楊濱豪, 杜國(guó)珍, 何芝然

1. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081；

2. 瀘定縣林業(yè)和草原局，四川 瀘定 626100

核桃（Juglans regiaL.）是世界著名的四大干果油料樹種之一，以其用途廣泛，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高而著稱于世，是我國(guó)乃至世界分布范圍最廣、面積最大的堅(jiān)果類經(jīng)濟(jì)樹種[1]。由于四川獨(dú)特的氣候環(huán)境，以及核桃雌雄同株異花的生物學(xué)特性，造成核桃品種雌雄花期不育，種質(zhì)資源相當(dāng)豐富[2]?！ㄔ?號(hào)’是四川近幾年選育出的優(yōu)良雜交早實(shí)品種[3]，因其早實(shí)性強(qiáng)，豐產(chǎn)性能突出，能適應(yīng)川渝地區(qū)亞熱帶濕潤(rùn)氣候特征。先后在四川、重慶、甘肅、貴州、陜西5個(gè)?。ㄖ陛犑校?0余區(qū)縣開展區(qū)域試驗(yàn)，備受廣大種植戶的青睞。為豐富核桃的種質(zhì)資源，本文以‘川早1號(hào)’為母本雜交育種的F1代進(jìn)行遺傳多樣性研究及雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)，以期為雜種后代的早期選擇縮短選育年限，為提高選育的質(zhì)量及速度提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

金堂縣淮口鎮(zhèn)和棲賢鄉(xiāng)梨花溝村屬四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)中的盆地西部區(qū)，在該地區(qū)進(jìn)行授粉實(shí)驗(yàn)。主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)：氣候溫和，雨水充沛，日照較豐富，四季分明，大陸性季風(fēng)氣候顯著，春季氣溫回升早，無(wú)霜期長(zhǎng)280 d。

崇州屬四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，春秋短，冬夏長(zhǎng)，雨量充沛，日照偏少，無(wú)霜期較長(zhǎng)。年平均氣溫15.9 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)為1 161.5 h，年平均降雨量1 012.4 mm，將成熟后的堅(jiān)果移植于此栽培。

2 研究方法

于2014年4月初采用套袋的方法，在金堂縣淮口鎮(zhèn)和棲賢鄉(xiāng)梨花溝村核桃良種基地對(duì)‘川早1號(hào)’為母本進(jìn)行控制授粉實(shí)驗(yàn)，分為4大類（見表1）：

Ⅰ孤雌生殖（套袋，對(duì)即將成熟的雌花進(jìn)行隔離處理，避免授粉）；Ⅱ自然授粉（不套袋，進(jìn)行自由授粉）；Ⅲ自花授粉（套袋，川早1號(hào)品種進(jìn)

表1 實(shí)驗(yàn)材料及代碼Tab.1Experimental materials and codes

3 結(jié)果與分析

行授粉）；Ⅳ異花授粉（套袋，以‘早豐’、‘雙早’、‘蜀玲’、‘川早2號(hào)’為父本進(jìn)行授粉）；果實(shí)成熟前1個(gè)月，請(qǐng)專人看守，并于2015年5月定植于崇州基地，株行距3 m×3 m，于2016年4月采集葉片進(jìn)行相關(guān)形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)。每個(gè)組合選擇3株進(jìn)行測(cè)定。

3.1 F1代表型性狀分析

3.1.1 經(jīng)濟(jì)性狀分析

通過對(duì)雜交F1代的各果實(shí)性狀經(jīng)濟(jì)性狀分析表明，腹徑的范圍27.86～35.65 mm；縫徑25.69～33.30 mm；果高27.37～36.01 mm；單果重7.27～14.30 mm、果型指數(shù)0.98～1.02、發(fā)芽率54%～87%。除C1ZF的果型指數(shù)低于平均水平外，其余的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均在平均水平之上。C1SL在各項(xiàng)指標(biāo)高于平均水平，分別高出5.92%、6.87%、7.44%、19.42%、2.00%、16.08%；C1ZF分別超出平均水平為6.60%、5.21%、5.15%、20.78%、–1.00%、5.00%；C1GC分別超出平均水平2.70%、4.70%、3.00%、1.70%、1.00%、16.08%（見表2）。綜上C1SL、C1ZF、C1GC的各項(xiàng)形質(zhì)指標(biāo)總體來(lái)表現(xiàn)較好，各項(xiàng)性狀基本位于前三。C1ZH各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均排在最后，且都落后于平均水平。

表2 F1代堅(jiān)果的經(jīng)濟(jì)性狀多重比較分析Tab.2Duncan multiple comparison of economic traits of F1 Nuts

變異系數(shù)是表征變異性狀程度的一項(xiàng)重要參數(shù)，變異幅度越大則表明對(duì)種質(zhì)變異和創(chuàng)新貢獻(xiàn)率越高。比較F1代經(jīng)濟(jì)性狀的變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)：經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變異系數(shù)在3.25%～23.67%，其中單果重變異系數(shù)最大，表明單果重對(duì)種質(zhì)變異和創(chuàng)新貢獻(xiàn)率高。而腹徑、縫徑、果高的變異系數(shù)在6%～7%之間，且三者之間的變異系數(shù)相差不大，對(duì)種質(zhì)的變異的創(chuàng)新貢獻(xiàn)率也相差不大。

方差分析顯示F1代堅(jiān)果經(jīng)濟(jì)性狀存在很大差異，在0.05顯著水平下，各經(jīng)濟(jì)性狀達(dá)到最大差異的指標(biāo)均來(lái)自C1ZH，可見C1ZH與其他雜交子代相比差異較大（見表2）。

通過對(duì)的腹徑、縫徑、果高、單果重、果型指數(shù)5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)間的差異均達(dá)到了極顯著水平，說明各性狀之間的遺傳基因存在極大差異，表明F1代有豐富的遺傳多樣性，可以為優(yōu)良單株提供選擇依據(jù)。

3.1.2 苗期生長(zhǎng)指標(biāo)的分析

以‘川早1號(hào)’為母本的F1代在同一生境下生長(zhǎng)特征亦有不同。表3對(duì)21個(gè)雜交單株進(jìn)行了方差分析，株高、地徑的均值分別為41.52 cm、1.46 cm，株高之間有極顯著差異，地徑的變異系數(shù)大于株高。

對(duì)7個(gè)雜交F1代的株高、地徑進(jìn)行方差分析，結(jié)果見圖1：在0.05顯著水平下：C1ZR的株高、地徑與其他F1代有差異。C1GC株高、地徑生長(zhǎng)得最好分別為50.67±3.14 cm、1.74±0.20 cm；C1SL次之分別為46.33±2.33 cm、C1SL1.7±0.17 cm；C1ZH無(wú)論是在株高和地徑生長(zhǎng)情況排名來(lái)看均墊底。

表3 苗期生長(zhǎng)性狀統(tǒng)計(jì)特征和方差分析結(jié)果Tab.3Statistical characteristics and variance analysis results of growth traits at seedling stage

圖1 生長(zhǎng)性狀的Duncan分析圖Fig.1Duncan analysis of growth traits

3.2 生理指標(biāo)分析

3.2.1 葉綠素分析

葉綠素是衡量植物光合生產(chǎn)潛能的一項(xiàng)重要的生理指標(biāo)，葉綠素含量高的F1其葉片的光合生理活動(dòng)相對(duì)活躍。川早1號(hào)雜交F1代21個(gè)單株的葉綠素含量方差分析結(jié)果（見表4）：不同F(xiàn)1代單株之間的葉綠素存在極顯著差異，說明在川早1號(hào)F1代之間進(jìn)行優(yōu)良單株的選擇可以獲得葉綠素含量較高的遺傳增益。圖2中，7個(gè)F1代之間的葉綠素含量有所不同，C1ZR葉綠素含量最高達(dá)到了3.88 mg·g?1，其次是C1C2（2.743 mg·g?1）；在0.05顯著水平下，C1ZR與其他F1代之間達(dá)到了顯著差異。

3.2.2 光合參數(shù)分析

從圖3中可以看出7個(gè)F1代間光響應(yīng)曲線的變化趨勢(shì)相似，隨著PAR的增強(qiáng)，Pn也響應(yīng)的提高，低光照區(qū)（PAR≤200），Pn隨著PAR的增加而呈現(xiàn)出直線變化；當(dāng)?shù)竭_(dá)一定光強(qiáng)后(PAR≥1 000），葉片的Pn緩慢增加，呈現(xiàn)出曲線；當(dāng)PAR達(dá)到某一點(diǎn)時(shí)，Pn則不再增加，此時(shí)達(dá)到光飽和點(diǎn)（LSP）。曲線與X軸交點(diǎn)處便可得到光補(bǔ)償點(diǎn)。

表4 葉綠素方差分析Tab.4Variance analysis result of Chlorophyll

圖2 葉綠素Duncan分析圖Fig.2Duncan analysis of Chlorophyll

圖3 F1葉片光響應(yīng)曲線Fig.3Light response curve of F1

光合性狀可以作為判定光合能力的高低的重要參考依據(jù)，光合參數(shù)可以用來(lái)比較雜交F1組合光合能力的強(qiáng)弱。LSP、LCP的大小可以反映植物對(duì)光強(qiáng)、光弱的利用能力。LSP越大，則表明利用強(qiáng)光能力高。Pnmax反映了在光飽和時(shí)植物的光合潛力。C1C2的光補(bǔ)償點(diǎn)最小，為12.35（μmol·m?2·s?1）則它對(duì)弱光的利用能力最高。

從表5可以發(fā)現(xiàn)：不同F(xiàn)1代之間最大凈光合速率表現(xiàn)出較大差異Pnmax大小排列為C1GC>C1ZH >C1SZ >C1ZR> C1SL >C1ZF> C1C2，C1GC的Pnmax比C1C2高出2.65倍。C1GC的光飽和點(diǎn)最大，為1 644.71（μmol·m?2·s?1），子一代之間Rd參數(shù)差異較小，C1GC的呼吸作用消耗的能量低，光合潛力也最大。

表5 F1的光合生理結(jié)果比較Tab.5Comparison of photosynthetic physiological results of F1

3.3 主成分分析

對(duì)F1的表型性狀8個(gè)指標(biāo)和生理光合參數(shù)5個(gè)指標(biāo)，共計(jì)13個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為主成分進(jìn)行主成分分析（見表7）。

在分析過程中，根據(jù)特征值大于1的原則提取3個(gè)因子，這3因子所解釋的方差占整個(gè)方差的87.066%，這表明，反映核桃雜種優(yōu)勢(shì)早期預(yù)測(cè)可以用前3主分量反映87.066%的信息。就雜交F1代的13項(xiàng)特征指標(biāo)而言，從表6中看出：在第一主成分中，果高（0.991）、腹徑（0.989）和縫徑（0.984）具有較大的正系數(shù)，表明第一主成分反映了該優(yōu)株具有果高、腹徑和縫徑均有較高的特征，因此，第一主成分可作為苗期堅(jiān)果選育指標(biāo)。第二、三主成分中，LSP、LCP、Pnmax、葉綠素有較高的正系數(shù)，反映了該株具有較高的光合潛能較高。

表6 相關(guān)矩陣特征值及其相應(yīng)的特征向量Tab.6Eigenvalues of correlation matrices and the corresponding eigenvectors

通過主成分分析，得出‘川早1號(hào)’雜交F1代綜合性狀的優(yōu)劣，為早期選育提供理論依據(jù)。表8中，綜合得分最高的是C1GC（1.5650）、其次是C1SL（0.9884）、C1ZF（0.4559）。C1GC在主成分二中占有較大的權(quán)重（3.7566）、表明G1GC的光合潛能較大，而C1SL、C1ZF在主成分1中所占的權(quán)重較大，說明C1SL、C1ZF在堅(jiān)果時(shí)期表現(xiàn)較好。

表7 F1主要性狀相關(guān)陣的規(guī)格化特征向量Tab.7Normalized eigenvectors of correlation matrix of main characters in F1

表8 F1主成分得分與綜合評(píng)析指數(shù)Tab.8Principal component score and comprehensive evaluation index of F1

4 結(jié)論與討論

4.1 雜交子代堅(jiān)果表型多樣性極其豐富

對(duì)F1代表型性狀分析很大程度上反映植物對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)情況，堅(jiān)果的經(jīng)濟(jì)性狀與苗期生長(zhǎng)指標(biāo)是選育優(yōu)良雜交后代的基礎(chǔ)，因雜交育種產(chǎn)生了不同的雜種優(yōu)勢(shì)，所以F1代之間的表型性狀產(chǎn)生了不同的變異，研究變異情況這有助于豐富四川核桃的種質(zhì)資源。

F1代經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變異系數(shù)范圍在3.25%～23.67%，其中單果重變異系數(shù)最大（23.67%），與夏國(guó)華，趙爽等人[4-5]研究得出核桃的單果重是變異程度最大的表型性狀的結(jié)論一致，因其潛力較大，可以用來(lái)進(jìn)行良種選育。所以在川早1號(hào)雜交F1代單果重對(duì)種質(zhì)變異和創(chuàng)新貢獻(xiàn)率高。腹徑、縫徑、果高的變異系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定（CV<7%），說明對(duì)種質(zhì)的變異的創(chuàng)新貢獻(xiàn)率也相差不大。在F1代之間進(jìn)行了方差分析，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀均之間差異較大，說明F1代有豐富的遺傳多樣性，能為優(yōu)良單株的選育提供依據(jù)。

4.2 雜交子代苗木生長(zhǎng)差異明顯

株高、地徑是植物生長(zhǎng)狀況的直觀反映，株高、地徑的變異系數(shù)分別為17%、23%，這與李振均等人研究結(jié)論相反[6]?？赡芤蚱贩N不同，苗木之間生理、生長(zhǎng)狀況不相同，導(dǎo)致結(jié)論不相同。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是地徑優(yōu)于株高更適合作為苗期選擇的依據(jù)。F1代單株葉綠素之間的差異達(dá)到了極顯著水平，變異系數(shù)為29.66%。在0.05顯著水平下，C1ZR與其他F1代之間均達(dá)到了顯著差異。

LCP和LSP分別表征了光照強(qiáng)度與光合作用關(guān)系的臨界值。LCP和LSP與之所處的地理環(huán)境的光照強(qiáng)度有關(guān)，因長(zhǎng)期處于高光照狀態(tài)，青海互助油松LSP高，而內(nèi)蒙古呼市土默特種源LCP較低，是由于種源光照相對(duì)不足[7]。核桃的生長(zhǎng)全年日照要在2 000 h以上，低于1 000 h核桃會(huì)發(fā)育不良[8]。雜交子一代的LSP均在1 500（μmol·m?2·s?1）以下，其原因與所處的地理環(huán)境有關(guān)，崇州基地年平均日照在1 161.5 h，在長(zhǎng)期的低日照下，導(dǎo)致雜交子代LSP較低。

4.3 F1代優(yōu)株選育

對(duì)F1的13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取了3個(gè)因子，可以解釋的方差占了整個(gè)方差的87.066%。主成分一用作苗期堅(jiān)果選育指標(biāo)，主成分二、三用作苗期生長(zhǎng)光合生理選育指標(biāo)，通過計(jì)算綜合得分得到：C1GC>C1SL>CIZF。以選育優(yōu)株作為目標(biāo)應(yīng)當(dāng)選擇C1GC，孤雌生殖的核桃不僅能純化核桃品種，豐富種質(zhì)資源[8-9]。‘川早1號(hào)’是雌先行品種[5]，雌先行品種的生殖能力雖然高于雄先行品種，但總體來(lái)說孤雌生殖核桃的播種出苗率低于自然雜交[10,11]，從C1ZR的發(fā)芽率比C1GC高出20.5%的結(jié)果開看印證了上述研究結(jié)論。若考慮到孤雌生殖所帶來(lái)較低的發(fā)芽率，則C1SL和C1ZF成為‘川早1號(hào)’雜交F1代雜種優(yōu)勢(shì)早期選育的優(yōu)株。