柴达木盆地不同枸杞群体种子表型多样性分析

何丽娟，王有科，张如力，刘 鑫

(甘肃农业大学 林学院，甘肃 兰州 730070)



柴达木盆地不同枸杞群体种子表型多样性分析

何丽娟，王有科，张如力，刘 鑫

(甘肃农业大学 林学院，甘肃 兰州 730070)

选取分布于青海省柴达木盆地的12个枸杞自然群体，分别对其4个表型性状(种长、种宽、种子长宽比和千粒质量)进行统计分析，以便更好地选择并利用枸杞优良品种资源。结果表明：参试枸杞群体种子千粒质量、种长、种宽在群体间差异极显著(P<0.01)，种子长宽比差异显著(P<0.05)，各性状在群体内差异不明显；各群体种子千粒质量间的差异达到了极显著水平，参试群体在其他各性状上均差异显著；不同性状变异系数最大的驯化‘黑果枸杞’与变异系数最小的‘咖啡枸杞’的变异系数相差5倍，表现出丰富的多样性，根据参试枸杞丰富的自然变异，可初步推断其与遗传变异之间的联系；聚类分析中，以相近系数为12.5将0207与‘宁杞1号’分为1类，‘红果枸杞’与‘白果枸杞’分为第2类，其他参试群体分为第3类。说明枸杞种子表型是基因表达与所处环境交互作用的结果，与其他同类研究结果一致。

柴达木盆地；枸杞；表型多样性

茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)植物，为多枝落叶灌木[1]，是中国传统的名贵中药材。关于枸杞药用价值早在秦汉时期我国第一部完整的药物学著作《神农本草经》和明代李时珍的《本草纲目》中就有记载。因具有很强的耐盐性和生物排水能力[2-3]，被认为是盐碱化土地上的先锋植物和良好的防风固沙植物之一[4-5]。枸杞属植物在中国分布很广，主要集中在青海的柴达木盆地(格尔木市、都兰县、德令哈市)、甘肃河西走廊的荒漠绿洲区(敦煌市、瓜州县、玉门市、民勤县、景泰县、靖远县)、宁夏的河套平原的北缘荒漠绿洲区(中卫县、中宁县、银川市)、内蒙古的额济纳旗、阿拉善右旗和阿拉善左旗[6]。除普遍野生外，各地也有作药用、蔬菜或绿化栽培[7]。

表型是基因型与环境共同作用以及动态表达的结果，是受生态环境影响的生物遗传的表征[8-11]。生物群体在其生长环境下的表型变异，是生物多样性与生物系统学的重要研究内容[12]。种子不仅是植物体的发育器官，而且是植物表型分析的一个重要指标。林木种子的表型形态稳定性高，是研究植物分类学的一个重要性状，并在遗传研究上具有重要价值[13]。

近年有学者对枸杞的表型进行了研究，但大多都集中于对不同种质材料的新梢日生长量[14]、叶片形状[15]、枝条硬度[15-16]、平均单果质量[17]等方面的研究。因此，笔者通过对柴达木盆地12个枸杞自然群体表型变异的大小，对群体内和群体间的表型多样性进行系统比较，以期更好地维护和提高枸杞的遗传多样性水平，更好的进行优树选择和良种选育。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

室外试验于2010年5月～2012年10月在青海柴达木盆地诺木洪进行，每个品种(种)50株，3个重复，试验地管理措施一致。室内试验于2014年11月在甘肃农业大学林学院实验室进行。

1.2 试验材料

1.2.1 地理位置与气候特征 试验材料来自柴达木盆地南缘昆仑山北麓中段，属青海省海西蒙古族藏族自治州都兰县宗加镇的诺木洪地区，地处E 96°09′～96°13′，N 36°24′～36°36′，总面积0.53万km2。地势南高北低，海拔2 790 m。极端最高气温35℃，极端最低气温-28℃，年均温4.4℃，年均降水量仅43.5 mm，年均蒸发量2 800.0 mm[18-19]。

1.2.2 植被状况 南部基岩山区的山体表面仅有少量的耐高寒植物生长或者基本无植被生长，整体的植被覆盖度小于1%。山前细土平原区边缘有地下水溢出带，因此，局部植被覆盖度可达到10%以上，但整体覆盖度0.3%～5.0%。戈壁带地表植被稀少，局部地区无植被生长，但整体覆盖度较山体稍大，为3%，而在盐沼区内的地表基本无任何植被[18]。

参试群体的种子均采自诺木洪地区，种源的地理位置与生态因子较一致，如经纬度、海拔、年均温、极端高低温、年降水量以及年蒸发量等无大的变化。受地形与水文的影响，各参试群体种源地土壤、植被类型以及主要植物种类有较大差异(表1)。

表1 参试群体的土壤与植被环境Table 1 Inforamation of soil and vegetation of the tested populations

1.2.3 种子的采集 各群体取20个正常生长单株，每单株间距10 m以上，在树冠南侧上部进行果实采集，种子来源与性质见表2。

参试群体中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ为已命名群体，其他群体尚未见命名，故本研究暂依果实颜色或形状命名，其形态特征见表3。

表2 参试群体种子来源及性质Table 2 Seed source and nature of the tested populations

注：枸杞古树年龄≥400年

表3 5个果实形态特殊群体的果实表型Table 3 The fruit phenotypic of five special groups

1.3 试验方法

1.3.1 仪器设备和软件 培养皿、自来水、电脑、实体投影仪、SPSS软件、CAD软件、坐标纸、滤纸。

1.3.2 种子千粒质量的测定 试验采用百粒法测定，将12个自然群体(编号)的种子分别充分混匀，然后采用四分法分别从参试群体中随机数出100 粒种子，用精度为0.001的电子天平称其质量，重复3次，取平均值。

1.3.3 种子种长和种宽的测量 随机选择参试枸杞种子50～70粒，整齐的摆放在坐标纸上，置于实体投影仪下放大后拍取照片。

将拍好的照片导入CAD软件中，借助CAD软件测量种子的种长、种宽，按实际比例进行换算。

Ls=y1×y2/y3

(1)

式中：y1为沿种子长方向坐标纸单位长度CAD测量值，y2为种子长CAD测量值，y3沿种子长方向坐标纸单位长度。

Ws=x1×x2/x3

(2)

式中：x1为沿种子宽方向坐标纸单位长度CAD测量值，x2为种子宽CAD测量值，x3为沿种子宽方向坐标纸单位长度[20]，同时求种子的长宽比。

1.3.4 统计分析 运用SPSS软件对各性状进行方差分析[21-25]。

2 结果与分析

2.1 枸杞群体间的形态变异性分析

参试枸杞种子4个表型性状中，千粒质量、种子长、种子宽在群体间差异极显著，种子长宽比差异显著，各性状在群体内差异不明显(表4)，说明在群体间存在丰富的变异，群体内变异都不丰富。

参试群体分别与各个性状的多重比较表明(表5)，千粒质量变幅为0.608 9 g(Ⅷ)～0.966 6 g(Ⅶ)，种长变幅0.993 8 mm(Ⅰ)～2.060 5 mm(Ⅵ)，种宽变幅0.815 4 mm(Ⅰ)～1.730 3 mm(Ⅵ)，种子长宽比变幅1.191 0(Ⅵ)～1.494 8(Ⅱ)。

群体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅻ的种子千粒质量之间均存在极显著差异，群体Ⅳ与群体Ⅺ的千粒重之间差异不显著，种子长中，群体Ⅰ与其他参试群体存在极显著差异，群体Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ之间无差异，但与群体Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ之间差异显著。种子宽中，群体Ⅱ、Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ之间无差异，但与群体Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅺ之间差异不显著，而与Ⅵ、Ⅻ、Ⅰ之间差异显著。种子长宽比中，群体Ⅱ与群体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ之间，群体Ⅵ与群体Ⅶ之间差异显著，而群体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅺ、Ⅻ之间无差异。整体分析，参试枸杞群体种子表型性状有显著的差异，表型多样性较为丰富。

表4 参试群体种子表型性状方差分析Table 4 Variance analysis of phenotypic traits of tested populations

注：*表示差异显著(P<0.05)，**表示差异极显著(P<0.01)

表5 不同种群种子性状多重比较Table 5 Duncan's test of phenotypic traits of tested populations

注：同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)，小写字母表示差异显著(P<0.05)

2.2 枸杞群体内变异性分析

群体性状的变异系数可用来表示性状的离散特征，各性状的离散程度与该性状变异系数成正比。参试群体种子4个性状变异为2.862 0%～7.396 7%，平均变异系数为5.687 8%(表6)。按种子各个性状的平均变异系数由大到小排列为：种宽(7.396 7%)>长宽比(6.333 5%)>种长(6.159 0%)>千粒质量(2.862 0%)，4性状中千粒质量的变异系数最小，种子宽的变异系数最大，可见千粒质量稳定性较其他性状要高，其表型多样性程度低。

参试群体中所有性状的平均变异系数由大到小的排列顺序是：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%)。群体Ⅵ的变异系数最大(14.563 4%)，群体Ⅺ的变异系数最小(2.872 1%)。

2.3 枸杞群体种子表型性状聚类分析

用欧式平均距离法对参试群体种子的4个表型性状数据进行聚类分析(图1)，按照不同阈值了解参试枸杞群体亲缘关系。

聚类分析中，欧氏距离显示了群体间相近系数的大小，相近系数越小，群体间相近程度越高，亲缘关系也就越近。相近系数为12.5时，可以明显将参试群体分为3个大类，第1大类为群体Ⅰ和Ⅱ，第2大类为群体Ⅶ、Ⅻ，第3大类为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ(图1)。群体Ⅰ与群体Ⅲ相近系数最大(17.231)，群体Ⅳ与群体Ⅸ相近系数最小(0.022)。

表6 参试群体表型性状的变异系数Table 6 Variation coefficient of phenotypic traits of tested populations %

图1 参试枸杞群体种子表型性状聚类Fig.1 UPGMA cluster based on the phenotypic traits of tested populations

3 讨论与结论

表型性状既具有变异性又具有稳定性，是生物体本身适应某种生存条件的表现形式，受遗传与生态环境两方面的影响[26]。种子形态特征的多样性通常具有适应性意义，保持较大的适应性对植物本身而言是有利的。参试枸杞群体种子千粒质量、种长、种宽在群体间差异极显著，种子长宽比差异显著，各性状在群体内差异呈现不同的变化。千粒质量在各群体种子之间有极显著的差异，说明群体间存在极为丰富的表型多样性，是由于各个群体所生长的生态环境不同，从而影响种子中干物质的积累所致。参试群体在其他各性状上的差异显著，多样性丰富。不同性状变异系数最大(14.5634)的驯化‘黑果枸杞’(群体Ⅵ)与变异系数最小(2.8721)的‘咖啡枸杞’(群体Ⅺ)的变异系数相差5倍多，表现出相当丰富的多样性。

聚类分析中，相近系数为12.5时，0207号(群体Ⅰ)与‘宁杞1号’(群体Ⅱ)代表了栽培品种，两者间遗传关系较近，其变异系数较大，与其他种源的遗传距离较大，而同属于栽培品种的‘黄果人工枸杞’(群体Ⅳ)和驯化‘黑果枸杞’(群体Ⅵ)则聚为第3类，说明遗传距离较大，群体间的差异是由遗传因子决定的；0207号与‘宁杞1号’分为一类，说明聚类分析可以作为植物表型多样性的一个重要方法。‘红果枸杞’(群体Ⅶ)与还未有命名的‘白果枸杞’(群体Ⅻ)的生境在海拔上相差300 m，这种差值对于高海拔地区的植物生长影响很大，但此次研究将这2个群体分为第2类，说明两者遗传距离较近；‘黄果枸杞’(群体Ⅲ)、驯化‘黑果枸杞’(群体Ⅵ)、野生‘黑果枸杞’(群体Ⅷ)与还未有刊物命名的‘黄果人工枸杞’(群体Ⅳ)、‘蓝宝石枸杞’(群体Ⅴ)、‘紫果枸杞’(群体Ⅸ)、‘圆果黑枸杞’(群体Ⅹ)、‘咖啡枸杞’(群体Ⅺ)分别来自不同的土壤和植被类型，将其分为第3类，说明它们相互之间遗传关系较近。其中，0207号与黄果枸杞间相近程度最低，亲缘关系最远，‘黄果人工枸杞’与‘紫果枸杞’间相近程度最高，亲缘关系最近。

综上，参试枸杞群体种间表型多样性丰富，各性状存在不稳定性，这种差异可能来自于参试群体的遗传多样性。而研究所得群体间的变异大于群体内的变异，亦可说明参试群体的各种变异很有可能来源于各遗传因子的影响。

根据参试枸杞群体丰富的自然变异，可以初步判断其与遗传因子、生态环境之间的联系；对枸杞群体种子的表型多样性进行研究，是枸杞遗传多样性研究的一部分，并为枸杞的遗传改良提供理论依据。虽然赵建华等[13-16]已对枸杞的新梢日生长量、叶片形状、枝条硬度、平均单果质量其他指标做了研究，但都不够系统。另外，仅针对枸杞种子做了研究，还需要对果实、叶长、叶宽、出种数、出种率等指标以及分子标记等方面做进一步深入研究，以便更好地维护和提高枸杞的遗传多样性水平，更好的进行优树选择和良种选育。

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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

甘肃省科技支撑项目“甘肃省枸杞质量安全生产影响因素及控制技术研究”(1304FKCA054)

何丽娟(1988-)，女，甘肃甘谷人，在读硕士。

E-mail：helen_0915@163.com

S 567.1

A

1009-5500(2016)05-0034-06

王有科为通讯作者。