資源堅果的數量性狀變異及概率分級[J]. 湖南農業大學學報：自然科學版， 2015， 41(6)：647-650.

[11] 余家林，肖枝洪. 多元統計及SAS應用[M]. 武漢：武漢大學出版社，2008.

[12] 徐 斌，彭莉霞，楊會肖，等. 杜鵑紅山茶葉片主要性狀的遺傳多樣性分析[J].植物研究，2015，35(5)：730-734.

[13] 張 瑩，曹玉芬，霍宏亮，等. 基于花表型性狀的梨種質資源多樣性研究[J]. 園藝學報，2016，43(7)：1245-1256.

[14] 錢迎倩. 生物多樣性研究的原理與方法[M].北京：中國科學技術出版社, 1994.

[15] Chen L N, Ma Q G, Chen Y K,etal. Identification of major walnut cultivars grown in China based on nut phenotypes and SSR markers[J]. Scientia Horticulturae, 2014, 168:240-248.

[16] Wang H, Pan G, Ma Q G,etal. The genetic diversity and introgression ofJuglansregia, andJuglanssigillata, in Tibet as revealed by SSR markers[J]. Tree Genetics & Genomes, 2015, 11(1):1-11.

[17] 柴春山, 蘆 娟, 蔡國軍,等. 文冠果人工種群的果實表型多樣性及其變異[J]. 林業科學研究, 2013, 26(2)：181-191.

[18] 鄧紹勇, 曹 泉, 余 林,等. 梔子野生居群葉片和果實性狀的表型多樣性[J]. 林業科學研究, 2015, 28(2)：289-296.

[19] 秦 倩, 王楠楠,李金花,等.油橄欖品種表型和SSR標記的多樣性及聚類分析[J].林業科學研究,2016,29(5)：676-681.

[20] Ebrahimi A, Zarei A, Fatahi R,etal. Study on some morphological and physical attributes of walnut used in mass models[J]. Scientia Horticulturae, 2009, 121(4):490-494.

[21] 馮連芬，呂芳德，張亞萍，等. 我國核桃育種及其栽培技術研究進展[J].經濟林研究，2006，24(2)：69-73.

[22] 王金星，潘 剛，王 滑，等.西藏核桃葉片和堅果表型多樣性及其相關關系研究[J].林業科學研究，2012，25(2)：236-240.

[23] Arzani K, Mansouri-Ardakan H, Vezvaei A,etal. Morphological variation among Persian walnut (Juglansregia) genotypes from central Iran[J]. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science, 2008, 36(3):159-168.

[24] Cosmulescu S and Botu M. Walnut biodiversity in south-western Romania-resource for perspective cultivars[J]. Pakistan Journal of Botany, 2012, 44(1):307-311.

[25] GB/T 20398—2006．核桃堅果質量等級[S]．北京：中國標準出版社，2006.

[26] Gunn B F, Aradhya M, Salick J M,etal. Genetic variation in walnuts (JuglansregiaandJ.sigillata; Juglandaceae): species distinctions, human impacts, and the conservation of agrobiodiversity in Yunnan, China[J].Am erican Journal Botany,2010, 97(4):660-671.

(責任編輯：徐玉秀)

PhenotypicDiversitiesofNutsofWalnutPopulationsOriginatedfromSeedlingsinLiangshanPrefecture

LIUHao1,MAQing-guo1,ZHANGJi-yong2,WENMing2,3,SONGXiao-bo1,ZHANGJun-peii,PEIDong1

(1.Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State Forestry Administration, State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Beijing 100091, China; 2.Forestry Bureau of Liangshan Prefecture, Xichang 615000, Sichuan, China; 3.Olive Breeding Demonstration Forestry Station of Liangshan Prefecture, Xichang 615000, Sichuan, China)

S718 S792.13

A

1001-1498(2017)05-0771-08

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.05.010

2017-03-02

中國林業科學研究院重點項目“核桃提質增效關鍵技術研究”(項目編號：CAFYBB2017ZA004-2)

劉 昊(1983—)，男，博士研究生.主要研究方向：經濟林遺傳育種.E-mail：glkl@163.com

* 通訊作者：裴 東(1964—).主要從事經濟林遺傳育種研究.E-mail: peigu@caf.ac.cn