柴達木盆地不同枸杞群體種子表型多樣性分析

何麗娟，王有科，張如力，劉 鑫

(甘肅農業大學 林學院，甘肅 蘭州 730070)

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柴達木盆地不同枸杞群體種子表型多樣性分析

何麗娟，王有科，張如力，劉 鑫

(甘肅農業大學 林學院，甘肅 蘭州 730070)

選取分布于青海省柴達木盆地的12個枸杞自然群體，分別對其4個表型性狀(種長、種寬、種子長寬比和千粒質量)進行統計分析，以便更好地選擇并利用枸杞優良品種資源。結果表明：參試枸杞群體種子千粒質量、種長、種寬在群體間差異極顯著(P<0.01)，種子長寬比差異顯著(P<0.05)，各性狀在群體內差異不明顯；各群體種子千粒質量間的差異達到了極顯著水平，參試群體在其他各性狀上均差異顯著；不同性狀變異系數最大的馴化‘黑果枸杞’與變異系數最小的‘咖啡枸杞’的變異系數相差5倍，表現出豐富的多樣性，根據參試枸杞豐富的自然變異，可初步推斷其與遺傳變異之間的聯系；聚類分析中，以相近系數為12.5將0207與‘寧杞1號’分為1類，‘紅果枸杞’與‘白果枸杞’分為第2類，其他參試群體分為第3類。說明枸杞種子表型是基因表達與所處環境交互作用的結果，與其他同類研究結果一致。

柴達木盆地；枸杞；表型多樣性

茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)植物，為多枝落葉灌木[1]，是中國傳統的名貴中藥材。關于枸杞藥用價值早在秦漢時期我國第一部完整的藥物學著作《神農本草經》和明代李時珍的《本草綱目》中就有記載。因具有很強的耐鹽性和生物排水能力[2-3]，被認為是鹽堿化土地上的先鋒植物和良好的防風固沙植物之一[4-5]。枸杞屬植物在中國分布很廣，主要集中在青海的柴達木盆地(格爾木市、都蘭縣、德令哈市)、甘肅河西走廊的荒漠綠洲區(敦煌市、瓜州縣、玉門市、民勤縣、景泰縣、靖遠縣)、寧夏的河套平原的北緣荒漠綠洲區(中衛縣、中寧縣、銀川市)、內蒙古的額濟納旗、阿拉善右旗和阿拉善左旗[6]。除普遍野生外，各地也有作藥用、蔬菜或綠化栽培[7]。

表型是基因型與環境共同作用以及動態表達的結果，是受生態環境影響的生物遺傳的表征[8-11]。生物群體在其生長環境下的表型變異，是生物多樣性與生物系統學的重要研究內容[12]。種子不僅是植物體的發育器官，而且是植物表型分析的一個重要指標。林木種子的表型形態穩定性高，是研究植物分類學的一個重要性狀，并在遺傳研究上具有重要價值[13]。

近年有學者對枸杞的表型進行了研究，但大多都集中于對不同種質材料的新梢日生長量[14]、葉片形狀[15]、枝條硬度[15-16]、平均單果質量[17]等方面的研究。因此，筆者通過對柴達木盆地12個枸杞自然群體表型變異的大小，對群體內和群體間的表型多樣性進行系統比較，以期更好地維護和提高枸杞的遺傳多樣性水平，更好的進行優樹選擇和良種選育。

1 材料和方法

1.1 試驗時間與地點

室外試驗于2010年5月～2012年10月在青海柴達木盆地諾木洪進行，每個品種(種)50株，3個重復，試驗地管理措施一致。室內試驗于2014年11月在甘肅農業大學林學院實驗室進行。

1.2 試驗材料

1.2.1 地理位置與氣候特征 試驗材料來自柴達木盆地南緣昆侖山北麓中段，屬青海省海西蒙古族藏族自治州都蘭縣宗加鎮的諾木洪地區，地處E 96°09′～96°13′，N 36°24′～36°36′，總面積0.53萬km2。地勢南高北低，海拔2 790 m。極端最高氣溫35℃，極端最低氣溫-28℃，年均溫4.4℃，年均降水量僅43.5 mm，年均蒸發量2 800.0 mm[18-19]。

1.2.2 植被狀況 南部基巖山區的山體表面僅有少量的耐高寒植物生長或者基本無植被生長，整體的植被覆蓋度小于1%。山前細土平原區邊緣有地下水溢出帶，因此，局部植被覆蓋度可達到10%以上，但整體覆蓋度0.3%～5.0%。戈壁帶地表植被稀少，局部地區無植被生長，但整體覆蓋度較山體稍大，為3%，而在鹽沼區內的地表基本無任何植被[18]。

參試群體的種子均采自諾木洪地區，種源的地理位置與生態因子較一致，如經緯度、海拔、年均溫、極端高低溫、年降水量以及年蒸發量等無大的變化。受地形與水文的影響，各參試群體種源地土壤、植被類型以及主要植物種類有較大差異(表1)。

表1 參試群體的土壤與植被環境Table 1 Inforamation of soil and vegetation of the tested populations

1.2.3 種子的采集 各群體取20個正常生長單株，每單株間距10 m以上，在樹冠南側上部進行果實采集，種子來源與性質見表2。

參試群體中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ為已命名群體，其他群體尚未見命名，故本研究暫依果實顏色或形狀命名，其形態特征見表3。

表2 參試群體種子來源及性質Table 2 Seed source and nature of the tested populations

注：枸杞古樹年齡≥400年

表3 5個果實形態特殊群體的果實表型Table 3 The fruit phenotypic of five special groups

1.3 試驗方法

1.3.1 儀器設備和軟件 培養皿、自來水、電腦、實體投影儀、SPSS軟件、CAD軟件、坐標紙、濾紙。

1.3.2 種子千粒質量的測定 試驗采用百粒法測定，將12個自然群體(編號)的種子分別充分混勻，然后采用四分法分別從參試群體中隨機數出100 粒種子，用精度為0.001的電子天平稱其質量，重復3次，取平均值。

1.3.3 種子種長和種寬的測量 隨機選擇參試枸杞種子50～70粒，整齊的擺放在坐標紙上，置于實體投影儀下放大后拍取照片。

將拍好的照片導入CAD軟件中，借助CAD軟件測量種子的種長、種寬，按實際比例進行換算。

Ls=y1×y2/y3

(1)

式中：y1為沿種子長方向坐標紙單位長度CAD測量值，y2為種子長CAD測量值，y3沿種子長方向坐標紙單位長度。

Ws=x1×x2/x3

(2)

式中：x1為沿種子寬方向坐標紙單位長度CAD測量值，x2為種子寬CAD測量值，x3為沿種子寬方向坐標紙單位長度[20]，同時求種子的長寬比。

1.3.4 統計分析 運用SPSS軟件對各性狀進行方差分析[21-25]。

2 結果與分析

2.1 枸杞群體間的形態變異性分析

參試枸杞種子4個表型性狀中，千粒質量、種子長、種子寬在群體間差異極顯著，種子長寬比差異顯著，各性狀在群體內差異不明顯(表4)，說明在群體間存在豐富的變異，群體內變異都不豐富。

參試群體分別與各個性狀的多重比較表明(表5)，千粒質量變幅為0.608 9 g(Ⅷ)～0.966 6 g(Ⅶ)，種長變幅0.993 8 mm(Ⅰ)～2.060 5 mm(Ⅵ)，種寬變幅0.815 4 mm(Ⅰ)～1.730 3 mm(Ⅵ)，種子長寬比變幅1.191 0(Ⅵ)～1.494 8(Ⅱ)。

群體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅻ的種子千粒質量之間均存在極顯著差異，群體Ⅳ與群體Ⅺ的千粒重之間差異不顯著，種子長中，群體Ⅰ與其他參試群體存在極顯著差異，群體Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ之間無差異，但與群體Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ之間差異顯著。種子寬中，群體Ⅱ、Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ之間無差異，但與群體Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ之間差異不顯著，而與Ⅵ、Ⅻ、Ⅰ之間差異顯著。種子長寬比中，群體Ⅱ與群體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ之間，群體Ⅵ與群體Ⅶ之間差異顯著，而群體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ之間無差異。整體分析，參試枸杞群體種子表型性狀有顯著的差異，表型多樣性較為豐富。

表4 參試群體種子表型性狀方差分析Table 4 Variance analysis of phenotypic traits of tested populations

注：*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)

表5 不同種群種子性狀多重比較Table 5 Duncan's test of phenotypic traits of tested populations

注：同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 枸杞群體內變異性分析

群體性狀的變異系數可用來表示性狀的離散特征，各性狀的離散程度與該性狀變異系數成正比。參試群體種子4個性狀變異為2.862 0%～7.396 7%，平均變異系數為5.687 8%(表6)。按種子各個性狀的平均變異系數由大到小排列為：種寬(7.396 7%)>長寬比(6.333 5%)>種長(6.159 0%)>千粒質量(2.862 0%)，4性狀中千粒質量的變異系數最小，種子寬的變異系數最大，可見千粒質量穩定性較其他性狀要高，其表型多樣性程度低。

參試群體中所有性狀的平均變異系數由大到小的排列順序是：Ⅵ(14.563 4%)>Ⅻ(9.522 5%)>Ⅰ(8.203 2%)>Ⅷ(4.460 6%)>Ⅱ(4.456 3%)>Ⅴ(4.373 0%)>Ⅲ(4.315 7%)>Ⅳ(4.298 7%)>Ⅹ(4.208 2%)>Ⅶ(4.027 6%)>Ⅸ(2.952 4%)>Ⅺ(2.872 1%)。群體Ⅵ的變異系數最大(14.563 4%)，群體Ⅺ的變異系數最小(2.872 1%)。

2.3 枸杞群體種子表型性狀聚類分析

用歐式平均距離法對參試群體種子的4個表型性狀數據進行聚類分析(圖1)，按照不同閾值了解參試枸杞群體親緣關系。

聚類分析中，歐氏距離顯示了群體間相近系數的大小，相近系數越小，群體間相近程度越高，親緣關系也就越近。相近系數為12.5時，可以明顯將參試群體分為3個大類，第1大類為群體Ⅰ和Ⅱ，第2大類為群體Ⅶ、Ⅻ，第3大類為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ(圖1)。群體Ⅰ與群體Ⅲ相近系數最大(17.231)，群體Ⅳ與群體Ⅸ相近系數最小(0.022)。

表6 參試群體表型性狀的變異系數Table 6 Variation coefficient of phenotypic traits of tested populations %

圖1 參試枸杞群體種子表型性狀聚類Fig.1 UPGMA cluster based on the phenotypic traits of tested populations

3 討論與結論

表型性狀既具有變異性又具有穩定性，是生物體本身適應某種生存條件的表現形式，受遺傳與生態環境兩方面的影響[26]。種子形態特征的多樣性通常具有適應性意義，保持較大的適應性對植物本身而言是有利的。參試枸杞群體種子千粒質量、種長、種寬在群體間差異極顯著，種子長寬比差異顯著，各性狀在群體內差異呈現不同的變化。千粒質量在各群體種子之間有極顯著的差異，說明群體間存在極為豐富的表型多樣性，是由于各個群體所生長的生態環境不同，從而影響種子中干物質的積累所致。參試群體在其他各性狀上的差異顯著，多樣性豐富。不同性狀變異系數最大(14.5634)的馴化‘黑果枸杞’(群體Ⅵ)與變異系數最小(2.8721)的‘咖啡枸杞’(群體Ⅺ)的變異系數相差5倍多，表現出相當豐富的多樣性。

聚類分析中，相近系數為12.5時，0207號(群體Ⅰ)與‘寧杞1號’(群體Ⅱ)代表了栽培品種，兩者間遺傳關系較近，其變異系數較大，與其他種源的遺傳距離較大，而同屬于栽培品種的‘黃果人工枸杞’(群體Ⅳ)和馴化‘黑果枸杞’(群體Ⅵ)則聚為第3類，說明遺傳距離較大，群體間的差異是由遺傳因子決定的；0207號與‘寧杞1號’分為一類，說明聚類分析可以作為植物表型多樣性的一個重要方法。‘紅果枸杞’(群體Ⅶ)與還未有命名的‘白果枸杞’(群體Ⅻ)的生境在海拔上相差300 m，這種差值對于高海拔地區的植物生長影響很大，但此次研究將這2個群體分為第2類，說明兩者遺傳距離較近；‘黃果枸杞’(群體Ⅲ)、馴化‘黑果枸杞’(群體Ⅵ)、野生‘黑果枸杞’(群體Ⅷ)與還未有刊物命名的‘黃果人工枸杞’(群體Ⅳ)、‘藍寶石枸杞’(群體Ⅴ)、‘紫果枸杞’(群體Ⅸ)、‘圓果黑枸杞’(群體Ⅹ)、‘咖啡枸杞’(群體Ⅺ)分別來自不同的土壤和植被類型，將其分為第3類，說明它們相互之間遺傳關系較近。其中，0207號與黃果枸杞間相近程度最低，親緣關系最遠，‘黃果人工枸杞’與‘紫果枸杞’間相近程度最高，親緣關系最近。

綜上，參試枸杞群體種間表型多樣性豐富，各性狀存在不穩定性，這種差異可能來自于參試群體的遺傳多樣性。而研究所得群體間的變異大于群體內的變異，亦可說明參試群體的各種變異很有可能來源于各遺傳因子的影響。

根據參試枸杞群體豐富的自然變異，可以初步判斷其與遺傳因子、生態環境之間的聯系；對枸杞群體種子的表型多樣性進行研究，是枸杞遺傳多樣性研究的一部分，并為枸杞的遺傳改良提供理論依據。雖然趙建華等[13-16]已對枸杞的新梢日生長量、葉片形狀、枝條硬度、平均單果質量其他指標做了研究，但都不夠系統。另外，僅針對枸杞種子做了研究，還需要對果實、葉長、葉寬、出種數、出種率等指標以及分子標記等方面做進一步深入研究，以便更好地維護和提高枸杞的遺傳多樣性水平，更好的進行優樹選擇和良種選育。

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Variation analysis of phenotypic traits ofLyciumseed in different populations in Qaidam Basin

HE Li-juan,WANG You-ke,ZHANG Ru-li,LIU Xin

(CollegeofForestry,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070，Chian)

Totally 12 natural populations ofLyciumin Qaidam Basin were collected and 4 characteristics,including seed length,seed width,seed length/seed width and thousand-gvain weight were analyzed to reveal the variability of seed phenotype in order to better select and use the tarits.The results showed that the seed length,seed width and thousand-gvain weight of tested traits had significant differerence between these populations(P<0.01),the ratio of seed length and seed width of tested traits had significant differerence between these populations(P<0.05),other characteristics had not significant difference between these populations.A difference of coefficient of variation (cv) reached 5 times betweenL.ruthenicumI with the largest cv and coffee-colored fruit wolfberry with smallest cv ， which meaned the traits had rich diversity.According to the cv 12.5,‘0207’ and ‘L.barbarumcv.Ⅰ’ should be included Group 1,‘red-colored fruit wolfberry Ⅶ’ and ‘white-colored wolfberry Ⅻ’ should be included Group 2,and others should be included Group 3.

Qaidam Basin；Lycium;phenotypic diversity

2015-12-21；

2016-03-07

甘肅省科技支撐項目“甘肅省枸杞質量安全生產影響因素及控制技術研究”(1304FKCA054)

何麗娟(1988-)，女，甘肅甘谷人，在讀碩士。

E-mail：helen_0915@163.com

S 567.1

A

1009-5500(2016)05-0034-06

王有科為通訊作者。