新疆野苹果果实若干性状的遗传多样性分析

王宪璞，吴玉霞，何天明

(新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052)



新疆野苹果果实若干性状的遗传多样性分析

王宪璞，吴玉霞，何天明*

(新疆农业大学 林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

摘要对新疆野苹果(Malus sieversii)果实主要性状进行遗传多样性分析，结果表明：所调查新疆野苹果果实若干性状均表现出丰富的遗传多样性，数值型性状的变异系数基本在10%以上，其中总黄酮、可滴定酸含量和单果重、果柄长的变异系数均在25%以上，描述型性状的遗传多样性指数平均为0.92，其中果实形状的遗传多样性指数达1.476，主成分分析结果表明新疆野苹果在果实大小及形态方面遗传多样性最为突出。同时为新疆野苹果特异单株的筛选提出了几点建议。

关键词新疆野苹果；果实性状；遗传多样性

新疆野苹果是我国重要的野生果树种质资源，主要分布在新疆伊犁州天山山区，另在塔城、阿勒泰地区也有少许分布。其重要性主要体现在新疆野苹果作为现代栽培苹果的原始祖先之一，为研究现代栽培苹果的起源以及性状演化提供了“活化石”标本，也是天然的苹果种质基因库。在过去的几十年内，国内外学者围绕天山野苹果这一珍稀的种质资源，从生态学、形态学、分子生物学、孢粉学、生殖生物学和起源进化等角度开展了广泛研究[1-8]，取得了一定成果。

新疆野苹果长期以实生繁殖为主，形态方面产生了不少变异类型，在果实形态性状中表现尤为突出。早在20世纪50年代，我国学者林陪均、崔乃然等[9]就新疆天山野果林进行了系统研究，发现新疆野苹果果实形态及物候期等方面存在较广泛的变异，将天山地区的新疆野苹果分为84个类型，具有丰富的遗传多样性。1956年，新疆农业厅调查后认为新疆野苹果存在长红果型、红果型、黄果型、白果型和绿果型5个类型[10]。冯涛等[11]研究后认为新疆野苹果在果实形态与矿质元素方面遗传多样性十分丰富，果形及果色变异类型居多。张小燕等[12]还发现新疆野苹果糖酸组分也存在丰富的遗传变异。

当前，新疆野苹果的开发利用主要体现在两个方面，一是利用其种子培育苹果砧木苗，二是以果实为原料提取果酸，作为食品工业的配料。因此，对新疆野苹果果实品质性状进行分析十分必要。从遗传改良角度看，研究野苹果果实性状的变异规律对将来通过杂交育种来配置亲本也有重要的参考价值。为此，本研究在前人工作的基础上，从群体遗传学角度对新疆野苹果果实若干性状的遗传多样性进行调查和评价，兹报道如下。

1材料与方法

1.1材料

田间调查及样品采集于2014年8月上旬—9月中旬进行，在伊犁新源县喀拉布拉镇及巩留县库尔德宁镇共定位200个单株，随机选取果实已基本成熟的实生单株110株，每株随机采集20～30个果实。采后于新疆农业大学新疆特色果树研究中心实验室内完成果实形态、可溶性糖、可滴定酸及总黄酮含量的测定。

1.2方法

1.2.1数值型性状测定游标卡尺测量果柄长度、果柄粗度和果实纵径、果实横径及果形指数(纵径/横径)；电子天平测量果实单果重；手持式糖量仪测定果实可溶性固形物含量。可溶性糖测定采用蒽酮法[13]。可滴定酸测定采用NaOH酸碱中和滴定法。总黄酮含量测定参考聂继云等[14]的方法。将果实去皮去心，称取2～5 g果肉，石英砂研磨后加入30 mL 80%乙醇，超声提取30 min，以80%乙醇定容，抽滤。取1 mL样液加5 mL蒸馏水，0.3 mL 5% NaNO2，0.3 mL 10%AlCl3，于4 ℃条件下放置5 min，加入2 mL 1mol·L-1NaOH，定容至10 mL，测定510 nm波长处的吸光值。

1.2.2描述型性状测定测定方法参考王昆等[15]编著的《苹果种质资源描述规范和数据标准》。参照果实形状模式图[15]确定果实中部断面形状；参照萼片姿势模式图[15]确定果实萼片姿势；参照萼洼广狭模式图[15]确定果实萼洼广狭；目测萼洼、胴部、梗洼处果锈的分布面积及显著情况确定锈量状况；采后立即品尝确定果肉质地及果实风味；在果实大小、形状、颜色、果面光滑度和果锈5个方面采用计分制对果实外观综合评价；在果实肉质、香气、汁液和风味4个方面采用计分制对果实内质综合评价，按最大相似原则确定各项指标的类型。

1.2.3数据处理采用Microsoft Office Excel 2007及Data Processing System 6.5(DPS 6.5)软件对调查结果进行统计分析。数值型性状的遗传多样性采用变异系数表示；对描述型性状予以赋值，以香农-维纳(Shannon-Wiener)遗传多样性指数反映遗传多样性水平，公式为H′= -∑PiLnPi，Pi为某一性状第i个类型出现的频率[16]，同时对数值型性状进行主成分分析。

2结果及分析

2.1新疆野苹果果实数值型性状多样性

表1　新疆野苹果果实数值型性状变异

由表1可看出，新疆野苹果10个数值型性状均存在丰富的遗传多样性，不同性状间的变异系数差异较大，其中以总黄酮含量平均值为1 686.37 mg·kg-1，显著高于栽培苹果水平，其变异幅度和变异系数最大，分别为258.04～5 015.39mg·kg-1和41.39%，其后依次是可滴定酸含量>单果重>果柄长>可溶性糖含量>可溶性固形物>果实纵径>果实横径>果柄粗度>果形指数。

可滴定酸平均值为17.53 mg.g-1，远高于栽培苹果，差异达极显著水平，其变异系数达37.94%，多样性水平较高；可溶性糖含量平均为87.67 mg.g-1，变异系数为18.22%，遗传多样性较为丰富。形态学方面，果实单果重和果柄长的变异幅度较广，变异系数较大，均在25%以上，遗传多样性较为突出；果实横径和果实纵径的变异系数差异不大，分别为12.49%和13.09%，与单果重共同反映了果实大小的差异，而果形指数的变异系数最小，为9.03%，反映了果实形状的差异，综合形态学指标的调查结果来看，新疆野苹果果实大小的遗传变异较果实形状更为突出；此外，果梗粗度的变异幅度和变异系数也反映出较为丰富的遗传多样性。

在调查过程中，发现新疆野苹果果实形状有近圆形、椭圆形、扁圆形、卵圆形等7个类型，果实果面光滑，无果粉，有些具棱起，果形端正对称，果点少，多数无果锈，萼片多聚合宿存，梗洼深度及广狭以中等类型居多，心室闭合，香气较浓，具有栽培苹果的特征，同时还发现新疆野苹果果肉汁液较少，果肉多绵软，味酸，果心约占果实纵切面的近1/2，这与栽培苹果存在一定差异。

2.2新疆野苹果果实描述型性状多样性

表2　新疆野苹果果实描述型性状变异

注：果实形状：1=近圆形，2=扁圆形，3=椭圆形，4=卵圆形，5=圆锥形，6=短圆锥形，7=偏斜形；风味：1=淡甜，2=酸甜，3=酸甜适度，4=甜酸，5=酸，6=极酸；果肉质地：1=松软，2=绵软，3=松脆，4=硬脆；梗洼锈量；1=少，2=中，3=多；胴部锈量：1=无，2=少，3=中，4=多；萼洼锈量；1=无，2=少，3=中；果实外观评价：1=很差，2=差，3=中，4=好；果实内质评价：1=下，2=中，3=上；萼片姿势：1=反卷，2=聚合；萼洼广狭：1=狭，2=中，3=广。

新疆野苹果不同描述型性状的遗传多样性指数有所差异(表2)，其平均值为0.92，遗传多样性较为丰富，其中以果实形状的变异类型最多，遗传多样性指数最高，达1.476，遗传多样性最为丰富，其次依次为果肉质地>风味>梗洼锈量>萼洼广狭>果实外观评价>胴部锈量>果实内质评价>萼洼锈量>萼片姿势。

果实形状有7种类型，以近圆形为主，其次为卵圆形，扁圆形、椭圆形、圆锥形、偏斜形则分布较少，短圆锥形最少；果实风味有6种类型，遗传多样性指数达1.069，以酸型居多，甜酸次之，淡甜、酸甜、酸甜适度、极酸较少；果肉质地有4种类型，遗传多样性指数达1.110，其中绵软型最多，松软、松脆相对较少，硬脆最少；萼片有聚合和反卷两种类型，其中以聚合为主，部分反卷；萼洼多中狭型。

果实锈量方面，梗洼锈量的遗传多样性指数最高，达1.055，胴部及萼洼处的遗传多样性指数略低，分别为0.745和0.623。梗洼锈量有3类型，少、中型居多；胴部锈量则有4种类型，以少锈型为主；萼洼锈量有3种类型，大多为无锈型。综合对果实锈量的调查发现新疆野苹果果实各部位锈量整体偏少，果面大多光滑，外观表现良好。

从果实外观和果实内质的综合评价来看，两种指标各等级的果实均有分布，多样性指数分别为0.871和0.736，遗传多样性较为丰富。其中果实外观评价以中等为主，而果实内质评价多为下等，外观评价优于内质评价。

2.3新疆野苹果果实数值型性状的主成分分析

对10个数值型性状进行主成分分析，结果表明(表3)，前4个主因子概括了绝大多数多样性信息，累计贡献率达76.89%，第一主因子的贡献率最大，达32.72%，第二、三、四主因子的贡献率分别为16.84%、16.62%、10.70%。

表3　新疆野苹果果实数值型性状主成分分析

从表3可看出，单果重、果实纵径和果实横径在第一主因子上的载荷较大且符号为正，特征值向量分别为0.53、0.41、0.52，果实横径对单果重有较高的促进作用，这类性状反映了果实大小，可称为果实大小因子，此因子包含的多样性信息最大，说明新疆野苹果在果实大小方面存在更为突出的遗传多样性。

可溶性固形物、可溶性糖及和滴定酸含量在第二主因子上的载荷较大，特征值向量分别为0.64、0.60、-0.50，其中可溶性固形物和可溶性糖含量特征值向量符号为正，而可滴定酸含量符号为负且绝对值较大，说明可溶性固形物与可溶性糖在新疆野苹果中的变异趋势相对一致，可滴定酸在一定程度上是二者的限制因素。三者均反映了果实的糖、酸含量，可归纳为果实糖酸因子，新疆野苹果果实风味普遍较酸，利用时应注意选取第二主因子较高的群体。

果形指数、果实纵径和果柄长度在第三主因子上的载荷较大，特征值向量分别为0.66、0.47、0.43，这3个性状反映了果实形状，即果形因子。果实纵径和果柄长度载荷较高，即果实形状与果实纵径和果柄长度存在相对密切的联系，这可能与果实发育的理化机制有关。

总黄酮含量在第四主因子上载荷较大，特征值向量为0.60，可归纳为总黄酮因子，果柄长度和可溶性糖在此因子上的载荷分别为0.48和-0.47，表明在新疆野苹果群体中选择总黄酮含量高的群体时可溶性糖含量在一定程度上偏低，高黄酮单株并不适宜用于鲜食苹果品种的选育及改良，但在提取植物有益成分方面具有积极意义，实际应用时要注意取舍。

3讨论

3.1新疆野苹果果实性状遗传多样性

表型性状是植物基因及环境作用的综合体现，具有稳定性和变异性[17]。新疆野苹果长期处于自然状态下，以实生繁殖为主，进化出了多种变异类型，表型性状多样性十分丰富，诸多学者调查后普遍认为新疆野苹果果实方面的遗传多样性最为丰富，尤其是果实大小及形态方面最为突出。冯涛于2004—2005年对新疆野苹果3个种下居群132个实生单株的果实形态进行调查，认为单果重和果柄长在形态方面遗传多样性最为丰富[11]，刘遵春研究后发现新疆野苹果在单果重及果实钙含量方面遗传多样性十分突出，果实横径对单果重的促进作用最大[18]，Forsline[19]先后4次到中亚各国开展新疆野苹果的调查与资源采集工作，认为新疆野苹果果实大小的变异幅度最大，存在高品质单株。

主成分分析是研究多变量间相互关系的一种统计方法，即从原始变量中导出少数几个主成分且更多地保留原变量信息，彼此间不相关，是遗传育种和植物种质资源调查的常用方法，已在多种植物中得到应用，但在新疆野苹果表型性状的研究中应用较少，闫国荣[20]采用主成分分析对新疆野苹果与数种栽培苹果品种的亲缘关系进行了研究，认为新疆野苹果与海棠果、G.D及红玉之间在叶先端形状表现关系相近，刘遵春等[18]采用主成分分析、相关性分析及通径分析对新疆野苹果13个表型性状，对各性状的多样性水平得出结论。

本研究综合对新疆野苹果果实性状的遗传多样性分析，得出新疆野苹果数值型性状的变异系数基本大于10%，描述型性状的遗传多样性指数平均为0.92，不同性状的多样性水平存在一定差异但均表现出丰富的遗传多样性；数值型性状方面，三种果实成分及单果重、果柄长的变异幅度和变异系数较大，变异系数在25%以上，遗传多样性较为丰富，描述型性状方面，果实形状的遗传多样性指数最高，达1.476，遗传多样性最为丰富，结合主成分分析结果认为新疆野苹果在果实大小及形态方面存在较突出的遗传多样性；基本认同冯涛[11]、刘遵春[18]及Forsline[19]的结论。

3.2新疆野苹果特异单株的筛选

我国苹果品种选育及改良方面亲本选择过于单一，造成了现有苹果品种遗传基础十分狭窄，品质方面难以取得重大突破，增加了面临严重病虫害时的遗传脆弱性(Genetic vulnerability)。数值型性状的主成分分析结果显示，糖酸因子中可溶性固形物与可溶性糖之间具有一定的促进作用，可溶性固形物在一定程度上反映出可溶性糖含量，可溶性固形物的测定简便、快捷，野外即可完成，大大简化了工作量，在筛选高糖单株时可注重可溶性固形物的测定；新疆野苹果的总黄酮含量显著高于栽培苹果，总黄酮因子中可溶性糖的载荷为负值且绝对值较大，高黄酮单株在一定程度上整体表现出较低的糖含量，不适宜鲜食品种的选育及品质改良；第一、三主因子反映了果实形状及大小，第二、四主因子反映了果实成分，就各主因子的特征值向量可看出果实形态与成分间的载荷绝对值较小，即果实形态与成分之间关联度不高，筛选高品质单株时应综合考虑果实形态及成分两方面进行把握。

3.3新疆野苹果的生存现状及保护

新疆野苹果作为苹果砧木为苹果生产做出了重要贡献，但由于不合理的开发、利用，我国新疆野苹果损害严重，特别是小吉丁虫(AgrilusmailMatsumura)对于野苹果的危害(图版Ⅰ：6)，笔者于2014年对分布在新源县及巩留县野苹果林进行调查，据诸多学者前期报道来看，虫害程度及范围愈加严重，新源居群虫害最严重，巩留居群野苹果虫害情况也不容乐观。有关单位采取了打孔注药、剪烧虫枝、高空喷药等措施，但收效甚微。目前，仍无有效措施应对这种蛀干性昆虫，虫体隐蔽性高、野苹果分布广是虫害防治的最大难题，本研究采集了近200株单株虫害典型标本加以研究，以期提出有效防治措施。

1. GL-007新疆野苹果多锈类型；2. GL-113新疆野苹果绿黄果；3. GL-042新疆野苹果片红果；4. GL-077新疆野苹果条红果；5. GL-161新疆野苹果翠绿果；6. GL-036新疆野苹果树体小吉丁虫危害状

图版Ⅰ新疆野苹果部分特异单株果实形态与虫害症状

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GeneticDiversityAnalysisofSeveralFruitTraitsinMalus sieversii(Ldb.)Rome

WangXianpu,WuYuxia,HeTianming

(CollegeofForestryandHorticulture，XinjiangAgriculturalUniversity，Urumqi830052，China)

AbstractThegeneticdiversityofmainfruittraitsinMalus sieversiiwasanalyzed.Theresultsindicatedthatseveralfruittraitsinvestigatedhavegreatgeneticdiversity，thevariationcoefficientofnumericaltraitswasmorethan10%，whilethevariationcoefficientoftotalflavonoids,titratableacid,singlefruitweightandlengthoffruitstalkwasmorethan25%.Thediversityindexofdescriptivetraitswithanaverageof0.92,whiletheshapeoffruitwasupto1.476.TheresultofprincipalcomponentanalysisindicatedthattheformandsizeoffruitshowedmoreoutstandinggeneticdiversityinMalus sieversii.Simultaneously,wehaveputforwardafewsuggestionsontheselectofeliteseedinginMalus sieversii

Key wordsMalussieversii; fruit traits; genetic diversity

收稿日期：2015-06-18

基金项目：公益性行业 (农业)科研专项—重要果树野生资源抗非生物逆境特性评价与挖掘利用(20130309305)。

作者简介：王宪璞(1991—)，男，在读研究生，研究方向：果树种质资源。E-mail:waxp2011@163.com *通讯作者：何天明(1970—)，男，博士，教授，研究方向：果树栽培技术研发。E-mail:wuxiabaijie@163.com

doi：10.3969/j.issn.1006-9690.2016.01.006

中图分类号：S661.1

文献标识码：A

文章编号：1006-9690(2016)01-0019-05