基于果實礦質元素分析的梨種質資源遺傳多樣性研究

郭 穎 于 軍,2 吳翠云,2*

（1塔里木大學植物科學學院/南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室，新疆阿拉爾843300）

（2新疆生產建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

梨屬（Pyrus）植物屬于薔薇科（Rosacea）梨亞科(Pomoideae)，是世界五大水果之一［1］。梨果實脆甜汁多，風味濃郁，因此深受人們喜愛，在我國的栽培面積和總產量均居世界首位，是重要果樹之一。我國為梨屬植物的發祥地，因此境內蘊藏著豐富的梨屬植物，為研究梨種質資源多樣性提供了豐富的資源［2］。遺傳多樣性是決定物種發生、進化、選擇、重組和創新的物質基礎。對植物遺傳資源進行多樣性研究，有利于準確把握植物遺傳資源收集和原位保存的重點和方向，有利于鑒定植物遺傳多樣性的中心，還可以用于調查亞種或類型間分化及親近程度，構建核心種質，發現和利用品種的優良特性［3-4］。張冰冰等［5］對143 份中國寒地梨種質資源枝、葉、花、果實和抗性的21 個性狀進行了多樣性指數、變異系數和聚類分析。張起等［6］利用方差分析、相關性分析、主成分分析及親緣關系聚類分析，對貴州地方梨種質果實品質性狀的多樣性進行研究，確定貴州地方梨種質具豐富的遺傳多樣性，且果實12 個品質性狀變異存在多向性，并將34 份種質分為4 組，篩選出‘海子梨-3’和‘葫蘆梨’2個果實品質獨特的特異種質。

礦質元素含量是衡量果實品質性狀的重要指標之一，與果實品質關系密切［7-9］，對提高果實耐貯性［10-13］，維持良好的肉質和風味具有重要的意義。近年來，有關學者基于礦質元素對棗［14-15］、芒果［16］等果樹的遺傳多樣性進行了研究和分析，對梨礦質元素遺傳多樣性方面的研究則很少。本文篩選了34份不同類型的梨種質資源，對其果實內礦質元素指標進行了分析，探討了各種質果實礦質元素含量的變異情況，采用因子分析法進行了核心因子分析，并應用聚類分析探討了種質資源間的親緣關系，以期篩選出礦質元素綜合性狀較好的梨種質資源，為梨種質資源的育種和開發利用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于塔里木大學梨種質資源圃，初步篩選出34 份適應性較好的梨種質資源，供試材料見表1。

表1 供試梨品種資源

1.2 試驗方法

于果實成熟期從樹冠外圍中部沿東、南、西、北4個方位隨機采摘生長正常的果實10 個，帶回實驗室將果實樣品依次用自來水、0. 2%鹽酸、去離子水進行清洗，將洗凈的果實用不銹鋼刀去皮去核后切片，置于105℃干燥箱中殺酶15 mins后，65℃下烘干至恒重。冷卻后用不銹鋼粉碎機粉碎，裝入自封袋備用。

稱取樣品0. 2 g，裝入四氟乙烯消解管內，加入98%的硫酸5 ml，36%的鹽酸2 ml，反應釜（悶罐）180℃加熱8 小時后，冷卻轉移定容，采用電感耦合等離子體原子發射光譜法對B、Ca、Cu、K、Mg、Mn、Fe、Zn、S、P和Mo含量進行測定，3次重復。

1.3 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 和DPS7.05軟件數據處理系統對實驗數據進行計算和統計分析，各性狀的遺傳多樣性采用Shannon’s 信息指數(H')表示，其計算公式為：H' =-ΣPi×ln Pi，式中Pi 表示某性狀中第i 級份數占總份數的百分比。

2 結果與分析

2.1 梨種質資源礦質元素含量的分布

對34 個梨種質資源果實中礦質元素含量分布及遺傳多樣性分析表明（見表2），不同礦質元素的含量有較大的差異性，從高到低依次為K＞P＞Mg＞Ca＞S＞B＞Fe＞Zn＞Cu＞Mn＞Mo。K 元素含量平均值較P、Mg、Ca、S 元素分別高10. 87、18. 50、27. 02、34. 59倍。

梨種質資源果實中礦質元素具有豐富的變異度。Cu 含量的變異系數最大，為55.93%，變異幅度為0. 69～7. 59 mg/kg，Zn 和Fe 的變異系數次之，為52. 62%和52. 63%。變異系數最小的是K 元素，為9.79%，變異幅度為6 757.00～10 516.87 mg/kg。各礦質元素遺傳多樣性指數（H’）分布于3. 38～3. 52之間，遺傳多樣性指數大小依次為：K＞Mg＞Mo＞P＞Mn＞S＞B＞Ca＞Fe＞Zn＞Cu。

表2 梨種質資源果實礦質元素的變異度分析結果

2.2 梨種質資源果實中礦質元素含量的相關性分析

對不同梨品種的礦質元素含量進行相關性分析(見表3），結果表明梨果實中B 和Cu、K 元素，Ca 和S、Zn元素，Cu和K元素，Mg和P元素，Mn和Fe元素，Mo和S 元素呈顯著正相關，相關系數介于0. 33～0. 40之間。Ca 和Mg、Mn 元素，K 和S、P 元素，Mg 和Mn、S元素，Mn 和S 元素，S 和P 元素，Zn 和Fe 元素呈極顯著正相關，相關系數介于0.46～0.68 之間。其余礦質元素間均無顯著相關性。

表3 梨種質資源果實中礦質元素含量的相關關系矩陣

2.3 梨種質資源礦質元素的因子分析

對梨果實礦質元素含量進行因子分析，將11個礦質元素指標簡化為4 個因子，累計貢獻率達74.09%，包含了11 個指標的絕大部分信息。11 項指標前4 個公因子依據方差極大正交旋轉得到因子載荷矩陣如表4 所示。由各載荷值可知，第1 公因子中起作用指標是礦質元素Mg、Mn,稱為Mg、Mn因子，貢獻率為29.91%；第2 公因子中礦質元素B、K 正向載荷值較大，分別為0.76、0.74，故稱為B、K 因子，貢獻率為19.84%；第3 公因子中正向因子載荷較大的是Zn、Fe，稱為Zn、Fe 因子，貢獻率為14.82%；第4 公因子中起作用的指標是礦質元素Mo，稱為Mo 因子，貢獻率最小為9.52%。

根據特征值的百分率，構建綜合得分模型：綜合得分=29. 91×Y(i,1)+19. 84×Y(i,2)+ 14. 82×Y(i,3)+9.52×Y(i,4)。根據以上模型算出34 個梨種質資源果實中礦質元素的綜合得分（見表5）。

表4 梨11個礦質元素的因子分析

表5 34個梨種質資源果實中礦質元素因子分析

從表5 中可以看出果實中礦質元素含量排名前10的梨種質資源為翠玉＞矮化梨＞天皇＞鴨梨＞西子綠＞愛甘水＞圓黃＞滿豐＞晚秀＞華山，說明翠玉、矮化梨、天皇、鴨梨、西子綠、愛甘水、圓黃、滿豐、晚秀、華山果實中礦質元素的含量高于其他種質資源。而碭山梨、新世紀、愛宕的果實礦質元素含量則在34個梨種質資源排名后3 位，說明這3 個種質資源在果實礦質元素方面表現較差。

2.4 梨種質資源礦質元素的聚類分析

從圖1 可知，以B、Ca、K 等11 個礦質元素指標，采用類平均法，以歐式距離為遺傳距離，遺傳距離大概在1 100 時，將34 份種質材料分為了3 個類群，第Ⅰ類群中包含了華山、愛宕、南水、杭青、紅安久、西子綠、市水、黃花、雪新、新世紀、圓黃、黃金梨、黃冠、新高、綠云、鮮黃、碭山梨、大果水晶、紅梨、慈梨、洋梨、甘泉共22 份種質資源；第Ⅱ類群包含了天皇、愛甘水、綠寶石、雪英、雪峰、雅青、早生黃金、矮化梨、滿豐共9份種質資源；第Ⅲ類群包含晚秀、翠玉、鴨梨3份種質資源。

圖1 基于11個礦質元素的聚類分析樹狀圖

由表6 可知，第I 類群的22 份種質的礦質元素Zn 含量最大，第II 類群的9 份種質的礦質元素Cu 的含量在3 個類群中最高，第III 類群的3 份種質的礦質元素B、Ca、K、Mg、Mn、Mo、S、Fe、P 為3個類群中最高，當以果實中礦質元素B、Ca、K、Mg、Mn、Mo、S、Fe、P 含量高為梨新品種選育目標時，此類材料具有很大的潛力，應對其種質潛力進行進一步挖掘。

表6 各個類群礦質元素含量的平均值（mg/kg）

3 討論和結論

水果中均含有豐富的礦質元素［17］。礦質營養元素含量不僅影響果實品質和貯藏中的生理病害，更是人類膳食礦質元素的來源，并與人類的健康有密切關系［18-19］。因此，對礦質元素的研究不僅有利于提高其果實品質，更切合市場消費需求。而基于梨果實中礦質元素分析的種質資源遺傳多樣性研究對梨的生產、消費、品種選育、質量評價均有一定的理論意義和實用價值。

本研究中，梨果實中大量礦質元素含量由高到低依次為K＞P＞Mg＞Ca，這與陳艷秋等［20］、匡立學等［21］、蘇艷麗［22］的研究結果一致。梨種質資源果實中不同礦質元素含量差異性較大，表現出豐富的遺傳多樣性；礦質元素Cu 的變異系數最大，K 的變異系數最小，變異系數范圍為9.79%-55.93%，說明在礦質元素上，梨種質資源存在很大的改良潛力。筆者認為結果反映了梨種質資源豐富的遺傳背景能夠為良種的選育提供充足的親本材料。研究結果表明梨果實中P 和Mg 元素，Ca 和S、Zn 元素，Mg 和Mn、S 元素呈顯著正相關，Ca和Mg、Mn元素呈極顯著正相關，這與樸哲虎等［23］的研究結果一致。而K 和B、Cu 元素呈顯著正相關，Mg 和Mn、S 元素呈極顯著正相關，與段瑩瑩等［24］研究結果不一致，可能是種質資源之間的品質效應不盡相同所致。進一步比對相關性系數可得知，Mn 與Ca、Mg 元素的相關性系數均為0.68，Zn 和Fe 元素的相關性系數為0.59，明顯大于其他元素之間的相關性系數，因此梨果實中Mn 與Ca、Mg 元素，Zn 和Fe 元素相較于其他元素為緊密相關，其他有相關性的礦質元素之間則為一般相關。

因子分析的結果顯示，影響梨種質果實礦質元素評價的關鍵因子是：Mg、Mn 因子，B、K 因子，Zn、Fe 因子及Mo 因子。因此，在針對不同資源進行品種選育時，可以根據具體的需求和傾向，有針對性的選擇和利用。聚類分析發現，3 個類群所包含的種質資源與已經劃分的砂梨、白梨、雜交種、西洋梨、未知品系有所不同。第I 類群包含了13個砂梨品種，2個白梨品種和2個西洋梨品種，各占22份種質的59.09%、9.09%和9.09%，說明在梨的長期進化和人工育種過程中，四大系統梨種質間遺傳物質交流頻繁，相互交叉交融。第III類群所包含的晚秀、翠玉、鴨梨3份種質資源，其礦質元素B、Ca、K、Mn、Mg、Mo、S、Fe、P含量均為3個類群中最高。而因子分析也印證了翠玉、矮化梨、天皇、鴨梨、西子綠、愛甘水、圓黃、滿豐、晚秀、華山果實中礦質元素的含量高于其他種質資源，因此可將晚秀、翠玉、鴨梨優先作為梨新品種選育的種質材料。