新疆地区欧洲李叶片表型性状多样性及亲缘关系分析

颉刚刚， 欧阳丽婷， 谢 军， 刘贝贝， 耿文娟

(新疆农业大学林学与园艺学院， 新疆 乌鲁木齐 830052)

表型(phenotype)，又称表现型，是指人们看到的生物有机体结构和功能特性的总和(包括形态特征、细胞结构、解剖结构、生理特性和生态习性等)，主要受基因型和环境的影响[1]。表型多样性是特定群体在其分布区域内不同生境中的表型变异，是遗传多样性和环境多样性综合作用的结果[2]。植物的表型性状是长期自然选择和进化的结果[3-5]，能够反映植物基因型对环境变化的适应性。在长期的选择压力下，植物的表型性状会发生不可逆变异，并经过稳定遗传后产生新的表型性状，因此，表型变异对植物适应性和进化研究具有重要意义[6-8]。叶片的表型变异是植物遗传变异的重要特征之一[9]，可用于分析植物资源间的遗传变异和亲缘关系[10-11]，能够在一定程度上揭示植物资源的遗传多样性和亲缘关系。

欧洲李(PrunusdomesticaLinn.)隶属于李属(PrunusLinn.)，又称洋李、西洋李、脯李、酸梅[12]，果实营养丰富，深受人们喜爱。新疆地区的欧洲李资源非常丰富，包括‘塔城酸梅’(‘Tacheng Suanmei’)、‘塔城槟子’(‘Tacheng Binzi’)、‘伽师酸梅’(‘Jiashi Suanmei’)及众多国外引进品种等[13]。其中，野生的欧洲李为新疆地区特有的濒危野生果树资源，与栽培的欧洲李间亲缘关系很近[14]。已经有学者从花粉微观特征、染色体核型特征及分子标记分析等方面[15-17]对李属植物尤其是新疆地区欧洲李资源的亲缘关系进行了研究，但关于李属植物叶片表型特征的研究却较少[18]，尤其未见基于叶片表型特征的欧洲李资源多样性及亲缘关系的研究报道。

鉴于此，作者对新疆塔城、伽师、伊犁和轮台的21株欧洲李单株叶片的13个表型性状进行了比较和分析，并在此基础上进行了主成分分析和聚类分析，以期探明新疆地区欧洲李资源的表型多样性及亲缘关系，为深入研究新疆地区欧洲李的分类、遗传多样性及亲缘关系提供研究基础。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为在新疆地区生长良好且无病虫害的21株欧洲李成年单株，其中，国内栽培型11株，包括‘塔城槟子’5株以及‘塔城酸梅’、‘伽师酸梅’、‘吾尔江’(‘Wuerjiang’)、‘艾努拉’(‘Ainula’)、‘阿鲁恰’(‘Aluqia’)和‘克孜吾尔江’(‘Keziwuerjiang’)各1株，编号为P1至P6、P8至P12；疑似国内野生型1株，为‘塔城酸梅’，编号为P7；国内野生型5株，编号为P13至P17；国外引进型4株，包括‘法兰西’(‘French’)、‘斯坦勒’(‘Stanley’)、‘女神’(‘Goddess’)和‘理查德’(‘Richard’)各1株，编号为P18至P21。样株类型及生长地信息见表1。

1.2 方法

于2016年7月在各样株多年生枝条上分别随机剪取3段生长旺盛的枝条，压入标本夹中带回实验室；彻底阴干后，在每段枝条上随机选取完整且健康的成熟叶10枚，编号并观测各表型性状。

参照蒲富慎[19]的方法观察和记录每枚叶片的叶形、叶尖、叶缘、叶基和叶色，并对上述5个表型性状分别赋值。其中，叶形包括阔椭圆形、卵圆形、椭圆形、狭椭圆形和倒披针形，分别赋值为1、2、3、4和5；叶尖包括钝尖、渐尖、锐尖和长突尖，分别赋值为1、2、3和4；叶缘包括细齿状、锯齿状、钝尖状和钝齿状，分别赋值为1、2、3和4；叶基包括狭楔形、楔形和圆形，分别赋值为1、2和3；叶色包括浅绿色、绿色和深绿色，分别赋值为1、2和3。

表1新疆地区供试欧洲李单株的类型及生长地信息

Table1TypeandgrowthsiteinformationofindividualsofPrunusdomesticaLinn.testedinXinjiangregion

1)TC： 塔城地区农业科学研究所 Institute of Agricultural Sciences in Tacheng Prefecture； JS： 伽师县英买里乡阿迪拉村 Adila Village in Yingmaili Town of Jiashi County； LT： 轮台县良种场 Good Seed Farm of Luntai County； XY： 新源县博乐赛山区 Bolesai mountainous area of Xinyuan County.

分别统计每枚叶片主脉左侧和右侧一级叶脉的数量；使用LI-3000C便携式叶面积仪(美国LI-COR公司)测量单叶面积；使用AL204-IC电子天平〔精度0.000 1 g，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司〕称量单叶干质量；使用游标卡尺(精度0.01 mm)测量每枚叶片的纵径、横径、叶厚和叶柄长。

1.3 数据处理及分析

采用EXCEL 2010软件对原始数据进行初步处理；采用SPSS 19.0统计分析软件计算表型性状的KMO检验值及Bartlett球形度检验的Sig.值，在此基础上对所有表型性状进行主成分分析，基于欧氏距离对供试的21株欧洲李单株进行Q型聚类分析，并绘制树状图[20]。

2 结果和分析

2.1 叶片表型性状分析

2.1.1 定性指标分析 实验结果(表2)表明：供试21株欧洲李单株中，叶形为倒披针形和阔椭圆形的单株最少，分别只有 ‘艾努拉’(编号P10)和 ‘阿鲁恰’(编号P11)的单株；叶形为狭椭圆形的单株较少，包括‘塔城酸梅’(编号P6)、‘女神’(编号P20)和‘理查德’(编号P21)的单株；叶形为卵圆形的单株较多，占供试单株总数的28.6%，包括‘克孜吾尔江’(编号P12)和欧洲李(编号P13至P17)的单株；叶形为椭圆形的单株最多，占供试单株总数的47.6%，包括‘塔城槟子’(编号P1至P5)、‘塔城酸梅’(编号P7)、‘伽师酸梅’(编号P8)、‘吾尔江’(编号P9)、‘法兰西’(编号P18)和‘斯坦勒’(编号P19)的单株。供试21株欧洲李单株中，叶尖为长突尖的单株最少，仅P11单株；叶尖为钝尖和渐尖的单株较少，前者包括P10和P20单株，后者包括P9和P12单株；叶尖为锐尖的单株最多，占供试单株总数的76.2%，包括P1至P8以及P13至P20单株。供试21株欧洲李单株中，叶缘为钝尖状的单株最少，仅P6单株；叶缘为细齿状的单株较少，包括P9和P11单株；叶缘为钝齿状的单株较多，占供试单株总数的19.0%，包括P7、P10、P19和P20单株；叶缘为锯齿状的单株最多，占供试单株总数的66.7%，包括其余14株单株。供试21株欧洲李单株中，叶基为狭楔形的单株最少，仅P11单株；叶基为圆形的单株较多，占供试单株总数的19.0%，包括P9、P10、P12和P14单株；叶基为楔形的单株最多，占供试单株总数的76.2%，包括其余16株单株。供试21株欧洲李单株中，叶色为深绿色的单株最少，仅P10单株；叶色为浅绿色的单株较少，包括P7和P12单株；叶色为绿色的单株最多，占供试单株总数的85.7%，包括其余18株单株。观察发现，供试欧洲李单株叶片的正面和反面均被茸毛。

分析结果表明：供试21株欧洲李单株叶形的变异系数最大(39.4%)，叶缘的变异系数较大(39.2%)，叶尖和叶基的变异系数较小(分别为25.4%和22.3%)，叶色的变异系数最小(19.7%)。

表2新疆地区欧洲李单株叶片表型性状定性指标的比较

Table2ComparisononqualitativeindexesofleafphenotypictraitsofindividualsofPrunusdomesticaLinn.inXinjiangregion

编号1) No.1)叶形 Leaf shape叶尖 Leaf tip叶缘 Leaf margin叶基 Leaf base叶色 Leaf colorP1椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP2椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP3椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP4椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP5椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP6狭椭圆形 Narrow oval锐尖 Acute钝尖状 Blunt tip楔形 Wedge绿色 GreenP7椭圆形 Oval锐尖 Acute钝齿状 Crenate楔形 Wedge浅绿色 ResedaP8椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP9椭圆形 Oval渐尖 Acuminate细齿状 Denticulate圆形 Circular绿色 GreenP10阔椭圆形 Broad oval钝尖 Blunt point钝齿状 Crenate圆形 Circular深绿色 Dark greenP11倒披针形 Oblanceolate长突尖 Long acuminate细齿状 Denticulate狭楔形 Narrow wedge绿色 GreenP12卵圆形 Ovoid渐尖 Acuminate锯齿状 Zigzag圆形 Circular浅绿色 ResedaP13卵圆形 Ovoid锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP14卵圆形 Ovoid锐尖 Acute锯齿状 Zigzag圆形 Circular绿色 GreenP15卵圆形 Ovoid锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP16卵圆形 Ovoid锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP17卵圆形 Ovoid锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP18椭圆形 Oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenP19椭圆形 Oval锐尖 Acute钝齿状 Crenate楔形 Wedge绿色 GreenP20狭椭圆形 Narrow oval钝尖 Blunt point钝齿状 Crenate楔形 Wedge绿色 GreenP21狭椭圆形 Narrow oval锐尖 Acute锯齿状 Zigzag楔形 Wedge绿色 GreenCV/%39.425.439.222.319.7

1)P1-P5： ‘塔城槟子’ ‘Tacheng Binzi’； P6-P7： ‘塔城酸梅’ ‘Tacheng Suanmei’； P8： ‘伽师酸梅’ ‘Jiashi Suanmei’； P9： ‘吾尔江’ ‘Wuerjiang’； P10： ‘艾努拉’ ‘Ainula’； P11： ‘阿鲁恰’ ‘Aluqia’； P12： ‘克孜吾尔江’ ‘Keziwuerjiang’； P13-P17： 欧洲李PrunusdomesticaLinn.； P18： ‘法兰西’ ‘French’； P19： ‘斯坦勒’ ‘Stanley’； P20： ‘女神’ ‘Goddess’； P21： ‘理查德’ ‘Richard’.CV： 变异系数 Coefficient of variation.

2.1.2 定量指标分析 实验结果(表3)表明：供试21株欧洲李单株叶片左侧和右侧的一级叶脉数相近，其中，P20单株叶片左侧和右侧的一级叶脉数均最多，分别为13.6和14.6，而P12单株叶片左侧和右侧的一级叶脉数以及P10单株叶片右侧的一级叶脉数均最少，分别为6.3、6.6和6.6；供试21株欧洲李单株的单叶面积为10.13～30.75 cm2，其中，P19单株的单叶面积最大，P16单株的单叶面积最小；供试21株欧洲李单株的单叶干质量为0.11～0.41 g，其中，P19单株的单叶干质量最大，P9单株的单叶干质量最小；供试21株欧洲李单株的叶纵径为45.17～89.20 mm，其中，P11单株的叶纵径最长，P16单株的叶纵径最短；供试21株欧洲李单株的叶横径为32.58～50.33 mm，其中，P18单株的叶横径最长，P5单株的叶横径最短；供试21株欧洲李单株的叶柄长为7.84～21.24 mm，其中，P21单株的叶柄最长，P5单株的叶柄最短；供试21株欧洲李单株的叶厚为0.13～0.44 mm，其中，P21单株的叶片最厚，P11单株的叶片最薄。

分析结果表明：供试21株欧洲李单株单叶干质量的变异系数最大(48.5%)，单叶面积的变异系数较大(37.4%)，叶厚、叶柄长、叶纵径及左侧和右侧一级叶脉数的变异系数较小(分别为28.1%、28.0%、22.8%、21.9%和20.5%)，叶横径的变异系数最小(12.5%)。

编号1)No.1)一级叶脉数Primary vein number左侧 Left右侧 Right单叶面积/cm2Area per leaf单叶干质量/gDry weight per leaf叶纵径/mmLeaf vertical diameter叶横径/mmLeaf horizontal diameter叶厚/mmLeaf thickness叶柄长/mmPetiole lengthP19.4±1.69.0±2.215.62±3.460.15±0.0858.29±2.6335.81±2.350.37±0.0510.72±1.43P28.9±1.69.3±1.613.44±2.160.17±0.0457.53±3.2734.42±2.940.27±0.0510.12±0.84P39.2±1.99.6±1.614.92±3.130.16±0.0360.36±4.1835.82±4.150.42±0.068.75±0.84P411.2±2.210.1±2.116.18±2.040.16±0.0359.02±4.2139.01±2.540.42±0.037.84±1.31P58.6±1.29.2±1.212.30±1.600.15±0.0354.63±2.4532.58±2.760.33±0.058.17±1.27P68.1±0.78.4±1.014.60±2.530.21±0.0362.38±1.4033.69±3.240.30±0.0315.94±2.16P78.4±1.28.0±1.016.86±1.130.20±0.0258.24±1.5340.33±2.000.41±0.0710.56±1.19P89.7±1.39.9±1.220.65±2.360.20±0.0361.16±3.0439.23±3.220.26±0.0812.95±2.20P96.7±0.97.2±1.113.34±1.220.11±0.0159.31±4.8334.86±1.840.16±0.0718.67±1.68P106.6±1.46.6±1.318.03±4.650.24±0.0560.10±3.7543.30±1.460.27±0.0515.37±2.38P118.3±1.29.1±1.528.94±3.380.17±0.0489.20±2.4738.03±2.390.13±0.0619.57±1.86P126.3±0.66.6±0.616.62±1.080.17±0.0363.28±4.1638.73±2.360.17±0.0616.85±1.28P138.4±1.37.6±1.611.07±2.510.12±0.0445.73±4.1234.62±3.430.37±0.0310.88±1.48P148.2±1.28.3±1.111.82±1.810.13±0.0348.48±4.0335.45±3.700.38±0.0611.44±1.21P159.0±1.28.4±0.811.91±2.660.12±0.0346.92±2.6735.57±2.720.33±0.049.80±1.71P167.8±0.97.5±1.110.13±2.170.13±0.0145.17±3.3733.27±4.500.33±0.0510.93±1.74P178.2±0.88.2±0.911.67±1.990.12±0.0247.90±2.4134.55±2.470.40±0.059.59±1.32P189.7±1.410.9±1.629.19±2.830.33±0.0584.20±3.5750.33±3.350.29±0.0216.08±3.68P199.7±1.610.1±1.630.75±3.430.41±0.0480.91±3.0446.78±3.300.39±0.0512.44±2.23P2013.6±2.314.6±2.926.69±4.530.39±0.0886.70±3.6444.16±4.010.33±0.0512.44±1.74P2113.1±1.613.5±1.728.95±4.120.34±0.0585.31±4.0245.37±2.500.44±0.0921.24±2.05CV/%20.521.937.448.522.812.528.128.0

1)P1-P5： ‘塔城槟子’ ‘Tacheng Binzi’； P6-P7： ‘塔城酸梅’ ‘Tacheng Suanmei’； P8： ‘伽师酸梅’ ‘Jiashi Suanmei’； P9： ‘吾尔江’ ‘Wuerjiang’； P10： ‘艾努拉’ ‘Ainula’； P11： ‘阿鲁恰’ ‘Aluqia’； P12： ‘克孜吾尔江’ ‘Keziwuerjiang’； P13-P17： 欧洲李PrunusdomesticaLinn.； P18： ‘法兰西’ ‘French’； P19： ‘斯坦勒’ ‘Stanley’； P20： ‘女神’ ‘Goddess’； P21： ‘理查德’ ‘Richard’.CV： 变异系数 Coefficient of variation.

2.2 主成分分析

经计算，供试欧洲李单株叶片表型性状的KMO检验值为0.532(高于0.5)， Bartlett球形度检验的Sig.值为0.000(低于0.05)，符合主成分分析条件。主成分分析结果(表4)表明：前4个主成分的特征值均大于1，累计贡献率达85.311%，说明前4个主成分可代表新疆地区欧洲李的主要表型特征。

由表4可见：第1主成分中单叶面积和单叶干质量的载荷较大，分别为0.177和0.175，说明第1主成分为单叶面积-单叶干质量因子；第2主成分中叶基和叶尖的载荷较大，分别为0.325和-0.322，说明第2主成分为叶基-叶尖因子；第3主成分中叶厚和叶柄长的载荷较大，分别为0.429和-0.320，说明第3主成分为叶厚-叶柄长因子；第4主成分中叶色和叶缘的载荷较大，分别为0.903和-0.247，说明第4主成分为叶色-叶缘因子。

2.3 聚类分析

基于欧氏距离对供试21株欧洲李单株进行聚类分析，结果(图1)表明：在欧氏距离5.0处，供试单株被分成3组，其中，第Ⅰ组包括欧洲李(编号P13至P17)的单株，均为国内野生型；第Ⅱ组包括‘塔城槟子’(编号P1至P5)、‘塔城酸梅’(编号P6和P7)、‘伽师酸梅’(编号P8)、‘吾尔江’(编号P9)、‘艾努拉’(编号P10)和‘克孜吾尔江’(编号P12)的单株，其中P7单株为疑似国内野生型，其余单株均为国内栽培型；第Ⅲ组包括‘阿鲁恰’(编号P11)、‘法兰西’(编号P18)、‘斯坦勒’(编号P19)、‘女神’(编号P20)和‘理查德’(编号P21)的单株，其中P11单株为国内栽培型，其余单株均为国外引进型。在欧氏距离5.0处，第Ⅰ组和第Ⅱ组聚在一起，说明新疆地区欧洲李的国内野生型与国内栽培型的亲缘关系较近，二者与国外引进型的亲缘关系均相对较远。

表4新疆地区欧洲李单株叶片表型性状的主成分分析结果

Table4ResultofprincipalcomponentanalysisonleafphenotypictraitsofindividualsofPrunusdomesticaLinn.inXinjiangregion

主成分Principal component各表型性状的载荷 Load of each phenotypic trait左侧一级叶脉数Primary vein number on left右侧一级叶脉数Primary vein number on right单叶面积Area per leaf单叶干质量Dry weight per leaf叶纵径Leaf vertical diameter叶横径Leaf horizontal diameter叶厚Leaf thickness叶柄长Petiolelength10.1400.1570.1770.1750.1690.1520.0210.0802-0.143-0.1140.0470.087-0.0170.130-0.1030.16430.1820.099-0.0290.042-0.1790.0230.429-0.32040.1390.151-0.077-0.0700.002-0.130-0.0900.030主成分Principal component各表型性状的载荷 Load of each phenotypic trait叶形Leaf shape叶尖Leaf tip叶缘Leaf margin叶基Leaf base叶色Leaf color特征值Eigenvalue贡献率/%Contribution rate累计贡献率/%Accumulative contribution rate10.105-0.0330.079-0.0510.0115.39041.46241.4622-0.208-0.3220.1720.3250.0712.59919.98961.4513-0.239-0.0740.275-0.0020.0861.95015.00276.45340.036-0.149-0.247-0.0410.9031.0227.85885.311

P1-P5： ‘塔城槟子’ ‘Tacheng Binzi’； P6-P7： ‘塔城酸梅’ ‘Tacheng Suanmei’； P8： ‘伽师酸梅’ ‘Jiashi Suanmei’； P9： ‘吾尔江’ ‘Wuerjiang’； P10： ‘艾努拉’ ‘Ainula’； P11： ‘阿鲁恰’ ‘Aluqia’； P12： ‘克孜吾尔江’ ‘Keziwuerjiang’； P13-P17： 欧洲李 Prunus domestica Linn.； P18： ‘法兰西’ ‘French’； P19： ‘斯坦勒’ ‘Stanley’； P20： ‘女神’ ‘Goddess’； P21： ‘理查德’ ‘Richard’. 图1 新疆地区欧洲李单株的聚类图Fig. 1 Cluster diagram of individuals of Prunus domestica Linn. in Xinjiang region

进一步分析结果表明：在第Ⅱ组中，P1至P5单株与P7单株首先聚在一起，说明‘塔城槟子’和‘塔城酸梅’的亲缘关系较近；P6与P9单株以及P10与P12单株分别首先聚在一起，然后在欧氏距离2.0处与P8单株聚在一起，说明‘伽师酸梅’与‘塔城酸梅’、‘吾尔江’、‘艾努拉’和‘克孜吾尔江’的亲缘关系相对较远。在第Ⅲ组中，P18至P21单株首先聚在一起，然后在欧氏距离4.0处与P11单株聚在一起，说明4株国外引进型间的亲缘关系相对较近，‘阿鲁恰’与国外引进型间的亲缘关系相对较远。但是，与其余国内栽培型相比，‘阿鲁恰’与上述国外引进型间的亲缘关系相对较近。

3 讨论和结论

利用表型性状检测植物的遗传变异和多样性简便易行[21-22]，能够在短期内基本了解植物的遗传变异水平。本研究中，供试欧洲李单株叶片的正面和反面均被茸毛，叶形有阔椭圆形、卵圆形、椭圆形、狭椭圆形和倒披针形，叶尖有钝尖、渐尖、锐尖和长突尖，叶缘有细齿状、锯齿状、钝尖状和钝齿状，叶基有狭楔形、楔形和圆形，叶色有浅绿色、绿色和深绿色；并且，叶片13个表型性状的变异系数大多较高，说明新疆地区欧洲李叶片表型性状的多样性较高。根据各表型性状的变异系数，新疆地区欧洲李叶片的表型变异主要集中在叶形、叶缘、单叶干质量和单叶面积4个表型性状上，变异系数分别为39.4%、39.2%、48.5%和37.4%，明显高于其余表型性状，且这些表型性状不易受到实验操作的影响，因此，在对欧洲李进行多样性分析时更有说服力。

陈进燎等[23]认为，利用叶片表面特征能够明确野牡丹属(MelastomaLinn.)植物相似种的亲缘关系。本研究聚类结果表明：所有国内野生型单株聚为一组，国内栽培型‘阿鲁恰’与所有国外引进型单株聚为一组，其余国内栽培型单株聚为一组，并且，与国外引进型相比，国内野生型与国内栽培型间的亲缘关系更近，这一研究结果与耿文娟[14]利用SSR分子标记技术分析欧洲李国内野生型和国内栽培型亲缘关系的结果一致。说明研究欧洲李叶片表型特征对分析欧洲李资源间的亲缘关系具有一定的指导意义，也可为李属植物的鉴别和分类提供依据。

本研究结果显示：新疆地区欧洲李叶片表型性状的多样性较高；单叶面积-单叶干质量因子、叶基-叶尖因子、叶厚-叶柄长因子和叶色-叶缘因子是影响欧洲李叶片表型性状的主要因子；国内栽培型与国内野生型的亲缘关系较近，二者与国外引进型的亲缘关系均较远；并且，叶形、叶缘、单叶干质量和单叶面积可作为新疆地区欧洲李多样性和亲缘关系分析的主要表型性状。但是，由于植物的表型性状易受环境和基因型影响，因此，应结合不同分子标记进一步深入分析欧洲李的遗传变异，以期为欧洲李的遗传变异、种质保存及居群结构研究提供可靠依据。