山东省豆梨资源表型性状多样性分析

魏海霞，王振猛，李永涛，杨庆山，赵庆柱，邱玉宾，张海良，刘德玺

（1.山东省林业科学研究院/国家林业局滨海盐碱地生态修复工程技术研究中心，山东 济南 250014；2.潍坊市农业科学院，山东 潍坊 261071）

豆梨（Pyrus calleryanaDecne.）为蔷薇科梨属落叶乔木，是起源于云南的梨属植物的一个原始种［1，2］。豆梨适于温暖湿润气候，喜光，稍耐阴，耐寒，耐干旱瘠薄；对土壤要求不严，在盐碱土壤中也能生长。黄河以南区域多有野生豆梨分布，山东、河南、江苏、浙江、江西、安徽、湖北、湖南、福建、广东、广西、云南、贵州等省（自治区）皆有豆梨分布的记载［3］。豆梨作为我国原生梨属植物，其生长适应性、抗病性较强，常作为栽培梨树的嫁接砧木。此外，豆梨利用价值较高，具有材用、药用、食用和园林绿化价值。豆梨材质优良，木材坚硬，纹理致密，可供制作高档家具或手工艺品［4］；豆梨根、茎、叶、花、果实均可入药。伍国明等［5］研究表明，以豆梨果酿制发酵果酒，其营养丰富，有益健康。

种质资源的遗传多样性对品种改良和选育有着直接关系［6］，其中表型性状多样性是种质整体多样性的重要组成部分［7，8］。前人对梨属植物表型性状进行了大量研究，而关于豆梨表型遗传多样性方面的研究主要包括叶片、果实、枝条、果柄等性状。安萌萌等［9］对野生秋子梨果实性状遗传多样性的研究表明，各表型性状间存在广泛的遗传变异，表现出丰富的遗传多样性。刘超等［10］对我国南方部分地区的78份豆梨种质资源进行了表型多样性分析，发现，不同居群间存在丰富变异。刘晶［11］调查浙江省豆梨野生居群发现，不同豆梨分布点之间及同一豆梨分布点内部单株间表型多样性丰富。孙昊琪等［12］对不同类型的11个豆梨品种进行了果柄和果实形态、解剖和生理生化测定，进而研究了果柄对果实品质的影响。目前对豆梨资源的发掘主要集中在南方诸省，山东省作为我国野生豆梨资源分布的最北面省份，未见有相关报道。本研究对山东省豆梨资源表型性状的多样性进行分析并初步分类，以期为后续优良抗寒、抗逆及观赏资源开发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试40个豆梨种质保存于山东省林业科学研究院东营分院豆梨资源圃内，2019年间采集于山东省九仙山、横山、昆嵛山、蒙山及日照市岚山区，采集地及母树信息详见表1。各种质通过嫁接方式保存，其中编号1～3为进口彩叶豆梨栽培种，编号4～40为野生豆梨品种。

表1 40个豆梨种质的母树信息

1.2 试验方法

分别于2020年8—12月对这40个豆梨无性系的主要性状进行观察并测量记录，每个无性系随机选取3株，定点测量株高和地径，取调查数据平均值作为最终数据。

数量性状测量：①株高：嫁接处与植株自然高度顶端之间的距离；②地径：距离地面以上20 cm处直径；③叶长：叶尖到叶基的长度；④叶宽：与叶长垂直，叶最宽处的距离；⑤叶柄长：叶基部到生长小叶部位的长度。

质量性状调查：观察叶片被毛、叶缘锯齿、当年枝条颜色、枝刺及新梢被毛情况，对不同性状给予赋值，采用Shannon-Weaver遗传多样性指数（H′）进行评价。

H′=-ΣPilnPi，其中Pi为某一性状第i个级别出现的概率［13］。

叶绿素和含氮量采用TYS-4N型植物营养测定仪进行测量。

1.3 数据处理

应用Microsoft Excel 2013、SPSS 24.0软件进行数据统计和分析处理。聚类方法为类平均法，以欧氏距离绘制聚类图。

2 结果与分析

2.1 山东省豆梨种质的数量性状参数及变异分析

由表2可见，M21的株高最高，为202.33 cm；M19的株高最低，为64.00 cm；J8的地径最粗，为1.60 cm；J3的地径最细，为0.6 cm。叶长、叶宽、叶柄长、叶长/叶宽和叶长/叶柄长最大的种质分别为SD（10.67 cm）、M14（7.33 cm）、J5（5.95 cm）、J10（1.92）和K1（7.84），最小的分别为J3（6.31 cm）、J6（4.48 cm）、K1（1.16 cm）、M14（1.24）和J5（1.26）。种质间存在明显差异。叶绿素含量（SPAD值）和含氮量最高的种质均为M14，分别为54.03和16.77 mg/g；最小的均为M6，分别为33.10和10.47 mg/g。

表2 （续）

表2 山东省不同豆梨种质各数量性状参数

如表3所示，叶长/叶柄长和叶柄长两个性状具有较高的变异系数，分别为34.8%和31.2%，离散程度较高；其次是株高（28.3%）和地径（23.7%）；叶长、叶宽、叶长/叶宽、叶绿素和含氮量5个性状的变异系数均较小，为9.7%～12.9%，离散程度低。

表3 山东省豆梨种质各数量性状统计结果

2.2 山东省豆梨种质数量性状相关性分析

对9个数量性状进行相关性分析（表4）发现，株高和地径呈极显著正相关，相关系数为0.9663；叶长与叶宽呈极显著正相关，相关系数为0.6609；叶长与叶长/叶宽呈极显著正相关，相关系数为0.5321；叶绿素与株高、地径和含氮量均呈极显著正相关（0.6845、0.5958和0.7339），与叶宽呈显著正相关（0.3522），而与叶长/叶宽极显著负相关（-0.4102）；含氮量与叶宽呈极显著正相关，相关系数为0.4589。

表4 豆梨数量性状间相关性

2.3 山东省豆梨种质质量性状描述及其多样性指数

种质形态多样性丰富与否可直接反映其遗传多样性程度。由表5可见，当年生枝条颜色中，灰绿色占比最低，为17.5%，绿棕色最高，为32.5%，绿色和红棕色居中，分别占比20.0%和30.0%，其多样性指数最高（1.35）。叶片被毛与否的多样性指数最低（0.30），仅10.0%的叶片被毛，大多数叶片光滑。观测叶缘锯齿性状时发现，75.0%的叶缘有钝齿，5.0%的叶缘有锐齿，还有部分叶片叶尖与叶基的叶缘不一致，有叶基钝齿而叶尖锐齿的（钝齿+锐齿，15.0%），也有叶基锐齿而叶尖短芒刺的（锐齿+短芒刺，5.0%），因此，该性状的多样性指数也较高，为0.97。40个豆梨种质中，有枝刺的占40.0%，光滑的为60.0%，新梢被毛的占25.0%，光滑的占75.0%；推测部分种质为杜梨与豆梨的天然杂交种，具有杜梨和豆梨的一些中间性状。

表5 质量性状转换为标准化数据及多样性指数

2.4 山东省豆梨种质表型性状聚类分析

基于欧氏距离，采用离差平方和法对40个豆梨种质的枝叶性状进行聚类分析，结果如图1所示。在欧氏距离9.00处可将参试材料分为两大类群：第Ⅰ类包含26个种质材料，占供试材料的65%，其中九仙山种质4个，其余均为蒙山种质；第Ⅱ类包含14个种质材料，占供试材料的35%，其中蒙山种质4个，昆嵛山种质1个，进口彩叶豆梨种质3个，横山种质1个，九仙山种质5个。在欧氏距离8.10处可将参试材料分为四大类群：第Ⅰ类包含20个种质材料，占供试材料的50%，其中九仙山种质2个，蒙山种质18个；第Ⅱ类包含6个种质材料，占供试材料的15%，其中九仙山种质2个，蒙山种质4个；第Ⅲ类包含4个种质材料，占供试材料的10%，其中九仙山种质3个，横山种质1个；第Ⅳ类包含10个种质材料，占供试材料的25%，其中蒙山种质4个，昆嵛山种质1个，进口彩叶豆梨种质3个，九仙山种质2个。从聚类结果可知，85%的蒙山种质和45%的九仙山种质聚为一类，昆嵛山、横山、进口豆梨、15%蒙山种质和55%的九仙山种质聚为另一类。

图1 山东省豆梨种质表型性状聚类分析结果

3 讨论与结论

表型性状主要包括质量性状和数量性状两种类型，它对规范资源的收集、整理、保存、鉴定、评价和利用具有重要作用。对种质的表型性状值进行科学分析，有助于了解其遗传稳定性和育种潜力，对发掘、利用和创新种质具有重要指导意义［14］。本研究对40个豆梨种质的表型性状进行了分析，但由于调查的为嫁接1年的豆梨苗木，花果信息还不够全面，因此仅对豆梨枝叶等表型性状进行调查统计。结果表明，豆梨5个质量性状中多样性指数较高的为当年生枝条颜色（1.35）和叶缘锯齿（0.97）；9个数量性状中，叶长/叶柄长和叶柄长具有较高的变异系数，分别为34.8%和31.2%，株高（28.3%）和地径（23.7%）也比较高。说明山东省豆梨资源变异丰富，遗传多样性较高。该结果与刘超等［10］研究的我国南方豆梨的遗传多样性结果类似。

叶绿素相对含量（SPAD值）可反映叶片绿色程度及叶片含氮量，本试验结果也表明，叶片叶绿素含量与含氮量间具有正相关关系，因此，可以通过增施氮肥，提高植株含氮量和叶绿素含量，促进植株生长，这与生产实践结果相符。另外，含氮量高的植株叶宽指数偏高，叶长指数也偏高，说明相对较大叶片含氮量更高。

从本研究聚类结果可以看出，山东省豆梨资源的表型性状在一定程度上受地理环境影响，地域接近的种质在降水、小气候和子代繁育等方面更趋向一致，大都聚为一类；但同一山区的部分种质并没聚到一起，原因可能是少数野生豆梨可与杜梨、褐梨等进行天然杂交，其后代表型更多受到基因型的影响。而且这些天然杂交种的遗传多样性会更加丰富，后续可重点观测研究。

本研究仅针对山东省境内野生豆梨主要分布区进行资源收集，具有一定局限性，后续将在全国范围内进行豆梨资源的搜集和评价。