山東省核桃主栽區種質資源表型評價

劉徳深，于梅，吳丹，田春青，王磊*

(1.山東省林木種質資源中心，山東濟南 250102；2.山東農業工程學院食品系；3.山東鴻林工程技術有限公司)

山東省核桃主栽區種質資源表型評價

劉徳深1，于梅1，吳丹1，田春青2，王磊1*

(1.山東省林木種質資源中心，山東濟南 250102；2.山東農業工程學院食品系；3.山東鴻林工程技術有限公司)

對山東省核桃主栽區核桃種質資源的表型變異從復葉和果實進行評價，其中復葉長度變異最小，頂葉寬度變異最大，各指標的變異幅度為11.893%～26.500%；果形指數變異最小，為9.173%；青果質量變異最大，為28.897%。對63份種質資源聚類分析發現，當距離為10時各優株可以分成2大類，核桃果殼厚度在各群體之間存在顯著的遺傳分化，與現有品種的表型變異差異較大。對15項形態指標進行主成分分析發現，復葉長、頂葉長、頂葉寬、復葉寬、青皮厚度5個成分方差累計貢獻率為84.23%。對葉形與果實的相關性分析發現，頂葉寬與青果質量、堅果質量、果仁質量呈極顯著性相關，復葉長、寬度與果實大小存在顯著相關。

核桃，表性評價，變異，聚類分析，主成分分析，相關性分析

核桃 (JuglansregiaL.) 系胡桃科 (Juglandaceae) 胡桃屬(Juglans)果樹，是世界四大堅果(核桃、腰果、榛子、杏仁)之一，分布于中亞、西亞、南亞和歐洲[1-2]。中國華北、西北、西南、華中、華南和華東都有分布。核桃是山東省的重要經濟林樹種，栽培歷史悠久。北魏《齊民要術》中即有記載。山東省復雜的地形、氣候條件與核桃異花授粉的特性，以及多年多地引種[3]，使得核桃遺傳背景復雜，種質資源豐富。筆者以山東省林木種質資源中心收集的山東省不同主栽區核桃優良單株、品種為試驗材料，對照近年來核桃表型的相關研究[4-6]，對其葉片、青果、堅果的表型性狀進行探討，深入認識各遺傳資源的類型及遺傳分化規律，葉果性狀之間的相互關系，為資源保護、親本選擇和優良性狀的早期鑒定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

在山東核桃主栽區中的濟南歷城區、章丘市、泰安市收集9個群體(濟南歷城出泉溝1株、濟南歷城孫村2株、濟南歷城小湖町3株、濟南歷城高而6株、濟南歷城南部山區16株、章丘岳滋村9株、章丘棗園4株、章丘垛莊2株、泰安4株)，計47個實生單株，加上當前山東省有較大推廣面積的16個品種，分別為元林、香鈴、魯光、元豐、禮品1號、禮品2號、豐輝、青林、寒豐、遼核1號、遼核4號、遼核6號、遼核7號和國外引進品種遠山、翁津、強特勒(表1)，共計63份種質資源。按照核桃果熟的先后，在樣株的東、南、西、北4個方向，于樹冠外圍中部隨機采集復葉、青果各30個,分別標號、包裝帶回實驗室研究。

1.2 研究方法

選擇復葉、青果、堅果的17個指標。包括復葉長、寬度，頂葉長、寬度，葉形指數，小葉間距，小葉個數，復葉主軸長度等8個復葉表型指標；青果質量、青果果皮厚度、凈堅果率3個青果表型指標；堅果縱、橫、側徑，果形指數，出仁率，果殼厚度6個堅果表型指標。

測量復葉第2對小葉處的長、寬度，頂葉指數=頂葉長/頂葉寬，復葉指數=復葉長/復葉寬。青果質量以全株1/3果實頂端出現裂口為采摘標準時間，立即稱質量。堅果于干燥通風處自然風干至恒質量，測量堅果質量、仁質量。用游標卡尺測量果實的青皮厚度，縱、橫、側徑。取核桃的胴部[7]測青皮及果殼厚度。果形指數=縱經/橫徑，出仁率(%)=仁質量/堅果質量×100，每株樹測量30個果。

表1 供試核桃資源(63份)

1.3 數據分析

數據分析和制圖采用 Excel2003 和 SPSS18.0軟件，進行變異系數、聚類、主成分、相關性分析。

2 結果與分析

2.1 葉片、果實的表型性狀變異分析

表2顯示，核桃葉片表型性狀變幅相對較大。變異系數，頂葉寬的為26.500%，頂葉指數15.359%，復葉葉寬13.840%；復葉主軸長16.121%；小葉數13.728%。

果實表型性狀的變異系數，青果質量的為28.897%；堅果質量28.277%(泰安的can3核桃平均單果質量最小，僅6.870g，濟南高而的LH2堅果質量達19.970g)。堅果的橫、縱、側徑分別為9.637%、10.286%、10.663%；果殼厚度24.998%; 出仁率19.095%。這些指標說明山東省主栽區的核桃存在較大變異。

表2 核桃表型性狀極值、方差分析

2.2 主成分分析

主成分分析主要應用于因子分析，目的是將原來很多的因素，通過其內在的相關分析，整合成新的一個或多個相對獨立的綜合因素，來代表原來散亂的因素。從表3中可知，通過spss18.0主成分分析，青果質量與青皮厚、堅果質量、果仁質量、堅果三徑存在顯著關系。堅果質量、果仁質量與青果質量、堅果三徑在著顯著關系。可見許多變量之間直接的相關性比較強, 證明他們存在信息上的重疊。主成分個數提取原則為主成分對應的特征值大于1的前m個主成分。特征值可以看成是表示主成分影響力度大小的指標, 如果特征值小于1, 說明該主成分的解釋力度還不如直接引入一個原變量的平均解釋力度大, 因此一般可以用特征值大于1作為納入標準[8]。通過表4(方差分解主成分提取分析) 可知，可提取5個主成分, 從表5(初始因子載荷矩陣) 可知青皮厚度、青果質量、堅果質量、果仁質量、堅果三徑在第1主成分上有較高的荷載，說明第1主成分基本反映了這些信息；復葉長寬、頂葉長、出仁率分別位于第2、3主成分，說明第2、3主成分主要是反映了葉表型和出仁率這幾個指標的信息；凈核果率位于第4主成分，頂葉寬位于第5主成分，第4、5主成分略大于1，說明這兩者指標與其他幾個指標的相關性不強。這些指標在表型多態性評價具有重要參考意義。

表3 相關系數矩陣

表4 方差分解主成分分析表

2.3 聚類分析

采用離均差平方和法(ward法)進行聚類[9]，以核桃頂葉長、寬，復葉長、寬，青皮厚度，青果質量，堅果質量，凈堅果率，果仁質量，出仁率，果殼厚，果實三徑，果形指數15個指標進行聚類分析。

表5 初始因子載荷矩陣

當距離為10(歐式距離的值)時，63個核桃優株可以分成2類；第Ⅰ類共計39個優株，包括濟南南部山區系列的12個(U8,U17，U11，U12，U7，U3，U5，U4，U6，U15，U14，U18)，濟南高而地區5個(LH3，LH2，LH4，LH8，LH9)，章丘岳滋8個(ZDY8，ZDY18，ZDY4，ZDY16，ZDY14，ZDY5，ZDY17，ZDY2)，章丘垛莊2個(DZ25，DZ35)，歷城2個(SC1，SC2)，章丘棗園3個(H101，BW,HC1)，濟南出泉溝1個LC3，濟南小湖町1個(LL4)，加上核桃品種遼核7號、寒豐、翁津、豐輝4個。其中距離為5時濟南南部山區的U8、U11、U12、U17與U3、U4、U5、U6、U7、U14、U15、U16明顯的區分為2類(見圖1虛線標尺)；章丘岳滋群體ZDY2、ZDY17與ZDY8、ZDY4、ZDY5、ZDY16、ZDY17、ZDY18分成2類，這與之前分子水平的研究有較高的相似度[2]。

第Ⅱ類包括24個優株和12個品種，優株包括濟南南部山區3個(U10，U9，U13，)、泰安4個(PR1，AB2，AB3，CAN3)、章丘岳滋村ZDY19、章丘棗園HR1；濟南歷城小湖町(LL2，LL5)，及核桃品種魯光、遼核1號、遼核4號、元豐、香玲、青林、遠山、遼核6號、禮品1、禮品2、元林、強特勒等，其中品種12個占到第II群體的50.00%。這些品種中大部分都有新疆的親本或者新疆核桃的后代(見表1)。對聚類結果分析發現，魯光、遼核系列作為薄殼核桃與原生優株核桃基本被分成2類，而這些品種又多有新疆地區的親本，與山東省各地區原生優株有較大遺傳差異。

2.4 葉片、果間表型性狀的相關性分析

在前期的核桃表型觀察中發現，核桃的葉表型指標與果實表型指標存在一定的相關性。本研究選取葉片的9個表型性狀和堅果的9個表型性狀(前期觀察選擇)進行相關性分析和相關性檢驗，結果如表6， ①頂葉片寬度與青果質量、堅果質量、果仁質量達到了極顯著正相關，相關系數分別為0.409，0.379，0.337，說明頂葉片越寬堅果個體越大；頂葉長與果仁質量呈正相關性達顯著水平；與果實的縱徑達到正相關極顯著水平；頂葉指數與青果質量、堅果質量達到正相關顯著水平。②復葉長、寬度均對果實的縱徑、果形指數有顯著正相關性，而對其他指標不表現相關性。③復葉主軸長、小葉間距、復葉指數等指標與果實的縱經、橫徑、側徑、果殼厚度等指標均不表現相關性(表6)。對于堅果大小的選育有較強的指導意義。

圖1 63個核桃品種、優株聚類結果(歐氏距離、離差平方和法聚類)

表6 核桃葉片與果實間的相關分析

注：** 顯著水平為0.01(雙尾檢驗)，*顯著水平為 0.05 (雙尾檢驗)。

3 小結與討論

表型變異是基因與環境相互作用的結果，形態特征變異能反映出基因型、群體的變異，從表型性狀上來反映遺傳變異相對簡便[10]。長期的引種栽培導致山東省核桃主栽區各品種間存在較大的變異，多項表型指標的變異系數超過10%。傳統的觀念認為復葉的變異系數更大一些，而本研究所選取的試驗材料中,頂葉寬的變異系數最大。堅果的表型性狀變異程度依次為青果質量>堅果質量>果殼厚度>果仁質量>出仁率>凈堅果率>側徑>縱經>橫徑>果形指數，果實橫徑、側徑等形態性狀的變異系數接近10%，變異相對略小。平均青果質量、堅果質量、果殼厚度、果仁質量等性狀的變異系數均高于20%，遺傳多樣性相對豐富。10個數量性狀中變異程度最高的是青果質量，變異系數為 28.897%，其次為堅果質量，變異系數為28.277%，變異程度最低的是果形指數，變異系數為9.173% 。與僅從果實形態上比較的研究結果相比[11-13]，山東省核桃表型的遺傳多樣性表現更加豐富。

主成分分析將山東省核桃主栽區不同群體優株的15個主要經濟性狀指標轉化為5個主成分，提供了原性狀84.23%的信息，對表型評價指標進行簡化，科學合理地對核桃優樹進行評價。

山東省不同主栽區核桃群中實生優株與現在主栽的一些核桃品種具有較大的遺傳差異，與原有的品種之間遺傳關系相對較遠。在對各核桃個體進行分析發現，第1類中，果形要比第2類的大，果仁質量也較大；而果殼厚度的均值第1類較第2類稍厚，這說明長期以來對于核桃的選育一直以薄殼作為一個主要的參考指標[2,6,14]。在參與評價的這些實生優株中不同群體之間也表現出一定的遺傳分化，也就是說在不同核桃主產區仍然存在較多的遺傳變異。

核桃果實的性狀多為數量性狀。受多基因的控制各數量性狀均存在一定的相關性[15-17]。核桃的營養生長期一般6 年左右，晚實核桃更長，僅以果實性狀進行選擇會耗費大量的時間和精力，如果能在苗期進行預先選擇，就能加速育種進程，提高育種效果。本研究發現核桃的頂葉寬與核桃的大小有著較顯著的正相關性。復葉長、寬均對果實的縱徑、果形指數有顯著正相關性，而對其他指標不表現相關性，這對育種實踐具有重要意義。王金星等2012年的西藏地區核桃研究也具有相似結論。對于復葉主軸長、小葉間距、復葉指數等指標與果實的縱經、橫徑、側徑、果殼厚度、等指標均不表現相關性。因此，在核桃選育過程中，復葉主軸長度、小葉間距等指標對于堅果大小選擇的指導作用較小。

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2017-01-25

劉德深(1964-)，男，遼寧莊河人，工程師，研究方向林木種質資源保存。E-mail:wylm_1203@sina.com

S664.1

A

1002-2910(2017)05-0011-05

*通訊作者：王磊(1981-)，男，山東安丘人，工程師，研究方向木種質資源收集與保護。