云南野生川梨資源表型變異及聚類分析

陳 霞，黃興龍，熊云龍，何英云，蘇 俊，舒 群*

(1.云南省農業科學院園藝作物研究所，云南 昆明 650205；2.石林縣經濟作物站，云南 石林 652200)

【研究意義】川梨(Pyruspashia)別名棠梨、棠刺梨，為薔薇科(Rosaceae)，梨屬(PyrusL.)植物，為云南省4個梨屬原生種之一[1]，在全省各縣、市均有，分布在海拔680～3400 m[2]，主要呈野生狀態分布在坡邊、溝箐，是云南梨嫁接用主要砧木。在山區、半山區的早期梨園建設中，常利用較為集中連片的野生川梨進行就地嫁接成園[3-4],目前生產中常用野外收集的棠梨進行實生播種后再嫁接品種。用實生繁殖的川梨作砧木，適宜于微酸性土壤，具有根系發達、樹勢強健、與多品種嫁接親和性好、豐產優質等特點[5]。隨著城鄉建設等土地用途的改變，川梨類野生資源的保護并未受到相關部門的重視；加之在食花文化盛行的云南省[6]，炒吃棠梨花(蕾)是每年2-3月人們餐桌上不可或缺的美味，棠梨花直接來自野外掠奪式采摘，在味蕾與金錢的刺激下，加速了對野生川梨資源的掠取和破壞，川梨類型的劃分和核心資源的保存勢在必行。【前人研究進展】表型性狀是衡量物種多樣性的重要指標和研究內容[7]，開展表型多樣性研究有助于優異資源的篩選和開發利用。在梨屬植物表型多樣性研究方面，以品種資源的研究居多[8-11]。在川梨的表型多樣性研究方面，孫萍[12]通過對43個株系一年生實生苗的數量表型性狀進行分析，得出實生株系存在較大的變異；劉晶[13]用6個果實表型性狀將川梨和豆梨區分開來，并指出川梨的表型多樣性較豆梨豐富。【本研究切入點】云南野生川梨資源報道的有18個類型[1]，而對各個類型劃分并無詳細描述。在川梨的表型特征中，果實和葉片性狀分別是重要的經濟性狀和營養器官，性狀的采集和測定相對穩定和容易，也是表型變異的重要構成。【擬解決的關鍵問題】對大量川梨砧木資源的葉片和果實的質量性狀和數量性狀進行分析，確定砧木資源的表型遺傳多樣性和變異系數，篩選類型劃分的重要指標，為進一步開展砧木資源的精準劃分、保存和篩選優良砧木材料奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

材料均采自野生分布的川梨。于2018年9月下旬開始，以滇中南梨主產區為主線，開展野生川梨砧木資源現場調查、測定。參考《云南作物種質資源》中描述的川梨性狀[2]，按葉緣鈍鋸齒的性狀進行調查和篩選，完成了14個點的樣本及信息采集，調查點之間距離都在20 km以上，采樣點信息見表1，調查以株為單位，采集點少于5株的，進行全部調查，多余5株則選擇直觀表型性狀不同的單株進行標記、記錄和測定。共獲得132個單株樣本。

表1 川梨調查點位置信息

1.2 指標調查、測定

調查測定以株為單位，以果實和葉片2個比較穩定、易測定的器官為調查目標，參照《農作物種質資源鑒定技術規程 梨》[14]進行記錄，測定了質量性狀指標6個，數量性狀指標8個。質量性狀用肉眼觀測法并賦值記錄。數量性狀用千分尺和電子天平進行測定；對于果實性狀，隨機采摘10個果實測定，葉片則隨機選擇枝條中部的10個成熟葉片測定；具體測定和記錄方法見表2～3。

表2 川梨資源表型質量性狀分級

1.3 數據處理與分析

1.3.1 表型性狀統計 將獲得的表型數據，全部錄入Excel軟件中，數量性狀根據平均值(M)和標準差(S)分為10級，參照1級

表3 川梨資源表型數量性狀及調查標準

1.3.2 參數計算 用Excel軟件對各性狀進行常規統計分析，人工去除異常數據，計算獲得表型數據的算數平均值、極值、標準差、變異系數等基本統計量。用SPSS 19.0軟件進行各性狀相關性分析；對數量性狀進行分布描述；用Shannon’s 信息指數I對各性狀進行遺傳多樣性評價。

1.3.3 主成分聚類分析 用SPSS 19.0軟件對表型數據進行降維分析，抽提特征值根大于1的主成分，獲得較少具有代表性且相互獨立的因子[16]采用組間聯接分層聚類，用Euclidean距離進行度量，并用Z-score法進行標準化處理后對主成分因子進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 表型性狀的變異統計分析

2.1.1 質量性狀多樣性分析 從表4可以看出，川梨6個質量性狀變異較大，變異系數為10.222 %～37.589 %，最大的為果實形狀。多樣性指數為0.265～1.358，平均值為0.924，說明川梨的果形、果棱、葉片、葉尖以及葉面平展度5個質量性狀都存在著豐富的多樣性。以果實形狀多樣性指數最高，為1.358，主要以扁圓形(27.3 %)和圓形(62.9 %)為主，兩者共占90.2 %；其次為葉片形狀，多樣性指數為1.308，披針形占63.6 %；果棱多樣性指數為0.926，果面65.9 %無棱，34.1 %有棱；葉面多樣性指數為0.918，66.7 %表現為平展，33.3 %出現葉面抱合；葉尖形態以急尖為主，占84.1 %，長尾尖和鈍尖共占15.9 %，多樣性指數為0.769。葉基多樣性指數0.265，為最低，楔形占95.5 %，其余4.5 %為寬楔形。

表4 川梨資源表型質量性狀頻率分布及多樣性指數

2.1.2 數量性狀多樣性分析 由表5可知，8個數量性狀中單果重的變異系數最大，為43.725 %，果梗粗度的變異系數最小，為11.658 %；多樣性指數變化范圍為2.758～3.063，節間長度最大，為3.063，果梗長度最小，為2.758，平均為2.956，明顯高于質量性狀，說明野生川梨數量性狀的多樣性更為豐富。

表5 川梨資源數量性狀變異統計分析

用SPSS軟件對數量性狀進行分布描述分析，8個數量性狀的分布偏度系數Skewness均小于1，峰度系數Kurtosis除果梗為1.196外都小于1，說明8個性狀均符合近似正態分布，可用于相關性和主成分分析；各數量性狀的樣品分布的直方圖見圖1。

圖1 川梨數量表型性狀分布Fig.1 Distribution of phenotypic quantitative traits for P.pashia

2.2 相關性和主成分分析

2.2.1 相關性分析 對132個樣本的14個性狀進行相關分析，結果見表6。果實形狀與其他13個性狀均沒有顯著相關性；果棱的有無與葉片橫徑在0.05水平上顯著相關，與其他12個性狀沒有顯著相關性；葉尖形狀與葉基形狀、葉片形狀、葉片縱徑顯著相關，與其他10個性狀無顯著相關性；葉面平展性與葉柄長度、葉面橫徑、葉片形狀顯著相關，與其他10個性狀無顯著相關性。整體而言，除了梗粗與梗長，梗粗與葉柄長相關性不顯著，其他所有數量性狀基本互為顯著相關，質量性狀之間的相關性較弱，質量性狀和數量性狀之間部分指標存在顯著相關。

表6 各性狀相關性分析矩陣

2.2.2 主成分分析 各個表型性狀之間存在一定的關聯性，單個因子對表型構成的作用難以分析，主成分分析可以在不損失或很少損失原有信息的基礎上對各個性狀進行抽提和合并，簡化成數量較少且獨立的因子。通過對14個表型性狀進行主成分分析，Bartlett球形檢驗的結果P值小于0.01，KMO值為0.776表明數據適合進行主成分分析；以特征值為1進行抽提，獲得5個主成分(表7)，累計貢獻率為71.736 %，說明132份樣品14個性狀的大部分信息可以用這5個主成分代表[17]。

表7 主成分矩陣

由表7看出，第1主成分對表型變異的貢獻率最大，達32.655 %，以數量性狀貢獻為主，按特征向量值大小依次為果實橫徑、單果重、果實縱徑、葉片橫徑、葉片縱徑、葉柄長度；第2主成分的貢獻率為12.812 %，貢獻較大的主要是質量性狀，如葉片形狀、葉尖形狀、葉面平展性；第3、4、5主成分則為數量性狀和質量性狀互作貢獻，第3主成分的貢獻率為9.805 %，特征向量值依次有果梗粗度、葉面平展性、果棱有無、葉基形狀；第4主成分貢獻率為8.657 %，主要貢獻性狀為果棱有無、果梗長度、葉片縱徑、葉柄長度；第5主成分的貢獻率為7.807 %，主要貢獻性狀為葉尖形狀、葉基形狀、葉片縱徑、果實形狀。

2.3 聚類分析

利用SPSS19.0對132份野生川梨的5個主成分進行聚類分析，計算歐式距離，并構建樹狀聚類圖(圖2)。在Euclidean值為22.5時，整體被分為兩個大組，其中組Ⅰ有126個樣本，占樣本總數的95.45 %；組Ⅱ有6個樣本，占樣本總數的4.55 %；在Euclidean值為10時，將全部樣本分為A-J共10個類群，且各指標在0.05水平均差異顯著，表明分類合理；來自不同的居群的樣品都分散在各亞組中，說明川梨表型聚類與樣品來源無顯著關系，同時也說明了川梨各居群內部蘊含了豐富的多樣性。

圖2 132個川梨資源表型性狀聚類圖Fig.2 Dengrogram of phenotype traits for 132 P.pashia resources

3 討 論

利用表型性狀來評價植物的遺傳變異是較為基礎、最便捷、常用的方法[18]，具有直觀、易辨別的特點，便于開展野外資源的收集。對于植物的表型性狀評價，前人研究多采用直接經濟性狀[19-20]的少數幾個性狀來進行分析、分類；赫衛[21]利用28個性狀對辣椒種質資源的分類研究結果指出，性狀數目越多，形態學分類的準確性越高。果實和葉片性狀是川梨比較穩定且容易測得的形態性狀，由于植物的周期動態生長特性，選擇在9-10月果實和葉片進入相對成熟期時測定，可提高分析結果的可靠性。

對132份野生川梨14個形態學性狀多樣性分析中，質量性狀的果實形狀、葉片形狀以及8個數量性狀多樣性指數都比較高；對形態學性狀的分析發現，數量性狀的多樣性整體高于質量性狀，說明野生川梨的數量性狀更為豐富，孫萍[12]在對43個株系一年生實生苗的數量表型性狀進行分析時，得出了相同的結論。在葉片和果實性狀的對比中，兩者的多樣性豐富度相近，說明除了果實性狀外，作為重要的營養器官，葉片性狀可以作為良好的輔助性狀來進行川梨的分類。

SPSS軟件被廣泛地用在社會統計學中[22-23]，具有功能強大，操作簡便等特點，分析的數據通常要求具有相同的量綱，指標數量的變化對聚類的結果有較大的影響。試驗選擇測量單位一致的數量性狀按標準差和均值進行分級，最大程度地實現了分析指標的一致性。主成分分析成功對14個性狀的信息進行了線性抽提，降維為5個主成分，主成分中各性狀的貢獻值也為川梨形態分類指標權重的確定提供了參考。基于5個主成分的SPSS聚類按照性狀相同或近似相同的原則實現了132個川梨樣本的分類，但可能存在受環境影響的原因，有待通過不受環境因素影響的分子標記手段來進行印證。

4 結 論

云南野生川梨砧木資源的果實和葉片性狀存在極為豐富的多樣性，質量性狀中果實形狀、葉片形狀的多樣性指數較高，多樣性豐富。數量性狀中葉片橫徑、葉柄長度、果實橫徑的多樣性指數排在前三，多樣性豐富。綜合相關性分析和主成分分析，篩選出果實形狀、果棱有無、葉尖形狀、葉片橫徑、果實橫徑5個性狀作為川梨果實和葉片的重要指標。聚類分析顯示，來自不同居群的樣品都分散在各亞組中，說明川梨表型聚類與樣品來源無顯著關系，同時也說明了川梨各居群內部蘊含了豐富的多樣性。