王婭麗，顧志杰，賈巧霞

(寧夏林業(yè)研究院，種苗生物工程國家重點實驗室，寧夏 銀川 750004)

文冠果（Xanthoceras sorbifoliumBunge）為無患子科（Sapindaceae）文冠果屬（Xanthoceras）落葉灌木或小喬木，主要分布在我國北方干旱和半干旱地區(qū)[1]，是集木本油料、生態(tài)造林、園林觀賞等為一體的多功能樹種。文冠果種仁含油量高達67%，其中，85%～93%為不飽和脂肪酸，包括37.1%～46.2%的亞油酸以及28.6%～37.1%油酸等人體必需的脂肪酸[2-3]，還含有3.04%左右的神經(jīng)酸（組成大腦神經(jīng)細胞的核心天然成分）[4]。此外，文冠果還含有多種生物活性化合物，是益壽寧等中藥的組成成分[5]。如從文冠果殼中提取的文冠果皂苷具有抗腫瘤等作用，并且有可能成為治療阿爾茨海默癥的有效成分[6-7]。近年來，由于文冠果重要的經(jīng)濟價值，其發(fā)展非常迅速，到2020年種植面積已達5 × 105hm2[1]。由于其廣泛的分布、豐富的生長環(huán)境以及長期的異花授粉，文冠果具有豐富的表型變異和多樣性。因此，開展文冠果種質(zhì)資源表型變異及多樣性的研究，不僅可挖掘出有重要經(jīng)濟價值的育種資源，同時對于文冠果種質(zhì)資源的鑒定、評價等有重要意義。

表型多樣性的研究為通過表型性狀分析遺傳多樣性提供了最傳統(tǒng)和最方便的方法[8]。相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析是表型多樣性研究中應用最普遍和有效的分析方法，目前在李（Prunus salicinaLindl）、寬皮柑橘（Citrus reticulateBlanco）、杜仲（Eucommia ulmoidesOliver）、杏（Armeniaca sibiricaLam）等多種作物中均有應用[9-12]。關(guān)于文冠果種質(zhì)資源表型多樣性的研究，王藝林等[13]、張毅等[14]、白鑫磊等[15]及柴春山等[16]對不同種源或群體文冠果的果實和種子的表型性狀進行了變異研究和分析，證實文冠果果實和種子表型多樣性豐富，且單株結(jié)果個數(shù)和種子產(chǎn)量變異最大；蘆娟等[17]對文冠果花的表型多樣性研究結(jié)果得出，頂花序不孕花數(shù)及頂花序孕花數(shù)、側(cè)花序長度等性狀變異系數(shù)較大；郭軍戰(zhàn)等[18]對文冠果12個數(shù)量性狀進行了主成分分析和聚類分析，將12個生物學性狀分為樹形因子、葉形因子、果形因子、花序因子和綜合因子等5類，并將12個數(shù)量性狀聚為6大類。

以上研究多數(shù)是針對野生群體、不同種源等文冠果果實、種子、花等某一部位的性狀進行的表型多樣性及變異研究，而針對文冠果種質(zhì)資源枝、葉、花、果實、種子等多部位表型性狀的綜合研究還未見報道。本研究以銀川植物園收集保存的文冠果優(yōu)新種質(zhì)資源為研究對象，全面系統(tǒng)的對枝、葉、花、果實、種子等表型性狀進行調(diào)查分析，旨在揭示文冠果種質(zhì)資源表型變異多樣性，為文冠果種質(zhì)資源評價及遺傳改良等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019、2020年在銀川植物園文冠果種質(zhì)資源圃內(nèi)開展。共37份種質(zhì)，來自10個種源地，包括寧夏銀川10份，寧夏吳忠3份，甘肅民勤5份，甘肅定西2份，內(nèi)蒙赤峰8份，陜西靖邊2份，陜西富縣1份，山西太原3份，山東輝縣1份，遼寧彰武2份。從種質(zhì)分類上包括品種17份，無性系20份（表1）。2014年春季從各地引進各種質(zhì)2～3年生的嫁接苗，或從擬引進種質(zhì)上采集1年生枝條做接穗，采用芽接方式以銀川植物園種植的3年生文冠果實生苗為砧木進行嫁接。采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，10株小區(qū)，3次重復，定植株行距2 m×3 m，密度1650株·hm-2，所有種質(zhì)均采用統(tǒng)一田間管理措施，采用滴灌進行灌溉和施肥，病蟲害和雜草統(tǒng)一防治，每年春季由同一名經(jīng)驗豐富的工作人員對所有種質(zhì)進行修剪。

表1 文冠果37份優(yōu)新種質(zhì)資源Table 1 The 37 germplasm resources of X.sorbifolium

1.2 表型性狀調(diào)查與測定方法

1.2.1 表型性狀采樣方法 每種質(zhì)選取3株生長正常、無明顯缺陷、未發(fā)現(xiàn)病蟲害、生長基本一致的結(jié)果樹作為試驗對象。2019—2020年每年4月下旬開花盛期在每株樹冠中上部選取花序10個，盛開的小花30朵進行花序和花性狀調(diào)查；8月上旬果實成熟期采集成熟果實10個，成熟種子15個進行果實及種子性狀調(diào)查（其中，百粒質(zhì)量為每單株隨機取100粒種子，重復3次，取平均值）；9月中旬在樹冠中上部采集當年生枝條5個，成熟復葉15個，成熟小葉15片進行枝、葉性狀的調(diào)查。所有采樣均按照單株進行，枝、葉、花等性狀調(diào)查鮮樣，果實及種子性狀自然陰干后調(diào)查測定。

1.2.2 表型性狀調(diào)查與測定 利用電子天平和游

標卡尺等對37份種質(zhì)資源的35個表型性狀進行調(diào)查統(tǒng)計，包括2個枝性狀：當年生枝條長（ABL/cm）、當年生枝條粗（ABD/mm）；7個葉性狀：復葉數(shù)量（CLN/個）、葉軸長（RL/cm）、葉軸寬（RW/cm）、小葉數(shù)量（LN/個）、小葉長（LL/mm）、小葉寬（LW/mm）、葉型指數(shù)（LSI）；5個花序性狀：花序長（IL/mm）、花序?qū)挘↖W/mm）、花序徑（ID/mm）、花序花數(shù)量（FN/個）、花序指數(shù)（ISI）；7個花性狀：花朵長（FL/mm）、花冠徑（CD/mm）、花梗長（PL/mm）、花梗徑（PD/mm）、花瓣長（PL1/mm）、花瓣寬（PW/mm）、花瓣指數(shù)（PSI）；7個果實性狀：果實質(zhì)量（FW/g）、單果種子數(shù)（SFSN/個） 、單果種子質(zhì)量（SFSW/g）、果實橫徑（FTD/mm）、果實縱徑（FLD/mm）、果型指數(shù)（FSI）、出種率（SP/%）；7個種子性狀：種子橫徑（STD/mm）、種子縱徑（SLD/mm）、種型指數(shù)（SSI）、種子質(zhì)量（SW/g）、種仁質(zhì)量（KW/g）、出仁率（KP/%）、百粒質(zhì)量（SHGW/g）。其中，葉形指數(shù) = 葉長/葉寬，花序指數(shù) = 花序長/花序?qū)挕⒒ò曛笖?shù) = 花瓣長/花瓣寬，果形指數(shù) =果縱徑/果橫徑，種形指數(shù) = 種子縱徑/種子橫徑；出種率 = 種子質(zhì)量/果實質(zhì)量×100%；出仁率 = 種仁質(zhì)量/種子質(zhì)量×100%。數(shù)據(jù)取2019及2020年2年調(diào)查測量的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用表型分化系數(shù)(VST)來反映種質(zhì)間表型分化的值，即種質(zhì)間變異占遺傳總變異的百分比，VST

采用SPSS軟件的描述性統(tǒng)計，統(tǒng)計了各數(shù)量性狀的平均值、標準差、最小值、最大值等；采用z-score標準化后的數(shù)據(jù)對35個表型性狀進行主成分分析[21-22]；利用平方歐式遺傳距離（Squared Euclidean distance）采用離差平方和法（Ward’smethod）進行聚類分析[9,12]。其他統(tǒng)計運算按照常規(guī)方法并利用EXCEL2003，SPSS20.0軟件包提供的有關(guān)程序進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 文冠果37份種質(zhì)資源35個表型性狀的多樣性

表2表明：文冠果種質(zhì)具有豐富的遺傳多樣性。Shannon-Wiener指數(shù)（H）和Simpson遺傳多樣性指數(shù)（D）變化范圍分別為0.20～1.96和0.42 ～0.84，其中，F(xiàn)TD、SHGW、 FL、PL1、FLD、SFSW等幾個性狀的信息指數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)較大，說明這些性狀在每一級中的分布比較均勻；SFSN、SSI、KP、ABD、LN這幾個性狀的Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson遺傳多樣性指數(shù)較小，說明這幾個性狀表現(xiàn)型較少，且在每個表現(xiàn)型上分布不均勻。枝、葉、花序、花、果和種子性狀的Shannon-Wiener指數(shù)的大小順序為花性狀（1.774）＞花序性狀（1.724）＞葉性狀（1.620）＞枝性狀（1.615） ＞果實性狀（1.581） ＞種子性狀（1.559）；Simpson遺傳多樣性指數(shù)的排序與Shannon-Wiener指數(shù)排序基本一致?；ㄐ?、花、果實等性狀的表型遺傳變異較豐富。

表2 文冠果37個種質(zhì)表型性狀多樣性分析Table 2 Analysis of diversity of 35 phenotypic traits among 37 X. sorbifolium germplasms

35個性狀的平均變異系數(shù)為25.49%，變異范圍為12.80%～63.25%。變異系數(shù)較大的幾個性狀是ABL（63.25%）、PD（53.06%）和ID（42.57%）。枝、葉、花序、花、果和種子性狀的平均變異系數(shù)依次為：枝性狀（45.51%）＞花序性狀（31.01%）＞果實性狀（24.67%）＞花性狀（24.35%）＞種子性狀（21.82%）＞葉性狀（21.45%）。

2.2 文冠果表型變異研究

表3表明：文冠果表型性狀在種質(zhì)間和種質(zhì)內(nèi)存在廣泛變異，種質(zhì)間F值為4.750～385.547 （p＜0.01），種質(zhì)內(nèi)F值為1.307～19.667 （p＜0.01）。除LN、PD和SSI外，其他表型性狀在種質(zhì)間和種質(zhì)內(nèi)都有極顯著差異。

表3 文冠果37份種質(zhì)資源35個表型性狀的方差分析Table 3 Variation analysis of 35 phenotypic traits among 37 X.sorbifolium germplasms

2.3 文冠果表型分化系數(shù)

表4表明：文冠果表型分化系數(shù)（VST）范圍為28.994%～97.836%；VST較小的性狀有ID（28.994%）、FTD（45.664%）和 PD（46.223%）3個性狀；其余32個性狀的VST值均高于50%，說明種質(zhì)間的變異對表型多樣性的貢獻高于種質(zhì)內(nèi)變異，且種質(zhì)間變異具有相對優(yōu)勢。枝、葉、花序、花、果實和種子的VST值分別為67.868%、84.535%、76.419%、83.355%、78.876%和80.863%。35個表型性狀的平均VST為 80.525%，表明種質(zhì)間的變異是表型變異的主要來源。

2.4 文冠果表型性狀主成分分析

表5顯示：有9個主成分特征值大于1，累積貢獻率達到80.333%，包含了表型性狀的大部分信息，可以替代原來35個性狀的信息。PC1-PC9貢獻率分別為25.075%, 16.345%, 9.997%,7.221%, 6.122%, 4.800%, 4.143%, 3.633% 和2.998%。從特征向量的絕對值看，PC1主要反映了果實和種子的性狀；PC2主要反映花的性狀；PC3主要反映葉片性狀。

表5 文冠果37份種質(zhì)資源35個表型性狀主成分分析Table 5 The PCA of 35 phenotypic traits among 37 X. sorbifolium germplasms

2.5 文冠果種質(zhì)資源聚類分析

聚類結(jié)果（圖1）表明：39個種質(zhì)分為2個大類群，每一類群表型性狀均值見表6。第一類群共有35份種質(zhì)，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 、Ⅴ 共5個亞類群，亞類群Ⅰ包括6個種質(zhì)（Hrhb、5-B2-1、Fhg、5-C1-1、N920和森淼文冠果），這6個種質(zhì)枝、葉、花序、花、果、種子等性狀的平均值都較??；亞類群Ⅱ包括8個種質(zhì)（N916、冠碩、Bxg、N923、冠林、5-C3-2、森淼紅粉冠、Cfg）特征是其花序和花性狀的平均值較大，而枝、葉、果和種子性狀的平均值較小或中等；亞類群Ⅲ包括5個種質(zhì)（N917、Yx02、Jhg、森淼桃紅冠和森淼金粉冠）特征為其花序、花、枝、葉、果實和種子的性狀均值較大，其中，花序和花性狀值為幾個亞類群中最大；亞類群Ⅳ由8個種質(zhì)組成（中石四號、Jhz、森淼橙紅冠、森淼金紫冠、Nsjt21、Nsjt29、Jhwm和金公主8號)）特征為枝、葉性狀的平均值較大、花序和花性狀的平均值較小，而果實和種子性狀的平均值為中等水平；亞類群Ⅴ包括9個種質(zhì)（蒙冠3號、蒙冠1號、開口笑、Nsjt32、中石九號、金公主4號、蒙冠2號、金帝3號和金王1號）主要特征是果實和種子性狀的平均值較大。第二類群只有1個種質(zhì)森淼重瓣冠，其特征為重瓣花，不結(jié)果，花小，枝葉性狀平均值為中等水平。

表6 文冠果種質(zhì)資源各類群表型性狀特征Table 6 The mean value of phenotypic traits in different groups of X. sorbifolium germplasms

圖1 文冠果37份種質(zhì)資源表型性狀聚類分析Fig. 1 Dendrogram of cluster analysis among 37 germplasms of X. sorbifolium by Ward method

表7表明：37份種質(zhì)資源共10個地理來源，部分相同來源的種質(zhì)分布在同一組中，如來自寧夏銀川和和甘肅民勤的種質(zhì)主要分布在亞組I中，來自內(nèi)蒙赤峰的種質(zhì)主要分布在亞組Ⅴ中；其他來源的種質(zhì)則分散在各個亞組中。說明相同地理來源的種質(zhì)既有相對聚合的現(xiàn)象，也有分布混雜的現(xiàn)象，并未完全歸為一類。

表7 不同地理來源的種質(zhì)在聚類分析中的分布Table 7 Distribution of the different original X. sorbifolium germplasms in clustered groups

3 討論

表型性狀的變異是基于植物基因型和環(huán)境之間的變異和相互作用[23]。系統(tǒng)的形態(tài)學性狀描述和鑒定是種質(zhì)資源研究的最基本的方法和最便捷的途徑[24]。本研究首次將枝、葉、花序、花、果實、種子等多部位表型性狀進行全面系統(tǒng)的綜合研究，對37份種質(zhì)資源的35個表型性狀的遺傳變異進行了分析。文冠果種質(zhì)資源表型變異豐富，表型多樣性高，其中，花序、果實和花等性狀變異范圍大于葉片和種子。

變異系數(shù)（CV）反映性狀的離散程度，變異系數(shù)越大，觀測值的離散度越高，表型多樣性越豐富[25]。 本研究中，文冠果枝、葉、花序、花、果實和種子性狀的變異系數(shù)均處于中等水平。葉性狀的平均變異系數(shù)為21.45%，高于戚建莉等[7]16.18%、白鑫磊等[15]19.21% 的報道；花序平均變異系數(shù)為31.01%，花平均變異系數(shù)為24.35%，花序和花平均為27.13%，小于盧娟等[17]報道的32.64%；果實性狀的平均變異系數(shù)為24.67%，小于馬新等[26]和柴春山等[16]報道的43.6%和28.72%，但大于王藝林等[13]報道的6.14%；種子性狀平均變異系數(shù)為21.82%，小于白鑫磊等[15]報道的29.19%，大于王藝林等[13]和柴春山等[16]報道的10.02%和13.57%。與其他植物相比，文冠果種質(zhì)資源間的表型分化（VST=80.525%）處于較高水平，如硬葉兜蘭[27]（Paphiopedilum micranthumT. Tang,VST=64%）、水青樹[28]（Tetracentron sinenseOliv,VST=56.34%）和閩楠[25]（Phoebe bourneiYang,VST=53.77%）。

主成分分析（PCA）是降低多元數(shù)據(jù)集維度的有力工具，它可以將大量的指標整合壓縮成少量的反映較多信息的綜合指標[29]，該方法非常適合用來進行多性狀的選擇，以此來確定導致所選材料變異的最主要的性狀[30]。本文主成分分析結(jié)果表明，前9個主成分的累積方差貢獻率達到80.333%，可以綜合反映35個性狀的信息；該數(shù)值略高于白鑫磊報道的74.693%[15]和郭軍戰(zhàn)報道的70.260%[18]的結(jié)果，與馬新等[26]的86.053%的結(jié)果相似。

聚類分析將37份文冠果種質(zhì)資源劃分為2個大類群和6個亞類，初步明確了每個亞類群的特征，可為其合理開發(fā)利用提供幫助，其中，亞類Ⅳ葉性狀值較大，可用于選育以葉用為主的品種，如開發(fā)文冠果葉茶等；亞類Ⅱ和Ⅲ具有較高的花序和花性狀值，可用于選育觀花等為主的觀賞類品種；亞類Ⅴ的果實性狀和種子性狀都較大，具有較高的 FW、SFSN、SFSW、FTD、KP、SW、KW KP和SHGW值，這些性狀與果實和種子等產(chǎn)量成顯著正相關(guān)[15,26]，因此，亞類Ⅴ的種質(zhì)可用于選育果用型品種。

聚類分析結(jié)果與種質(zhì)地理來源分布并不完全一致，同一地理區(qū)域的種質(zhì)資源既相互聚合，又與來自其他類群的種質(zhì)資源相互關(guān)聯(lián)。這主要是因為本試驗所用的種質(zhì)均是從當?shù)孛缒局泻Y選獲得的優(yōu)良品種（品系）；在長期選擇的過程中，不同省份的種質(zhì)也進行了資源交換，這種種質(zhì)交換導致聚類結(jié)果與地理來源之間并不完全一致。

4 結(jié)論

37份文冠果優(yōu)新種質(zhì)資源表型性狀遺傳變異豐富，按部位劃分，花序、果實和花等性狀變異范圍大于葉片和種子；主成分分析可以簡化種質(zhì)資源篩選評價指標；聚類分析初步明確了各亞類群特征和育種價值。這些結(jié)果很好的揭示了文冠果優(yōu)新種質(zhì)資源的表型遺傳變異，為種質(zhì)資源的遺傳改良、保存和評價提供了有益的信息。