平榛种质资源坚果农艺性状鉴定范文

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《植物遗传资源学报》2016年第三期

摘要:

平榛是我国重要的榛属植物资源，为鉴定、评价和保护平榛种质资源，提高其利用效率，采用主成分分析和聚类分析方法对99份平榛种质资源坚果的主要农艺性状进行了鉴定和综合评价。结果表明:平榛种质资源坚果的24个性状具有丰富的遗传多样性;10个数量性状的主成分分析确定了4类影响因子，反映了育种选择方向及潜力;基于各种质间形态性状的遗传差异，将99份平榛种质划分为5大类群，第I类群可作为选育果面光滑品种的育种和候选亲本材料，第II类群可作为选育大粒型、适宜机械化加工的育种和候选亲本材料，第III类群具有作为市场产品的潜力，第IV类群可作为选育圆形、果面无条纹的育种和候选亲本材料，第V类群可作为选育高丰产性品种的育种和候选亲本材料。上述研究为平榛种质资源的评价、保护和选优工作提供了基础数据。

关键词:

平榛;种质资源;农艺性状;鉴定评价

榛子是重要的坚果和木本油料树种，在我国原产的8个种和2个变种中，平榛(CorylusheterophyllaFisch．)是分布面积最广、资源最丰富、产量最多的一个种，其果仁营养丰富、风味清香且略有甜味，是广受欢迎的高档坚果。平榛具有抗逆性强、适应性强的特点，广泛分布在我国黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北等地［1］。平榛分布区生态条件复杂多样，繁殖方式以自然杂交结实和无性根蘖繁殖并存，导致了平榛不同居群间以及居群内部存在着广泛的遗传多样性［2］。因此，开展平榛种质资源的描述和评价工作，尤其是坚果农艺性状的鉴定和评价研究，对平榛资源遗传多样性的保护、集约化栽培和遗传改良均具有重要意义。在榛属植物种质资源评价方面，M．M．Thompson［3］、王明启等［4］分别针对不同的适用范围，建立了榛属植物种质资源性状描述与评价系统，提出了包括坚果农艺性状在内的部分数量性状的分级标准;解明等［5］通过随机采样的方法，收集了我国5个省区的84份平榛坚果样品，根据坚果单果重、出仁率、缺陷果率、缺陷果仁率、空粒率5个指标对平榛坚果进行等级评价，并列出了各等级的评价标准。上述工作为榛属植物种质资源的评价和坚果生产提供了重要依据，本研究在前人工作的基础上，将以从平榛主要分布区收集的代表性样品为试材，针对坚果农艺性状进行描述和测定，分析各性状的变异和分布情况，结合主成分分析和聚类分析方法分析其遗传多样性，以期为今后平榛种质资源的评价、保护和选优工作提供参考。

1材料与方法

1.1材料资源收集于平榛分布区的5个省区14个采样点(表1)，分别于2006年和2008年定植于北京市延庆县榛子实验基地，株行距为2m×3m，在田间采取一致的管理方式，自然授粉结实。2014年8月下旬，平榛坚果自然成熟后，采集带果苞的坚果，选取生长良好、稳定结实的99份平榛坚果样品用于坚果质量性状和数量性状的描述和测定。

1.2方法

1.2.1指标的描述与测定调查描述项目严格按照《榛种质资源描述符》［1］进行，描述项目包括坚果形状、坚果颜色、果顶形状、果基形状、果面条纹、果面茸毛、果仁光洁度、果仁色泽8个质量性状。各品系样品选取具有代表性的坚果各15粒，调查坚果的纵、横、侧径和单果重，去壳后测量果壳腰部厚度和果仁的纵、横、侧径及仁重，计算出仁率［6］。坚果的纵、横、侧径和壳腰厚度用游标卡尺测量，单果重和仁重使用分析天平测量。纵径指顶部至基部的距离，横径指缝合线之间的距离，侧径指与横径垂直的距离［7］;坚果和果仁的三径均值为纵、横、侧径的平均值［7］;根据S．A．Mehlenbacher［8］的方法计算坚果和果仁的形状指数、壳仁间隙、果腔系数、出仁率4个指标。

1.2.2数据处理及统计分析试验数据采用Excel和SPSS19.0软件统计各个样品数量性状的平均值(X)、最大值(Max．)、最小值(Min．)、标准差(s．)、变异系数(CV)。根据概率论和数理统计的理论，结合计算结果，将各数量性状划分为7～12个组，统计落入各分组的品种数，用Origin8.0软件绘制次数分布直方图，并用分布函数的X2检验法检验各数量性状是否符合正态分布。在主成分分析前，使用隶属函数法对数据进行转化，其中，正相关指标(坚果重、坚果三径均值、果仁重、果仁三径均值、出仁率、果腔系数)依据公式(6)，负相关指标(壳腰厚度、壳仁间隙)依据公式(7)，坚果和种仁的形状指数使用梯形隶属函数，即形状指数在1.00±0.05之间取值为1，形状指数＜0.95时依据公式(6)，形状指数＞1.05时依据公式(7)。在聚类分析过程中，数据进行标准化转换(Z得分)，种质间遗传距离为欧氏距离，聚类方法采用离差平方和法。

2结果与分析

2.1主要农艺性状变异及分布

2.1.1质量性状变异及分布描述的质量性状变异类型及分布频率如图1。所考察的8个质量性状中，变异类型除了果面条纹中的沟纹、果仁色泽中的紫红色空缺外，该核心样本包含了33个质量性状参数中的31个变异类型，具有一定的代表性。

2.1.2数量性状的变异及遗传多样性变异系数大小反映了品种固有特征的个体差异范围，分布状态则反映了性状的集散性，两者在制定标准时都应该考虑［10－11］。表3展示了平榛种质资源16个坚果数量性状的变异情况。由表3可见，平榛种质资源的坚果大小在11.55～16.66mm之间，坚果重在0.66～2.29g之间，果仁重在0.11～0.68g之间，坚果大小整体上小于已报道的平欧杂种榛的坚果大小［12］，但与毛榛、川榛、滇榛等其他野生资源相比，处于中等较大的水平［1］。坚果横径的多样性指数最高达1.92，其次为果仁重达1.88，壳仁间隙最小仅为1.52。不同来源的平榛坚果数量性状变异较大，变异系数最大的为壳仁间隙，达59%，其次为果仁重和坚果重，这些指标是对平榛果仁饱满程度的体现，变异系数越大，说明该性状在样品间的差异越大，遗传可塑性越强。因此，在平榛遗传改良工作中应对壳仁间隙、仁重和坚果重等指标予以重点考虑。

2.1.3数量性状的分布绘制平榛坚果各数量性状的次数分布直方图(图2)，由图2可见，各数量性状的分布间存在差异。经分布函数X2检验得出，单果重、坚果纵、横、侧径、坚果三径均值、坚果形状指数、果仁重、果仁纵、横、侧径，果仁三径均值、果仁形状指数、出仁率、果壳厚度、壳仁间隙均符合正态分布，而果腔系数有一定的拖尾部分，近似服从X2分布。

2.2平榛种质资源主要农艺性状主成分分析对平榛10个主要农艺性状进行主成分分析，结果表明，前4个主成分的累计贡献率达到93.97%。由表4可知，第1主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的性状有单果重、仁重、坚果和果仁三径均值、果腔系数、壳仁间隙、出仁率，这些性状间呈正相关，说明在壳仁间隙适当的情况下，坚果和果仁的大小和质量对出仁率有决定性的作用，此类性状均与产量相关，可称为产量因子。第2主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的性状有单果重、坚果三径均值，载荷较高且符号为负的性状有壳腰厚度、出仁率，表明壳腰越厚，坚果就越重，其出仁率就越低，此类性状与坚果的大小有关，可称为大小因子。第3主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的有果腔系数和壳仁间隙，符号为负的农艺性状有单果重和果仁重、壳腰厚度、坚果和果仁三径均值，说明果仁并非越饱满越好，过小会影响产量，过大不利于加工生产，此类性状与坚果的加工有关，称为加工因子。第4主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的性状有坚果和果仁形状指数、壳腰厚度、出仁率、仁重，符号为负的有单果重、果腔系数、壳仁间隙，表明坚果的形状指数在一定范围内与仁重等产量因子呈正相关，但其超出一定的范围，则会影响坚果的经济价值，此类性状与形状有关，称为形状因子。

2.3平榛种质资源的聚类分析根据平榛坚果的24个主要农艺性状在种质资源间的表现差异，以欧氏距离为遗传距离，以离差平方和法为聚类分析法，在遗传距离为10处将参试材料聚为5大类群(图3)，各类群特征见表5。第1类群包含18份材料，其主要特征是坚果形状以圆形为主，扁圆形次之;坚果颜色以黄褐居多，黄色和褐色次之;果顶形状以圆和平为主;果基形状以尖和平为主;果面条纹以无或不明显为主，较明显次之;果面茸毛以稀为主，中次之;种仁颜色以黄为主，黄褐和黄白次之;果仁光洁度较粗糙，较光洁次之。壳腰厚度最大，均值为1.92，变异系数达17.85%，出仁率均值为23%。综合各性状，此类群壳厚且出仁率较低，丰产性较差，但其果面条纹不明显，果面茸毛稀少，选育时可加以关注。此类群材料主要包括辽宁铁岭6份，朝阳1份，丹东1份，清源1份，吉林辽源2份，敦化1份，黑龙江带岭1份，佳木斯1份，河北围场3份，内蒙古扎兰屯1份。第2类群包含21份材料，其主要特征是坚果形状以圆形为主，扁圆形次之，坚果颜色以黄褐为主，红褐和褐色次之;果顶形状以圆和平为主;果基形状以尖为主，圆次之;果面条纹以无条纹或不明显为主，条纹较明显次之;果面茸毛以中为主，稀次之;种仁色泽以黄为主，黄褐次之;果仁光洁度以较粗糙和较光洁为主。坚果和果仁三径均值、坚果重和果仁重、果腔系数最大，变异系数分别为5.54%、3.76%、21.19%、12.91%、3.81%，出仁率达31%。综合各性状可以看出，此类群单株产量较高，可作为选育大粒型、机械化加工的亲本材料。此类群主要包括辽宁铁岭11份，朝阳1份，清源3份，吉林辽源1份，黑龙江带岭1份，河北围场4份。第3类群包含6份材料，其主要特征是坚果形状以圆形为主，扁圆形次之;坚果颜色以黄褐为主;果顶形状以圆和平为主;果基形状以尖为主，平少许;果面条纹以无条纹或不明显为主，条纹较明显仅有2个;果面茸毛以稀为主，中次之;种仁色泽以黄为主，金黄和黄褐次之;种仁光洁度较光洁，仅有4个较粗糙。坚果和果仁形状指数较大，均值分别为1.18、1.32。综合各性状表现，此类材料坚果和果仁表型性状较优，在选择具有商品特性的资源方面具有潜力。此类群主要包括吉林敦化6份。第4类群包含24份材料，其主要特征是坚果形状都为圆形，坚果颜色以黄褐为主，褐次之;果顶形状都是圆形;果基形状都是平形;果面条纹都是无条纹或不明显;果面茸毛都是中;种皮颜色都是黄褐;种仁光洁度以较光洁为主，较粗糙次之。坚果和果仁重、果腔系数最小，出仁率最小仅为17%。综合各性状，此类材料的经济特性最差，但在选育圆形、无果面条纹的杂交亲本时可予以关注。此类群主要包括辽宁铁岭4份，辽阳2份，清源1份，吉林辽源2份，延边2份，黑龙江带岭1份，佳木斯3份，牡丹江1份，河北围场8份。第5类群包含29份材料，其主要特征是坚果形状5种形状都有;坚果颜色以黄褐为主;果顶形状以圆为主;果基形状以尖为主，平次之;果面条纹以无条纹或不明显为主，有4个条纹较明显;果面茸毛以稀和中为主;种皮颜色以黄和黄白为主，有少许黄褐;果仁光洁度以较粗糙为主，较光洁次之。坚果和果仁重较大，壳腰厚度最小，坚果和果仁形状指数最大，出仁率最高，达35%。综合各性状，此类群的经济特性最好，可作为丰产型的杂交亲本。此类群主要包括辽宁铁岭5份，朝阳3份，清源3份，吉林辽源5份，敦化1份，黑龙江带岭2份，牡丹江2份，河北围场3份，内蒙古赤峰4份，内蒙古扎兰屯1份。

3结论与讨论

种质资源遗传多样性主要是指群体内个体间基因组成的差异，对同一植物不同品种乃至同一品种不同个体间也有不同程度的差异性，多样性的高低对于品种的选育改良有很大的影响［13］。因此，为了获得优质的平榛基因资源，进行种质资源的遗传多样性研究，是今后种质创新和品种选育的关键［14－15］。同时，农艺性状的鉴定和描述作为种质资源研究的最直观、最基本的方法和途径［16－17］，在平榛的育种工作中是不可或缺的。本试验对99份平榛种质资源的24个表型性状进行形态多样性分析，结果表明核心样本的质量性状基本上涵盖了所有的变异类型，数量性状中坚果横径和果仁重的多样性指数较高;坚果重、果仁重和壳仁间隙性状的变异系数比较大，这表明平榛种质资源间的性状差异明显，变异范围大，遗传多样性丰富，为平榛的选优和遗传改良奠定了基础。在数量性状的分布类型方面，有学者研究发现，并不是果树的所有性状均遵从正态分布，例如桃、李属［18］等树种的某些性状近似服从X2分布。而本研究平榛坚果的果腔系数不属于正态分布，除去其拖尾部分，可近似看作是正态分布。果腔系数反映了果仁的饱满度，本研究中果腔系数拖尾部分比较严重的分布出现在系数为0.6～0.7以下的部分，参照IBPGR/IPGRI规范和文中的5级分级标准，均表明为不太饱满的类型，本研究所测定的样品，栽植在同一地块，不存在环境因素的影响，拖尾现象的原因可能是样品的遗传特性造成的，说明在野生的平榛群体中尚存在一定数量的劣质种质类型，实现野生平榛的高效栽培，还需逐步进行淘汰和选优等工作。本研究利用主成分分析法和聚类分析法研究参试材料主要农艺性状间的相关性及差异性，对平榛种质资源的综合性状进行评价。主成分分析结果表明，前4个主成分反映了10个性状的全部信息，累计贡献率达93.97%。根据各性状的载荷值大小，将第1主成分作为产量因子，第2主成分作为大小因子，第3主成分作为加工因子，第4主成分作为形状因子。利用以上4个因子对平榛的综合性状进行优劣评价，可得优质的平榛种质资源选育主要集中在出仁率高、果个大、果壳薄、果形好、易机械加工的品种。根据遗传关系理论，通过聚类方法，将参试材料的24个主要农艺性状聚为5大类群，各类种质群间差异明显。在5个类群中，第I类群丰产性较差可作为选育果面光滑的品种;第II类群可作为选育大粒型、适宜机械化加工的亲本材料;第III类群具有作为市场产品的潜力;第IV类群经济特性差可作为选育圆形、果面无条纹的杂交亲本材料;第V类群可作为选育丰产性高的品种。通过聚类，初步明确了平榛种质资源的不同类型，为榛子不同目标的杂交育种提供亲本材料，使亲本间优良性状的搭配更优良化。植株的表型性状受生态环境的影响大，表现形式在不同生态条件下趋于多样化，表达出较高的遗传变异［19］。根据聚类结果发现，聚类类群与平榛资源的地理分布没有明显的对应关系，地理来源包含的资源多，则被划分到各类群的比例相应较高。本研究利用从各地收集到的平榛种质资源，栽种于同一地块进行坚果主要农艺性状的综合评价，消除了环境因素的影响。但是对于更广泛的平榛种质资源评价来说，表型性状受环境影响较大，农艺性状难以反映种质资源的遗传背景及差异，因此，为了更全面的深入了解平榛种质资源，分子标记已应用于这方面的研究［20］。分子生物学技术同常规农艺性状评价相结合，可为平榛种质资源的鉴定、评价和保护工作奠定更加坚实的基础。

作者：李京璟 马庆华 陈新 张日清 王贵禧 单位：中南林业科技大学经济林培育与保护教育部重点实验室 中国林业科学研究院林业研究所/国家林业局林木培育实验室/林木遗传育种国家重点实验室 山东省果树研究所/山东省果树生物技术育种重点实验室