廣西大果甜楊桃表型多樣性評價

劉航寧，陳慶梅，梁維忠，任 惠，田景非，李佳欣，陳雨寒，周 瓊

（1.廣西大學農學院，廣西 南寧 530004；2.廣西壯族自治區農業科學院園藝研究所，廣西 南寧 530007）

【研究意義】楊桃（Averrhoa carambolaL.）又名五棱果、楊桃、五稔等，是酢漿草科（Oxalidaceae）陽桃屬（Averrhoa）喬木，原產于馬來西亞和印度尼西亞，是我國南方地區栽培較多的果樹之一。楊桃果實兼具食用和藥用價值，生長快，早結豐產，適應性強，并且可以周年供果，深受果農和消費者喜歡。廣西是我國最早開展楊桃新品種選育的地區之一，近年來自主選育了大果甜楊桃1 號、大果甜楊桃2 號、大果甜楊桃3 號等品種，但是對大果甜楊桃葉片表型性狀的研究報道還未涉及，開展葉片表型性狀多樣性研究對大果甜楊桃葉片性狀的改良和育種工作意義重大。【前人研究進展】表型性狀多樣性是種質資源遺傳多樣性的重要組成部分［1］，表型性狀的變異與品種改良、良種選育密切相關［2］，葉片作為植物感知環境變化的重要器官和光合作用的重要場所［3-4］，具有較強的可塑性和環境敏感性［5］，其形態特征變化是作物遺傳變異的重要表征之一［6］。郭琪等對96 份刺槐種質資源的葉片表型多樣性進行研究，結果表明刺槐種質資源多樣性豐富，為刺槐葉片性狀的改良和育種工作提供了幫助［7］；何潤銘等對95 份番茄品種資源進行了分析，結果表明各番茄品種的表型性狀具有豐富的遺傳多樣性［8］；張捷等探討了葉片表型性狀在不同風鈴木物種間的遺傳變異，揭示了9 個可靠的種間變異性狀，為我國風鈴木類植物的分類研究、栽培生產和推廣應用提供了參考［9］。【本研究切入點】目前，對楊桃的研究主要集中在分子生物學［10-11］、繁殖技術［12］、栽培管理技術［13］、采后保鮮［14］、藥理藥效［15］等方面，楊桃葉片表型性狀多樣性的研究鮮有報道，因此本研究以廣西自主選育的大果甜楊桃系列品種為試驗材料，對其葉片表型性狀多樣性進行研究。【擬解決的關鍵問題】通過研究廣西大果甜楊桃表型多樣性特征，了解大果甜楊桃的表型多樣性，提高廣西大果甜楊桃種質資源的保存和利用水平，同時也可為大果甜楊桃葉片性狀的改良和育種工作提供幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料均來自種植于廣西壯族自治區農業科學院園藝研究所科研試驗基地楊桃種質資源圃內生長狀況良好的楊桃種質資源，這些種質資源于2007 年種植，株行距為3.0 m×3.5 m。其中，大果甜楊桃1 號由馬來西亞引進的甜楊桃品種B10 選育，2007 年通過廣西壯族自治區農作物品種審定；大果甜楊桃3 號由馬來西亞引進的甜楊桃品種B17 選育，2007 年5 月通過廣西壯族自治區農作物品種審定；大果甜楊桃2 號、4 號和6號均由大果甜楊桃1 號選育，分別于2007 年3 月、2013 年6 月和2016 年8 月通過廣西壯族自治區農作物品種審定。

1.2 試驗方法

2022 年5 月，在廣西大學農學院測定保存完好且生長正常的大果甜楊桃品種的葉片，共測定12 個表型性狀，包括復葉長（Compound leaf length，CLL）、復葉寬（Compound leaf width，CLW）、復葉柄 長（Compound petiole length，CPL）、復葉主軸長（Compound leaf spindle length，CLSL）、復葉鮮質量（Fresh quality of compound leaves，FQOCL）、小葉數量（Leaflet numbers，LN）6 個復葉性狀，頂生小葉長（Terminal leaflet length，TLL）、頂生小葉寬（Terminal leaflet width，TLW）、頂生小葉鮮質量（Fresh quality of terminal leaflet，FQOTL）3 個頂生小葉性狀，側生小葉長（Lateral leaflet length，LLL）、側生小葉寬（Lateral leaflet width，LLW）、側生小葉鮮質量（Fresh quality of lateral leaflets，FQOLL）3 個側生小葉性狀。在天氣晴朗的上午，每一大果甜楊桃品種選取2 株生長正常、健康的植株，每一植株于樹冠外部同一高度東、南、西、北、中5 個方位隨機采取成熟健康的復葉各兩片測量，每個品種20 片。

1.3 數據分析

用Excel 2019 對觀測記錄的數據進行整理和分析，計算12 個性狀的平均值、最小值、最大值、標準差和變異系數，其中變異系數（%）=標準差/平均值×100。用SPSS 26.0 進行相關性、主成分和聚類分析。聚類時采用平方歐氏距離和組間平均連接距離法。

2 結果與分析

2.1 大果甜楊桃葉片表型性狀變異分析

大果甜楊桃葉片表型的描述統計結果（表1）表明，12 個葉片表型性狀的變異系數范圍在9.97%～28.94%，平均變異系數為16.86%，可見不同品種大果甜楊桃的不同性狀間存在一定差異，其葉片表型多樣性較為豐富。其中，頂生小葉鮮質量、復葉鮮質量和側生小葉鮮質量的變異系數均大于28%，表明復葉鮮質量、頂生小葉鮮質量和側生小葉鮮質量具有較大的離散程度；其次為復葉主軸長和復葉柄長，變異系數均大于17%；復葉寬變異系數最小、為9.97%，離散程度較小。

表1 大果甜楊桃12 個葉片表型性狀分析Table 1 Analysis of 12 leaf phenotypic traits of Daguotianyangtao

2.2 大果甜楊桃葉片表型性狀相關性分析和主成分分析

大果甜楊桃葉片表型性狀相關性分析結果（表2）表明，復葉長與復葉寬、復葉柄長、復葉主軸長、復葉鮮質量、小葉數量、頂生小葉長、頂生小葉鮮質量均呈極顯著正相關，與頂生小葉寬呈顯著正相關；復葉寬與復葉柄長、復葉主軸長、復葉鮮質量、小葉數量、頂生小葉長、頂生小葉寬、頂生小葉鮮質量均呈極顯著正相關；復葉柄長與頂生小葉長呈極顯著正相關；復葉主軸長與復葉鮮質量、小葉數量、頂生小葉長呈極顯著正相關，與頂生小葉鮮質量呈顯著正相關；復葉鮮質量與小葉數量、頂生小葉長、頂生小葉寬、頂生小葉鮮質量均呈極顯著正相關，與側生小葉鮮質量呈顯著正相關；小葉數量與頂生小葉長、頂生小葉寬、頂生小葉鮮質量、側生小葉長、側生小葉寬、側生小葉鮮質量均未表現出相關性；頂生小葉長與頂生小葉寬、頂生小葉鮮質量均呈極顯著正相關；頂生小葉寬與頂生小葉鮮質量呈極顯著正相關；頂生小葉鮮質量與側生小葉鮮質量呈顯著正相關；側生小葉長與側生小葉寬、側生小葉鮮質量呈極顯著正相關；側生小葉寬與側生小葉鮮質量呈極顯著正相關。

表2 大果甜楊桃葉片表型性狀相關性分析Table 2 Correlation analysis of leaf phenotypic traits of Daguotianyangtao

由表3 可知，大果甜楊桃葉片12 個表型性狀間存在不同程度的相關性，表明不同性狀間存在較為復雜的關系，對其綜合評價較為復雜，且可能造成信息上的互相重疊。因此，本研究采用主成分分析法將12 個葉片表型性狀進行重新組合，轉換成幾個不相關的綜合指標，簡化研究問題，且能反映出較多信息［16］。大果甜楊桃葉片12 個表型性狀的主成分分析結果表明，前4 個主成分對應的特征值分別為4.693、2.051、1.765和1.178，均大于1，各個主成分的方差貢獻率分別 為39.109%、17.092%、14.708% 和9.813%，累積貢獻率達到80.723%，表明前4 個主成分能代表大部分大果甜楊桃葉片的表型性狀變異信息。貢獻率為39.109%的主成分1 中，復葉長的特征值最大、為0.896，其次是復葉寬和復葉鮮質量，特征值分別為0.885 和0.878，表明主成分1 主要反映與復葉相關的性狀；主成分2 的貢獻率為17.092%，側生小葉寬的特征值最大（0.858），側生小葉鮮質量特征值次之（0.775），側生小葉長特征值為0.769，表明主成分2 主要反映與側生小葉相關的性狀；第3 主成分的貢獻率為14.708%，復葉指標小葉數量的特征值最大（0.750），頂生小葉寬的特征值為負，但絕對值較大，復葉主軸長的特征值為正且較大，表明主成分3 主要反映與復葉相關的性狀；第4 主成分貢獻率最小（9.813%），復葉柄長特征值為正值且顯著高于其他特征值，表明主成分4 主要反映與復葉相關的性狀。在12 個葉片性狀中，雖然其他性狀也有一定程度變異，但復葉的5 個性狀是主要變異來源。

表3 大果甜楊桃主要表型性狀的主成分分析Table 3 Principal component analysis of main phenotypic traits of Daguotianyangtao

2.3 大果甜楊桃葉片表型性狀聚類分析

對大果甜楊桃12 個葉片表型性狀聚類分析，結果（圖1）表明，當距離為5 時，5 個大果甜楊桃品種可分為3 個類群：第1 類群包含種數最多，有3 個種，分別是大果甜楊桃1 號、大果甜楊桃4 號和大果甜楊桃6 號；第2 類群包含1 個種，為大果甜楊桃2 號；第3 類群包含1 個種，為大果甜楊桃3 號。表明大果甜楊桃葉片在每個類群之間的表型性狀存在較大差異，這對大果甜楊桃種質資源葉片性狀育種群體的建立具有重要意義。

圖1 大果甜楊桃葉片表型性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis of leaf phenotypic traits of Daguotianyangtao

2.4 大果甜楊桃類群表型差異分析

對3 個類群大果甜楊桃的12 個葉片表型性狀數據進行歸類，結果（表4）表明，第2 類群有1 個種（大果甜楊桃2 號），復葉長、復葉寬、復葉主軸長、復葉鮮質量、小葉數量、頂生小葉長、側生小葉長顯著高于其他兩個類群；第1 類群包含3 個種，分別為大果甜楊桃1 號、大果甜楊桃4 號、大果甜楊桃6 號，這一類群的復葉柄長顯著高于其他兩個類群；第3 類群僅有1 個種（大果甜楊桃3 號），該類群的頂生小葉寬顯著高于其他兩個類群。第2 類群復葉鮮質量最大（2.74 g），第1 類群次之（2.40 g），兩者間差異不顯著；頂生小葉鮮質量與側生小葉寬在3 個類群之間均無顯著差異。因此，通過比較3 個類群，在測定的6 個復葉性狀中，第2 類群在復葉長、復葉寬、復葉主軸長、復葉鮮質量和小葉數量指標中均最優；在測定的3 個頂生小葉性狀中，第2 類群頂生小葉長指標最優；在測定的3 個側生小葉指標中，第2 類群均最優。

表4 大果甜楊桃3 個類群表型性狀Table 4 Phenotypic traits of three groups of Daguotianyangtao

3 討論

種質資源是自然界寶貴的材料庫和基因庫，也是栽培和品種改良最有價值、最關鍵、最基本的原材料［17-18］。科學分析種質資源的表型性狀，詳細了解其遺傳變異和育種潛力，可為優異種質的挖掘、創新和利用提供重要支撐，同時也可為選種育種提供重要參考［19］。目前，葉片表型多樣性分析已經廣泛應用于浙江省柿樹［20］、小果油茶［21］、青楊［22］、柴達木盆地唐古特白刺［23］等植物種質資源的多樣性評價中，表明對植物葉片進行表型多樣性分析是可靠的。

葉片表型性狀是植物光合和抗逆等特性的集中體現，其變異程度與整個植物生態系統的結構和功能密切相關［24］。變異系數是物種在某一性狀上數值離散程度的反映，其數值越大表明物種對環境的適應性較強，數值越小則表明物種在該性狀上表現較穩定［25-26］，一般情況下，當變異系數大于10%時，表明此性狀在各品種間存在較大差異，也意味著該抽樣群體中的個體在此性狀上變異程度較大，該性狀的基因資源得到了較好保存［27］。本試驗中，大果甜楊桃12 個葉片表型性狀平均變異系數為16.86%，除復葉寬（9.97%）外，其余11 個性狀變異系數全部大于10%、最高達28.94%，表明在大果甜楊桃長期栽培生長中，外在表型在不同品種間具有較大遺傳差異，其在葉片表型性狀上遺傳多樣性極為豐富，這為大果甜楊桃品種葉片性狀的改良提供了可能。此外，3 個與葉片鮮質量有關的性狀的變異系數均大于28%，分別為復葉鮮質量（28.48%）、頂生小葉鮮質量（28.94%）、側生小葉鮮質量（28.16%）；復葉寬變異系數最小（9.97%），是較穩定的性狀。表明遺傳潛力在各性狀間是不同的，與葉片鮮質量相關的性狀變異系數較大，育種者選擇大果甜楊桃葉片鮮質量進行遺傳改良時較容易取得成功，這與吳春文等［18］在銀杏種質資源表型性狀遺傳多樣性上的研究結果一致。

表型性狀的相關性研究中，由于各性狀間具有不同程度相關性，因而在后續研究中可通過一種性狀間接選擇另一種性狀，為優良單株早期篩選提供參考［23］。本研究相關性分析結果表明，大果甜楊桃各葉片性狀間呈現出不同程度的相關性關系，如復葉長與復葉主軸長相關系數高達0.882，復葉主軸長與小葉數量的相關系數為0.673。基于此，選擇大果甜楊桃葉片相關性極顯著的性狀進行改良時，需考慮對其中一個性狀改良后對其他表型性狀的影響；若選擇相關性不顯著的性狀組進行改良時，改良其中一個性狀后對其他性狀造成的影響較小［28］。此外，張深梅等［29］對大別山山核桃果實和葉片表型多樣性的研究表明，大別山山核桃果實鮮質量、果實橫徑、薄殼厚度均與頂生小葉長、頂生小葉寬、側生小葉長3 個性狀具有極顯著正相關關系，大果甜楊桃葉片表型性狀與其果實表型之間是否存在相關關系還有待進一步研究。

主成分分析將數量較多的變量綜合為幾個不相關的綜合指標，從而有利于減少數據維度，達到減少評價工作量的目的［25］。目前，已有較多研究通過主成分分析進行種質資源表型性狀探討，如董德珂等對532 份箭筈豌豆種質資源進行主成分分析，將9 個復葉表型性狀分為5 個主成分，累積貢獻率83.650%［30］；吳春文等對銀杏種質資源的21 個表型性狀綜合為7 個主成分，累積貢獻率82.324%［18］。本研究將大果甜楊桃12 個表型性狀分為4 個主成分，累積貢獻率為80.723%，可作為大果甜楊桃葉片性狀選擇的綜合指標，其中復葉長、側生小葉寬、小葉數量、復葉柄長是4 個主成分的主導因子，進一步表明大果甜楊桃葉片之間的差異主要為復葉間的差異，這與郭琪等［7］在山西刺槐種質資源葉片表型多樣性上的研究結果一致。

聚類分析可根據總體內各個元素的相似程度對其進行分類，是一種科學合理的種質資源分類方法，對選擇育種材料具有重要指導意義［31-32］。本研究采用聚類分析將5 個大果甜楊桃品種分為3 大類，其中第2 類群的大果甜楊桃2 號在復葉長、復葉寬、復葉主軸長、復葉鮮質量、小葉數量、頂生小葉長、、側生小葉長、側生小葉寬和側生小葉鮮質量9 個表型性狀指標中均最優，可作為葉片性狀育種優先考慮的品種。

4 結論

大果甜楊桃12 個葉片表型性狀的多重比較和變異分析表明，各個表型性狀差異較大，各性狀的變異系數分布在9.97%～28.94%之間，植株的頂生小葉鮮質量、復葉鮮質量、側生小葉鮮質量、復葉主軸長和復葉柄長是變異較大的性狀；相關性分析結果表明，大果甜楊桃各葉片表型性狀呈現出不同程度的相關性，可為其葉片性狀的改良提供一定的理論依據；在大果甜楊桃12 個葉片表型性狀中，主成分分析共提取4 個主成分，累積貢獻率達80.723%，復葉長、側生小葉寬、小葉數量、復葉柄長是影響大果甜楊桃葉片表型的主要性狀；聚類分析結果將其分為3 類，開展葉片性狀育種工作時可優先選擇第2 類，復葉長、復葉寬、復葉主軸長、復葉鮮質量、小葉數量、頂生小葉長、側生小葉長、側生小葉寬和側生小葉鮮質量9 個表型性狀指標中均最優，具有較高的育種價值。