王亞楠，李雯雯，周偉權(quán)，樊國全，章世奎，王亞桐，廖 康

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)特色果樹研究中心，烏魯木齊 830052，2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院輪臺果樹資源圃，新疆輪臺 841600)

0 引 言

【研究意義】杏(PrunusarmeniacaL.)為薔薇科(Rosaceae)杏屬(ArmeniacaScop)植物，是我國重要的經(jīng)濟(jì)生態(tài)型果樹樹種之一，其分布廣泛[1]。杏原產(chǎn)中國和中亞[2]，起源中心(多樣化中心或基因中心)在我國新疆，種質(zhì)資源極為豐富[3-4]。在長期的人為馴化和生態(tài)適應(yīng)過程中，杏在亞歐大陸各地迥異的地理氣候條件下形成了中亞(Central Asian)、伊朗-高加索(Irano-Caucasian)、歐洲(European)、準(zhǔn)噶爾-外伊犁(Dzhungar-Zailij)和華北(Northern China)等5個不同的生態(tài)地理群[5-6]，其中中國新疆南部環(huán)塔里木盆地周邊綠洲的庫車、喀什及和田3個不同亞群為中亞生態(tài)群的重要組成部分[7]，新疆杏栽培歷史悠久，形成了諸多優(yōu)質(zhì)的品種。【前人研究進(jìn)展】李明[8]采用ISSR、SSR和SRAP分子標(biāo)記技術(shù)，對20個以新疆南疆杏為代表的中亞生態(tài)群杏品種的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，這些品種大多顯示出生長期長、中小型果實、果實毛少或無毛等相似的形態(tài)性狀，新疆杏品種的親緣關(guān)系近；苑兆和等[9]利用AFLP熒光標(biāo)記技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，我國新疆南疆栽培杏的AFLP擴(kuò)增多態(tài)性為72.70%，與世界其它地區(qū)的杏群體相比有較高的遺傳多樣性；張艷敏[10]研究得出，新疆南疆栽培杏遺傳多樣性較豐富，其中庫車的最豐富；劉娟[11]采用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)共擴(kuò)增出485條條帶，其中478條為多態(tài)性條帶，得出栽培杏多態(tài)性比率為98.56%，供試資源中遺傳多樣性最豐富的是輪臺采樣點。上述研究者通過表型多樣性和分子標(biāo)記的方法，對我國新疆栽培杏親緣關(guān)系和遺傳多樣性進(jìn)行了研究，喀什亞群、和田亞群、庫車亞群間栽培杏表型特征相似程度高，親緣關(guān)系近，亞群間多態(tài)性比率高且遺傳多樣性豐富，亞群間存在高度一致性?！颈狙芯壳腥朦c】花期是杏生長期中重要的階段之一，花粉形態(tài)特征受植物基因型控制而受外界條件影響小，具有較強(qiáng)的遺傳保守性，是探討植物起源、演化及親緣關(guān)系的重要特征之一[12-14]，花粉形態(tài)學(xué)中的花粉外壁紋飾具有穩(wěn)定的遺傳性，植物的孢粉因其外壁結(jié)構(gòu)堅固獨(dú)特，有極強(qiáng)的遺傳保守性和穩(wěn)定性，果樹也不例外[15]。研究杏品種花器官表型特征及花粉微觀特性差異?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究選取喀什亞群、和田亞群、庫車亞群3個不同亞群間的杏種質(zhì)作為供試材料，通過花器官指標(biāo)測定和掃描電鏡觀察分析，分析比較供試樣本的花器官及花粉微觀特征，利用系統(tǒng)聚類的方法對新疆杏品種間親緣關(guān)系進(jìn)行分析，計算21個表型性狀的變異系數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-weaver多樣性指數(shù)，研究其遺傳多樣性，為其種質(zhì)資源的評價、鑒定與利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

樣品采樣地點地位于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院輪臺果樹資源圃(該資源圃位于E 84°14′，N 41°47′)，其中喀什亞群14個品種，和田亞群13個品種，庫車亞群14個品種，共計41個品種，供試品種所屬亞群參考苑兆和[9]與劉娟[14]的分類方法。表1

1.2 方 法

1.2.1 花器官指標(biāo)測定

參照《杏種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[15]，于2019年4月6～8日分別采集各品種盛花期10朵花，觀測花瓣形狀、花瓣顏色、花萼顏色、花瓣數(shù)量、花冠直徑、雄蕊數(shù)目、單花重、花瓣縱徑、花瓣橫徑。對3種非數(shù)值性狀進(jìn)行賦值，分別為花瓣形狀、花瓣顏色、花萼顏色。選取品種樹體健壯，砧木及管理條件一致。表2

表1 供試栽培杏品種及編號Table 1 Cultivated apricot varieties and number

表2 新疆杏品種花器官非數(shù)值性狀的賦值Table 2 Assignment of non-numerical characters of apricot varieties in Xinjiang almond flower organs

1.2.2 花粉微觀特征觀測

各品種分別收集氣球期花蕾60個左右，剝出花藥平鋪于硫酸紙盒內(nèi)陰干散粉，待花粉完全散出后，收集至1.5 mL離心管中，標(biāo)明單株編號并封口，至于硅膠中密封干燥避光4℃保存。在SEM下觀察花粉微觀特征，在500～1 000倍下觀察花粉集群，2 000倍下觀察花粉萌發(fā)溝，2 500倍下觀察花粉赤道面，3 500倍下觀察花粉極面，20 000倍下觀察花粉外壁紋飾。

使用Image J圖像分析軟件，分別測量花粉的極軸長、赤道軸長、脊寬、脊距、孔徑、孔頻等指標(biāo)，通過極軸長和赤道軸長的比值計算極赤比，通過面積和穿孔數(shù)量計算孔頻。分析各品種的花粉形狀、極面觀、赤面觀、外壁紋飾類型以及NPC系統(tǒng)分類地位等指標(biāo)。每個品種設(shè)置10個重復(fù)，將數(shù)值型數(shù)據(jù)求出平均值后進(jìn)行聚類分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對測量性指標(biāo)進(jìn)行平均值的計算，使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值的計算，X±Y，X為同一品種10個重復(fù)的平均值，Y為同一品種10個重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)差。使用SPSS 19.0軟件采用UPGMA聚類法對花器官特征和花粉微觀形態(tài)特征分別進(jìn)行聚類分析。采用DPS7.05數(shù)據(jù)處理軟件計算表型性狀的變異系數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-weaver多樣性指數(shù)。共有21個指標(biāo)。

變異系數(shù)(CV)計算公式為：

CV=σ/μ.

式中σ為41個供試樣本中同一測量指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，μ為41個供試樣本中同一測量指標(biāo)的平均值。

Shannon-weaver多樣性指數(shù)(H')計算公式為：

式中41表示研究供試樣本總量，pi表示某一項指標(biāo)第i個品種的值與這項指標(biāo)數(shù)據(jù)總和的比值，ln表示自然對數(shù)e，e≈2.718 28。

Simpson多樣性指數(shù)(D)計算公式為：

式中41表示研究供試樣本總量，pi表示某一項指標(biāo)第i個品種的值與這項指標(biāo)數(shù)據(jù)總和的比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 杏品種間親緣關(guān)系

2.1.1 花器官性狀特征

研究表明，多數(shù)品種花瓣為卵圓、圓形、橢圓3個不同形狀，花瓣為白、淺粉紅、深粉紅3個不同的顏色；而在花萼顏色指標(biāo)中除了和田亞群的克爾基胡安娜花萼顏色為紫綠色，其余的40個品種都為紫紅、紅褐2個顏色。在花瓣數(shù)指標(biāo)中除了皮乃孜花瓣數(shù)大部分為5片，也存在6和7片花瓣的花，其余40個品種均為5片花瓣；麻木達(dá)西杏為花冠直徑值最大值30.98 mm，古木杏和卡拉阿藏為花冠直徑值最小值20.92 mm；雄蕊數(shù)量最多的黃其力干為35.92個，雄蕊數(shù)量最少的克孜西米西為23.02個；單花重最大值為粗黑葉杏0.18 g，單花重最小值品種有奎克皮曼、托乎提和晚熟杏3個，最小值為0.06 g；花瓣縱徑最大值為大五月杏12.93 mm，最小值為晚熟杏7.14 mm，花瓣橫徑最大值為冬杏22.25 mm，最小值為古木杏和卡巴克西米西9.96 mm；花瓣縱橫徑比值最大為大五月杏1.04，比值最小為冬杏0.41?；ü谥睆健⒒ò昕v徑、花瓣橫徑是顯示差異的重要指標(biāo)。表3，表4

表3 41個新疆杏品種的花器官性狀Table 3 Floral character of 41 apricot cultivars in Xinjiang

表4 41個新疆杏品種的花粉微觀特征Table 4 Pollen morphology indexes of 41 apricot varieties in Xinjiang

續(xù)表4 41個新疆杏品種的花粉微觀特征Table 4 Pollen morphology indexes of 41 apricot varieties in Xinjiang

2.1.2 花粉微觀形態(tài)特征

研究表明，41個品種的花粉粒輻射對稱。根據(jù)埃爾特曼提出的NPC分類系統(tǒng)，供試品種均屬于N3P4C5型，即3條溝都單環(huán)狀等間距分布在赤道位置上。部分不同亞群品種花粉外部微觀形態(tài)。

41個品種極赤比數(shù)值都大于2，形狀都為超長球形；所有供試品種極軸值都大于赤道軸，赤面觀均為窄橢圓形。供試樣本的極軸長在50.26～60.28 μm，最大值為克孜佳娜麗，最小值為晚熟杏；赤道軸在22.65～26.13 μm，最大值為阿克牙格勒克，最小值為晚熟杏；極軸與赤道軸比值在2.09～2.46，最大值為克孜佳娜麗，最小值為白色買提；極軸與赤道軸乘積在1 132.57～1 530.57，最大值為卡拉阿藏，最小值為阿克達(dá)拉孜。

41個品種外壁紋飾都屬于“條紋-穿孔”型，外壁紋飾的相似度極高。但在外壁紋飾的孔徑、孔頻、脊寬均值、脊寬間距均值這4項指標(biāo)中略有不同，孔徑值范圍在0.01～0.44 μm，英吉沙杏的孔徑值最大為0.44 μm，皮乃孜的孔徑值最小為0.01 μm；孔頻范圍在0.01～0.69 個/μm，克孜西米西的孔頻值最大為0.69 個/μm，皮乃孜的孔頻值最小為0.01 個/μm；脊寬均值范圍在0.20～0.34 μm，葉城黑葉杏的脊寬均值最大為0.34 μm，皮乃孜的脊寬均值最小為0.20 μm；脊寬間距在0.27～0.48，英吉沙杏的脊寬間距最大為0.48，晚熟杏的脊寬值最小為0.27。供試品種花粉微觀形態(tài)特征差異較小，品種花粉微觀形態(tài)特征相似度極高，品種間親緣關(guān)系較近。圖1

2.1.3 花器官表型及花粉微觀特征聚類分析

研究表明，在遺傳距離系數(shù)為15.0時供試的41個杏品種明顯分為4大類：第I組有30個品種，分為A和B組2個小組，A組中包含和田亞群的木孜佳娜麗和阿克牙格勒克2個品種，喀什亞群的細(xì)黑葉杏，庫車亞群的卡巴克西米西、大五月杏、克孜朗3個品種，B組中包含了和田亞群的圖乃斯坦胡安娜、早大油杏、克孜佳娜麗、克爾基胡安娜、卡拉胡安娜、奎克皮曼、洛浦1號、皮乃孜8個品種；喀什亞群的色買提王132號、賽買提、中熟佳娜麗、葉城黑葉杏、托乎提、晚熟杏、英吉沙杏、貝新納爾、胡安娜、白色買提這10個品種；庫車亞群的蘇陸克、洪待克、阿克達(dá)拉孜、卡拉阿藏、托乎提庫都這5個品種。第II組包含來自和田亞群的洛浦洪待克、脆佳娜麗2個品種和來自庫車亞群的黃其力干1個品種。第III組僅有來自庫車亞群的克孜西米西1個品種。第IV組包含來自喀什亞群的粗黑葉杏、麻木達(dá)西杏、喬爾胖3個品種；來自和田亞群的古木杏1個品種；來自庫車亞群的阿克阿依、冬杏、毛拉肖、佳娜麗4個品種。圖2

供試的41個品種花粉微觀特征的距離系數(shù)在0～25.0，第I組與第II組被分為1組，二者親緣關(guān)系更近，而與第III組親緣關(guān)系較遠(yuǎn)；為了能和花器官聚類在同一距離系數(shù)上形成對比，選擇距離系數(shù)為15.0進(jìn)行分析，41個品種明顯聚為2大組：第I組有36個品種，將其分為A和B組，A組有13個品種，包含和田亞群的古木杏、脆佳娜麗2個品種；喀什亞群的喬爾胖、白色買提、貝新納爾、英吉沙杏、色買提王132號、賽買提、大五月杏、胡安娜8個品種；庫車亞群的卡巴克西米西、冬杏、托乎提庫都3個品種；B組有23個品種，包含和田亞群的圖乃斯坦胡安娜、克爾基胡安娜、洛浦洪待克、洛浦1號、奎克皮曼、阿克牙格勒克、早大油杏、木孜佳娜麗、皮乃孜、卡拉胡安娜、克孜佳娜麗11個品種；喀什亞群的中熟佳娜麗、麻木達(dá)西杏、托乎提、細(xì)黑葉杏4個品種；庫車亞群的克孜朗、黃其力干、佳娜麗、洪待克、蘇陸克、卡拉阿藏、毛拉肖、阿克阿依8個品種。第II組有5個品種，其中喀什亞群有葉城黑葉杏、粗黑葉杏、阿克達(dá)拉孜3個品種；庫車亞群有克孜西米西、晚熟杏2個品種。圖3

花粉的聚類中大部分品種是按照地域進(jìn)行分組，而部分品種與地域劃分所屬亞群不吻合，如第II組中喀什亞群的葉城黑葉杏、粗黑葉杏、阿克達(dá)拉孜和庫車亞群的克孜西米西、晚熟杏劃分為1組。

2.2 新疆杏表型遺傳多樣性

研究表明，21個表型性狀的變異系數(shù)幅度為3.07%～75.68%，孔頻(75.68%)變異系數(shù)最大，花瓣形狀(34.45%)、花瓣顏色(31.30%)、單花重(30.20%)、孔徑(30.11%)這4個表性指標(biāo)的變異系數(shù)較大，花瓣數(shù)(3.07%)變異系數(shù)最??；Shannon-weaver指數(shù)幅度為5.01～5.43，花瓣縱橫比值Shannon-weaver指數(shù)最高，孔頻Shannon-weaver指數(shù)最低，Simpson指數(shù)幅度為0.96～0.98，除了孔頻的Simpson指數(shù)為0.96，其余40個品種的Simpson指數(shù)為都為0.97或者0.98。變異系數(shù)、Shannon-weaver指數(shù)和Simpson指數(shù)都是衡量種質(zhì)資源遺傳多樣性的重要指標(biāo)，變異系數(shù)表示品種多樣性，值越高，品種多樣性越高，遺傳多樣性越豐富[17]，研究中41份供試樣本間變異系數(shù)平均值為16.24%；Shannon-weaver指數(shù)表示群落多樣性的高低，當(dāng)其值大于3時，供試樣本所屬群落豐富度高，供試樣本來自3個不同的亞群，且得出Shannon-weaver指數(shù)平均值為5.33>3，此供試樣本所屬類群豐富度較高；Simpson指數(shù)表示隨機(jī)取樣的2個供試樣本不屬于同一品種的概率，Simpson指數(shù)越接近1，供試樣本間多樣性程度越高，研究中Simpson指數(shù)平均值為0.97，很接近1，符合供試樣本間多樣性程度高的結(jié)論。供試新疆杏樣本間多樣性程度高，遺傳多樣性豐富。表5

3 討 論

3.1 基于花器官表型及花粉微觀特征的品種間親緣關(guān)系

新疆杏的花器官性狀差異主要表現(xiàn)在花冠直徑、花瓣橫徑、雄蕊數(shù)目這3個指標(biāo)，是分析新疆杏品種親緣關(guān)系的重要參考指標(biāo)。對南疆杏種質(zhì)資源表型多樣性的研究除了孫家正等[18]通過對南疆栽培杏各種化學(xué)成分組成的研究，在果肉香氣成分、糖、酸組分及杏仁油脂肪酸組分上有報道。研究通過21個花器官指標(biāo)測量和觀察，得出供試樣品花瓣形狀大部分為卵圓、圓形、橢圓，花瓣顏色大部分為白、淺粉紅、深粉紅，花萼顏色大部分為紫綠、紫紅、紅褐的性狀，花瓣數(shù)除了皮乃孜以外的40個品種都為5片花瓣，皮乃孜的花瓣數(shù)大部分為5片，但是也存在6和7片的花，這與此品種自身花器官特性和演化過程中基因突變有關(guān)，供試41個栽培杏品種表型性狀相似性較高，其存在一定的遺傳共性。

表5 41個新疆杏品種變異系數(shù)、Shannon-weaver指數(shù)和Simpson指數(shù)Table 5 Variable coefficient, Shannon-weaver index and Simpson index of different populations of 41 apricot varieties in Xinjiang

果樹中花粉形態(tài)(花粉粒的形狀、大小、表面紋飾等)與品種差異、品種自身遺傳特性等因素息息相關(guān)，這就決定了它是判別物種之間親緣關(guān)系的重要依據(jù)廖明康等[19]研究發(fā)現(xiàn)，不同種和品種花粉的大小、形狀、外表紋飾排列及孔頻等特征存在明顯差異，花粉外壁紋飾種間雖有相似排列，但紋飾粗細(xì)、孔頻多少各具特色；王玉柱等[20]研究發(fā)現(xiàn)花粉粒大小在杏品種間差異較大，不同杏品種間花粉的大小存在一定的差異?；谇叭嘶ǚ畚⒂^特征對杏的親緣關(guān)系研究，如：花粉形態(tài)相似性越大的單株親緣關(guān)系越近，且這種分析親緣關(guān)系的方法雖可應(yīng)用于種或種質(zhì)類型的水平上，卻不適用于品種間[21,22]，也有研究[23]持相反觀點，認(rèn)為品種間的親緣關(guān)系分析也可以使用花粉表觀形態(tài)聚類的方法。試驗不同的新疆杏品種間花粉的微觀特征花各指標(biāo)存在一定差異，主要差異體現(xiàn)在極赤比值、孔頻、孔徑等方面。

花器官特征聚類分析中的分組與前人對新疆杏品種所屬亞群的劃分不完全吻合[14]，如：黃其力干屬于庫車亞群，洛浦洪待克和脆佳娜麗都屬于和田亞群，這3個品種聚為一組，和田亞群和庫車亞群品種的花器官性狀較為相似，親緣關(guān)系較為親近；而在另一組中，粗黑葉杏、阿克阿依、麻木達(dá)西杏、喬爾胖都屬于喀什亞群，佳娜麗、古木杏屬于和田亞群，毛拉肖和冬杏屬于庫車亞群，這8個品種聚類為1組說明喀什亞群、和田亞群、庫車亞群3個亞群之間栽培杏品種存在較大相似性，這受到杏種質(zhì)遺傳變異、地域間基因交流和花器官測量過程中人為主觀性因素影響，但供試的41個新疆杏品種總體親緣關(guān)系較近。

在聚類過程中喀什亞群和和田亞群間劃分界限不明顯，如有部分和田亞群的品種被劃分到了包含喀什亞群品種較多的1組中，古木杏和脆佳娜麗這2個品種；中熟佳娜麗、麻木達(dá)西杏、托乎提、細(xì)黑葉杏這4個喀什亞群的品種被劃分到和包含和田亞群品種較多的1組，造成這種現(xiàn)象可能是由于引種和花粉傳播逐漸在3大地理亞群繁殖，所以部分性狀被同化，得出這一最終結(jié)論的原因應(yīng)該由地理條件、環(huán)境氣候、遺傳背景差異或者人為引種等諸多因素造成。

通過花粉微觀形態(tài)聚類將供試的41個品種劃分為3類，大部分品種以地域為依據(jù)進(jìn)行劃分，而花器官表型聚類將供試的41個品種劃分為4類，其中粗黑葉杏、阿克阿依、古木杏、冬杏、麻木達(dá)西杏、毛拉肖、喬爾胖、佳娜麗這8個品種在花器官聚類中單獨(dú)劃分為一大類，而在花粉微觀聚類中按照其所屬亞群被劃分3個組中，由于考慮外界因素的影響，認(rèn)為杏花器官表型性狀相對花粉微觀形態(tài)易受外界自然因素干擾，其數(shù)據(jù)在測量過程中也受人為主觀因素影響較大，花粉微觀形態(tài)特征比杏表型花器官性狀數(shù)據(jù)更保守。

3.2 新疆栽培杏品種遺傳多樣性

植物表型性狀既具有變異性，又有其穩(wěn)定性，同時受植物自身遺傳物質(zhì)和生態(tài)環(huán)境兩方面的影響[24]。劉娟[11]通過對葉片、果實、果核、種仁方面的形態(tài)特征對新疆栽培杏表型性狀多樣性進(jìn)行了研究，得出造成表型差異的主要因素是單果質(zhì)量、鮮核質(zhì)量、鮮仁質(zhì)量、果實形狀、葉片長度果形指數(shù)、風(fēng)味、硬度和可溶性固形物等指標(biāo)，遺傳多樣性較豐富。研究中21個表型性狀的遺傳變異系數(shù)(16.18%)、Shannon-weaver指數(shù)(5.33)和Simpson指數(shù)(0.97)的平均值得出新疆栽培杏品種間表型遺傳多樣性豐富。變異系數(shù)幅度為1.85%～75.68%，孔頻(75.68%)、花瓣形狀(34.45%)、花瓣顏色(31.30%)、單花重(30.20%)、孔徑(30.11%)這4個表性指標(biāo)受自身的遺傳基因和生長期的氣候，如光照和水分等影響，導(dǎo)致變異系數(shù)較大。劉娟等[14]研究新疆杏表型多樣性時也發(fā)現(xiàn)其表型性狀受生長環(huán)境的影響較大。

4 結(jié) 論

41個新疆栽培杏品種總體親緣關(guān)系較近，且遺傳多樣性豐富，主要體現(xiàn)在花瓣顏色、花瓣形狀、單花重、孔徑、孔頻這5個方面。親緣關(guān)系近的品種有貝新納爾、英吉沙杏、賽買提、胡安娜、白色買提5個品種，在花器官聚類中克孜西米西與其余品種親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，在花粉聚類中，克孜西米西，葉城黑葉杏、粗黑葉杏、阿克達(dá)拉孜、晚熟杏這5個品種與其余品種的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，克孜佳娜麗、克爾基胡安娜、卡拉胡安娜這3個品種在花器官表型和花粉微觀2個聚類圖中都緊密聚類為1組；也有在2個聚類圖中同一品種分組不同的情況，如洛浦1號、洛浦洪待克這2個和田亞群的品種在花粉聚類中被緊密劃分為在同一小組，但是在花器官聚類中不在同一小組。21個表型指標(biāo)中孔頻的變異最大，其變異最豐富，花瓣數(shù)變異最小，其遺傳穩(wěn)定性較好?；ò昕v橫徑比值、單花重、花瓣顏色、花瓣形狀、孔徑和孔頻是進(jìn)行表型多樣性觀測時的重要指標(biāo)。