余甘子天然居群果實的表型多樣性分析及綜合評價

王德源， 朱亞艷， 戴曉勇， 余 娜， 許 杰*

(1.貴州省林業調查規劃院， 貴州貴陽 550003；2.貴州省林業科學研究院， 貴州 貴陽 550005)

表型多樣性是遺傳多樣性與環境多樣性的綜合體現，通過表型性狀檢測遺傳變異的方法近年來被廣泛應用于多個物種的種質資源遺傳多樣性研究[1-5]。表型多樣性的分析有助于了解物種遺傳分化和進化潛力，有利于優異種質的篩選和保護利用[6-7]。

余甘子(PhyllanthusemblicaLinn.)屬于大戟科(Euphorbiaceae)葉下珠屬(Phyllanthus)，是一種生長在我國亞熱帶、熱帶部分地區，特別是干熱河谷地區的多年生落葉小喬木或灌木，俗名橄欖、滇橄欖、油甘子等[8]。其果實風味獨特，富含維生素C、多酚、黃酮、多糖等化合物[9-11]，其中Vc含量為0.6%～0.92%，是蘋果的160倍，獼猴桃的5倍[12-13]，可直接食用或作藥用，具有很好的保健作用，是衛生部審核并頒布的藥食同源植物，許多營養學家把余甘子果實、獼猴桃、山核桃并列為我國三大高營養果，聯合國糧農組織也把其列為有待積極開發的果樹，我國廣西、福建已經有大面積人工栽培，但野生資源以云南最為豐富[14]。野生余甘子在云南有廣泛分布，獨特的地理氣候條件使其進化積累了豐富的遺傳變異，但很多野生資源仍未得到保護利用。開展余甘子天然居群果實表型多樣性分析，了解不同居群的表型變異特征和多樣性水平，有助于篩選優良資源，對余甘子資源保護與利用具有重要意義。為此，對6個天然居群余甘子果實表型性狀進行多樣性分析，并進行綜合評價，以揭示野生余甘子果實形態在居群間和居群內的分化程度和變異規律，為余甘子種質資源的收集、保護以及優良種質的選擇利用提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

野生余甘子：6個居群的野生余甘子采自云南省鳳慶縣，各居群地理位置和樣本數見表1。原則上每個居群的樣本數均應在10株以上，株距大于30 m，但部分居群由于樣本偏少，故采集的樣本不足10株。所選單株從東西南北4個方向隨機采集樹冠中部和中上部的成熟果實進行表型性狀測定。

表1 野生余甘子樣品的居群地理位置

1.2果實表型性狀觀測

在余甘子果實成熟期觀測表型性狀，選取果實形狀等6個描述性狀和單果重等9個數量性狀作為研究指標分析余甘子果實的表型多樣性。描述性狀采用目測觀察法進行等級劃分(表2)。數量性狀分別采用游標卡尺和電子天平進行測量。每個樣株隨機采集30個果實，新鮮果實即時用游標卡尺測量果縱徑、果橫徑、外果皮厚、果核縱徑、果核橫徑(精確到0.01 cm)，計算果形指數(果縱徑/果橫徑)，用電子天平測定單果重、外果皮重、果核重(精確到0.001 g)。

表2 余甘子果實描述性性狀的等級劃分

1.3數據處理與分析

利用Excel 2007統計描述性狀的變異情況，并計算Shannon-Weaver多樣性指數(H')[15]。利用SPSS 22.0對數量性狀進行標準化后，計算平均值、標準差(SD)和變異系數(CV)，并進行相關性分析、主成分分析和聚類分析，用SAS計算表型分化系數(Vst)。

2結果與分析

2.1余甘子果實表型性狀多樣性

2.1.1描述型性狀從表3可知，6個居群68份余甘子材料果實的6個描述性狀均有不同程度的變異，多樣性指數為0.683 1～1.660 6，平均為1.084 1，其中果實顏色和果實形狀多樣性指數較大。各性狀在其描述級別上均有分布，但不均勻，果實形狀有5種表型，以圓形和瓜形為主，分別占總分布頻率的29.81%和34.85%；果實顏色有6種表型，翠綠色和黃白色居多，深綠色最少；果基形狀有3種表型，以淺凹型所占比例最大；果頂形狀有3種表型，以平為主；果腹縫線形狀有凹平2種表型，分別占總分布頻率的42.94%和57.06%；果核粘離度以易離核為主，占總分布頻率的70.74%。

表3 余甘子果實6個描述型性狀的頻率分布及多樣性指數

2.1.2余甘子果實表型性狀及變異特征從表4可知，余甘子天然居群果實形態特征在居群間存在一定差異，其中P5居群余甘子果實的平均果橫徑、果縱徑、單果重、單個果肉重、果肉厚度、出肉率均最大，分別為2.50 cm、2.30 cm、7.37 g、6.05 g、0.65 cm和81.18%，果大、可食率高。多重比較結果表明，P5居群的單果重、單個果肉重和出肉率與其余5個居群間差異顯著；P1居群果小、可食率較高，其中，果橫徑、果縱徑、單果重、單個果肉重、果肉厚度均最小，分別為2.07 cm、2.00 cm、5.20 g、4.04 g和0.46 cm，但出肉率并不是最小，為75.26%，其單果重、單個果肉重、果肉厚度與其他5個居群間呈顯著差異；P4居群果大、可食率低，其中果橫徑、果縱徑、單果重、單果果肉重、果肉厚度均居第二，但出肉率最小，為73.67%，其果核重與其余5個居群間差異顯著。

表4 6個居群間表型性狀的平均值、標準差及多重比較

注：同行不同小寫字母間表示同一性狀在不同居群間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters in the same row indicate significance of difference in the same trait among different populations atP<.05 level.

從表5可知，11個表型性狀在居群內不同個體間的平均變異系數(CV)為24.30%，變幅為6.16%～43.35%，其變異程度為果核重>單個果肉重>單果重>果核縱徑>果核橫徑>果縱徑>果肉厚度>果橫徑>出肉率>果形指數>核形指數。果核重、單個果肉重、單果重、果縱徑、果橫徑的變異系數較大，均大于11個表型性狀的平均變異系數，變異豐富，穩定性較低；核形指數(6.16%)和果形指數(7.89%)的變異系數較小，具有較高的穩定性。在居群水平上，P1和P6居群的平均變異系數較高，表型變異相對豐富，多樣性程度相對較高；P5居群的平均變異系數最小，表型變異程度較低。說明不同性狀對環境的適應性和不同生態環境導致了居群變異程度的差異。

表5 6個居群表型性狀的變異系數

2.1.3余甘子居群間果實表型分化特征表型分化系數(Vst)為某性狀在居群間方差分量占居群總方差分量的百分比，指示表型變異在居群間貢獻率的大小[16-17]。由表6可知，11個余甘子果實表型性狀在居群間的平均方差分量百分比為20.95%，居群內為54.79%，說明余甘子果實表型性狀在居群內和居群間均存在一定程度的變異，但居群內的多樣性大于居群間的多樣性，余甘子果實表型性狀變異主要來源于居群內變異。其表型分化系數為16.67%～35.86%，平均為27.50%，單個果肉重最大，其次是出肉率和單果重，均大于30%，果形指數最少，核形指數次之，分別為16.67%和20.00%。

表6 余甘子果實表型性狀的方差分量及群體間表型分化系數

2.2余甘子果實表型性狀相關性

從表7可知，11個表型性狀間存在不同程度的相關性。單果重、單個果肉重、果核重、果核橫徑、果核縱徑、果肉厚度、出肉率均與果縱徑和果橫徑呈極顯著正相關，果橫徑、果縱徑、單果重、單個果肉重、果核重、果核橫徑、果核縱徑、果肉厚度間呈極顯著正相關，果核橫徑、核形指數、出肉率與果形指數呈顯著正相關，果形指數與果縱徑呈極顯著負相關，出肉率與果核重呈極顯著負相關。果實表型性狀間的顯著相關性顯示各性狀在生長過程中的協調性。

表7 余甘子果實表型性狀間相關性

注：*和**分別表示相關性顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)。

Note: * and ** indicate the correlation are atP<0.05 andP<0.01 level respectively.

2.3余甘子果實表型性狀主成分分析

從表8可知，前3個主成分的累計貢獻率達83.37%，表明前3個主成分代表了余甘子果實表型性狀的大部分信息。第Ⅰ主成分的特征值為6.36，解釋了11個表型性狀57.84%的變化，特征向量值較大的為果橫徑、果縱徑、單果重、單個果肉重、果核橫徑、果核縱徑，說明第Ⅰ主成分主要是與果實大小相關的性狀；第Ⅱ主成分的特征值為1.58，貢獻率為14.32%，特征向量最大的為果核重，說明第Ⅱ主成分的主要決定因子為果核重；第Ⅲ主成分特征向量值為1.23，貢獻率為11.21%，其中果形指數和核形指數的特征向量值較大，說明第Ⅲ主成分主要解釋果實形狀和果核形狀特征。

根據特征向量矩陣及標準化的11個表型性狀值，代入上述3個主成分中，由此可以獲得3個因子的得分公式，如下：

表8 11個表型性狀主成分分析

Table 8 Principal component analysis of phenotype traits inP.emblica

性狀Traits主成分 Principal componentⅠⅡⅢFTD0.980.07-0.01FLD0.940.08-0.24FW0.930.130.12FM0.93-0.160.12FMS0.200.950.03FTDS0.950.05-0.10FLDS0.920.03-0.25FT0.810.110.28FSI0.08-0.060.69FSSI0.020.090.72FP0.60-0.770.07特征值 Eigenvalue6.361.581.23貢獻率/% Contribution rate57.8414.3211.21累計貢獻率/% 57.8472.1683.37 Cumulative contribution rate

F1=0.39X1+0.37X2+0.37X3+0.37X4+0.08X5+0.38X6+0.36X7+0.32X8+0.03X9+0.01X10+0.24X11

F2=0.06X1+0.06X2+0.0.10X3-0.13X4+0.76X5+0.04X6+0.02X7+0.09X8-0.05X9+0.07X10-0.61X11

F3=-0.01X1-0.22X2+0.11X3+0.11X4+0.03X5-0.09X6-0.23X7+0.25X8+0.62X9+0.65X10+0.06X11

根據F1、F2、F3數值，以及各主成分的貢獻率權重(0.69、0.17、0.13)得出每個品種的綜合得分公式：F=0.69F1+0.17F2+0.13F3，由上述公式計算F值，對68個余甘子單株表型性狀進行綜合評價，綜合評價根據F值大小進行排序(表9)，F值越高表型綜合性越好。

從表9看出，排在前5位的分別是58號(P6居群)、52號(P5居群)、49號(P5居群)、55號(P5居群)、10號單株(P1居群)。其中P6居群的58號單株綜合得分值(F值)最高，為1.82，說明58號單株的綜合性狀最好； P1居群的2號單株F值最低，為-2.24，表明2號單株的綜合表現最差。

表9 余甘子果實表型性狀的綜合評價

2.4余甘子果實表型性狀聚類情況

從圖1可知，以歐式距離12.5為閾值，68個單株被分為5大類，Ⅰ類包括各個居群的45個單株；Ⅱ類包括P4居群的40號、41號、44號單株；Ⅲ類包括P1居群的3～6號單株；Ⅳ類包括P2居群的25號單株、P3居群的36號單株及P1居群的8號和2號單株， P1居群的2號單株單獨聚為一小類；Ⅴ類包括各個居群的12個單株。其中Ⅲ類和Ⅳ類的8個單株綜合排名均為倒數。總的來說6個居群的68個余甘子單株并未按地理距離而聚類，其果實表型性狀無空間上的特異性。

3結論與討論

表型性狀變異是物種遺傳變異的表現形式，也是基因型和環境條件共同作用的結果[18-19]。豐富的種質資源是選擇育種的重要基礎，表型性狀在植物種屬間親緣關系鑒定和居群生物學分析中具有重要作用。表型多樣性研究是植物遺傳多樣性研究中最基礎、最直觀的方法，能簡便、快捷地對遺傳資源作出評價[20-21]。選用17個果實表型性狀對6個居群68個余甘子單株遺傳多樣性分析表明，余甘子果實形態特征變異豐富。6個果實描述性狀表現出不同程度的遺傳分化，Shannon-Weaver多樣性指數在0.683 1～1.660 6，其中果實形狀、果實顏色和果頂的多樣性指數大于1，其余3個性狀(果柄形狀、腹縫線形狀、果核粘離度)的多樣性指數大于0.5。對11個表型性狀的均值、標準差和多重比較分析表明，余甘子天然居群果實形態特征在居群間存在一定差異，其中P5居群果大、可食率高，P1居群果小、可食率較高，P4居群果大、可食率低。

變異系數可間接反映表現性狀多樣性的豐富程度，變異系數越大，說明性狀的變異幅度越高，性狀多樣性越豐富[22]。研究表明，余甘子果實表型性狀在居群間和居群內均存在一定差異且表現不一致。6個居群的平均變異系數為24.30%，變幅為21.73%～25.47%，P1和P6居群的平均變異系數較高，2個居群的果實表型性狀多樣較豐富；P5居群的平均變異系數最小，其果實表型性狀變異程度較低。單果重、果橫徑等11個余甘子果實表型性狀的變幅為6.16%～43.35%，平均為24.30%，其中果核重、單個果肉重和單果重的平均變異系數為38.50%，而果形指數和核形指數的變異系數分別為7.89%和6.16%，表明余甘子果實、種子的質量性狀變異較大，而形狀相對穩定，這與對無患子(Sapindusmukorossi)[18]、毛梾(Cornuswalteri)[19]種實表型多樣性的研究結果一致。上述分析表明，不同性狀對環境的適應和不同居群的環境差異導致了種群變異程度的差異。

野生余甘子在云南獨特的地理氣候條件使其進化積累了豐富的遺傳變異。對供試材料的方差分析表明，6個居群余甘子果實表型性狀在居群間的平均方差分量百分比為20.95%，居群內為54.79%，居群間和居群內存在廣泛變異，但居群內變異大于居群間變異，說明余甘子果實表型性狀變異主要來源于居群內變異，與瞿文林等[23]得出的結論相符合。余甘子果實表型性狀的平均表型分化系數為27.50%，其中，單個果肉重、出肉率、單果重的表型分化系數較大，分別為35.86%、35.20%和30.28%，說明這3個性狀相對于其他性狀在居群間有較高的表型分化程度；而果形指數和核形指數的表型分化系數較小，分別為16.67%和20.00%，在居群間表型分化程度較低，較為穩定。余甘子果實表型分化在居群間與居群內的差異，一方面由于生態環境的差異，另一方面由于不同表型性狀受不同基因型控制。居群內的變異是余甘子果實表型性狀遺傳變異的主要來源，在開發利用余甘子種質資源時應加大優良個體的選擇和利用力度。

種質資源的遺傳多樣性直接影響著品種改良、新品種選育，目標改良性狀的多樣性越豐富，變異幾率越大，越容易獲得所期望的選擇效果。余甘子果實表型性狀在居群間和居群內豐富的變異為選擇育種提供了豐富的材料?；谟喔首庸麑嵄硇托誀睿捎秒`屬函數和主成分分析結合的方法，對68個余甘子單株進行綜合評價，該方法已在植物表型綜合評價方面得到應用[2,7,24]。主成分分析和綜合評價結果顯示，前3個主成分因子的累計貢獻率達83.37%，表型性狀綜合得分F值排在前5位的分別是58號(P6居群)、52號(P5居群)、49號(P5居群)、55號(P5居群)和10號單株(P1居群)。P6居群的58號單株綜合性狀最好； P1居群2號單株的綜合表現最差。通過比較綜合得分F值的大小篩選出的優異種質資源，可以作為雜交育種親本材料或優異種質在育種和生產中利用[20,24]。

通過對6個余甘子天然居群的果實表型多樣性分析表明，余甘子天然居群在長期進化過程中產生一定程度的表型變異，且由于居群內的表型分化與生態環境因素的共同影響，居群內的變異大于居群間變異。在收集保存余甘子種質資源時，應注意不同層次的變異，既要考慮種群間的變異，也應考慮種群內變異，增加種群內個體數量，并優先收集有特殊表型的單株。