黑龙江野生毛榛果实表型性状的多样性研究*

李红莉，李雪，逄宏扬

(黑龙江省林业科学院 牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157010)

毛榛(CorylusmandshuricaMaxim.)为桦木科(Betulaceae)榛属(Corylus)落叶灌木，分布于我国东北、华北和西北等地区，耐阴，多散生于海拔400～1 500 m的林中和林缘[1]。毛榛果实是东北地区人们非常喜爱的天然坚果，其果实皮薄，果仁质优，富含多种氨基酸，营养价值较高；同时，毛榛是一种良好的水土保持灌木，具有较高的经济价值和生态价值[2-3]。毛榛在黑龙江省分布广泛，有着丰富的种质资源，高抗性的毛榛作为优良的野生榛子资源能够为榛属的育种和果实油脂合成机制提供重要的资源。野生种质资源遗传多样性评价是种质资源挖掘利用和种质创新的基础。基于表型性状评价研究种质资源遗传多样性较为直观，广泛应用于核桃(JuglansregiaL.)、腰果(Anacardiumoccidentale)、板栗(Castaneamollissima)和东北杏(Armeniacamandshurica)等植物种质资源研究中[4-8]。现有对毛榛的研究主要集中在果仁营养成分[9]、分布格局[10]、栽培与利用[11-14]等方面，有关毛榛表型性状多样性的研究未见报道。本文以58份黑龙江省野生毛榛资源为研究对象，采用变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析对其24个果实表型性状多样性进行研究，以期为毛榛的资源评价和品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2020年8月末至，选取具有代表性且资源蕴藏量较大的分布点进行调查，收集到58份野生资源作为供试材料。种源分别来自黑龙江省鹤北、东京城、鹤立、新青、海林、双鸭山、林口、五常市、黑河市等林业局，试验材料基本覆盖了黑龙江省分布的野生毛榛种质资源，其具体情况见表1。

表1 野生毛榛种源各取样点地理信息

1.2 观测指标

2020年8月末至9月初，当毛榛果实自然成熟后，采集上述9个地点带果苞的坚果，选择生长良好、无病虫害的单株进行采集，每份资源采集5株。待果苞萎焉后，去除果苞取出坚果，每份资源随机选取50粒坚果样品用于果实质量性状和数量性状的描述和测定。

对58份毛榛种质的果实性状进行调查观测，观测的主要内容包括7个质量性状和17个数量性状指标。其中，质量性状有坚果形状、坚果颜色、果面条纹、果面茸毛、果基形状、果仁皮颜色和果仁形状；数量性状有坚果三径、果基宽、果基高、果顶高、果壳厚度、果仁三径、坚果质量、果仁质量；计算出仁率%(仁重/单果重)、形状指数〔(纵径+横径)/2×侧径〕、果腔系数〔果仁三径均值/(坚果三径均值-2×果壳厚度)〕和壳仁间隙(坚果三径均值-2×果壳厚度-果仁三径均值)[15]。果实数量性状指标的测定参考《榛种质资源描述规范和数据标准》中的方法[16]，质量性状指标及其赋值情况见表2。

表2 毛榛的质量性状与分级标准

1.3 数据处理与分析

利用Excel 2010软件对原始数据进行录入和整理；利用SPSS 23.0软件对所得数据进行频率分布、变异分析、多样性指数、相关性分析、主成分分析和聚类分析。将质量性状按照表2进行赋值，计算频度。对数量性状进行K-S正态分布检验，符合正态分布的指标按照(X-1.281 8S)、(X-0.524 6S)和(X+0.524 6S)、(X+1.281 8S)4个分级点划分为5个等级，不符合正态分布的指标按实际分布状况分级[17]。Shannon-Wiener多样性指数按照公式H′=-∑PilnPi(式中Pi为某一性状第i类别材料份数占总份数的百分比，ln为自然对数)计算[18]。对数量性状进行Pearson相关性分析、主成分分析和可变类平均法聚类分析。

2 结果与分析

2.1 毛榛果实质量性状的频率分布和多样性分析

由表3可知，坚果形状主要为圆锥形，占98.3%；坚果颜色以黄褐色为主，占66.9%，有少量黄色(16.9%)和金黄褐(15.3%)；果面条纹多为明显，占61.0%；大多数果面具有茸毛，占61.0%；果基形状有平、尖和圆，分别占36.4%、37.3%和26.3%；果仁皮颜色为黄褐和紫红，分别占58.5%和41.5%；果仁形状多为圆锥形，占94.1%。从多样性指数来看，各质量性状H′的变化范围为0.086～1.087，具有较高遗传多样性(H′>0.8)的性状有果基形状和坚果颜色，H′数值分别为1.087和0.895；较低遗传多样性(H′<0.5)的性状有果仁形状和坚果形状。果实质量性状多样性指数的平均值为0.619。

表3 毛榛果实质量性状的频率分布与多样性指数

2.2 毛榛果实数量性状多样性分析

58份毛榛果实17个数量性状的变异系数在7.03%～39.98%之间，整体变异系数平均15.09%(表4)。果仁质量的变异系数最大为39.98%，坚果形状指数的变异系数最小为7.03%。果仁质量、坚果质量、壳仁间隙的变异系数较大，范围为19.06%～39.98%；坚果横径、坚果纵径、果基宽、果基高、果顶高、果壳厚度、果仁三径、果仁形状指数和出仁率的变异系数在10.30%～16.85%之间；坚果纵径、坚果形状指数、果腔系数的变异系数较小，范围为7.03%～9.61%。毛榛果实17个数量性状的遗传多样性指数H′在1.289～1.509之间，各性状平均为1.394，具有较高的遗传多样性。

表4 毛榛果实数量性状的变异情况与多样性指数

2.3 毛榛果实性状相关性分析

毛榛果实17个数量性状之间有较高程度的相关性，各性状间大多存在显著或极显著相关性。其中，有66对性状呈极显著正相关，25对性状呈极显著负相关，3对性状呈显著正相关，9对性状呈显著负相关。坚果质量与坚果三径等11个性状呈极显著正相关，其中与坚果横径(0.837)、坚果侧径(0.806)、果仁纵径(0.806)、果仁质量(0.912)的相关系数较大；与坚果形状指数呈极显著负相关，与果基高和果仁形状指数呈显著负相关。果仁质量与坚果三径等11个性状呈极显著正相关，其中与坚果质量(0.912)、果基宽(0.797)、果仁横径(0.794)、坚果横径(0.793)和果仁侧径(0.783)的相关系数较大；与坚果形状指数和果基高呈极显著负相关，与果仁形状指数呈显著负相关。出仁率与坚果和果仁三径、坚果和果仁质量、果基宽和果顶高呈极显著正相关，其中与果仁质量(0.756)、果基宽(0.535)和果仁侧径(0.582)的相关系数较大；与坚果和果仁形状指数呈显著负相关(表5)。

表5 毛榛果实主要数量性状间的相关性系数

2.4 毛榛果实性状主成分分析

对毛榛17个数量性状指标进行主成分分析，各主成分对应的特征向量值见表6。按照特征值大于1提取主成分，前4个主成分的累计贡献率为84.045%。第1主成分的贡献率最高，为48.301%，其中果仁质量、坚果横径、坚果侧径和坚果质量的特征向量绝对值较大，其中果仁质量的最大，为0.927；第2主成分的贡献率为18.934%，其中果腔系数的特征向量绝对值最大，为0.731；第3主成分的贡献率为10.770%，其中果仁纵径的特征向量绝对值最大，为0.689；第4主成分的贡献率为6.041%，其中果壳厚度的特征向量绝对值最大，为0.633。

表6 毛榛果实主要数量性状主成分的特征向量值

2.5 毛榛果实性状聚类分析

运用卡方距离可变类平均法对毛榛果实主要数量性状进行聚类，如图1所示，聚为3类。

第1类包括11个种质资源，其中8个来自东京城林业局、1个来自林口林业局和2个来自新青林业局。这类种质的特征主要是坚果和果仁三径较大，果仁质量大，平均0.60 g，出仁率高达50.48%，果壳较薄平均为1.03 mm，果腔系数0.83，果仁饱满，果基宽度较大而高度较小，果顶高较大，果基宽和果顶高分别为12.63 mm和14.56 mm，明显高于其他类群。

第2类包括27个种质资源，其中6个来自鹤立林业局、5个来自林口林业局、3个来自双鸭山林业局、5个来自黑河市林业局、1个来自五常市林业局、3个来自鹤北林业局和4个来自新青林业局。其主要特征为坚果和果仁三径居中，果仁质量中等，平均0.35 g，出仁率较高，平均为40.58%，果壳厚度平均为1.18 mm，果腔系数0.88，壳仁间隙较小为1.34 mm，果仁饱满，果基宽度和高度适中，果顶高居中。

第3类包括20个种质资源，其中1个来自林口林业局、5个来自双鸭山林业局、3个来自黑河市林业局、4个来自五常市林业局、2个来自鹤北林业局和5个来自海林林业局。其主要特征为坚果和果仁三径居中，与第2类差别不明显，果仁质量较小，平均0.28 g，出仁率较高，平均为39.76%，果壳厚度较薄，平均为1.05 mm，果腔系数0.86，壳仁间隙较小为1.25 mm，果仁饱满，果顶高较小，果基窄而高，果基高显著高于其他类群。

3 讨论与结论

表型性状多样性研究可以直观地反映遗传多样性的丰富程度，对野生资源的保存与挖掘、新品种选育等具有重要意义[19-20]。本文以黑龙江省9个地区的58份毛榛种质资源为研究对象，对果实24个表型性状进行分析和评价，结果表明黑龙江省毛榛种质资源果实性状存在着丰富的多样性。对果实质量性状的频率分布和遗传多样性指数分析结果表明，H′值的变化范围为0.086～1.087，坚果颜色和果基形状等性状存在着丰富的遗传多样性，H′值均高于0.8，与王陆军[21]对川榛(CoryluskweichowensisHu.)的研究结果基本一致。

变异系数可在一定程度上反映个体间的差异，一般认为变异系数大于10%表示个体间差异较大[22]。本研究中毛榛果实17个数量性状的整体变异系数平均15.09%，其中果仁质量的变异系数最大，说明其在不同种质间差异较大，有着丰富的遗传多样性，有利于选育大果品种；坚果形状指数的变异系数最小，说明其果实形状变异较为稳定。这与王陆军等[15]、罗达等[23]对川榛和平欧杂交榛(Corylusheterophylla×C.avellana)的研究结果相似。毛榛果实17个数量性状的遗传多样性指数在1.289～1.509之间，说明毛榛数量性状的遗传多样性较为丰富，与王陆军[21]的研究结果一致。在榛属植物果实表型性状多样性研究中，李京璟等[24-25]对`平榛分布区的99份平榛种质资源坚果的主要农艺性状进行综合评价，研究表明24个性状具有丰富的遗传多样性，数量性状的变异幅度在5.77%～59.00%；左慧[26]对辽宁铁岭平榛(Corylusheterophyllafisch.ex trantv.)种质资源的5个形态性状进行调查与研究，认为平榛资源的形态特征存在广泛变异。植物种质资源数量性状变异系数越大，遗传多样性程度越高[27]。从本研究的结果来看，性状的变异系数在7.03%～39.98%，表明黑龙江野生毛榛果实表型性状的变异程度高且幅度大，具有较高的遗传多样性。

毛榛果实主要性状相关分析结果表明，17个数量性状之间有较高程度的相关性。总体来看，果实表型性状中多数形态性状、质量性状以及两者间的相关性均达到显著或极显著水平。其中，果仁质量与坚果三径等11个性状呈极显著正相关，果仁质量与坚果质量、果基宽、果仁横径、坚果横径和果仁侧径的相关系数较大，这与王陆军等[15]对大别山野生川榛的研究结论一致。主成分分析表明，前4个主成分的累计贡献率为84.045%。第1主成分的贡献率最高为48.301%，主要反映坚果和果仁的质量和大小指标；第2主成分的贡献率为18.394%，主要反映果仁饱满度指标，这与罗达等[23]对平欧杂交榛的研究结果相似。通过对毛榛果实表型性状进行相关分析和主成分分析，可为野生选优提供理论依据，可通过选择果实性状达到野生选优的目的。

聚类分析将58份毛榛资源分为3类，第1类坚果和果仁质量大，出仁率高、果壳薄，果仁饱满，适合选育大果品种；第2、3类坚果和果仁质量居中，出仁率较高，壳仁间隙较小，果仁饱满，可作为遗传改良的优良资源。这与李京璟等[24]对平榛的研究结果相似。

本研究对58份毛榛果实表型性状进行了分析和评价，表明黑龙江省毛榛果实表型性状多样性较为丰富，为今后深入研究其遗传多样性奠定了基础。此外，由于本研究选取的样本数量较少，单纯的表型性状多样性分析存在一定的局限性，因此，在今后的研究中还应增加样本数量，并结合分子生物学方法深入开展黑龙江省毛榛表型性状多样性研究。