5个种源文冠果果实和种子表型性状变异分析

王艺林，吕 东，刘贤德，李小燕，赵国生，刘建海

（甘肃省祁连山水源涵养林研究院，甘肃 张掖 734000 ）

表型是基因型和环境因素互作的结果，主要在个体水平上进行表达。遗传变异最直接和最简便的检测方法是进行表型性状的测定。形态学性状为表型的一部分，表型性状还包括生物化学成分特征、生化代谢特征、生理活性特征及环境适应能力等方面[1-2]。关于植物表型性状的研究，一方面是从遗传上进行研究的，其对象多为重要的经济性状，侧重于寻找具优良性状的遗传材料，从而为遗传改良奠定基础；另一方面是从生态学上开展研究的，其对象主要是在生态上表现出的十分重要的性状，注重探究物种的适应性[3]。植物的表型性状包括种实、花、叶及树体性状等，但对于经济林产果类植物而言，主要表型性状体现为种实性状。种实性状是植物有性生殖系统的重要组成部分，是植物生存和繁衍适应性的集中表现[4]。

文冠果Xanthoceras sorbifolia为无患子科Sapindaceae文冠果属植物，是重要的生物柴油树种和药用植物[5-7]。随着国家对加快发展木本油料产业和特色经济林产业的部署和要求，培育文冠果良种已成为当前的文冠果产业发展的迫切需求。有关学者对文冠果群落结构及物种多样性[8]、文冠果嫁接[9]、果实及种子表型性状变异[10]、文冠果的引种[11]、文冠果地理分布和生物生态学特性[12]、文冠果种子形态特征及地理种源差异性[13]、文冠果结果与枝条主要性状因子间的相关性[14]、立地条件和栽植密度对文冠果生长结实的影响[15]等方面进行了研究。文冠果长期处于粗放管理状态中，致使文冠果良种利用不尽人意。鉴于此，本文以5个种源文冠果果实和种子性状为研究对象，分析了文冠果果实和种子性状的变异情况，旨在对文冠果种源进行更加科学的评价和更有效的利用，从而为文冠果的良种选育提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于甘肃省张掖市省级文冠果林木良种基地，海拔1 450 m，其地理坐标为39°01′46.3″N、100°31′56.2″ E，属中温带干旱荒漠大陆性气候，年平均气温7 ℃，极端最高气温38.6 ℃，极端最低气温-28.7 ℃，年平均降水量129 mm，年蒸发量2 074.9 mm，年平均相对湿度52%，全年日照时数为3 085 h，无霜期156 d。研究区地势平坦，土壤以沙壤土、灰棕荒漠土为主，其pH值在8.7左右，土壤有机质含量1.5%。研究区的野生植被以细叶芨芨草Achnatherum chingii (Hitchc.) Keng P. C. Kuo、沙蒿Artemisia desertorum Spreng.Syst.Veg.和小果白刺Nitraria sibirica Pall.等旱生、沙生灌木及多年生草本植物为主。

2 材料与方法

2.1 材 料

供试材料来源于2009年张掖市省级文冠果林木良种基地收集的引自河南灵宝、河南三门峡、内蒙赤峰、甘肃庆阳的种源和甘肃张掖种源共5个文冠果种源，文冠果树龄为8 a，其长势良好，已进入结果期。

2.2 方 法

2.2.1 文冠果果实及种子的采集

2017年8月文冠果果实成熟季节，在张掖市省级文冠果林木良种基地内，采摘5个种源的文冠果果实，每个种源随机选择6株文冠果样树进行果实采摘，每株随机采集10个果实，采摘时单株单采，并按种源编号。所采不同种源文冠果的鲜果、果皮和种子样品如图1所示。

2.2.2 文冠果果实、种子表型性状的测定

根据种源编号在所采文冠果果实样品里面每个种源随机选取20个鲜果，分别测定单果鲜质量、果实横径、果实纵径，重复3次，计算果实横径与果实纵径的比值。分别取单果鲜质量、果实横径、果实纵径、果实横径/果实纵径之值的平均值。

单果果皮干质量、单果籽粒数、单果籽质量、单果种室数的测定：每个种源随机取20个单果进行晾晒，待完全晾干并按种源分组进行单果脱粒后，再进行单果皮干质量、单果籽粒数、单果籽质量、单果种室数的测定，重复3次。分别取单果皮干质量、单果籽粒数、单果籽质量、单果种室数的平均值。

种子横径、种子纵径、种子千粒质量的测定：按种源分组进行单果脱粒后，每个种源随机取100粒种子，用游标卡尺测定每粒种子的横径、纵径的长度和宽度（最宽端），重复3次。每个种源随机取100粒种子称其重量，换算成千粒质量，重复3次，取其平均值。

用电子天平称量单果鲜质量、单果果皮干质量、单果籽质量、种子千粒质量，测量精度为0.01 g。用游标卡尺测定果实横径、果实纵径、种子横径、种子纵径，测量精度均为0.01 cm。

2.2.3 数据统计与分析方法

采用Minitab、DPS 等统计软件进行数据统计与分析。种源间的差异分析采用巢式设计，线性模型为：

yijk＝μ＋pj＋bi＋eijk。

式中：μ为总体平均值；pj为种源效应；bi为重复效应；eijk为随机误差。采用常规统计方法统计文冠果果实、种子各表型性状的平均值和标准差；用变异系数（GCV）表示表型性状的离散程度，变异系数的计算公式为：

3 结果与分析

3.1 5个种源文冠果果实及种子性状的调查结果

5个种源文冠果果实及种子性状的测定结果见表1。根据表1的数据，分别对不同种源文冠果的单果鲜质量、单果果皮干质量、果实横径、果实纵径、单果籽粒数、单果籽质量、单果种室数进行了比较分析，综合评价结果表明，不同种源文冠果果实和种子由优到劣的次序为：甘肃张掖＞甘肃庆阳＞河南三门峡＞内蒙赤峰＞河南灵宝。

表1 5个种源文冠果果实及种子性状的测定结果Table 1 Statistics of fruits and seed traits of five provenances of X. sorbifolia

3.2 5个种源文冠果果实及种子表型性状的比较

5个种源文冠果果实与种子表型性状的平均值、标准差和多重比较结果见表2。由表2可知，不同种源文冠果的单果鲜质量平均值为70.14～104.40 g，单果果皮干质量平均值为40.02～65.93 g，果实横径平均值为5.36～6.49 cm，果实纵径平均值为5.69～6.45 cm，单果籽粒数平均值为14.89～22.14 粒，单果籽质量平均值24.70～38.47 g，单果种室数平均值为3.00～3.20 个，种子横径平均值为1.52～1.84 cm，种子纵径平均值为1.37～1.51 cm。表2表明：单果鲜果质量，内蒙赤峰（70.14 g）和河南灵宝（73.77 g）与其余3个种源间的差异均显著；单果果皮干质量，河南灵宝（49.07 g）和河南三门峡（51.04 g）与其余3个种源间的差异均显著；果实横径、纵径，河南灵宝（5.76、5.73 cm）和甘肃庆阳（5.80、5.79 cm）与其余3个种源间的差异均显著；果实纵横径之比，内蒙赤峰（0.91）与其余4个种源间的差异显著；单果籽粒数、单果籽质量，5个种源间差异均显著；种室数，甘肃庆阳（3.20 个）与其余4个种源间的差异显著；种子横径，河南灵宝（1.68 cm）和河南三门峡（1.64 cm）与其余3个种源间的差异均显著；种子纵径，河南灵宝（1.68 cm）和河南三门峡（1.64 cm）与其余3个种源间的差异均显著，且内蒙赤峰（1.37 cm）和甘肃庆阳（1.38 cm）与其余3个种源间的差异也显著；千粒质量，河南灵宝（1 080.26 g）和河南三门峡（1 059.07 g）与其余3个种源间的差异均显著。

表2 5个种源文冠果果实与种子表型性状的平均值、标准差和多重比较结果†Table 2 The mean value, standard deviation, and multiple comparisons of phenotypic traits in five provenance of X. sorbifolia fruits and seeds

3.3 文冠果5个种源间与各种源内果实及种子表型性状的变异情况

5个种源文冠果不同种源间与各种源内果实及种子表型性状的方差分析结果见表3。由表3可知，经F检验，5个种源文冠果果实和种子的单果鲜果质量、单果果皮干质量、果实横径、果实纵径、果实纵横径之比、单果籽粒数、单果籽质量、种室数、种子横径、种子纵径、种子千粒质量等11个表型性状在不同种源间、各种源内都存在着极显著差异，说明5个种源文冠果的果实和种子的表型性状在种源间和种源内都存在着丰富的变异。

表3 5个种源文冠果不同种源间与各种源内果实及种子表型性状的方差分析结果†Table 3 Variance analysis of phenotypic traits five provenances/ within provenance in X. sorbifolia

对5个种源文冠果果实、种子表型性状进行了统计分析，结果见表4。由表4可知，文冠果5个种源间果实、种子表型性状均存在着较为广泛的遗传变异。其中，单果鲜质量均值为82.68 g，其变幅为58.71～113.18 g，变异系数为25.70%；单果皮干质量均值为52.70 g，其变幅为34.15～71.22 g，变异系数为4.32%；单果籽粒数均值为23.28 个，其变幅为16～27 个，变异系数为5.86%；单果籽质量均值为29.97 g，其变幅为19.85～40.33 g，变异系数为6.42%；单果种室数均值为3.04 个，其变幅为3～5 个，变异系数为2.83%；千粒种均值为1 049.20 g，其变幅为860.78～1 224.42 g，变异系数为22.34%。

表4 5个种源文冠果果实、种子表型性状的统计分析结果Table 4 Statistical analysis of real phenotypic traits in five provenances of X. sorbifolia

文冠果果实和种子的纵横径及其比值反映了它们的大小和形状特点。各个种源内，文冠果果实纵径变幅为5.53～6.81 cm，变异系数为1.35%；果实纵、横径均值分别5.91 cm、5.80 cm，其变异系数分别为1.35%、2.21%；文冠果种子纵径变幅（1.34～1.53 cm）也最大，变异系数为3.41%。不同种源间，文冠果种子横径的变幅为1.40～1.94 cm，变异系数4.30%；种子纵、横径的平均值分别为1.43、1.69 cm，其变异系数分别为3.41%、4.30%。文冠果果实纵横径的比值（称为果形指数）为1.02，说明文冠果果实为平顶球果型。

3.4 不同种源文冠果种实表型性状变异分析

5个种源文冠果果实及种子表型性状形态指标的均值、多重比较结果和变异系数见表5。由表5可知，不同种源的文冠果其果实与种子表型性状均表现出不同的变异特点。单果鲜质量的变异系数变幅为23.32%～28.67%，不同种源其变异系数的大小顺序为：甘肃张掖＞甘肃庆阳＞内蒙古赤峰＞河南三门峡＞河南灵宝。单果鲜质量极差值最大的是河南灵宝种源，其最大值是最小值的1.39倍。单果果皮干质量变异系数变幅为3.22%～5.68%，不同种源其变异系数的大小顺序为：甘肃张掖＞甘肃庆阳＞内蒙古赤峰＞河南三门峡＞河南灵宝。单果果皮干质量极差值最大的是河南三门峡种源，其最大值是最小值的1.27倍。果实横径变异系数变幅为1.74%～2.89%，不同种源其变异系数的大小顺序为：甘肃张掖＞甘肃庆阳＞内蒙古赤峰＞河南三门峡＞河南灵宝。果实横径极差值最大的是河南灵宝种源，其最大值是最小值的1.14倍。果实纵径变异系数变幅为1.06%～1.67%，不同种源其变异系数的大小顺序为：甘肃张掖＞甘肃庆阳＞内蒙古赤峰＞河南灵宝＞河南三门峡。果实纵径极差值最大的是河南灵宝种源，其最大值是最小值的1.14倍。果实纵横径比变异系数变幅为0.39%～0.61%，不同种源其变异系数的大小顺序为：内蒙古赤峰＞甘肃庆阳＞河南三门峡＞甘肃张掖＞河南灵宝。果实纵横径比极差值最大的是内蒙古赤峰种源，其最大值是最小值的1.07倍。单果籽粒数变异系数变幅为5.62%～5.99%，不同种源其变异系数的大小顺序为：内蒙古赤峰＞甘肃张掖＞河南三门峡＞甘肃庆阳＞河南灵宝。单果籽粒数极差值最大的是内蒙古赤峰种源，其最大值是最小值的1.49倍。单果籽质量变异系数变幅为1.98%～3.01%，不同种源其变异系数的大小顺序为：河南三门峡＞甘肃省庆阳＞河南灵宝＞内蒙古赤峰＞甘肃张掖。单果籽质量极差值最大的是河南灵宝种源，其最大值是最小值的1.49倍。种室数变异系数变幅为5.63%～8.02%，不同种源其变异系数的大小顺序为：甘肃张掖＞内蒙古赤峰＞河南灵宝＞河南三门峡＞甘肃庆阳。种室数极差值最大的是甘肃庆阳种源，其最大值是最小值的1.08倍。种子横径变异系数变幅为6.32%～9.20%，不同种源其变异系数的大小顺序为：河南三门峡＞甘肃庆阳＞内蒙古赤峰＞甘肃张掖＞河南灵宝。种子横径极差值最大的是河南灵宝种源，其最大值是最小值的1.17倍。种子纵径变异系数变幅为2.76%～4.23%，不同种源其变异系数的大小顺序为：河南灵宝＞甘肃张掖＞河南三门峡＞内蒙古赤峰＞甘肃庆阳。种子纵径极差值最大的分别是河南灵宝种源和甘肃张掖种源，其最大值均为其最小值的1.03倍。千粒质量变异系数变幅为16.34%～22.57%，不同种源其变异系数的大小顺序为：内蒙古赤峰＞甘肃张掖＞甘肃庆阳＞河南三门峡＞河南灵宝。千粒质量极差值最大的是甘肃张掖种源，其最大值是最小值的1.07倍。5个种源果实和种子表型性状变异特点为文冠果良种的选育提供了丰富的资源。

表5 5个种源文冠果果实与种子表型性状形态指标的均值、多重比较结果和变异系数†Table 5 Coefficient of variation of phenotypic traits of five provenances in X. sorbifolia

续表5Continuation of table 5

3.5 不同种源文冠果果实及种子表型性状相关关系

5个种源文冠果果实与种子的11个表型性状指标间的相关分析结果见表6。表6表明：各性状指标间存在着不同程度的相关关系。其中，单果鲜质量与果实横径（P＜0.01，r＝0.824）、果实纵径（P＜0.01，r＝0.751）、果实纵横径比（P＜ 0.01，r＝0.470）、种子横径（P＜0.01，r＝0.514）、种子纵径（P＜0.01，r＝0.664）、单果籽质量（P＜0.01，r＝0.675）间均呈极显著相关关系，单果籽质量与果实横径（P＜0.01，r＝0.543）、果实纵径（P＜0.01，r＝0.380）、果实纵横径比（P＜0.01，r＝0.472）、种子横径（P＜0.01，r＝0.712）、种子纵径（P＜0.01，r＝0.583）、单果籽粒数（P＜0.01，r＝0.793）间也均呈极显著相关关系。这一分析结果说明，单果鲜质量受果实性状的影响较大，且单果籽粒重量受种子性状的影响也较大，其中种子纵径与横径相比，种子纵径对单果鲜质量和单果籽粒质量的影响比种子横径大。相关性分析结果表明，5个种源文冠果树体生长的立地条件和栽培条件基本一致，文冠果果实性状是影响单果鲜质量的主要因素，单果籽粒重量受种子性状的影响也较大。综合分析可知，果实和种子表型性状变异主要受遗传影响，这对筛选文冠果优良单株具有一定的理论指导意义。

4 结论与讨论

表型性状变异由遗传信息在内、外在因素的共同作用下产生，是群体生物遗传信息的重要表征，也是长期适应与进化的产物[16]。表型性状变异具有适应和进化方面的意义[17]。群体中数量或质量性状是研究群体遗传多样性的重要内容和手段[16]。本文对5个种源文冠果果实和种子表型性状变异分析的结果显示，5个种源文冠果的单果鲜质量、单果皮干质量、果实横径、果实纵径、果实纵横径比、单果籽粒数、单果籽质量、单果种室数、种子横径、种子纵径、种子千粒质量等表型性状在不同种源间和同一种源内都存在着极显著差异，这说明5个种源的文冠果果实和种子的表型性状在种源间和种源内都存在丰富的变异。这与杨雨春等[16]对文冠果不同群体果实和种子性状的综合评价结果一致，与柴春山等[18]对文冠果人工种群的果实表型多样性及其变异的研究结果也相似。这些变异是文冠果遗传因素和环境因素共同影响的结果[19-20]，因此，在相关性极强的性状间进行选择时，对其中一个性状进行改良，可以同时影响其他性状[21-23]。

相关性分析结果表明，5个种源文冠果的单果鲜质量、果实纵径、果实横径、种子横径、种子纵径、单果籽粒数是文冠果果实和种子的6个重要经济性状，这6个性状与其他性状间有着不同程度的相关关系。单果鲜质量、果实纵径、果实横径、种子横径、种子纵径、单果籽粒数是文冠果果实和种子的较为关键和重要的表型性状。因此，对相关性极强的性状组进行选择时，对其中一个性状进行改良，同时可以影响其他性状；而对相关性不显著的性状组进行选择时，由于一个性状的改良对其他性状的影响不大，所以在性状选择上应当有不同的改良方向和选择标准[24]。

表6 5个种源文冠果种果实与种子表型性状指标间的相关分析结果†Table 6 Correlation coefficients matrix among phenotypic traits of five provenances in X. sorbifolia

在调查的众多性状指标中，文冠果单果鲜质量受果实性状的影响较大，且单果籽粒重量受种子性状的影响较大，其中种子纵径与横径相比，种子纵径对单果鲜质量和单果籽粒质量的影响比种子横径大。这与王伟等[25]对长柄扁桃坚果表型多样性及其相关关系的研究结果基本一致。

植物性状遗传多样性是遗传育种研究的重要内容之一。植物性状遗传多样性量化指标就是性状的变异频率，变异系数的大小作为种质的固有特征，反映出种质差异的范围和程度，决定着资源选择余地的大小[26]。本研究结果表明，5个种源文冠果果实和种子表型性状表现出不同的变异情况，其中，单果鲜质量、单果籽粒质量及种子千粒质量的变异系数都较大，在文冠果选育过程中，这3个表型性状的选择空间相对都较大。环境及栽培因素对植物表型性状的影响较大，在相同的生长环境下，植物不同性状的多样性能够较好地揭示其遗传本质[25]。根据不同的育种目标，利用不同类型的优良基因资源进行基因重组，种质改良、创新及杂交种的组配，这些问题均有待于进一步研究。