西藏核桃實生類型葉果表型性狀多樣性研究

西藏核桃實生類型葉果表型性狀多樣性研究

中國西藏地區(qū)位于青藏高原的中心地區(qū)。該地區(qū)的山區(qū)系統(tǒng)交叉，海拔下降，形成了許多獨特的區(qū)域小氣候特征。這是中國堅果產(chǎn)量的來源之一。這里核桃遺傳資源豐富,包含了實生農(nóng)家類型以及天然居群等不同類型的群體,另外,西藏的核桃一直以實生繁殖為主,在此過程中保留了大量豐富多樣的遺傳資源,這些類型是天然核桃種的“基因庫”和演化進程的記錄。植物學(xué)的形態(tài)性狀是植物相對穩(wěn)定的遺傳性狀,廣泛應(yīng)用于植物分類,通過形態(tài)性狀這一遺傳上較為穩(wěn)定的性狀研究表型多樣性,可以較好地揭示植物的遺傳規(guī)律。西藏核桃歷史悠久,但對西藏核桃表型性狀的研究報道較少,在1973—1976年,中國科學(xué)院綜考隊曾對西藏核桃資源進行過調(diào)查,但是由于調(diào)查的時間倉促和地點的局限,僅是根據(jù)核桃堅果的特點進行了初步的劃分,但未對核桃的形態(tài)性狀、果實特征等指標進行調(diào)查。段盛烺對西藏核桃資源進行了調(diào)查后提出西藏核桃可分為野生天然居群、過渡類型和栽培類型三種。至今未見關(guān)于西藏核桃優(yōu)良的實生類型果實和葉片表型性狀系統(tǒng)的調(diào)查研究。本研究利用數(shù)字圖像分析技術(shù),以西藏核桃優(yōu)良的實生類型為試材,對其葉、果的表型性狀的多樣性開展了詳細研究,對于葉片和堅果表型性狀的相關(guān)性進行了分析,以期深入認識西藏核桃實生類型的遺傳資源,發(fā)現(xiàn)葉果性狀之間的相互關(guān)系和遺傳規(guī)律,為資源保護、育種的親本選擇和優(yōu)良性狀的早期鑒定提供參考。1材料和方法1.1根據(jù)隨機取樣,將葉片采集為葉片或葉片在前期普查調(diào)研的基礎(chǔ)上,依據(jù)地理生態(tài)環(huán)境(表1)的不同,于2009年10月中旬分別在西藏的米林、朗縣、加查共采集了36個核桃實生單株(其中,米林10株,朗縣14株,加查12株)。按隨機取樣的原則,參考UPOV核桃新品種測試指南中葉片和果實的形狀測試方法,采集樹冠外圍正常發(fā)育的新梢中部完整的頂葉,每株樹各取30片葉,選擇每株樹東、南、西、北4個方向樹冠中部的結(jié)果枝,在每株樹上均隨機采30個果實,樹齡都在50年以上,將采集的葉和堅果分別標號、包裝帶回實驗室。堅果去青皮、刷凈,放至干燥通風(fēng)處經(jīng)自然風(fēng)干3個月以上,至其恒質(zhì)量。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1水果的表型性能1.2.1.核桃堅果殼縫合線及厚度用直尺測堅果的橫徑、縱徑、側(cè)徑。將果底朝下放置核桃,測量與核桃堅果殼的胴部處于同一水平面處的縫合線,用游標卡尺測其高度,記為縫合線高度。取核桃堅果殼的胴部,用螺旋測微尺測其厚度,為硬殼厚度。精密度0.01mm,每株樹測量30個果。1.2.1.2.果實品質(zhì)的測量1.2.1.3.果實形狀指數(shù)和果核產(chǎn)量的計算1.2.2葉表型性能測定1.2.2.葉片表面為單一材料圖像獲取設(shè)備采用了Epson4990型平面掃描儀,將葉片表面泥土等雜物清除,再用壓葉板將表面干凈的葉片樣品平展,將其平行于右側(cè)刻度標尺放置掃描儀右上方,采用白色掃描背景以獲得待測樣品的最佳效果。1.2.2.圖像分析機制采用WinFolia軟件(加拿大RegentInstrument公司)進行圖像分析,分析模式為LeafMorphology,刻度單位為cm,精確至0.01,定義寬長比為其葉型指數(shù)。1.2.3數(shù)據(jù)分析2結(jié)果與分析2.1葉和葉面積的變幅和變幅表2顯示:葉長的變幅為12.9122.26cm,均值為18.67cm,變異系數(shù)為11.8%;頂葉寬度的變幅為6.8811.68cm,均值為9.64cm,變異系數(shù)為13.5%;葉周長的變幅為39.4860.84cm,均值為49.96cm,變異系數(shù)為12.2%;葉面積的變幅為66.48174.65cm,均值為126.85cm,變異系數(shù)為23.1%;葉型指數(shù)的變幅從0.410.60,均值為0.52,變異系數(shù)為9.6%。從以上數(shù)據(jù)來看,西藏核桃實生類型葉片表型性狀變幅相對較大,從變異程度和變異范圍分析來看,不同葉片表型性狀在變異過程中形成了相對穩(wěn)定的特征,存在特征值。2.2核桃枝條形態(tài)性狀表1,2表3顯示:西藏核桃實生類型堅果表型性狀存在的類型較為豐富,其中堅果的三徑中的縱徑最長,變幅為29.3843.96mm;縱徑和橫徑的平均值分別為36.88、32.61mm,變異系數(shù)分別為10.8%、9.1%,說明西藏核桃堅果大小多處于中等水平;縫合線高度平均為4.98mm,變幅為2.577.86mm,變異系數(shù)為19.8%;硬殼厚度平均為1.46mm,變幅為0.892.28,變異系數(shù)為23.2%;單果質(zhì)量平均為13.08g,變幅也較大,從單果質(zhì)量僅有6.87g的珍珠核桃到單果質(zhì)量為19.97g大核桃,變異系數(shù)為23.5%;果形指數(shù)平均為1.135,變幅為0.951.33,變異系數(shù)為8.8%;出仁率平均為45%,變幅為35%55%,變異系數(shù)為11%。2.3頂葉寬度與核桃生長的關(guān)系對葉片的5個表型性狀和堅果的8個表型性狀的相關(guān)性進行了分析,相關(guān)系數(shù)進行了顯著性檢驗,結(jié)果(表4)表明:(1)葉片寬度與堅果質(zhì)量達到了極顯著正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)為0.561,與果實的縱經(jīng)、橫徑、側(cè)徑、縫合線高、硬殼厚均顯著正相關(guān),說明葉片越寬則堅果質(zhì)量越大、三徑值越大、縫合線越高、硬殼越厚。因此,在核桃育種中,可以根據(jù)頂葉寬來預(yù)測果實的三徑、堅果質(zhì)量、縫合線高、硬殼厚。(2)頂葉面積與堅果質(zhì)量和縫合線高度極顯著正相關(guān),其相關(guān)系數(shù)分別為0.505和0.440,與三徑、硬殼厚顯著正相關(guān),說明頂葉面積越大則三徑值越大、縫合線越高、硬殼越厚、堅果越重。因此,在核桃育種中,可利用頂葉面積來預(yù)測果實的三徑、堅果質(zhì)量、縫合線高度、硬殼厚。(3)核桃頂葉周長與堅果質(zhì)量和縫合線高度具有顯著的正相關(guān)性,說明葉周長越長則堅果越重、縫合線越高。因此,在核桃實生預(yù)選中,可以利用頂葉周長對堅果質(zhì)量和縫合線高度進行選擇和鑒定。(4)頂葉長與縫合線高度顯著正相關(guān),說明頂葉越長則縫合線越高,因此在核桃預(yù)選中可利用葉長度預(yù)測果實的縫合線高度。(5)葉型指數(shù)與堅果橫徑、側(cè)經(jīng)、堅果質(zhì)量達到了顯著的相關(guān)性,說明寬長比越大則堅果橫徑、側(cè)徑和堅果質(zhì)量越大。2.4數(shù)量性狀回歸分析根據(jù)所有性狀的各種統(tǒng)計量,用spss13.0軟件依次對葉寬、葉面積與縱徑,葉寬、葉面積、葉型指數(shù)與橫徑,葉寬、葉面積、葉型指數(shù)與側(cè)徑,葉寬、葉面積、葉周長、葉長與縫合線高度,葉寬、葉面積與硬殼厚,葉寬、葉面積、葉型指數(shù)、葉周長與堅果質(zhì)量進行回歸分析,所得結(jié)果見表5。從表5中堅果與葉的直線回歸關(guān)系式明顯看出:在西藏核桃36個品系間頂葉大小的數(shù)量性狀指標(長、寬、周長、面積)越高的品系,堅果大小的數(shù)量指標(三徑、殼厚、堅果質(zhì)量、縫合線高)也越高,堅果的縱徑、硬殼厚隨其頂葉寬度和葉面積的增大而增加,橫徑和側(cè)徑隨著葉寬、葉面積、葉型指數(shù)的增大而增大,堅果質(zhì)量隨著葉寬、面積、葉型指數(shù)、周長的增加而增大,縫合線高隨著葉寬、葉長、葉周長、葉面積的增大而增加。葉形態(tài)性狀與其相對應(yīng)的堅果形態(tài)性狀呈正比關(guān)系,即葉形態(tài)性狀數(shù)值越大其相應(yīng)的果型態(tài)性狀數(shù)值也越高。3討論3.1形態(tài)性狀變異程度分析表型變異是基因的遺傳變異與環(huán)境相互作用的結(jié)果,形態(tài)或表型特征變異能反映出基因型、群體或生態(tài)型的變異,從表型性狀上來檢測遺傳變異是簡便易行的方法,很早就被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用。在長期進化過程中,西藏核桃表型性狀發(fā)生了一定程度的變異,葉片變異程度依次為葉面積>葉寬>葉周長>葉長>葉型指數(shù),葉型指數(shù)形態(tài)性狀的變異系數(shù)均小于10%,形成了相對固定的特征值,是穩(wěn)定的植物學(xué)性狀,而面積的變異系數(shù)達到了23.1%,遺傳多樣性豐富,進一步選擇的潛力很大。堅果的表型性狀變異程度依次為:單果質(zhì)量>硬殼厚>縫合線高>出仁率>縱經(jīng)>側(cè)徑>橫徑>果形指數(shù),果實橫徑、側(cè)徑等形態(tài)性狀的變異系數(shù)均低于10%,是相對穩(wěn)定的植物學(xué)性狀,而平均單果質(zhì)量、仁質(zhì)量與硬殼厚等性狀的變異系數(shù)均高于20%,遺傳多樣性相對豐富,進一步選擇的潛力很大。8個數(shù)量形狀中變異程度最高的是堅果質(zhì)量,變異系數(shù)為23.5%,其次為果殼厚度,變異系數(shù)為23.2%,變異系數(shù)最低的是果形指數(shù),變異系數(shù)為8.8%。很多性狀如:單果質(zhì)量、硬殼厚、縫合線高都表現(xiàn)出較大的變異幅度,其中縫合線高的最大值為7.86mm,是最小值的3.06倍,單果質(zhì)量的最大值為19.97g,是最小值的2.9倍,同其他的研究結(jié)果相比,西藏核桃堅果的遺傳多樣性還是比較豐富的。3.2蘋果品種間對果實性狀的相關(guān)性西藏核桃頂葉葉片、堅果的一些性狀間表現(xiàn)出顯著或極顯著的相關(guān)性,并且這些相關(guān)結(jié)果在其他研究中也得到了證實,金峰學(xué)等認為,黑糯玉米雜交種葉面積與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);李宏等對元寶楓葉片和果實性狀的相關(guān)性進行了分析,發(fā)現(xiàn)葉性狀中葉長、葉寬、葉鮮質(zhì)量、葉干質(zhì)量與果實的長、寬、千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān),以葉寬和果實千粒鮮質(zhì)量相關(guān)系數(shù)最高;王冬梅等對蘋果雜種實生樹的葉片和果實的部分性狀進行了調(diào)查分析,表明果實橫徑與葉片長度、寬度、面積、體積和質(zhì)量均極顯著正相關(guān),果實質(zhì)量與葉片長度、面積、體積質(zhì)量極顯著正相關(guān)。由此可見,一些性狀的相關(guān)性相對穩(wěn)定,在種內(nèi)均具有較好的一致性,這意味著這些器官的性狀可能分屬相同的連鎖基因群,同一連鎖群基因所控制的表型性狀表現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。3.3核桃品種對果實性狀的影響植物的基因資源是育種的根本,豐富的基因資源是保證育種工作開展的先決條件。核桃在西藏分布范圍廣袤,栽培歷史悠久,加之茶馬古道促進了地域貿(mào)易的往來,豐富了西藏核桃的種質(zhì)資源。另外,由于長期的實生繁殖,形成了性狀繁多和類型多樣的實生單株。因此,不僅可以通過直接選育優(yōu)良實生品種栽培利用,而且為核桃雜交育種提供了豐富的種質(zhì)資源。核桃的營養(yǎng)期一般在6年左右,晚實核桃的營養(yǎng)生長期更長,有些植株到10年還不能結(jié)果,由于核桃只有在結(jié)果后才能根據(jù)果實性狀優(yōu)選或淘汰,耗費了育種人大量的時間和精力,如果能根據(jù)幼苗期的性狀進行預(yù)先選擇,就能夠加速育種進程,提高育種效果,運用本研究提出回歸方程提前預(yù)測出核桃