不同板栗品种坚果表型差异分析及稳定性指标筛选.pdf

DOI:10.12403/j.1001-1498.20220614不同板栗品种坚果表型差异分析及稳定性指标筛选李彤彤1，郭素娟1*，江锡兵2(1.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京100083；2.中国林业科学研究院亚热带林业研究所，浙江杭州311400)摘要：目的 通过比较分析不同品种板栗表型性状，筛选出表型差异较大且不易受环境影响的指标，以期为生产实践中板栗品种鉴别及实现精准应用提供参考。方法 以来自我国不同板栗产区的 80 个品种，共3200 个坚果为试验材料，对其 21 个表型性状进行差异性、多样性分析；对表型与环境因子相关性进行分析，筛选出变异系数较小的稳定性指标；利用多地栽培的 3 个品种进行稳定性验证。结果（1）不同地区板栗表型指标存在显著差异，湖北、江苏、安徽地区品种坚果、底座大小均显著高于其它地区。（2）21 个表型指标变异范围为 4.05%42.28%，除去在群体内及群体间存在显著差异的指标，筛选出 9 个在品种间存在差异且变异系数较小的相对稳定指标，即果形指数、坚果圆度、底座圆度及相关比值指标。（3）相关性分析显示：坚果大小、底座大小相关指标与年平均温度、生长季平均温度、年降水量、生长季降水量均存在极显著正相关，与年日照时数、生长季日照时数均存在极显著负相关。（4）多地栽培的 3 个品种的 9 个坚果表型指标变异系数为 1.13%5.99%；方差分析结果显示，底座圆度在区域间差异显著，其余 8 个指标在区域间及个体间均差异不显著。结论 不同板栗品种在 21 个坚果表型指标中具有丰富多样性及显著差异性，其中，果形指数、坚果圆度、底座长宽比、相对底座大小、底座弧长/坚果周长、底座面积/横切面积、底座长/横径、底座宽/厚度等 8 个坚果表型指标为稳定性指标，可应用于生产实践板栗品种鉴别。关键词：板栗；坚果表型；品种鉴别；稳定性；环境因子中图分类号：S664.2文献标识码：A文章编号：1001-1498(2023)04-0099-10板栗（Castanea mollissimaBlume）属于壳斗科(Fagaceae)栗属（CastaneaMill.），是我国重要的木本粮食树种。我国板栗品种丰富，目前国审和省审品种达 100 余个，均在生产上推广应用。然而，品种虽多但大多品种的开发和利用率低，在实际生产、销售过程中常出现品种混淆、难以鉴别等问题。因此，正确识别全国范围板栗品种，对其合理利用、保护品种以及引种栽培等具有重要意义。近年来，育种家和种质资源科学家越来越认识到植物表型研究的重要性1。表型性状具有直观、易于识别的特点，建立品种表型数据是一种有效进行品种鉴定的重要方法2。植物种子形态相关性状作为比较稳定的遗传特征，相较于种子大小、颜色、单粒质量等性状，不易受到微环境的影响3-5，使其在品种分类与鉴别中具有重要价值。对于板栗等经济林树种，坚果作为其主要获取器官，在品种资源表型性状调查方面具有简便直观、易获取的优点6。收稿日期：2022-12-26修回日期：2023-02-07基金项目：国家重点研发计划项目“主要经济林优质高产新品种创制与精准栽培技术(2022YFD2200400）资助；林业和草原科技成果国家级推广项目（2020133118）作者简介:李彤彤，硕士，主要研究方向：经济林（果树）栽培与利用。电话：13146852857。Email：*通讯作者:郭素娟，教授，博士生导师。主要研究方向：经济林（果树）栽培与利用。电话：18801376443。Email：林业科学研究2023，36（4）：99-108Forest Researchhttp:/到目前为止，在板栗坚果形态方面也有诸多研究，自 2005 年起有研究者对不同种质坚果的横纵径、单粒质量指标进行群体间及群体内的差异分析，也证明了坚果的部分形态指标在品种及地域间存在显著差异7。此后，刘国彬等8验证了杂交后代坚果表型性状出现了显著差异；江锡兵等9对中国地方板栗品种的坚果、叶片相关表型性状进行了变异分析，证明坚果表型遗传稳定性高于叶片表型及坚果品质性状；刘亚斌等10通过研究引种于迁西地区的 39 份板栗种质资源的坚果及刺苞相关表型性状，进行区域间形态多样性分析。对板栗表型数据进行收集，从而可以建立表型数据库，利用计算机查询，提高鉴定效率。王凤格等11建立了一套-DUS 测试，通过选择一套适合的形态性状进行表型数据采集，通过对比进行品种鉴定。综上所述，目前板栗坚果表型性状的研究还存在以下不足：（1）大多集中在遗传多样性分析及资源评价方面，无法准确地应用于品种鉴别；（2）板栗资源的研究大部分利用种质资源以及区域性地方品种，对于全国主栽品种涉及不充分；（3）坚果表型指标只局限于横纵径、果形指数、颜色等性状比较，分析角度单一且缺少坚果底座等重要品种鉴别部位；（4）关于环境地理因子对板栗坚果表型的影响鲜有报道。本研究对板栗坚果的横切面、纵切面、外侧面、底座等部位进行全面综合测量分析，增加相关比值指标，从不同角度对板栗坚果表型进行分析，探究不同地区板栗坚果表型差异，通过探究坚果表型与环境因子的关系，筛选出板栗坚果表型相对稳定指标，对生产实际中板栗品种鉴别及精准应用提供参考。1材料与方法1.1样本采集于 20202021 年各品种板栗成熟期，在中国的 10 个省、市（直辖市）选择 80 个品种（表 1），在来源地重复采集坚果样本，每一品种 2 年采集相同数量。每个品种随机选取当地发育良好、健壮板栗树 10 株并进行标记（每株间隔 50m 以上），在每株板栗树的树冠外围东南西北 4 个方位的结果枝上随机选取球苞共 8 个，每个品种 80 个球苞，剥开后随机选出 40 粒边果，80 品种共 3200 粒，2 年间共计 6400 粒。此外，以同样的采集方法在我国不同地区分别采集燕山早丰、处暑红、罗田乌壳栗3 个板栗品种（表 2）。1.2试验方法1.2.1坚果表型数据获取参照中国果树志：板栗，榛子卷12和板栗种质资源描述规范和数据标准13对 80 个板栗品种进行部分坚果表型性状指标的测定，形态见图 1，包括：外侧面弧长（Lac），边果横径、纵径、厚度、果形指数（边果横径/纵径），底座长、宽、底座形状指数（底座长宽比），相对底座大小（底座宽度/外侧面弧长即 Lbc/Lacb），共 9 个表型指标。每个指标测量 40 组数据，并求其平均值，精确到 0.01。对坚果平面、底面、侧立面角度进行拍照，利用 imageJ14测量边果面积（平面面积）、周长（平面周长）、圆度，边果横切面积（底座角度面积）、横切面周长，底座面积、周长、圆度，共8 个表型指标，每个指标测量 40 组数据，并求其平均值，精确到 0.01。利用上述测量指标计算：底座弧长/坚果周长（Lfg/Lafg）、底座面积/横切面积、底座长/横径、底座宽/厚度，共 4 个相关比值指标。实际面积=参照面积（实际面积像素点数/参照面积像素点数），参照面积为 A4 大小。实际叶片的周长=测得的周长像素点数2.54/图片分辨率。（1 像素点数=1/图片高分辨率 inch,1inch=2.54cm）1.2.2地理气候数据获取各地区地理位置信息来源于地理位置查询系统，气候因子数据来源于当地各气象站数据资料及中国气象数据网（19812020）（http:/ 7 个气候因子15，即年平均温度、生长季平均温度、生长季温差、生长季日照时数、年日照时数、生长季降水量、年降水量，各指标按照 69 月计算平均值。1.2.3数据处理利用 Excel 对 21 个性状指标进行数据整合，计算各性状平均值、标准差、标准误等；利用 SPSSStatistics23 进行多样性分析，利用 Origin2021 进行差异性分析，利用 R3.6.1进行相关性分析。2结果与分析2.1不同板栗品种坚果表型多样性分析2.1.1不同板栗品种坚果表型差异性分析对供100林业科学研究第36卷表180 个板栗品种名称及来源Table1Namesandsourcesof80chestnutvarieties编号NO.品种Varieties来源Source编号NO.品种Varieties来源Source1烟泉Yanquan山东烟台Yantai,Shandong41燕龙 Yanlong河北昌黎Changli,Hebei2东丰Dongfeng山东烟台Yantai,Shandong42燕明Yanming河北昌黎Changli,Hebei3金丰Jinfeng山东招远Zhaoyuan,Shandong43昌黎8号Changli8河北昌黎Changli,Hebei4红光Hongguang山东莱西Laixi,Shandong44八月红Bayuehong湖北罗田Luotian,Hubei5烟清Yanqing山东烟台Yantai,Shandong45罗田乌壳栗Luotianwukeli湖北罗田Luotian,Hubei6泰安薄壳栗Taianbokeli山东泰安Taian,Shandong46中迟栗Zhongchili湖北罗田Luotian,Hubei7清丰Qingfeng山东海阳Haiyang,Shandong47桂花香Guihuaxiang湖北罗田Luotian,Hubei8泰栗一号Taili1山东泰安Taian,Shandong48九月寒Jiuyuehan湖北罗田Luotian,Hubei9黄棚Huangpeng山东泰安Taian,Shandong49六月暴Liuyuebao湖北罗田Luotian,Hubei10上丰Shangfeng山东海阳Haiyang,Shandong50罗田早栗Luotianzaoli湖北罗田Luotian,Hubei11红栗Hongli山东泰安Taian,Shandong51浅刺大板栗Qiancidabanli湖北宜昌Yichang,Hubei12鲁岳早丰Luyuezaofeng山东泰安Taian,Shandong52魁栗Kuili浙江上虞Shangyu,Zhejiang13沂蒙短枝Yimengduanzhi山东泰安Taian,Shandong53毛板红Maobanhong浙江诸暨Zhuji,Zhejiang14丽抗Likang山东泰安Taian,Shandong54铁粒头Tielitou江苏宜兴Yixing,Jiangsu15宋家早Songjiazao山东泰安Taian,Shandong55处暑红Chushuhong江苏宜兴Yixing,Jiangsu16鲁栗2号Luli2山东泰安Taian,Shandong56九家种Jiujiazhong江苏洞庭Dongting,Jiangsu17石丰Shifeng山东泰安Taian,Shandong57广德大红袍Guangdedahongpao安徽广德Guangde,Anhui18蒙早Mengzao山东费县Feixian,Shandong58舒城大红袍Shuchengdahongpao安徽舒城Shucheng,Anhui19海丰Haifeng山东泰安Taian,Shandong59蜜蜂球Mifengqiu安徽舒城Shucheng,Anhui20红栗2号Hongli2山东泰安Taian,Shandong60叶里藏Yelicang安徽舒城Shucheng,Anhui21玉丰Yufeng山东莒南Junan,Shandong61粘底板Zhandiban安徽舒城Shucheng,Anhui22燕山红栗Yanshanhongli北京昌平Changping,Beijing62镇安大板栗Zhenandabanli陕西镇安Zhenan,Shanxi23燕昌Yanchang北京昌平Changping,Beijing63柞板11号Zhaban11陕西柞水Zhashui,Shanxi24银丰Yinfeng北京昌平Changping,Beijing64柞板14号Zhaban14陕西柞水Zhashui,Shanxi25短花Duanhua北京密云Miyun,Beijing65长安明拣Changanmingjian陕西西安Xian