西南地區青花椒種質資源表型性狀多樣性分析

羅友進 陳 霞 吳純清 張義剛 程玥晴 謝永紅

摘 要 以收集于西南地區的16份青花椒種質資源為研究對象，采用變異系數、雜種指數、相關性、主成分和聚類分析方法研究了花椒種質資源表型性狀的多樣性，探索了西南地區青花椒種群間的變異特點和多樣性，為青花椒良種選育提供參考依據。結果表明：16份青花椒種質資源8項表型性狀指標的變異性較大，變異系數在6.8%～44.7%，其中以狹翼寬的變異系數最大，子房形狀指數的變異系數最小;各表型性狀指標雜種指數變異范圍較大，變異系數除小葉數雜種指數外均在20%以上，以子房形狀指數雜種指數的變異系數最大。相關性分析表明，青花椒千粒重與雌蕊長、葉形指數呈顯著正相關，與狹翼寬呈顯著負相關;主成分分析表明，雌蕊長、子房形狀指數、基部小葉面積和狹翼寬是最主要表型性狀因子;聚類分析表明，青花椒栽培品種與野生品種間表型性狀存在著較大的差異。據此認為，西南地區青花椒種質資源表型性狀變異類型豐富、變異幅度大，遺傳多樣性豐富，育種選擇潛力大。

關鍵詞 青花椒;種質資源;表型性狀;多樣性;西南地區

中圖分類號：S573+.9 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.34.001

花椒為蕓香科（Rutaceae）花椒屬（Zanthoxylum L.）植物，在我國有悠久的栽培歷史，是香料、醫藥、油料兼用的經濟樹種[1]。目前，果實為綠色的花椒統稱為“青花椒”，因其具有麻味濃烈、氣味清香的特點，且果皮顏色獨特，深受消費者喜愛。

受歷史、地理及人為因素的影響，花椒在由野生向栽培馴化的過程中逐漸形成了很多的品種，常見的栽培品種如大紅袍、小紅袍、枸椒等。但由于分類依據各不相同，導致存在品種名稱混淆、雜亂等問題（即同名異物、同物異名現象）。人工選育出的品種雖然較多，但在品種類型和特征上無突破性的進展[2-3]。表型性狀鑒定評價是植物種質資源研究的常用方法[4-10]，如李紅莉等通過對黑龍江省野生獼猴桃果實表型性狀變異研究指出其遺傳多樣性豐富，育種選擇潛力大[7];王博等以寧夏野生酸棗群體的分布、表型性狀等研究為基礎，提出了酸棗資源的保護和開發利用方向[8]。訖今為止，對花椒的研究主要集中在栽培管理、生理、生化、生態及藥用價值方面[1，11-13]，對其表型性狀多樣性方面的研究還鮮見報道[14]，嚴重制約了其種質資源的開發利用。本文以來自于西南地區（重慶、四川、云南、貴州）的共16份青花椒種質資源為研究對象，對其8項表型性狀進行分析和綜合評價，旨在揭示不同來源地青花椒種質資源的遺傳多樣性與親緣關系，為青花椒種質資源的開發利用及新品種選育提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

供試材料為西南地區的16份青花椒種質，保存在重慶市花椒種質資源圃內，來源地信息見表1。該資源圃位于重慶市江津區慈云鎮刁家社區（E：106°13′5.84″～106°13′26.06″，N：29°6′54.38″～29°7′14.95″），處川東平行嶺谷末端，為北高南低淺丘地貌，海拔范圍為295.5～335.7 m;屬北半球中亞熱帶濕潤季風氣候區，具有氣候溫和、四季分明、夏熱冬暖、光熱同季、無霜期長、雨量充沛、濕潤多陰等特點。常年平均氣溫18.4 ℃，年平均日照時數1 141.0 h，年平均降雨量1 001.2 mm;年平均風速0.8 m·s-1，最多風向為東北風;年平均蒸發量為805.5 mm;年雷暴日數37 d。土壤為沙溪廟組紫色砂壤土和壤土，土層較為深厚;坡耕地面積占68%，平緩谷地面積占32%;土壤排水系統良好。資源圃種質資源按照當地栽培管理習慣進行日常管理，其間根據病蟲害發生情況及時噴藥防治。

1.2? 方法

每份青花椒種質資源分別選取5株健康植株采集葉片、花序及果實樣品進行觀測分析，其中，葉片樣品從當年生枝條上采集，選取老熟葉片30片·株-1，并確保無機械損傷和病蟲害;花序樣品于青花椒盛花期在植株中上部采集，10個·株-1;果實樣品于各種質資源青花椒成熟期隨機收集，采集混合鮮青花椒果穗樣品1 kg。觀測分析指標主要包括狹翼寬、基部小葉面積、葉形指數、雌蕊長、子房形狀指數、小葉數、千粒重、頂端小葉單邊側脈數等。

1.3? 數據處理

1.3.1? 單一性狀雜種指數Ix

根據青花椒種質資源葉、花、果的主要性狀變異特征，選取狹翼寬、基部小葉面積、葉形指數、雌蕊長、子房形狀指數、小葉數、千粒重及頂端小葉單邊側脈數等單一性狀量化指標，參考Anderson設計的“雜種指數”法[14]進行青花椒性狀變異的定量評價。青花椒種質資源單一性狀雜種指數Ix計算公式如下：

[Ix=I1B-A×B-X] （1）

（1）式中，Ix為比較的青花椒種質資源各性狀雜種指數值。I1為評價資源的各性狀的設定指數值，設定變異最大的竹葉椒，狹翼寬、基部小葉面積、葉形指數、雌蕊長度、子房形狀指數、小葉數、千粒重及頂端小葉單邊側脈數單一性狀指數分別為4、2、3、3、4、3、4、2;設定花椒各性狀不變，各單一性狀指數值均為0。A、B分別為花椒屬竹葉花椒、花椒各性狀的最值。X為比較花椒資源各性狀的測定值。

1.3.2? 數據分析

表型性狀數據統計性描述分析、相關性分析、主成分分析、聚類分析等均采用IBM SPSS 19.0軟件進行，主成分分析采用因子過程的主成分分析法，提取特征值大于1.0的因子作為主成分;聚類分析采用離差平方和法，遺傳距離為歐氏距離。

2? 結果與分析

2.1? 表型性狀描述性分析

16份青花椒種質資源的表型性狀統計分析見表2。由表2可知，16份青花椒種質資源8項表型性狀指標的變異系數在6.8%～44.7%，整體變異系數平均為22.48%，變異范圍較大，種質資源多樣性豐富。其中，狹翼寬的變異系數最大（44.7%），子房形狀指數的變異系數最小（6.8%）;葉形指數、千粒重、基部小葉面積和雌蕊長等的變異系數均在20%以上，頂端小葉單邊側脈數、小葉數的變異系數相對較小，分別為13.7%、11.4%。

以花椒屬竹葉花椒、花椒的性狀指標為參考標準，按照Anderson設計的“雜種指數”法對選取的花椒性狀指標變異進行定量評價，結果見表3。由表3可知，16份青花椒種質資源8項表型性狀指標雜種指數的變異系數在14.8%～76.8%，整體變異系數平均為42.1%，變異范圍較大，其中子房形狀指數雜種指數的變異系數最大（76.8%），小葉數雜種指數的變異系數最小（14.8%），其余雜種指數的變異系數均在20%以上。

2.2? 表型性狀相關性分析

16份青花椒種質資源表型性狀間的相關性分析見表4。由表4可知，狹翼寬與基部小葉面積呈極顯著正相關，與千粒重呈顯著負相關;葉形指數與千粒重呈極顯著正相關，與雌蕊長呈顯著正相關;雌蕊長與子房形狀指數和千粒重均呈顯著正相關;其他各指標之間不存在顯著性相關。結果表明，16份花椒種質資源多個數量性狀間存在著互相促進、互相制約的復雜關系。

2.3? 主成分分析

青花椒種質資源8個表型性狀指標的主成分分析見表5。以特征值大于1為標準提取主成分，前3個主成分的累計貢獻率為75.313%，即表明3個主成分能表達青花椒種質資源表型性狀的大部分信息。

從各主成分中每個性狀的特征向量值（見表6）來看，第1主成分的貢獻率最高，為38.918%，其中雌蕊長（0.867）、狹翼寬（0.747）、千粒重（-0.739）的特征向量絕對值較大;第2主成分的貢獻率其次，為19.003%，其小葉數（0.796）、子房形狀指數（-0.615）、狹翼寬（-0.434）的特征向量絕對值較大;第3主成分的貢獻率也較高，為17.392%，其頂端小葉單邊側脈數（0.627）、基部小葉面積（0.624）、葉形指數（-0.568）的特征向量絕對值較大。

2.4? 聚類分析

基于8項表型性狀的雜種指數對16份青花椒種質資源進行聚類分析，可將其劃分為3類，結果見圖1。其中，第Ⅰ類有九葉青花椒、關嶺藤椒、云南大麻椒、云南藤椒、榮昌無刺花椒、蓬溪青花椒、金陽青花椒，第Ⅱ類有云南野生花椒-3、金佛山野生花椒-6、奉節野生花椒-2、巫溪野生花椒-2、涪陵野生花椒-1、樂山野生花椒-1、潼南野生花椒-1、江津野生花椒-1，第Ⅲ類有神龍峽早花竹葉椒。結果表明，花椒栽培品種與野生品種間存在著較大差異;來源于貴州、云南和重慶的花椒栽培品種具有較近的親緣關系，它們與來源于四川的花椒栽培品種的親緣關系較遠。同時，因第Ⅲ類只有神龍峽早花竹葉椒，故本文只對第Ⅰ類與第Ⅱ類進行獨立樣品t檢驗，發現這兩類群間在狹翼寬、葉形指數、雌蕊長和千粒重等指標的雜種指數間存在顯著性差異。

3? 討論與結論

表型性狀是基因型和環境共同作用的表現，表型性狀變異是植物遺傳多樣性在形態水平上的表現，是其自身遺傳因素與外部環境相互作用的結果[15]。植物表型多樣性研究是植物遺傳多樣性研究最直接、最基礎的方法，既能從整體上分析表型遺傳多樣性的豐富程度，又能為分子生物學研究提供可靠的表型數據[16-17]。本文以從西南地區收集的16份青花椒種質資源為研究對象，從對其8個表型性狀指標的統計性描述、變異程度等分析與評價可以看出：西南地區青花椒資源豐富。16份青花椒種質資源8項表型性狀指標的變異系數在6.8%～44.7%，整體變異系數平均為22.48%，其狹翼寬的變異系數最大，說明各種質間差異大，有著豐富的遺傳多樣性，而子房形狀指數的變異系數最小，即表明其在各種質間相對穩定。各表型性狀間的相關性分析表明，青花椒千粒重與雌蕊長、葉形指數呈顯著正相關，與狹翼寬呈顯著負相關;主成分分析表明，雌蕊長、子房性狀指數、基部小葉面積和狹翼寬是最主要表型性狀因子;聚類分析也表明，青花椒栽培品種與野生品種間表型性狀存在著較大的差異，這就為以后青花椒品種的優選提供了依據。

本研究對16份青花椒種質資源表型性狀進行分析和評價，在一定程度上反映了西南地區青花椒種質資源的多樣性，為今后深入研究其遺傳多樣性奠定了基礎。但表型性狀的表現型是基因型與環境因子共同作用的結果，且受環境因素影響較大。因此，還應該繼續進行植株性狀及分子水平的相關研究，采用表型性狀分析與分子標記技術相結合的方法深入評價青花椒資源。

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（責任編輯：丁志祥）

收稿日期：2021-11-12

基金項目：重慶市科技局魯渝科技協作項目“青花椒藥用組分精準分離與藥理評價研究”（cstc2020jscx-lyjsAX0007）;重慶市2021年度森林植被恢復費建設項目“重慶市花椒市級林木種質資源庫建設”;2021年重慶市農業專項資金項目“花椒資源收集和品種篩選”;重慶市現代山地特色高效農業產業技術體系創新團隊“調味品產業技術體系創新團隊”（2021[06]號）;重慶市農業發展資金項目“青花椒鎘含量及來源解析”（NKY-2021AC001）。

作者簡介：羅友進（1984—），男，浙江玉環人，博士，助理研究員，主要從事果園生態研究。E-mail：luoyoujin1984@163.com。

*為通信作者，E-mail：103709829@qq.com。