王 博,嚴亮亮,宋麗華

(寧夏大學 農學院,銀川 750021)

酸棗(Ziziphus jujubavar.spinosa)為鼠李科棗屬植物,是棗的變種,適應強,具有顯著的生態(tài)、經濟價值。與其他大多數果樹的野生種不同,野生酸棗樹在等位基因多樣性、表型性狀和采后品質方面差異較大[1],對非生物脅迫具有良好的耐受性,是中國北方地區(qū)栽培棗樹的優(yōu)良砧木,也是植被恢復、景觀建設的良好候選樹種。酸棗與栽培棗樹品種容易雜交,是培育棗樹新品種和改良棗樹品質性狀的遺傳變異資源[2-3]。張建英等[4]對23個酸棗無性系的綜合性狀進行研究,結果表明酸棗果實形狀多為圓形和近圓形,單果質量多分布在2.0～3.0 g,食用率大多高于野生酸棗。楊雷[5]采用灰色關聯分析方法對70份酸棗種質資源的5個果實數量性狀進行評價,篩選出10個綜合性狀較好的酸棗種質。2006年對149份酸棗種質果實的9個主要數量性狀進行概率分級,提出了酸棗的5級分級標準[6],這些研究為酸棗的資源保護和開發(fā)利用提供了指導與參考。酸棗的適應性強,果實的開發(fā)利用價值也較高,但目前對酸棗資源調查及其保護與遺傳改良利用方面的研究報道較少。本研究在實地調查的基礎上,以采集到的寧夏不同生態(tài)立地分布的野生酸棗為材料,分析寧夏野生酸棗群體的分布、表型性狀等,并與栽培棗品種進行對比,探討野生酸棗的遺傳多樣性差異,以期為酸棗資源的保護和開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗方法

在對寧夏野生酸棗實地勘察的基礎上,選取寧夏吳忠市紅寺堡區(qū)、銀川市賀蘭山滾鐘口、靈武市白芨灘、中寧縣牛首山以及中衛(wèi)市日照山5個種群(以下分別用WZ、HLS、LW、ZN、ZW表示),這5個地區(qū)的野生酸棗分布面積較大,而且較集中成片,具有代表性。

試驗材料為5個種群野生酸棗植株的成熟功能葉片與果實,成熟葉片用于測定葉片生理生態(tài)指標,果實用于測定品質指標。并采集寧夏3個栽培棗品種:‘靈武長棗’‘中寧小棗’‘同心圓棗’(分別用LWCZ、ZNXZ、TXYZ表示),與野生酸棗各個指標進行比較。各種群基本信息與地理分布見表1及圖1。

表1 寧夏野生酸棗種群基本地理信息Table1 Geographic information of wild jujube population in Ningxia

2019年7月進行葉片采集,9月待果實成熟后進行采集。7月對寧夏5個不同生態(tài)種群野生酸棗調查、記錄、掛牌等,每個種群隨機標記30棵長勢基本一致的健康植株,距離間隔10 m以上,按照東西南北方向采集健康無病蟲害的成熟功能葉片,帶回實驗室測定。9月依據第1次采葉樣時確定的GPS定位信息,采集每棵樹的果實,帶回實驗室。

1.2 葉片和果實表型、生理、品質指標測定

采用巴比妥酸(TBA)顯色法測定丙二醛(MDA)含量[12];采用NBT還原法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性[13];采用愈創(chuàng)木酚法測定(POD)過氧化物酶活性[14];采用紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)活性[15];采用茚三酮法測定脯氨酸含量[16];采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[17];采用NaOH溶液滴定法測定有機酸含量[18];采用鉬藍比色法測定維生素C含量[19];用游標卡尺(GB/T14899-94)測定葉片長、葉片寬、果實縱橫經,激光葉面積儀(YMJ-C)測定葉面積;電子分析天平測量果實單果質量。

1.3 數據處理

所有數據采用Microsoft Excel 2016進行整理與分析,用SPSS 20.0、Origin與R語言進行作圖與統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同野生酸棗種群表型遺傳變異性分析

2.1.1 葉片表型性狀分析 由圖2、3和4可知,5個野生酸棗種群的單葉面積與葉片鮮質量均存在顯著性差異(P面積=0.014＜0.05,P葉片鮮質量=0.011＜0.05)。其中靈武白芨灘種群的單葉面積和葉片鮮質量最大,分別為266.71 mm2和0.079 g,但栽培棗品種的葉面積與葉片鮮質量均大于野生酸棗,如‘中寧小棗’的葉面積280.32 mm2,‘同心圓棗’的葉片鮮質量為0.141 g。

2.1.2 果實表型性狀分析 由圖5、6和7可知,5個野生酸棗種群果實縱徑、橫徑之間均存在極顯著性差異(P縱徑=0.004＜0.01,P橫徑=0.005＜0.01)。果實縱徑和橫徑均表現為中寧牛首山種群＞吳忠紅寺堡種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞靈武白芨灘種群＞中衛(wèi)日照山種群。果實縱橫徑最大的均為中寧牛首山種群(縱徑15.36 mm,橫徑15.14 mm),栽培棗果實縱橫徑均大于野生酸棗,其中‘中寧小棗’縱橫徑均最小(縱徑38.42 mm,橫徑20.71 mm)。

由圖8可知,5個野生酸棗種群的單果質量之間均存在差異,吳忠紅寺堡種群與中寧牛首山種群之間差異不顯著(P單果質量=0.341＞0.05),賀蘭山滾鐘口種群與靈武灘種群之間差異不顯著(P單果質量=0.054＞0.05),其余各種群之間均存在顯著差異性(P單果質量=0.011＜0.05)。各種群野生酸棗單果質量表現為吳忠紅寺堡種群＞中寧牛首山種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞靈武白芨灘種群＞中衛(wèi)日照山種群。野生酸棗單果質量最大的是吳忠紅寺堡種群(1.03 g),栽培棗最小的是‘中寧小棗’(20.71),栽培棗單果質量均大于野生酸棗。

由表2可知,各種群野生酸棗果實橫徑變異系數較小,為0.48%～2.65%,果實縱徑變異系數較小,為0.47%～2.23%,果實縱橫經變異系數最大的均是中衛(wèi)日照山種群,最小的均是賀蘭山滾鐘口種群;果實單果質量變異系數較小,為0.53%～8.33%。變異系數最大的是靈武白芨灘種群,最小的是吳忠紅寺堡種群;葉面積變異系數較小,為3.78%～12.8%。變異系數最大的是賀蘭山滾鐘口種群,最小的是中寧牛首山種群;葉片鮮質量變異系數較大,為3.18%～15.45%。變異系數最大的是吳忠紅寺堡種群,最小的是中寧牛首山種群。

表2 寧夏不同野生酸棗種群的表型變異性分析Table2 Phenotypic variability analysis of different wild wild jujube populations in Ningxia

野生酸棗表型指標中,變異系數最大的是葉片鮮質量,為12.27%;最小的是果實縱徑,為1.76%。說明果實在長期的進化過程中遺傳性狀較為穩(wěn)定,受到外界環(huán)境的影響變化較小,而葉片受到影響較大。

2.2 不同野生酸棗種群的幾個生理指標遺傳變異性分析

由圖9可知,各野生酸棗種群的脯氨酸含量存在顯著差異性(P=0.011＜0.05)。其葉片脯氨酸含量表現為靈武白芨灘種群＞中寧牛首山種群＞吳忠紅寺堡種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞中衛(wèi)日照山種群。野生酸棗種群的脯氨酸含量均高于栽培棗品種,其中中衛(wèi)市日照山種群的脯氨酸含量最低(8.94μg/g),而栽培棗品種‘中寧小棗’的脯氨酸含量最高(8.54μg/g),但僅和中衛(wèi)日照山種群的含量相近。

由圖10可知,5個種群酸棗葉片丙二醛含量均存在差異,其中賀蘭山滾鐘口種群、吳忠紅寺堡種群之間差異不顯著(P=0.925＞0.05),其余各種群之間均存在顯著差異(P=0.012＜0.05)。酸棗葉片丙二醛含量表現為靈武白芨灘種群＞吳忠紅寺堡種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞中衛(wèi)日照山種群＞中寧牛首山種群。除中寧牛首山種群外其余各野生種群丙二醛含量均高于栽培棗,野生酸棗種群丙二醛含量最低的是中寧牛首山種群(5.99 mmol/g),低于3個栽培棗,其余各野生種群均高于栽培棗,栽培棗丙二醛含量最高的是‘中寧小棗’(9.70 mmol/g)。

由圖11可知,各種群野生酸棗葉片均存在差異,其中賀蘭山滾鐘口種群與中寧牛首山種群之間差異不顯著(P=0.058＞0.05),其余各種群之間存在極顯著性差異(P=0.001＜0.01)。可溶性糖含量表現為吳忠紅寺堡種群＞靈武白芨灘種群＞中寧牛首山種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞中衛(wèi)日照山種群。各野生酸棗種群葉片可溶性糖含量均略高于栽培棗,野生酸棗葉片可溶性糖含量最低的是中衛(wèi)日照山(27.99μg/g),栽培棗最高的是‘靈武長棗’(27.96μg/g)。

由圖12可知,各種群野生酸棗葉片POD活性均存在差異,其中賀蘭山滾鐘口種群與中寧牛首山種群之間差異不顯著(P=0.533 2＞0.05),其他種群之間差異均顯著(P=0.021＜0.05)。葉片POD活性呈現為中寧牛首山種群＞中衛(wèi)日照山種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞吳忠紅寺堡種群＞靈武白芨灘種群。各野生酸棗種群葉片可溶性糖含量均明顯高于栽培棗,野生酸棗葉片可溶性糖含量最低的是靈武白芨灘種群[25.67 U/(g·min)],栽培棗最高的是‘同心圓棗’[5.47 U/(g·min)]。

由圖13可知,各種群酸棗葉片SOD活性之間均存在顯著性差異(P=0.003＜0.01)。酸棗葉片SOD活性呈現中寧牛首山種群＞中衛(wèi)日照山種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞吳忠紅寺堡種群＞靈武白芨灘種群。各野生酸棗種群SOD活性均高于栽培棗,野生酸棗SOD活性最高的是中寧牛首山種群[33.95 U/(g·h)],栽培棗最高的是‘同心圓棗’[11.91 U/(g·h)]。

由圖14可知,吳忠紅寺堡種群與靈武白芨灘種群之間CAT活性差異不顯著(P=0.646＞0.05),其余野生酸棗種群之間均存在顯著性差異(P=0.021＜0.05)。各種群酸棗葉片CAT活性依次呈現中寧牛首山種群＞中衛(wèi)日照山種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞吳忠紅寺堡種群＞靈武白芨灘種群。各野生酸棗種群葉片CAT活性均高于栽培棗,野生酸棗葉片CAT活性最低的是中寧牛首山[119.19 U/(g·min)],栽培棗最高的是‘靈武長棗’[51.10 U/(g·min)]。

由表3可知,各種群野生酸棗葉片脯氨酸含量變異系數幅度比較大,為8.55%～15.54%。變異程度最大的是靈武白芨灘種群,最小的是中衛(wèi)日照山種群;葉片丙二醛含量變異系數比較大,為4.38%～28.07%。變異系數最大的是中衛(wèi)日照山種群,最小的是吳忠紅寺堡種群;葉片可溶性糖含量變異系數較小,為0.19%～2.12%。變異系數最大的是中衛(wèi)日照山種群,最小的是賀蘭山滾鐘口種群;葉片POD活性變異系數較大,為6.02%～21.04%。變異系數最大的是中寧牛首山種群,最小的是靈武白芨灘種群;葉片SOD活性變異系數較大,為11.74%～31.36%。變異系數最大的是靈武白芨灘種群,最小的是吳忠紅寺堡種群;葉片CAT活性變異系數較小,為22.67%～36.91%。變異系數最大的是賀蘭山滾鐘口種群,最小的是靈武白芨灘種群。

表3 寧夏不同野生酸棗種群的生理指標變異性分析Table3 Variability analysis of physiological index of different wild jujube populations in Ningxia

野生酸棗葉片生理指標變異性最大的是MDA含量,為23.69%;變異性最小的是葉片可溶性糖含量,為1.93%。

2.3 不同野生酸棗種群果實主要營養(yǎng)品質遺傳變異性分析

果實的含糖量為衡量果實內在品質的一個重要指標,含糖量的多少決定果實的口感。由圖15可知,各種群之間果實可溶性糖含量均存在極顯著性差異(P=0.007＜0.01)。各種群野生酸棗果實可溶性糖含量大小為中寧牛首山種群＞中衛(wèi)日照山種群＞靈武白芨灘種群＞吳忠紅寺堡種群＞賀蘭山滾鐘口種群,中寧牛首山種群與中衛(wèi)日照山種群立地條件相似,果實可溶性糖含量接近。由表4可見,5個野生種群中靈武白芨灘種群立地條件最苛刻,可溶性糖含量也最低。果實可溶性糖含量最高的是中寧牛首山(43.21μg/g),栽培棗最低的是‘中寧小棗’(45.90μg/g)。

表4 寧夏不同野生酸棗種群的果實品質變異性分析Table4 Variability analysis of fruit quality of different wild jujube populations in Ningxia

果實的有機酸含量是衡量果實內在品質的另一個重要指標。由圖16可知,賀蘭山滾鐘口種群與靈武白芨灘種群之間差異不顯著(P=0.072＞0.05),其余各種群之間均存在極顯著差異(P=0.006＜0.01)。各種群野生酸棗果實有機酸含量大小為中衛(wèi)日照山種群＞中寧牛首山種群＞吳忠紅寺堡種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞靈武白芨灘種群。野生酸棗種群果實有機酸含量均顯著大于栽培棗,野生酸棗有機酸含量最小的是靈武白芨灘種群(2.02%),栽培棗最大的是‘中寧小棗’(0.53%)。

由圖17可知,中寧牛首山種群與中衛(wèi)日照山種群之間果實維生素C含量差異不顯著(P=0.400＞0.05),其余各種群之間均存在顯著性差異(P=0.027＜0.05)。各種群酸棗果實維生素C含量大小為吳忠紅寺堡種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞靈武白芨灘種群＞中衛(wèi)日照山種群＞中寧牛首山種群。野生酸棗維生素C含量均高于栽培棗,野生酸棗最低的是靈武白芨灘種群(3.38 mg/g),栽培棗最高的是‘靈武長棗’(2.87 mg/g)。

由表4可知,各種群野生酸棗果實可溶性糖含量變異系數較小,為0.11%～2.59%。變異系數最大的是中寧牛首山種群,最小的是賀蘭山滾鐘口種群;果實有機酸含量變異系數較小,為2.07%～10.36%。變異系數最大的是中寧牛首山種群,最小的是靈武白芨灘種群;果實維生素C含量變異系數較小,為0.97%～10.36%。變異系數最大的是中寧牛首山種群,最小的是吳忠紅寺堡種群。

野生酸棗果實品質變異性最大的是果實維生素C含量,為9.39%;最小的是果實可溶性糖含量,為2.48%。

2.4 不同野生酸棗種群遺傳變異性綜合評價分析

綜合上述各指標變異性分析得到表5,由表5各個種群平均變異系數可知,遺傳變異性大小表現為中寧牛首山種群＞中衛(wèi)日照山種群＞賀蘭山滾鐘口種群＞靈武白芨灘種群＞吳忠紅寺堡種群。變異系數說明各種群長期進化過程中遺傳性狀的多樣性,變異系數越大表明遺傳多樣性越大。不同種群內因光照、溫度、水分等非生物環(huán)境因子的差異可能對植物相關性狀產生較大影響,也可能由于種群之間缺少基因交流,多樣性來源絕大部分僅限于種群內因而導致種群之間遺傳多樣性出現較大差異。

表5 各種群平均變異系數分析Table5 Analysis of average coefficient of variation groups

通過計算5個野生酸棗種群與3個栽培棗14個指標的歐氏距離(表6)可知,賀蘭山滾鐘口種群與靈武白芨灘種群遺傳距離最近,為44.224;中寧牛首山種群與中衛(wèi)日照山種群遺傳距離最近,為31.286;與吳忠紅寺堡種群距離最近的是靈武白芨灘種群,距離46.464。栽培棗‘靈武長棗’與‘中寧小棗’遺傳距離最近,為23.279;‘同心圓棗’與‘中寧小棗’遺傳距離最近,為12.513,‘靈武長棗’與‘同心圓棗’遺傳距離為31.922。遺傳距離越近說明種群之間存在較大的基因交流,越遠說明產生基因交流的概率越小。

表6 各種群歐氏遺傳距離分析Table6 Euclidean genetic distance analysis of various population

利用表型性狀、生理指標與品質指標,運用SPSS中的平均連接(組間)方法對5個野生種群與3個栽培棗的14個指標進行聚類分析(圖18),當遺傳距離等于2.5(圖中紅線)的時候,聚類結果將其分為4類,第Ⅰ類是3個栽培棗;第Ⅱ類是中衛(wèi)日照山種群與中寧牛首山種群;第Ⅲ類是賀蘭山滾鐘口種群與靈武白芨灘種群;第Ⅳ類是吳忠紅寺堡種群。這與歐氏遺傳距離分析結果一致。

3 討論與結論

本試驗對寧夏5個種群野生酸棗葉片與果實表型性狀、葉片生理指標與果實品質指標進行了變異系數分析,在表型變異分析中變異性最大的是葉片鮮質量,為12.27%;最小的是果實縱徑,為1.76%,平均為4.46%。果實品質變異系數分析中變異性最大的是果實維生素C含量,為9.39%;最小的是果實可溶性糖含量,為2.48%,平均為3.49%。由此看出:果實在長期的進化過程中遺傳性狀較為穩(wěn)定,有利于直接選擇不同用途的果實利用類型,而葉片性狀具有大量的遺傳信息和豐富的選擇性,這與楊雷等[6]、周俊義等[20]及鄧榮華等[21]研究結果基本一致。

本試驗通過對寧夏境內5個野生酸棗種群葉片和果實的表型性狀、生理生態(tài)適應性進行遺傳變異分析,主要結論如下:

寧夏5個野生酸棗種群葉片與果實相關性狀存在差異性,表型性狀平均變異性為4.46%,果實品質平均變異性為3.49%,葉片生理指標平均變異性為15.89%。

遺傳變異性大小為中寧縣牛首山種群＞中衛(wèi)市日照山種群＞銀川市賀蘭山滾鐘口種群＞靈武市白芨灘種群＞吳忠市紅寺堡種群。

通過計算歐氏遺傳距離與SPSS中平均連接(組間)法將5個野生酸棗種群與3個栽培棗品種分為4類:第Ⅰ類是3個栽培棗;第Ⅱ類是中衛(wèi)市日照山種群與中寧縣牛首山種群;第Ⅲ類是銀川市賀蘭山滾鐘口種群與靈武市白芨灘種群;第Ⅳ類是吳忠市紅寺堡種群。