野生欧李营养生长性状和果实矿质营养吸收的多态性分析

野生欧李营养生长性状和果实矿质营养吸收的多态性分析

奥莉是中国独特的野生果树资源，具有丰富的生物群体遗传因素（王有新等，2005），具有良好的生态抗逆性（陈淑明等，2009；姜英淑等，2009；李学强等，2009）。它不仅含有丰富的糖、蛋白质和氨基酸，而且水果中丰富的钙和fe营养（曹钦等等，1999；张美莉等，2007；刘惠儒等，2011）。近年来,在野生欧李资源的分布调查、品种选育、钙素营养、栽培加工等领域开展一系列的深入研究(王有信等,2005;张立彬等,2004;曹琴等,2005;李卫东等,2010),这对于进一步开发野生欧李资源具有重要意义。研究表明:生物体的遗传性状(包括形态特征和生理生化特性)都是由基因控制的,等位基因不同,它们所控制的相对遗传性状也不同(Marschner,1986;Gabelmanetal.,1987)。马建军等(2011;2012)运用同工酶技术研究野生欧李实生群体营养数量性状遗传和矿质营养代谢遗传的差异性及其相关规律,而野生欧李果实和叶片中矿质营养吸收的遗传差异与欧李营养生长特性的多态性之间是否存在相关关系,至今尚未开展系统研究。本文以燕山山脉野生欧李实生群体资源为试材,研究欧李实生群体遗传变异类型的营养生长特性和矿质营养吸收的多态性及其之间的关系,以期为野生欧李种群遗传变异和矿质营养代谢遗传的多态性研究提供基础理论依据。1材料和方法1.1果实生长特性欧李来源于燕山山脉野生欧李群体,实生繁殖并定植于河北科技师范学院园艺园林试验站野生欧李资源圃内自然生长,土壤肥力中等,褐土。树体丛生,株高70~80cm,树龄10年,3月上旬芽体开始萌动,始花期为4月中旬,终花期为4月末,花色呈白花;果实成熟期为7月下旬至8月上旬;果实质量大小不等,单果鲜质量0.99~10.01g,果实形状呈扁圆形或圆形或桃形,果实颜色呈粉红色或鲜红色或紫红色,果肉呈粘核或离核;叶片质量大小不等,单叶鲜质量0.03~0.19g,叶片形状呈披针形或卵圆形,叶片颜色呈浅绿色或绿色。1.2测定指标与方法在欧李果实成熟期(7月下旬—8月上旬),随机选择同一生境条件下113株丛表型性状(主要包括果实大小及形状、叶片大小及形状、果实成熟期等生理性状)差异明显的株系,在每株的结果基生枝中上部随机采集果实样品60~80个,同时在相应单株结果基生枝中上部采集健康无病的成熟叶片60~80片,分别装入塑料袋封好即刻带回实验室。先将果实和叶片用去离子水清洗干净后,再用滤纸吸干水分待测;随机选取采集的果实和叶片样品(叶片和果实各30个),准确测定果实的鲜质量、果肉鲜质量、果肉干质量、含水百分率、横纵径大小、果核鲜质量、果核横纵径大小以及叶片的鲜质量、干质量、长度、宽度、含水百分率等指标,并计算各指标的平均值,果实和叶片样品经高温(果实80℃,叶片105℃)杀青处理15min,在恒温(果实65℃,叶片70~80℃)条件下烘干,烘干的样品经玛瑙研钵研磨处理后,分析测定果实和叶片样品中的矿质元素含量。Ca,K,Mg,Fe,Zn,Mn等矿质元素含量分析采用HNO3-HClO4(5∶1)消化处理,消化液采用3200型原子吸收分光光度计测定;数据分析和制图采用DPS7.05和SPSS17.00统计分析软件完成。2结果与分析2.1欧李生长状况及聚类分析根据113份欧李实生群体单株丛材料营养生长性状分析结果,包括叶片性状(颜色及形状、鲜质量、干质量、含水百分率、长度、宽度、长宽比值)和果实性状(颜色及形状、粘离核、鲜质量、果肉鲜质量、果肉干质量、含水百分率、横径、纵径、横纵比值)以及欧李叶片和果实中的矿质营养Ca,K,Mg,Fe,Zn,Mn等元素的含量,采用离差平方和法进行系统聚类,得到树形聚类图(图1)。由图1,2和表1可知,113株欧李单株个体可划分为2大类型:类型I为小叶小果型,共计46份,占聚类分析群体总数的40.71%;类型II为大叶大果型,共计67份,占聚类分析群体总数的59.29%。经差异显著性分析,欧李实生群体2种类型间营养生长性状及指标差异明显,欧李实生群体不同株系材料呈现遗传多态性。2.1.1形态变异程度表现叶片聚类结果显示(表1),在叶片颜色及形状分布数量上,2种类型群体表现规律一致,均以绿色披针形叶片所占比例较大;在叶片干鲜质量、叶片长度和宽度以及长宽比值的差异上,2种类型群体指标无明显差异(P>0.05),但类型Ⅰ(小叶小果型)均小于类型Ⅱ(大叶大果型),且以欧李不同单株个体叶片干鲜质量变异程度(变异系数)较大(表1),而2种类型叶片中含水百分率差异明显,其中类型Ⅰ(小叶小果型)极显著高于类型Ⅱ(大叶大果型)(P<0.01)。果实聚类结果显示(表1):在果实颜色、形状及粘离核的分布数量上,2种类型群体表现规律基本一致,均以果实鲜红色、扁圆形、粘核所占比例较大;在果实鲜质量、果肉干鲜质量、果实含水百分率以及果实横径大小差异上,2种类型群体指标差异明显,其中果实鲜质量及果肉干鲜质量指标,类型Ⅰ(小叶小果型)极显著低于类型Ⅱ(大叶大果型)(P<0.01),果实横径大小类型Ⅰ(小叶小果型)显著小于类型Ⅱ(大叶大果型)(P<0.05),而类型Ⅰ(小叶小果型)果实中含水百分率显著高于类型Ⅱ(大叶大果型)(P<0.01),其中2种类型中欧李不同单株个体间果实干鲜质量变异程度(变异系数)较大(表2)。2.1.2种矿质元素含量在欧李不同菌株间的变异程度不高,其矿质元素含量的测定,其符合以下几种矿质元素含量,其也在欧李不同单株个体间的变异程度表1叶片聚类结果显示,2种类型群体叶片中矿质元素含量均值,类型Ⅰ(小叶小果型)均高于类型Ⅱ(大叶大果型),其中类型Ⅰ(小叶小果型)中Ca元素含量极显著高于类型Ⅱ(大叶大果型)(P<0.01),而其他几种矿质元素含量,2种类型间差异不明显(P>0.05),但在欧李不同单株个体间的变异程度(变异系数)较大(表2)。果实聚类结果显示:2种类型群体果实中矿质元素含量均值,也同样表现为类型Ⅰ(小叶小果型)均高于类型Ⅱ(大叶大果型),其中类型Ⅰ(小叶小果型)中Ca,K元素含量极显著高于类型Ⅱ(大叶大果型)(P<0.01),而其他几种矿质元素含量,2种类型间差异不明显(P>0.05),但在欧李不同单株个体间其变异程度(变异系数)较叶片中较大,其中欧李果实中Fe元素变异幅度最大(表2)。2.2果实营养生长特性指标与叶绿素c相关分析结果显示:113份欧李实生群体单株丛材料叶果营养生长性状指标大小变化与果实中矿质营养元素吸收除Fe元素外均表现一定程度的相关关系。其中在叶片营养生长特性指标上,果实中Ca,Mg,Mn元素与叶片干鲜质量呈显著或极显著负相关,果实中Ca,Mg元素与叶片宽度和长宽比值分别呈极显著负相关和极显著正相关,果实中K元素与叶片中含水百分率呈显著正相关,果实中Zn元素与叶片中长宽比值呈极显著正相关,果实中Mn元素与叶片长度呈极显著负相关,而果实中Ca,K,Mg,Zn,Mn元素与叶片中相应元素呈显著或极显著的正相关;在果实营养生长特性指标上,果实中Ca,K,Mg,Zn,Mn元素与果实鲜质量和果肉干鲜质量以及果实横径和纵径大小均呈显著或极显著负相关,而果实中除Zn,Fe元素外,Ca,K,Mg,Mn元素均与果肉含水百分率呈极显著正相关(表3)。由此可见:同一生境条件下野生欧李实生群体营养生长特征的多态性在一定程度上表征了果实中矿质营养吸收的代谢水平。3讨论3.1超微形态结构及聚类分析已有的研究结果表明:野生欧李种质资源分布及其种群变异存在相对一致性、多样性和复杂性,是野生欧李长期进化演变过程中自然杂交多变、劣变的结果(王有信等,2005)。从野生欧李生物群体的变异类型看,存在花色(白花、粉红花、紫花)、果实形状(椭圆、扁圆、卵圆、桃形等)、果实颜色(红、黄、紫)、果实风味(酸、甜、涩、苦)、果实成熟期、叶片形状(长披针、梭形、长卵形、倒披针形)以及不同树相(直立形、垂枝形等)等变异类型,甚至表现在欧李实生群体超微形态结构以及营养物质代谢水平的差异上(王鹏飞等,2008;马建军等,2011;任艳军等,2012),为野生欧李种质资源筛选利用提供丰富的种群材料。野生欧李实生群体遗传多态性不仅表现在生长环境不同所带来的差异,而且在同一生境条件下野生欧李实生群体在营养生长特性及矿质营养吸收等方面同样存在着遗传多态性,在叶果形状、大小、颜色、干鲜质量、含水百分率、果实成熟期以及叶果矿质元素含量等方面表现出明显的遗传表型差异和生理代谢差异,不同单株丛个体间变异程度(变异系数)较大,经系统聚类分析,野生欧李实生群体可以划分为2大种群类型:一类是小叶小果型,另一类是大叶大果型。2种类型间的营养生长特性指标以及叶果中的矿质营养吸收存在一定差异,表明野生欧李实生群体长期自然生长进化演变过程中所形成的营养性状遗传的多态性和相对稳定性。3.2欧李实生群体对矿质营养吸收的积极影响研究表明:植物叶片的和果实的形态特征、营养生长特性以及吸收矿物质的能力,是由植物本身遗传特性所决定的。植物营养性状的变异同其他变异一样,是在长期进化演变过程中逐渐形成的植物不同种间、果树不同栽培品种(品系)之间的营养性状差异,表明植物营养性状受基因型控制(Marschner,1986;Gabelmanetal.,1987)。马建军等(2011;2012)运用同工酶技术揭示了野生欧李同一居群内不同单株个体间果实和叶片营养生长性状和矿质营养吸收在遗传上的多样性,提出欧李实生群体叶片过氧化物酶同工酶酶量大小变化可以表征营养性状遗传和矿质营养代谢遗传的差异性;而植物矿质营养吸收的差异性一般体现在不同基因型植物一系列形态学特征和生理学特征方面。已有的研究结果表明:同一生境条件下野生欧李实生群体不同株系,在花粉、叶片等组织器官超微形态结构指标上差异明显,且与欧李果实中矿质营养吸收之间相关关系密切(马建军等,2011;任艳军等,2012)。本研究结果显示:小叶小果型欧李果实中矿质营养元素含量均高于大叶大果型,主要表现在欧李果实和叶片的形状大小、干鲜质量、含水百分率等营养性状的遗传表型和生理代谢差异,相关分析结果显示,欧李果实中矿质营养吸收与欧李果实和叶片的相关营养性状指标具有显著或极显著的相关关系(表3),表明具有相对遗传稳定的营养生长性状可以表征欧李果实中矿质营养吸收的代谢水平。就欧李果实中钙吸收而言,小叶小果型欧李果实和叶片中的Ca元素含量显著高于大叶大果型(P<0.01)。一方面果树树体供钙能力影响果实中钙的吸收与积累,而供钙能力大小与激素调控、遗传控制、蒸腾作用、钙素调控、砧穗组合等因素有关(Diamondetal.,1998);其次是树体钙运输主要是通过木质部导管内的交换机制来完成,而木质部运输的程度与钙梯度、钙的运输形态,蒸腾拉力等因素有关(白昌华等,1989)。欧李树体组织器官中水溶性钙形态是钙运输的主要形态,而水溶性钙和果胶钙形态的含量变化是影响果实中钙吸收和积累的重要因子(马建军等,2008),水溶性钙形态组分对野生欧李果实中钙吸收积累贡献最大(马建军等,2007)。树体中水分的吸收和运输在影响钙离子吸收和运输方面发挥重要作用,而蒸腾作用是