任 苗，王 勃，楊建雷，武 衡，林 云，朱德琴

（隴南市經(jīng)濟林研究院 花椒研究所，甘肅 武都 746000）

花椒Zanthoxylum bungeanum為蕓香科Rutaceae花椒屬Zanthoxylum落葉灌木或小喬木，原產(chǎn)于我國中西部，其果實是傳統(tǒng)的調(diào)味品、香辛料和中藥材?；ń饭麑嵉闹饕瘜W成分有烯烴類、酰胺類、黃酮類、生物堿等，現(xiàn)代醫(yī)學研究結果表明花椒還具有抗氧化及抗癌功效[1-2]。

我國花椒栽植面積和產(chǎn)量均居世界第1 位?；ń窐渲l密生皮刺，其果實采摘不易，人力成本高。目前，市面上雖然已有一些采摘機械和化學制劑，但尚無完全有效替代手工采摘的方法[3]。日本和韓國的無刺花椒選育取得了一些研究成果[4-5]，國內(nèi)無刺花椒品種選育也開始在各地興起[3,6-8]。

甘肅省隴南市花椒研究所從2004年開始進行無刺花椒樹選優(yōu)工作，并在武都區(qū)角弓鎮(zhèn)下猴子村發(fā)現(xiàn)梅花椒無刺（稀刺）單株[9]，經(jīng)過3年跟蹤調(diào)查，2007年將其確定為優(yōu)樹。經(jīng)過嫁接繁育試驗、大田栽培試驗，以及測定其性狀穩(wěn)定性和采摘功效，2016年起在前期試驗結果的基礎上[8]，在武都區(qū)魚龍鎮(zhèn)、文縣丹堡鎮(zhèn)、禮縣石橋鎮(zhèn)，對‘武選1 號’無刺梅花椒進行不同海拔、不同緯度的區(qū)域試驗。為給‘武選1 號’無刺梅花椒在隴南市全境以及其他花椒產(chǎn)區(qū)推廣種植提供參考，針對目前隴南市境內(nèi)梅花椒較‘大紅袍’花椒栽培范圍小、適應海拔低的實際[10]，對‘武選1 號’無刺梅花椒和對照實生‘大紅袍’花椒在3 個區(qū)試點的物候期、產(chǎn)量、果實和皮刺表型性狀進行了比較、主成分分析和相關性分析，并分析了表型性狀的遺傳距離。

1 材料與方法

1.1 區(qū)試點概況

在隴南市境內(nèi)花椒主栽區(qū)域選取3 個代表性區(qū)試點：文縣區(qū)試點、武都區(qū)區(qū)試點、禮縣區(qū)試點。

文縣區(qū)試點位于丹堡鎮(zhèn)楊杜溝村，海拔1 680 m， 地理坐標104°45′20″E，32°35′46″N，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，年平均氣溫為15 ℃，降水量為400～1 000 mm，年平均日照1 800 h，無霜期280 d，園地為梯田，土層深厚。武都區(qū)區(qū)試點位于魚龍鎮(zhèn)倉河壩村，海拔1 560 m，地理坐標105°8′60″E，33°31′57″N，屬亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，年平均氣溫15 ℃，降水量400 ～900 mm，年平均日照 1 870 h，無霜期210 d，園地為河壩地，土層厚度中等。禮縣區(qū)試點位于石橋鎮(zhèn)圣泉村，海拔1 560 m， 地理坐標105°10′34″E，34°8′55″N，屬溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫10 ℃，降水量500 mm，年平均日照1 960 h，無霜期180 d，園地為緩坡地，土層深厚。為了更好地貼近生產(chǎn)實際，各試驗點制定統(tǒng)一的栽培管理技術指導意見，由參試農(nóng)戶自主經(jīng)營。

1.2 試驗材料

試驗苗木‘武選1 號’無刺梅花椒（圖1）為2015年夏季以‘八月椒’作砧木嵌芽接繁育而成，對照選擇2015年秋季播種的隴南市主栽品種‘大紅袍’[11]的實生苗。2016年秋季在3 個區(qū)試點同時栽植。采集數(shù)據(jù)時，排除邊緣效應，每個區(qū)試點每品種各選擇3 株大小相對均衡且生長健壯的樣樹進行觀測、取樣和指標測定。

圖1 ‘武選1 號’無刺梅花椒樣株Fig.1 Sample tree of Z.bungeanum ‘Wuxuan No.1’ Prickless

1.3 試驗方法

1.3.1 物候期觀測

選擇萌芽、現(xiàn)蕾、展葉、開花、果實成熟、落葉6 個主要物候期進行觀測。物候現(xiàn)象變化較快的季節(jié)每周觀測1 次，以3 株樣樹均出現(xiàn)物候現(xiàn)象的時間為物候期[12]。

1.3.2 果實表型性狀及經(jīng)濟性狀觀測

統(tǒng)計每株樣樹的全部果穗數(shù)，然后任選1 個標準枝，間隔摘取5 個果穗作為樣穗。統(tǒng)計單穗果粒數(shù)，稱量單穗鮮果質(zhì)量，根據(jù)平均單穗鮮果質(zhì)量估算單株樣樹鮮果產(chǎn)量。選任1 個樣穗，等距離抽取5 粒鮮果測量縱橫徑，計算果形指數(shù)。樣穗統(tǒng)一烘干后，稱量每穗干果皮和種子質(zhì)量，計算干制率和出皮率。

1.3.3 皮刺表型性狀觀測

每株樣樹選擇5 根當年新梢，測量枝條長度、無刺枝段長度、皮刺數(shù)量。任選其中1 根枝條，等距離摘取5 枚皮刺，測量皮刺的高、寬、厚3 個指標。計算無刺枝段比例和單位有刺枝段皮刺數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2010 和SPSS 23.0 統(tǒng)計軟件分別進行單因素方差分析、相關性分析、主成分分析和系統(tǒng)聚類等。

2 結果與分析

2.1 無刺梅花椒和對照的物候期

各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的物候期見表1。由表1 可知，以旬為統(tǒng)計單位時，各區(qū)試點的‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’物候期表現(xiàn)一致。但緯度對物候期有明顯的影響，武都區(qū)區(qū)試點和禮縣區(qū)試點海拔相同，但緯度偏低的武都區(qū)區(qū)試點各物候期均早5 d 左右。海拔對物候期也有一定影響，文縣區(qū)試點較武都區(qū)區(qū)試點緯度偏低，但其海拔高出120 m，物候期與武都區(qū)區(qū)試點基本一致。

表1 各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的物候期Table 1 Phenological periods of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’ on each test area

2.2 無刺梅花椒和對照的果實表型和經(jīng)濟性狀

各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的果實表型和經(jīng)濟性狀見表2。由表2 可知，在各項果實表型性狀指標中，3 個區(qū)試點的‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’花椒的果形指數(shù)差異不顯著，其余供試指標均有顯著差異 （P＜0.05）。

單穗果粒數(shù)、千粒鮮果質(zhì)量、單穗鮮質(zhì)量和單穗干果皮質(zhì)量均與產(chǎn)量密切相關，單穗果粒數(shù)反映數(shù)量，千粒鮮果質(zhì)量反映質(zhì)量，單穗鮮質(zhì)量、單穗干果皮質(zhì)量綜合體現(xiàn)經(jīng)濟性能。各區(qū)試點間，‘武選1 號’無刺梅花椒以上指標均無顯著差異；禮縣‘大紅袍’的單穗果粒數(shù)與武都區(qū)和文縣‘大紅袍’及禮縣和文縣‘武選1 號’差異顯著；文縣‘大紅袍’的千粒鮮果質(zhì)量與武都區(qū)和禮縣‘大紅袍’及3 個區(qū)試點的‘武選1 號’差異顯著；文縣‘大紅袍’與禮縣‘大紅袍’的單穗干果皮質(zhì)量差異顯著。

干制率和出皮率是影響花椒經(jīng)濟性狀的重要指標，比率越高，說明經(jīng)濟性狀越優(yōu)。文縣‘大紅袍’與文縣‘武選1 號’、禮縣‘武選1 號’及禮縣‘大紅袍’的干制率差異顯著，禮縣‘武選1 號’與武都‘武選1 號’及武都‘大紅袍’干制率差異顯著；文縣‘大紅袍’與其他區(qū)試點的‘大紅袍’及各區(qū)試點的‘武選1 號’的出皮率差異顯著。

因此，在果實表型和經(jīng)濟指標方面，‘武選1 號’無刺梅花椒在不同區(qū)試點之間差異不顯著，較對照‘大紅袍’性狀更穩(wěn)定。

2.3 無刺梅花椒和對照的皮刺表型性狀

皮刺表型性狀是無刺花椒選育中最重要的檢驗指標，皮刺大小（高、寬、厚）和數(shù)量（無刺枝段比例、單位長度有刺枝段皮刺數(shù)）是評價無刺花椒性狀的直接依據(jù)。各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的皮刺表型性狀見表3。由表3 可知，各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’花椒的新梢長無顯著差異，其余指標均差異顯著（P＜0.05）。

表2 各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的果實表型和經(jīng)濟性狀?Table 2 Fruit phenotypic and economic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’ on each test area

表3 各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的皮刺表型性狀Table 3 Prickle phenotypic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’ on each test area

就皮刺數(shù)量而言，在同一區(qū)試點，‘武選1 號’與對照‘大紅袍’間無刺枝段比例、單位長度有刺枝段皮刺數(shù)有顯著差異，且‘武選1 號’的各指標優(yōu)于‘大紅袍’。其中，禮縣‘武選1 號’的無刺枝段比例最高，禮縣‘大紅袍’的最低，前者比后者高出69 百分點；禮縣‘武選1 號’的單位有刺枝段皮刺數(shù)最少，禮縣‘大紅袍’的最多，前者僅為后者的40%。

皮刺的高、寬、厚從三維層面反映花椒皮刺的大小。在不同區(qū)試點‘武選1 號’皮刺的高、寬、厚無顯著差異；在同一區(qū)試點，就皮刺的高和寬而言，‘武選1 號’與對照‘大紅袍’間有顯著差異，就皮刺厚而言，僅禮縣區(qū)試點‘武選1 號’與對照‘大紅袍’間有顯著差異。所有區(qū)試點‘武選1 號’皮刺的高、寬、厚均小于對照‘大紅袍’，其中武都‘武選1 號’的皮刺最短，禮縣‘大紅袍’的最長；文縣‘武選1 號’的皮刺最窄，禮縣‘大紅袍’的最寬；文縣‘武選1 號’的皮刺最薄，禮縣‘大紅袍’的最厚。

因此，在3 個區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒皮刺性狀與對照‘大紅袍’區(qū)別明顯，表現(xiàn)出良好的無刺性狀，同時各區(qū)試點‘武選1 號’無刺性狀差異不顯著，說明‘武選1 號’無刺梅花椒無刺性狀穩(wěn)定性較好，受環(huán)境的影響較小。

2.4 無刺梅花椒和對照的皮刺性狀及產(chǎn)量穩(wěn)定性

2.4.1 皮刺穩(wěn)定性

‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的無刺性狀變異系數(shù)見表4。由表4 可知，‘武選1 號’的無刺枝段比例和皮刺寬的變異系數(shù)低于對照‘大紅袍’，‘武選1 號’的單位有刺枝段皮刺數(shù)、皮刺高、皮刺厚等性狀的變異系數(shù)高于對照‘大紅袍’。因此，在不同區(qū)試點，‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’的皮刺性狀穩(wěn)定性基本相同。

表4 ‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的皮刺性狀變異系數(shù)Table 4 Variation coefficient of prickle traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.4.2 產(chǎn)量穩(wěn)定性

‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的單株鮮果質(zhì)量和變異系數(shù)見表5。由表5 可知，3 個區(qū)試點‘武選1 號’的變異系數(shù)為26.97%，對照‘大紅袍’變異系數(shù)為37.13%，說明在各區(qū)試點，‘武選1 號’的產(chǎn)量較‘大紅袍’穩(wěn)定。

表5 ‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的單株鮮果產(chǎn)量及其變異系數(shù)Table 5 Fresh fruit yield and variation coefficient of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.5 無刺梅花椒和對照表型性狀的相關性分析

各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒和對照實生‘大紅袍’的果實及皮刺表型性狀間的相關系數(shù)見表6。由表6 可知，無刺枝段比例與單位有刺枝段皮刺數(shù)、皮刺寬、皮刺厚、皮刺高呈極顯著負相關；單位有刺枝段皮刺數(shù)與干制率、皮刺厚呈顯著正相關，與出皮率、皮刺寬、皮刺高呈極顯著正相關；單穗果粒數(shù)與單穗干果皮質(zhì)量呈極顯著正相關；果形指數(shù)與出皮率呈顯著正相關；千粒鮮果質(zhì)量與干制率、出皮率呈極顯著負相關。

表6 ‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的表型性狀相關系數(shù)?Table 6 Correlations analysis between phenotypic characteristic indexes of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.6 無刺梅花椒和對照表型性狀的主成分分析

在不損失原有數(shù)據(jù)信息的前提下，將相關的多個性狀指標通過降維的方法綜合成數(shù)量較少且相互獨立的幾個因子代表原有多個變量的信息[13]，對3 個區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’花椒的果實及皮刺表型性狀數(shù)據(jù)進行主成分分析，結果見表7。由表7 可知，前5 個主成分累計貢獻率為86.379%，說明其能較完整地反映原始數(shù)據(jù)的信息。

前5個主成分中各性狀指標的特征向量見表8。 由表8 可知，第1 主成分貢獻率為31.964%，其中單穗鮮質(zhì)量、單穗干果皮質(zhì)量、單穗種子質(zhì)量和單穗果粒數(shù)的貢獻率系數(shù)較大，這4 個性狀指標可歸納為單穗產(chǎn)量因子；第2 主成分貢獻率為26.903%，其中皮刺高和皮刺寬貢獻率系數(shù)較大，可歸納為皮刺大小因子；第3 主成分貢獻率為10.480%，其中千粒鮮果質(zhì)量貢獻率系數(shù)較大；第4 主成分貢獻率為8.839%，其中新梢長貢獻率系數(shù)較大；第5 主成分貢獻率為8.194%，其中果形指數(shù)貢獻率系數(shù)較大。

表7 ‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的表型性狀的主成分分析Table 7 Principal component analysis on phenotypic characteristic indexes of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

表8 ‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的表型性狀前5 個主成分的特征向量Table 8 Eigenvectors of the former five principal components of phenotypic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

2.7 無刺梅花椒和對照表型性狀的聚類分析

各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’花椒的果實及皮刺表型性狀的聚類結果如圖2 所示。由圖2 可見，相較于文縣和禮縣區(qū)試點‘大紅袍’，武都區(qū)區(qū)試點‘大紅袍’與3 個區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒的表型性狀的歐氏距離更接近，符合‘武選1 號’試驗苗木在武都區(qū)繁育出圃的實際情況；禮縣區(qū)試點‘大紅袍’單獨聚為一類，符合禮縣區(qū)試點與武都區(qū)和文縣區(qū)試點氣候有差異的實際；在歐式距離為5處，3 個區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒聚為一類，說明在3 個區(qū)試點不同地理條件下‘武選1 號’無刺梅花椒性狀一致。

圖2 ‘武選1 號’無刺梅花椒和實生‘大紅袍’的 表型性狀聚類Fig.2 Cluster analysis of phenotypic traits of ‘Wuxuan No.1’ Prickless and ‘Dahongpao’

3 結論與討論

本試驗中對2019年隴南市3 個不同緯度、不同海拔區(qū)試點的‘武選1 號’無刺梅花椒與對照實生‘大紅袍’花椒的物候期、產(chǎn)量、果實表型性狀、皮刺表型性狀等進行了測定與分析。結果表明，各區(qū)試點‘武選1 號’無刺梅花椒物候期基本一致；在果實經(jīng)濟指標方面，同一區(qū)試點‘武選1 號’與對照‘大紅袍’差異不顯著，‘武選1 號’的產(chǎn)量穩(wěn)定性略優(yōu)于‘大紅袍’；在皮刺性狀方面，‘武選1 號’表現(xiàn)出良好的無刺性狀和穩(wěn)定性。通過對果實和皮刺表型性狀的主成分分析，選出了5 個主要因子。果實和皮刺表型性狀的系統(tǒng)聚類分析結果表明，當歐式距離為5 時，‘武選1 號’無刺梅花椒聚為1 類，說明在不同的地理條件下‘武選1 號’無刺梅花椒性狀保持一致。因此，‘武選1 號’無刺梅花椒經(jīng)濟性狀和無刺性狀良好且穩(wěn)定，具有較大的推廣價值。

植物表型性狀是遺傳基因表達的結果，是較為直接且易操作的研究指標[14-17]。本試驗結果表明，種源生長變異主要受遺傳控制，受區(qū)域環(huán)境因子影響較小[18]。區(qū)域試驗結果直觀體現(xiàn)出‘武選1 號’在不同區(qū)試點的適應性及穩(wěn)定性。

主成分分析法被廣泛用于經(jīng)濟樹種的選優(yōu)工作，如核桃楸[19]、麻瘋樹[20]等。在無刺花椒區(qū)域試驗中涉及的生物學性狀較多，信息也會出現(xiàn)重疊，利用主成分分析法既能把握品種的綜合表現(xiàn)，又能簡化選擇程序[21]。本試驗中通過對果實和皮刺表型性狀的主成分分析，研究了各指標間的關聯(lián)性和各指標作用的大小，篩選出5 個主要因子。在無刺花椒選育推廣工作中，既要重視優(yōu)良品種的選育，又要重視多點區(qū)域試驗[22-23]。本試驗中區(qū)試點范圍較小，下一步應在海拔和緯度方面擴大區(qū)試點范圍，另外，更多的生長結實、無刺性狀與分布環(huán)境之間的互作效應也有待進一步研究。