枣种质资源叶表型性状遗传多样性分析

仇倩倩，冯一峰，吴翠云

(塔里木大学植物科学学院/南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆阿拉尔 843300)

0 引 言

【研究意义】枣(ZiziphusjujubaMill.)为鼠李科(Rhamnaceae)枣属(ZiziphusMill.)植物，为我国第一大干果树种及重要的药用价值和生态经济林树种[1]。我国是枣树的起源中心，后来的许多品种则是从实生变异中选育而来[2]。枣在我国的分布范围很广，有南北两大栽培区，除黑龙江外，北起内蒙古、辽宁，南至两广，西起新疆，东至沿海各省均有分布，并能正常生长结果。国外需从我国大量进口原枣和枣初级加工品[3]。叶片是植物进行光合作用的重要器官和场所，植物以及果实中营养成分物质绝大部分来自光合作用产物，叶片的大小、形状、锯齿数等表型性状对枣树光合作用以及营养物质的获得至关重要[4]，比如叶面积的增大能有效增加叶片的补光面积，提高植物的生长速率，叶面积的减小可降低叶片蒸腾作用，避免细胞水势和膨压的降低，提高叶片的水分利用效率[5]。种质资源是育种的物质基础，叶片表型多样性研究有助于了解物种的稳定性和进化潜力，预测适应性发掘具有巨大经济和生态价值的特异基因性状[6]。一个居群或物种的遗传变异越丰富，对生存环境的适应能力就越强；而一个物种的适应能力越强，则它的进化潜力也越大[7]。【前人研究进展】近年来枣种质资源的研究和遗传多样性的评价主要从形态学、孢粉学、细胞学、酶学及DNA等不同水平进行研究[3]。前人对形态学的研究主要集中在果实及枝条上[10,11,12]，目前利用叶片表型性状评价种质资源多样性在梨[13]、柿树[14]、葡萄[15]、橄榄[16]、核桃[17]、巴旦杏[18]、板栗[19]等上应用。【本研究切入点】对于物种多样性的评价多数是以表型性状多样性的研究指标和研究内容来体现，在表型特征中，叶片变异是遗传变异的重要体现[8]。植物叶片是植物进行光合、呼吸作用以及水分交换的主要场所，是生态系统物质循环与能量流动的起始点，是对不同环境适应较为灵敏的器官，也是其遗传变异的主要标志[9]。但对枣种质资源单一叶片表型性状多样性进行深入的系统研究分析较少。研究枣种质资源叶表型性状遗传多样性。【拟解决的关键问题】对塔里木大学枣种质资源圃的177份叶片表型性状进行变异分析，分析枣资源叶表型遗传多样性，了解物种的稳定性和进化潜能，利于优异资源的筛选和开发利用提供数据基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验材料以塔里木大学枣种质资源圃保存的177份枣品种的成熟叶片为研究对象，株行距2 m×3 m，所有种质均为嫁接成年树，试验地管理一致，树势中庸。表1

1.2 方 法

1.2.1 表型性状的选取和观测

参照刘孟军[17]的《中国枣种质资源》描述和林业行业标准《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南枣》的相关标准，并结合种质圃里枣叶片生长的实际情况，选取叶片形状、叶尖性状、叶基形状、叶缘性状、叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶面积、叶周长、锯齿高度、锯齿宽度和锯齿数12个叶表型性状，在末次秋梢老熟期观测。分别从树冠东、南、西、北4个方向采取2年生2次枝枣吊中部完整的、无病虫害成熟叶片30片，带回实验室放于-4℃冰箱中进行表型性状调查和分析。观测方法因性状和性质不同而异，对于4个描述性状，采用目测法结合董玉慧[10]的分类方法，对于数量性状，利用植物图像分析仪进行扫描。

1.2.2 叶片形状调查

参考董玉慧[3]的分类方法，叶形指数大于等于2.4时，叶片形状为卵状披针形；叶形指数小于2.4，且叶片横径处于叶片中央位置时，叶片形状为椭圆形；叶形指数小于2.4，且横径处于叶片较下方位置时，叶片为卵圆形。

1.2.3 叶尖、叶基和叶缘调查

依照刘孟军[17]的《中国枣种质资源》描述和统计形态特征，统计各类别的品种数。

1.2.4 叶片长度、叶片宽度、叶面积、叶形指数、叶片周长、锯齿数、锯齿高度和锯齿宽度测量

图像获取设备采用了万深LA-S植物图像分析仪(TMA1600)，将叶片表面泥土等杂物清除，将叶子平展平行于右侧刻度标尺放置扫描仪右上方进行扫描。获得叶长、叶宽、叶形指数、叶面积、叶周长、锯齿数、锯齿高度和锯齿宽度的数据。

1.2.5 对叶片形状、叶尖形状、叶基形状和叶缘形状赋值

《中国枣种质资源》描述规范中将叶片形状分为椭圆形、卵圆形和卵状披针形3种，叶尖分锐尖、急尖、钝尖和尖凹4种类型，叶基分为圆形、心形、截形、圆楔形和偏斜形5种，叶缘分为锐锯齿和钝锯齿2种。叶片形状赋值依次为：卵圆形1，椭圆形2，卵状披针形3；叶尖形状赋值依次为：钝尖0，锐尖1，急尖2，尖凹3；叶基形状赋值依次为：圆形0，偏斜形1，圆楔形2，截形3，心形4；叶缘形状赋值依次为：钝齿1，锐锯齿2。

1.3 数据处理

采用Excel2010、Origin8.5、Dps9.5和Spss17.0软件处理数据和绘图并进行频率分析、相关性分析、主成分和聚类分析。

表1 枣种质资源编号及名称Table 1 The number and name of jujube germplasm resources

2 结果与分析

2.1 枣种质资源叶片质量性状遗传多样性

研究表明，将叶片形状分为椭圆形、卵圆形和卵状披针形3种，叶尖分锐尖、急尖、钝尖和尖凹4种类型，叶基分为圆形、心形、截形、圆楔形和偏斜形5种，叶缘分为锐锯齿和钝锯齿2种。对177份枣种质资源叶片性状调查分析，叶形为卵圆形的最多，占38.42%，其次为椭圆形(36.16%)、卵状披针形(25.421%)；叶尖以钝尖为主(77.70%)其次为急尖、尖凹和锐尖；叶基形状中以圆形(51.98%)占主导地位，其次为圆楔形和偏斜形心形最少(1.69%)；叶缘以钝齿为主占了资源的94.92%。4个描述性状遗传多样性指数在0.20～1.22，其中叶基形状的多样性指数最高达1.22，而叶缘性状的多样性指数仅为0.20。表2，表3

表2 枣种质资源4个描述性状多样性Table 2 Diversity analysis of four descriptive traits of jujube germplasm resources

表3 枣种质资源叶表型性状多样性指数Table 3 Diversity index analysis of phenotypic traits of jujube

2.2 枣种质资源叶片性状分布

研究表明，枣种质资源叶长、叶宽、叶形指数、叶面积、叶周长、锯齿宽度、锯齿高度和锯齿数均为数量性状，分布频率最高的分别为叶长63～77 mm、叶宽27～36 mm、叶面积1 203～1 711 mm2、叶形指数2.10～2.30、叶周长182～239 mm，其占比分别为73.03%、81.46%、72.47%、42.37%和93.82%，叶缘锯齿数分布13.57～158.23。其中，76.27%的资源叶缘锯齿分布在20～40；锯齿宽度在4.5～5.0 mm的频率分布最大，占21.47%；锯齿高度主要分布在0.50～0.70，占57.62%。叶长、叶宽、叶形指数、叶面积和锯齿宽度5个数量性状的Z值小于1.36，其频率分布与正态分布拟合，这5个性状分布符合正态分布；而叶周长、锯齿高度和锯齿数达到了0.01的差异极显著水平，不符合正态分布。图1，表4

2.3 枣种质资源叶表型数量性状变异

研究表明，枣种质资源叶片表型性状的变异幅度均较大，变异系数介于9.30%～42.79%，平均变异系数为23.59%。这177份枣种质的叶片表型数量性状的变异类型较丰富，对环境的适应力较强。锯齿数的变异系数最大为42.79%，变异幅度为13.57～158.23，其次为叶周长、锯齿高度、叶面积、锯齿宽度、叶宽、叶长和叶形指数分别为34.27%、27.42%、25.85%、22.01%、14.80%、12.25%和9.30%。其中叶形指数、锯齿高度和锯齿宽度的平均数和中位数的差异<0.1，其余都大于等于0.1，叶形指数、锯齿高度和锯齿宽度这3个性状变异程度不大，数据相对比较集中。表5

表5 枣种质资源叶表型数量性状的变异Table 5 Statistics of variation of leaf surface quantitative characters in jujube germplasm resources

2.4 枣种质资源叶片各数量性状间的相关性

研究表明，呈显著或极显著正相关有叶长与叶宽、叶形指数、叶面积、叶周长和锯齿数，叶宽与叶面积、叶周长和锯齿数，叶形指数与锯齿高度和锯齿宽度，叶面积与叶周长和锯齿数，叶周长与锯齿数，锯齿高度与锯齿宽度和锯齿数。呈显著或极显著负相关的有叶宽与叶形指数，叶形指数与叶面积，叶周长与锯齿宽度。表6

表6 枣种质资源叶表型8个数量性状相关性Table 6 Correlation analysis of 8 quantitative characters of leaf surface type in jujube germplasm resources

2.5 枣种质资源叶片表型性状多样性主成分

研究表明，前6个主成分能够代表177份枣资源叶性状的大部分信息，其特征值均大于1，累计贡献率达82.02%。贡献率依次为23.04%、16.28%、14.71%、10.8%、8.65%和8.54%，叶长度、叶宽度和叶面积(叶片大小的分布情况)、叶片锯齿分布的疏密情况(锯齿高度和锯齿宽度)、叶周长和锯齿数、叶形指数和叶片形状、叶基形状和叶尖性状的载荷依次在各个主成分中较大。表7

表7 枣种质资源叶表型主成分的特征向量、特征值、贡献率和累计贡献率Table 7 The eigenvector, latent root, contributor ratio and accumulative contributor ratio of the principal component of leaf surface type in jujube germplasm resources

2.6 枣种质资源表型性状聚类

研究表明，在遗传距离为337附近将其分为6大类群。第一类群包含76份资源特征是以卵圆形、椭圆形叶片钝叶尖圆形、圆楔形、偏斜形叶基钝齿叶缘为主；第二类群包含72份资源特征是以卵圆形、卵状披针形叶片钝叶尖圆形、圆楔形叶基钝锯齿为主；第三类群包含23份资源特征是以卵圆形叶片，钝叶尖，圆形叶基，钝齿叶缘为主；第四类群包含4份资源，特征是以椭圆形叶片，钝叶尖，偏斜形叶基，钝齿叶缘为主；第五类群和第六类群均为1份资源，分别为中枣1号和赞2；6个类群表现大致相同，以卵圆形叶片、钝叶尖、圆形叶基和钝齿叶缘占较大比例。其中第四类群在叶片形状和叶基形状上表现与其他类群不太一致；第五类群中中枣1号叶片长度较长、叶片宽度和叶面积不突出但叶形指数较大；第六类群赞2叶片长度、叶片宽度较大,叶面积最大，但叶形指数较小表现为卵圆形。图2，表8

类群Groups第一类群First group第二类群Second group第三类群Third group第四类群Fourth group第五类群Fifth group第六类群Sixth group叶片形状Leaf shape椭圆形31.5829.1734.7875卵圆形55.2658.3360.8725100100卵状披针形13.1612.504.35叶尖性状Leaf tip shape锐尖6.657.048.70钝尖80.2373.2478.26100100100急尖6.529.868.70尖凹6.519.864.35叶基形状Leaf base shape偏斜形17.1116.6726.0950圆形57.2645.8356.5225100100截形3.951.3913.0425圆楔形20.3634.72心形1.321.394.35叶缘性状Leaf edge shape钝齿90.8495.8395.65100100100锐锯齿9.164.174.35

3 讨 论

表型性状兼有变异性和稳定性，受其自身的遗传组成和所处的生存环境影响，是生物适应其生存环境的表征，表型多样性是遗传多样性和环境多样性相互作用的结果[18]。数量性状虽然易受外来环境的影响，但研究样本量大，依然能代表其变异及遗传多样性。不同种质资源的不同性状间都存在着一定的差异，且差异程度也不尽相同，种质资源变异系数越大，该表型性状在种质间的差异越大，对种质变异和创新的贡献率越高。植物学性状对于遗传多样性的分析包括枝、叶、花、果和树形等数据的调查。

对177份枣资源叶片描述性状进行分析，结果发现各描述性状类型丰富，每个性状中均有一定数量的资源分布，且分布频率均表现出不同的差异。叶片形状中卵圆形占主导地位，叶尖和叶缘分别以钝尖和钝锯齿为主，叶基形状中圆形占的比例较大，表现出较大的性状分离。从遗传多样性的指数来看，枣叶片质量性状的遗传多样性指数在0.20～1.22，其中叶基形状的多样性指数最高，为1.22，叶片形状次之(0.93)，最少的是叶缘性状(0.20)。张莹等[11]对548份梨资源的叶片和枝条23个表型性状进行数据采集与整理结果显示，梨叶片资源叶片形状、叶基形状、叶尖形状和叶缘形状的Shannon-weaver多样性指数分别为0.466、1.597、1.199和0.917，范围在0.466～1.597，此结果与研究结果大致一致，叶片的遗传多样性丰富，可以作为初步评价的依据。

对177份枣叶片的8个数量性状进行分析发现叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶面积和锯齿宽度均符合正态分布，叶片周长、锯齿高度和锯齿数不符合正态分布。锯齿数、锯齿高度和叶片周长的变异程度较大，变异系数分别为55.01%、46.56%和34.27%，其次为叶面积为25.85%，遗传多样性较丰富，对环境的适应力也较强，是多样性分析研究的优先考虑对象，对资源的进一步选择潜力较大。郭明等[9]通过对枣树的23个性状进行相关性分析，其中叶形指数与制干率、叶面积与花径、叶形指数与果形指数、叶形指数与含仁率具有显著正相关，叶形指数与单果重呈负相关。试验中枣的叶片长度、叶片宽度和叶形指数的变异系数较小，对环境的适应力比较稳定，推测可以不将其作为遗传多样性的指标,这些性状可以作为早期选择节省人力和缩短育种年限的目的，作为制定栽培措施和技术标准的参考。

4 结 论

枣叶片以卵圆形、叶尖钝尖、叶基圆形、叶缘钝齿类型居多。叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶面积和锯齿宽度均符合正态分布，8个数值型性状的变异系数介于9.30%～42.79%，177份枣种质资源的叶性状具有较为丰富的表型，叶基性状、叶片形状、锯齿数、锯齿高度、叶面积和叶周长在种群间的差异较大，进化潜力更大，是枣多样性分析的主要依据。