魏海霞,王振猛,李永濤,楊慶山,趙慶柱,邱玉賓,張海良,劉德璽
(1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院/國家林業(yè)局濱海鹽堿地生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心,山東 濟南 250014;2.濰坊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,山東 濰坊 261071)
豆梨(Pyrus calleryanaDecne.)為薔薇科梨屬落葉喬木,是起源于云南的梨屬植物的一個原始種[1,2]。豆梨適于溫暖濕潤氣候,喜光,稍耐陰,耐寒,耐干旱瘠??;對土壤要求不嚴(yán),在鹽堿土壤中也能生長。黃河以南區(qū)域多有野生豆梨分布,山東、河南、江蘇、浙江、江西、安徽、湖北、湖南、福建、廣東、廣西、云南、貴州等?。ㄗ灾螀^(qū))皆有豆梨分布的記載[3]。豆梨作為我國原生梨屬植物,其生長適應(yīng)性、抗病性較強,常作為栽培梨樹的嫁接砧木。此外,豆梨利用價值較高,具有材用、藥用、食用和園林綠化價值。豆梨材質(zhì)優(yōu)良,木材堅硬,紋理致密,可供制作高檔家具或手工藝品[4];豆梨根、莖、葉、花、果實均可入藥。伍國明等[5]研究表明,以豆梨果釀制發(fā)酵果酒,其營養(yǎng)豐富,有益健康。
種質(zhì)資源的遺傳多樣性對品種改良和選育有著直接關(guān)系[6],其中表型性狀多樣性是種質(zhì)整體多樣性的重要組成部分[7,8]。前人對梨屬植物表型性狀進行了大量研究,而關(guān)于豆梨表型遺傳多樣性方面的研究主要包括葉片、果實、枝條、果柄等性狀。安萌萌等[9]對野生秋子梨果實性狀遺傳多樣性的研究表明,各表型性狀間存在廣泛的遺傳變異,表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性。劉超等[10]對我國南方部分地區(qū)的78份豆梨種質(zhì)資源進行了表型多樣性分析,發(fā)現(xiàn),不同居群間存在豐富變異。劉晶[11]調(diào)查浙江省豆梨野生居群發(fā)現(xiàn),不同豆梨分布點之間及同一豆梨分布點內(nèi)部單株間表型多樣性豐富。孫昊琪等[12]對不同類型的11個豆梨品種進行了果柄和果實形態(tài)、解剖和生理生化測定,進而研究了果柄對果實品質(zhì)的影響。目前對豆梨資源的發(fā)掘主要集中在南方諸省,山東省作為我國野生豆梨資源分布的最北面省份,未見有相關(guān)報道。本研究對山東省豆梨資源表型性狀的多樣性進行分析并初步分類,以期為后續(xù)優(yōu)良抗寒、抗逆及觀賞資源開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
供試40個豆梨種質(zhì)保存于山東省林業(yè)科學(xué)研究院東營分院豆梨資源圃內(nèi),2019年間采集于山東省九仙山、橫山、昆崳山、蒙山及日照市嵐山區(qū),采集地及母樹信息詳見表1。各種質(zhì)通過嫁接方式保存,其中編號1~3為進口彩葉豆梨栽培種,編號4~40為野生豆梨品種。
表1 40個豆梨種質(zhì)的母樹信息
分別于2020年8—12月對這40個豆梨無性系的主要性狀進行觀察并測量記錄,每個無性系隨機選取3株,定點測量株高和地徑,取調(diào)查數(shù)據(jù)平均值作為最終數(shù)據(jù)。
數(shù)量性狀測量:①株高:嫁接處與植株自然高度頂端之間的距離;②地徑:距離地面以上20 cm處直徑;③葉長:葉尖到葉基的長度;④葉寬:與葉長垂直,葉最寬處的距離;⑤葉柄長:葉基部到生長小葉部位的長度。
質(zhì)量性狀調(diào)查:觀察葉片被毛、葉緣鋸齒、當(dāng)年枝條顏色、枝刺及新梢被毛情況,對不同性狀給予賦值,采用Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)(H′)進行評價。
H′=-ΣPilnPi,其中Pi為某一性狀第i個級別出現(xiàn)的概率[13]。
葉綠素和含氮量采用TYS-4N型植物營養(yǎng)測定儀進行測量。
應(yīng)用Microsoft Excel 2013、SPSS 24.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析處理。聚類方法為類平均法,以歐氏距離繪制聚類圖。
由表2可見,M21的株高最高,為202.33 cm;M19的株高最低,為64.00 cm;J8的地徑最粗,為1.60 cm;J3的地徑最細,為0.6 cm。葉長、葉寬、葉柄長、葉長/葉寬和葉長/葉柄長最大的種質(zhì)分別為SD(10.67 cm)、M14(7.33 cm)、J5(5.95 cm)、J10(1.92)和K1(7.84),最小的分別為J3(6.31 cm)、J6(4.48 cm)、K1(1.16 cm)、M14(1.24)和J5(1.26)。種質(zhì)間存在明顯差異。葉綠素含量(SPAD值)和含氮量最高的種質(zhì)均為M14,分別為54.03和16.77 mg/g;最小的均為M6,分別為33.10和10.47 mg/g。
表2 (續(xù))
表2 山東省不同豆梨種質(zhì)各數(shù)量性狀參數(shù)
如表3所示,葉長/葉柄長和葉柄長兩個性狀具有較高的變異系數(shù),分別為34.8%和31.2%,離散程度較高;其次是株高(28.3%)和地徑(23.7%);葉長、葉寬、葉長/葉寬、葉綠素和含氮量5個性狀的變異系數(shù)均較小,為9.7%~12.9%,離散程度低。
表3 山東省豆梨種質(zhì)各數(shù)量性狀統(tǒng)計結(jié)果
對9個數(shù)量性狀進行相關(guān)性分析(表4)發(fā)現(xiàn),株高和地徑呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.9663;葉長與葉寬呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.6609;葉長與葉長/葉寬呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.5321;葉綠素與株高、地徑和含氮量均呈極顯著正相關(guān)(0.6845、0.5958和0.7339),與葉寬呈顯著正相關(guān)(0.3522),而與葉長/葉寬極顯著負相關(guān)(-0.4102);含氮量與葉寬呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.4589。
表4 豆梨數(shù)量性狀間相關(guān)性
種質(zhì)形態(tài)多樣性豐富與否可直接反映其遺傳多樣性程度。由表5可見,當(dāng)年生枝條顏色中,灰綠色占比最低,為17.5%,綠棕色最高,為32.5%,綠色和紅棕色居中,分別占比20.0%和30.0%,其多樣性指數(shù)最高(1.35)。葉片被毛與否的多樣性指數(shù)最低(0.30),僅10.0%的葉片被毛,大多數(shù)葉片光滑。觀測葉緣鋸齒性狀時發(fā)現(xiàn),75.0%的葉緣有鈍齒,5.0%的葉緣有銳齒,還有部分葉片葉尖與葉基的葉緣不一致,有葉基鈍齒而葉尖銳齒的(鈍齒+銳齒,15.0%),也有葉基銳齒而葉尖短芒刺的(銳齒+短芒刺,5.0%),因此,該性狀的多樣性指數(shù)也較高,為0.97。40個豆梨種質(zhì)中,有枝刺的占40.0%,光滑的為60.0%,新梢被毛的占25.0%,光滑的占75.0%;推測部分種質(zhì)為杜梨與豆梨的天然雜交種,具有杜梨和豆梨的一些中間性狀。
表5 質(zhì)量性狀轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)及多樣性指數(shù)
基于歐氏距離,采用離差平方和法對40個豆梨種質(zhì)的枝葉性狀進行聚類分析,結(jié)果如圖1所示。在歐氏距離9.00處可將參試材料分為兩大類群:第Ⅰ類包含26個種質(zhì)材料,占供試材料的65%,其中九仙山種質(zhì)4個,其余均為蒙山種質(zhì);第Ⅱ類包含14個種質(zhì)材料,占供試材料的35%,其中蒙山種質(zhì)4個,昆崳山種質(zhì)1個,進口彩葉豆梨種質(zhì)3個,橫山種質(zhì)1個,九仙山種質(zhì)5個。在歐氏距離8.10處可將參試材料分為四大類群:第Ⅰ類包含20個種質(zhì)材料,占供試材料的50%,其中九仙山種質(zhì)2個,蒙山種質(zhì)18個;第Ⅱ類包含6個種質(zhì)材料,占供試材料的15%,其中九仙山種質(zhì)2個,蒙山種質(zhì)4個;第Ⅲ類包含4個種質(zhì)材料,占供試材料的10%,其中九仙山種質(zhì)3個,橫山種質(zhì)1個;第Ⅳ類包含10個種質(zhì)材料,占供試材料的25%,其中蒙山種質(zhì)4個,昆崳山種質(zhì)1個,進口彩葉豆梨種質(zhì)3個,九仙山種質(zhì)2個。從聚類結(jié)果可知,85%的蒙山種質(zhì)和45%的九仙山種質(zhì)聚為一類,昆崳山、橫山、進口豆梨、15%蒙山種質(zhì)和55%的九仙山種質(zhì)聚為另一類。
圖1 山東省豆梨種質(zhì)表型性狀聚類分析結(jié)果
表型性狀主要包括質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀兩種類型,它對規(guī)范資源的收集、整理、保存、鑒定、評價和利用具有重要作用。對種質(zhì)的表型性狀值進行科學(xué)分析,有助于了解其遺傳穩(wěn)定性和育種潛力,對發(fā)掘、利用和創(chuàng)新種質(zhì)具有重要指導(dǎo)意義[14]。本研究對40個豆梨種質(zhì)的表型性狀進行了分析,但由于調(diào)查的為嫁接1年的豆梨苗木,花果信息還不夠全面,因此僅對豆梨枝葉等表型性狀進行調(diào)查統(tǒng)計。結(jié)果表明,豆梨5個質(zhì)量性狀中多樣性指數(shù)較高的為當(dāng)年生枝條顏色(1.35)和葉緣鋸齒(0.97);9個數(shù)量性狀中,葉長/葉柄長和葉柄長具有較高的變異系數(shù),分別為34.8%和31.2%,株高(28.3%)和地徑(23.7%)也比較高。說明山東省豆梨資源變異豐富,遺傳多樣性較高。該結(jié)果與劉超等[10]研究的我國南方豆梨的遺傳多樣性結(jié)果類似。
葉綠素相對含量(SPAD值)可反映葉片綠色程度及葉片含氮量,本試驗結(jié)果也表明,葉片葉綠素含量與含氮量間具有正相關(guān)關(guān)系,因此,可以通過增施氮肥,提高植株含氮量和葉綠素含量,促進植株生長,這與生產(chǎn)實踐結(jié)果相符。另外,含氮量高的植株葉寬指數(shù)偏高,葉長指數(shù)也偏高,說明相對較大葉片含氮量更高。
從本研究聚類結(jié)果可以看出,山東省豆梨資源的表型性狀在一定程度上受地理環(huán)境影響,地域接近的種質(zhì)在降水、小氣候和子代繁育等方面更趨向一致,大都聚為一類;但同一山區(qū)的部分種質(zhì)并沒聚到一起,原因可能是少數(shù)野生豆梨可與杜梨、褐梨等進行天然雜交,其后代表型更多受到基因型的影響。而且這些天然雜交種的遺傳多樣性會更加豐富,后續(xù)可重點觀測研究。
本研究僅針對山東省境內(nèi)野生豆梨主要分布區(qū)進行資源收集,具有一定局限性,后續(xù)將在全國范圍內(nèi)進行豆梨資源的搜集和評價。