5個種源文冠果果實和種子表型性狀變異分析

王藝林，呂 東，劉賢德，李小燕，趙國生，劉建海

（甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院，甘肅 張掖 734000 ）

表型是基因型和環(huán)境因素互作的結(jié)果，主要在個體水平上進(jìn)行表達(dá)。遺傳變異最直接和最簡便的檢測方法是進(jìn)行表型性狀的測定。形態(tài)學(xué)性狀為表型的一部分，表型性狀還包括生物化學(xué)成分特征、生化代謝特征、生理活性特征及環(huán)境適應(yīng)能力等方面[1-2]。關(guān)于植物表型性狀的研究，一方面是從遺傳上進(jìn)行研究的，其對象多為重要的經(jīng)濟性狀，側(cè)重于尋找具優(yōu)良性狀的遺傳材料，從而為遺傳改良奠定基礎(chǔ)；另一方面是從生態(tài)學(xué)上開展研究的，其對象主要是在生態(tài)上表現(xiàn)出的十分重要的性狀，注重探究物種的適應(yīng)性[3]。植物的表型性狀包括種實、花、葉及樹體性狀等，但對于經(jīng)濟林產(chǎn)果類植物而言，主要表型性狀體現(xiàn)為種實性狀。種實性狀是植物有性生殖系統(tǒng)的重要組成部分，是植物生存和繁衍適應(yīng)性的集中表現(xiàn)[4]。

文冠果Xanthoceras sorbifolia為無患子科Sapindaceae文冠果屬植物，是重要的生物柴油樹種和藥用植物[5-7]。隨著國家對加快發(fā)展木本油料產(chǎn)業(yè)和特色經(jīng)濟林產(chǎn)業(yè)的部署和要求，培育文冠果良種已成為當(dāng)前的文冠果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。有關(guān)學(xué)者對文冠果群落結(jié)構(gòu)及物種多樣性[8]、文冠果嫁接[9]、果實及種子表型性狀變異[10]、文冠果的引種[11]、文冠果地理分布和生物生態(tài)學(xué)特性[12]、文冠果種子形態(tài)特征及地理種源差異性[13]、文冠果結(jié)果與枝條主要性狀因子間的相關(guān)性[14]、立地條件和栽植密度對文冠果生長結(jié)實的影響[15]等方面進(jìn)行了研究。文冠果長期處于粗放管理狀態(tài)中，致使文冠果良種利用不盡人意。鑒于此，本文以5個種源文冠果果實和種子性狀為研究對象，分析了文冠果果實和種子性狀的變異情況，旨在對文冠果種源進(jìn)行更加科學(xué)的評價和更有效的利用，從而為文冠果的良種選育提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省張掖市省級文冠果林木良種基地，海拔1 450 m，其地理坐標(biāo)為39°01′46.3″N、100°31′56.2″ E，屬中溫帶干旱荒漠大陸性氣候，年平均氣溫7 ℃，極端最高氣溫38.6 ℃，極端最低氣溫-28.7 ℃，年平均降水量129 mm，年蒸發(fā)量2 074.9 mm，年平均相對濕度52%，全年日照時數(shù)為3 085 h，無霜期156 d。研究區(qū)地勢平坦，土壤以沙壤土、灰棕荒漠土為主，其pH值在8.7左右，土壤有機質(zhì)含量1.5%。研究區(qū)的野生植被以細(xì)葉芨芨草Achnatherum chingii (Hitchc.) Keng P. C. Kuo、沙蒿Artemisia desertorum Spreng.Syst.Veg.和小果白刺Nitraria sibirica Pall.等旱生、沙生灌木及多年生草本植物為主。

2 材料與方法

2.1 材 料

供試材料來源于2009年張掖市省級文冠果林木良種基地收集的引自河南靈寶、河南三門峽、內(nèi)蒙赤峰、甘肅慶陽的種源和甘肅張掖種源共5個文冠果種源，文冠果樹齡為8 a，其長勢良好，已進(jìn)入結(jié)果期。

2.2 方 法

2.2.1 文冠果果實及種子的采集

2017年8月文冠果果實成熟季節(jié)，在張掖市省級文冠果林木良種基地內(nèi)，采摘5個種源的文冠果果實，每個種源隨機選擇6株文冠果樣樹進(jìn)行果實采摘，每株隨機采集10個果實，采摘時單株單采，并按種源編號。所采不同種源文冠果的鮮果、果皮和種子樣品如圖1所示。

2.2.2 文冠果果實、種子表型性狀的測定

根據(jù)種源編號在所采文冠果果實樣品里面每個種源隨機選取20個鮮果，分別測定單果鮮質(zhì)量、果實橫徑、果實縱徑，重復(fù)3次，計算果實橫徑與果實縱徑的比值。分別取單果鮮質(zhì)量、果實橫徑、果實縱徑、果實橫徑/果實縱徑之值的平均值。

單果果皮干質(zhì)量、單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量、單果種室數(shù)的測定：每個種源隨機取20個單果進(jìn)行晾曬，待完全晾干并按種源分組進(jìn)行單果脫粒后，再進(jìn)行單果皮干質(zhì)量、單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量、單果種室數(shù)的測定，重復(fù)3次。分別取單果皮干質(zhì)量、單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量、單果種室數(shù)的平均值。

種子橫徑、種子縱徑、種子千粒質(zhì)量的測定：按種源分組進(jìn)行單果脫粒后，每個種源隨機取100粒種子，用游標(biāo)卡尺測定每粒種子的橫徑、縱徑的長度和寬度（最寬端），重復(fù)3次。每個種源隨機取100粒種子稱其重量，換算成千粒質(zhì)量，重復(fù)3次，取其平均值。

用電子天平稱量單果鮮質(zhì)量、單果果皮干質(zhì)量、單果籽質(zhì)量、種子千粒質(zhì)量，測量精度為0.01 g。用游標(biāo)卡尺測定果實橫徑、果實縱徑、種子橫徑、種子縱徑，測量精度均為0.01 cm。

2.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析方法

采用Minitab、DPS 等統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。種源間的差異分析采用巢式設(shè)計，線性模型為：

yijk＝μ＋pj＋bi＋eijk。

式中：μ為總體平均值；pj為種源效應(yīng)；bi為重復(fù)效應(yīng)；eijk為隨機誤差。采用常規(guī)統(tǒng)計方法統(tǒng)計文冠果果實、種子各表型性狀的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；用變異系數(shù)（GCV）表示表型性狀的離散程度，變異系數(shù)的計算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 5個種源文冠果果實及種子性狀的調(diào)查結(jié)果

5個種源文冠果果實及種子性狀的測定結(jié)果見表1。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，分別對不同種源文冠果的單果鮮質(zhì)量、單果果皮干質(zhì)量、果實橫徑、果實縱徑、單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量、單果種室數(shù)進(jìn)行了比較分析，綜合評價結(jié)果表明，不同種源文冠果果實和種子由優(yōu)到劣的次序為：甘肅張掖＞甘肅慶陽＞河南三門峽＞內(nèi)蒙赤峰＞河南靈寶。

表1 5個種源文冠果果實及種子性狀的測定結(jié)果Table 1 Statistics of fruits and seed traits of five provenances of X. sorbifolia

3.2 5個種源文冠果果實及種子表型性狀的比較

5個種源文冠果果實與種子表型性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和多重比較結(jié)果見表2。由表2可知，不同種源文冠果的單果鮮質(zhì)量平均值為70.14～104.40 g，單果果皮干質(zhì)量平均值為40.02～65.93 g，果實橫徑平均值為5.36～6.49 cm，果實縱徑平均值為5.69～6.45 cm，單果籽粒數(shù)平均值為14.89～22.14 粒，單果籽質(zhì)量平均值24.70～38.47 g，單果種室數(shù)平均值為3.00～3.20 個，種子橫徑平均值為1.52～1.84 cm，種子縱徑平均值為1.37～1.51 cm。表2表明：單果鮮果質(zhì)量，內(nèi)蒙赤峰（70.14 g）和河南靈寶（73.77 g）與其余3個種源間的差異均顯著；單果果皮干質(zhì)量，河南靈寶（49.07 g）和河南三門峽（51.04 g）與其余3個種源間的差異均顯著；果實橫徑、縱徑，河南靈寶（5.76、5.73 cm）和甘肅慶陽（5.80、5.79 cm）與其余3個種源間的差異均顯著；果實縱橫徑之比，內(nèi)蒙赤峰（0.91）與其余4個種源間的差異顯著；單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量，5個種源間差異均顯著；種室數(shù)，甘肅慶陽（3.20 個）與其余4個種源間的差異顯著；種子橫徑，河南靈寶（1.68 cm）和河南三門峽（1.64 cm）與其余3個種源間的差異均顯著；種子縱徑，河南靈寶（1.68 cm）和河南三門峽（1.64 cm）與其余3個種源間的差異均顯著，且內(nèi)蒙赤峰（1.37 cm）和甘肅慶陽（1.38 cm）與其余3個種源間的差異也顯著；千粒質(zhì)量，河南靈寶（1 080.26 g）和河南三門峽（1 059.07 g）與其余3個種源間的差異均顯著。

表2 5個種源文冠果果實與種子表型性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和多重比較結(jié)果?Table 2 The mean value, standard deviation, and multiple comparisons of phenotypic traits in five provenance of X. sorbifolia fruits and seeds

3.3 文冠果5個種源間與各種源內(nèi)果實及種子表型性狀的變異情況

5個種源文冠果不同種源間與各種源內(nèi)果實及種子表型性狀的方差分析結(jié)果見表3。由表3可知，經(jīng)F檢驗，5個種源文冠果果實和種子的單果鮮果質(zhì)量、單果果皮干質(zhì)量、果實橫徑、果實縱徑、果實縱橫徑之比、單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量、種室數(shù)、種子橫徑、種子縱徑、種子千粒質(zhì)量等11個表型性狀在不同種源間、各種源內(nèi)都存在著極顯著差異，說明5個種源文冠果的果實和種子的表型性狀在種源間和種源內(nèi)都存在著豐富的變異。

表3 5個種源文冠果不同種源間與各種源內(nèi)果實及種子表型性狀的方差分析結(jié)果?Table 3 Variance analysis of phenotypic traits five provenances/ within provenance in X. sorbifolia

對5個種源文冠果果實、種子表型性狀進(jìn)行了統(tǒng)計分析，結(jié)果見表4。由表4可知，文冠果5個種源間果實、種子表型性狀均存在著較為廣泛的遺傳變異。其中，單果鮮質(zhì)量均值為82.68 g，其變幅為58.71～113.18 g，變異系數(shù)為25.70%；單果皮干質(zhì)量均值為52.70 g，其變幅為34.15～71.22 g，變異系數(shù)為4.32%；單果籽粒數(shù)均值為23.28 個，其變幅為16～27 個，變異系數(shù)為5.86%；單果籽質(zhì)量均值為29.97 g，其變幅為19.85～40.33 g，變異系數(shù)為6.42%；單果種室數(shù)均值為3.04 個，其變幅為3～5 個，變異系數(shù)為2.83%；千粒種均值為1 049.20 g，其變幅為860.78～1 224.42 g，變異系數(shù)為22.34%。

表4 5個種源文冠果果實、種子表型性狀的統(tǒng)計分析結(jié)果Table 4 Statistical analysis of real phenotypic traits in five provenances of X. sorbifolia

文冠果果實和種子的縱橫徑及其比值反映了它們的大小和形狀特點。各個種源內(nèi)，文冠果果實縱徑變幅為5.53～6.81 cm，變異系數(shù)為1.35%；果實縱、橫徑均值分別5.91 cm、5.80 cm，其變異系數(shù)分別為1.35%、2.21%；文冠果種子縱徑變幅（1.34～1.53 cm）也最大，變異系數(shù)為3.41%。不同種源間，文冠果種子橫徑的變幅為1.40～1.94 cm，變異系數(shù)4.30%；種子縱、橫徑的平均值分別為1.43、1.69 cm，其變異系數(shù)分別為3.41%、4.30%。文冠果果實縱橫徑的比值（稱為果形指數(shù)）為1.02，說明文冠果果實為平頂球果型。

3.4 不同種源文冠果種實表型性狀變異分析

5個種源文冠果果實及種子表型性狀形態(tài)指標(biāo)的均值、多重比較結(jié)果和變異系數(shù)見表5。由表5可知，不同種源的文冠果其果實與種子表型性狀均表現(xiàn)出不同的變異特點。單果鮮質(zhì)量的變異系數(shù)變幅為23.32%～28.67%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：甘肅張掖＞甘肅慶陽＞內(nèi)蒙古赤峰＞河南三門峽＞河南靈寶。單果鮮質(zhì)量極差值最大的是河南靈寶種源，其最大值是最小值的1.39倍。單果果皮干質(zhì)量變異系數(shù)變幅為3.22%～5.68%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：甘肅張掖＞甘肅慶陽＞內(nèi)蒙古赤峰＞河南三門峽＞河南靈寶。單果果皮干質(zhì)量極差值最大的是河南三門峽種源，其最大值是最小值的1.27倍。果實橫徑變異系數(shù)變幅為1.74%～2.89%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：甘肅張掖＞甘肅慶陽＞內(nèi)蒙古赤峰＞河南三門峽＞河南靈寶。果實橫徑極差值最大的是河南靈寶種源，其最大值是最小值的1.14倍。果實縱徑變異系數(shù)變幅為1.06%～1.67%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：甘肅張掖＞甘肅慶陽＞內(nèi)蒙古赤峰＞河南靈寶＞河南三門峽。果實縱徑極差值最大的是河南靈寶種源，其最大值是最小值的1.14倍。果實縱橫徑比變異系數(shù)變幅為0.39%～0.61%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：內(nèi)蒙古赤峰＞甘肅慶陽＞河南三門峽＞甘肅張掖＞河南靈寶。果實縱橫徑比極差值最大的是內(nèi)蒙古赤峰種源，其最大值是最小值的1.07倍。單果籽粒數(shù)變異系數(shù)變幅為5.62%～5.99%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：內(nèi)蒙古赤峰＞甘肅張掖＞河南三門峽＞甘肅慶陽＞河南靈寶。單果籽粒數(shù)極差值最大的是內(nèi)蒙古赤峰種源，其最大值是最小值的1.49倍。單果籽質(zhì)量變異系數(shù)變幅為1.98%～3.01%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：河南三門峽＞甘肅省慶陽＞河南靈寶＞內(nèi)蒙古赤峰＞甘肅張掖。單果籽質(zhì)量極差值最大的是河南靈寶種源，其最大值是最小值的1.49倍。種室數(shù)變異系數(shù)變幅為5.63%～8.02%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：甘肅張掖＞內(nèi)蒙古赤峰＞河南靈寶＞河南三門峽＞甘肅慶陽。種室數(shù)極差值最大的是甘肅慶陽種源，其最大值是最小值的1.08倍。種子橫徑變異系數(shù)變幅為6.32%～9.20%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：河南三門峽＞甘肅慶陽＞內(nèi)蒙古赤峰＞甘肅張掖＞河南靈寶。種子橫徑極差值最大的是河南靈寶種源，其最大值是最小值的1.17倍。種子縱徑變異系數(shù)變幅為2.76%～4.23%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：河南靈寶＞甘肅張掖＞河南三門峽＞內(nèi)蒙古赤峰＞甘肅慶陽。種子縱徑極差值最大的分別是河南靈寶種源和甘肅張掖種源，其最大值均為其最小值的1.03倍。千粒質(zhì)量變異系數(shù)變幅為16.34%～22.57%，不同種源其變異系數(shù)的大小順序為：內(nèi)蒙古赤峰＞甘肅張掖＞甘肅慶陽＞河南三門峽＞河南靈寶。千粒質(zhì)量極差值最大的是甘肅張掖種源，其最大值是最小值的1.07倍。5個種源果實和種子表型性狀變異特點為文冠果良種的選育提供了豐富的資源。

表5 5個種源文冠果果實與種子表型性狀形態(tài)指標(biāo)的均值、多重比較結(jié)果和變異系數(shù)?Table 5 Coefficient of variation of phenotypic traits of five provenances in X. sorbifolia

續(xù)表5Continuation of table 5

3.5 不同種源文冠果果實及種子表型性狀相關(guān)關(guān)系

5個種源文冠果果實與種子的11個表型性狀指標(biāo)間的相關(guān)分析結(jié)果見表6。表6表明：各性狀指標(biāo)間存在著不同程度的相關(guān)關(guān)系。其中，單果鮮質(zhì)量與果實橫徑（P＜0.01，r＝0.824）、果實縱徑（P＜0.01，r＝0.751）、果實縱橫徑比（P＜ 0.01，r＝0.470）、種子橫徑（P＜0.01，r＝0.514）、種子縱徑（P＜0.01，r＝0.664）、單果籽質(zhì)量（P＜0.01，r＝0.675）間均呈極顯著相關(guān)關(guān)系，單果籽質(zhì)量與果實橫徑（P＜0.01，r＝0.543）、果實縱徑（P＜0.01，r＝0.380）、果實縱橫徑比（P＜0.01，r＝0.472）、種子橫徑（P＜0.01，r＝0.712）、種子縱徑（P＜0.01，r＝0.583）、單果籽粒數(shù)（P＜0.01，r＝0.793）間也均呈極顯著相關(guān)關(guān)系。這一分析結(jié)果說明，單果鮮質(zhì)量受果實性狀的影響較大，且單果籽粒重量受種子性狀的影響也較大，其中種子縱徑與橫徑相比，種子縱徑對單果鮮質(zhì)量和單果籽粒質(zhì)量的影響比種子橫徑大。相關(guān)性分析結(jié)果表明，5個種源文冠果樹體生長的立地條件和栽培條件基本一致，文冠果果實性狀是影響單果鮮質(zhì)量的主要因素，單果籽粒重量受種子性狀的影響也較大。綜合分析可知，果實和種子表型性狀變異主要受遺傳影響，這對篩選文冠果優(yōu)良單株具有一定的理論指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論與討論

表型性狀變異由遺傳信息在內(nèi)、外在因素的共同作用下產(chǎn)生，是群體生物遺傳信息的重要表征，也是長期適應(yīng)與進(jìn)化的產(chǎn)物[16]。表型性狀變異具有適應(yīng)和進(jìn)化方面的意義[17]。群體中數(shù)量或質(zhì)量性狀是研究群體遺傳多樣性的重要內(nèi)容和手段[16]。本文對5個種源文冠果果實和種子表型性狀變異分析的結(jié)果顯示，5個種源文冠果的單果鮮質(zhì)量、單果皮干質(zhì)量、果實橫徑、果實縱徑、果實縱橫徑比、單果籽粒數(shù)、單果籽質(zhì)量、單果種室數(shù)、種子橫徑、種子縱徑、種子千粒質(zhì)量等表型性狀在不同種源間和同一種源內(nèi)都存在著極顯著差異，這說明5個種源的文冠果果實和種子的表型性狀在種源間和種源內(nèi)都存在豐富的變異。這與楊雨春等[16]對文冠果不同群體果實和種子性狀的綜合評價結(jié)果一致，與柴春山等[18]對文冠果人工種群的果實表型多樣性及其變異的研究結(jié)果也相似。這些變異是文冠果遺傳因素和環(huán)境因素共同影響的結(jié)果[19-20]，因此，在相關(guān)性極強的性狀間進(jìn)行選擇時，對其中一個性狀進(jìn)行改良，可以同時影響其他性狀[21-23]。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，5個種源文冠果的單果鮮質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑、種子橫徑、種子縱徑、單果籽粒數(shù)是文冠果果實和種子的6個重要經(jīng)濟性狀，這6個性狀與其他性狀間有著不同程度的相關(guān)關(guān)系。單果鮮質(zhì)量、果實縱徑、果實橫徑、種子橫徑、種子縱徑、單果籽粒數(shù)是文冠果果實和種子的較為關(guān)鍵和重要的表型性狀。因此，對相關(guān)性極強的性狀組進(jìn)行選擇時，對其中一個性狀進(jìn)行改良，同時可以影響其他性狀；而對相關(guān)性不顯著的性狀組進(jìn)行選擇時，由于一個性狀的改良對其他性狀的影響不大，所以在性狀選擇上應(yīng)當(dāng)有不同的改良方向和選擇標(biāo)準(zhǔn)[24]。

表6 5個種源文冠果種果實與種子表型性狀指標(biāo)間的相關(guān)分析結(jié)果?Table 6 Correlation coefficients matrix among phenotypic traits of five provenances in X. sorbifolia

在調(diào)查的眾多性狀指標(biāo)中，文冠果單果鮮質(zhì)量受果實性狀的影響較大，且單果籽粒重量受種子性狀的影響較大，其中種子縱徑與橫徑相比，種子縱徑對單果鮮質(zhì)量和單果籽粒質(zhì)量的影響比種子橫徑大。這與王偉等[25]對長柄扁桃堅果表型多樣性及其相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)果基本一致。

植物性狀遺傳多樣性是遺傳育種研究的重要內(nèi)容之一。植物性狀遺傳多樣性量化指標(biāo)就是性狀的變異頻率，變異系數(shù)的大小作為種質(zhì)的固有特征，反映出種質(zhì)差異的范圍和程度，決定著資源選擇余地的大小[26]。本研究結(jié)果表明，5個種源文冠果果實和種子表型性狀表現(xiàn)出不同的變異情況，其中，單果鮮質(zhì)量、單果籽粒質(zhì)量及種子千粒質(zhì)量的變異系數(shù)都較大，在文冠果選育過程中，這3個表型性狀的選擇空間相對都較大。環(huán)境及栽培因素對植物表型性狀的影響較大，在相同的生長環(huán)境下，植物不同性狀的多樣性能夠較好地揭示其遺傳本質(zhì)[25]。根據(jù)不同的育種目標(biāo)，利用不同類型的優(yōu)良基因資源進(jìn)行基因重組，種質(zhì)改良、創(chuàng)新及雜交種的組配，這些問題均有待于進(jìn)一步研究。