寧夏枸杞、黑果枸杞及其雜種域帶植株個體葉片和果實性狀變異

唐 昊,張得芳,2,馬云婷,史文君,2, 劉曉雯,2

(1.青海大學農林科學院,青海 西寧 810016;2.青海高原種質資源研究與利用實驗室,青海 西寧 810016)

枸杞為茄科植物,全球分布約有80種,大部分分布在南美、南非、歐洲和亞洲。中國枸杞屬有7種3變種,分布于寧夏、甘肅、青海、內蒙古和新疆等地。隨著資源調查工作的不斷深入,枸杞屬不斷有新的物種發現,但是陸續報道的野生資源以及枸杞屬物種在系統發育中的位置和關系一直存在著爭議。有的認為清水河枸杞是寧夏枸杞與黑果枸杞雜交的后代[1]。紅枝枸杞、北方枸杞、黃果枸杞的系統關系與傳統的形態學分類存在著明顯的不同[2]。不同產地野生枸杞與寧夏枸杞的栽培品種之間也存在較大的遺傳差異[3]。同域分布物種雜交后子代的表型表現為物種間雜交后雜種的形態多為雙親的中間型,也有僅受卵細胞的細胞質影響,而某些性狀近似母體的,或者偏向于某一個親本的性狀相關的雜交物種[4]。研究同域分布近緣物種間的雜交情況,不僅對物種的形成和進化機制產生更深的認識,而且有利于對物種改良和育種制定策略。

表型為植物遺傳物質直接表達的結果,表型數據的產生是植物自身遺傳變異和環境共同作用的結果[5],因此可通過表型分析初步確定親本中是否有同域分布的現象。在西北部分地區,尤其是柴達木盆地中野生黑果枸杞和寧夏枸杞自然分布域上存在重疊,而對重疊區域內兩個物種以及它們之間可能的雜種域內植株、葉片以及果實變異的研究鮮有報道。本文通過分析同一海拔和生境下黑果枸杞、寧夏枸杞及雜種域內植株、葉片和果實的表型變異情況,為進一步認識及鑒定兩個枸杞種的雜交種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究采集了青海省海西蒙古族藏族自治州諾木洪農場同域分布內的野生黑果枸杞,寧夏枸杞和雜交帶的個體共30個植株,其中黑果枸杞6株,雜交帶枸杞21株,寧夏枸杞3株。

1.2 指標測定

每株隨機采集20個果實和20片生長狀態良好、成熟且無病蟲害的完整葉片測量株高、冠幅、葉片長、葉片寬、葉片厚度、果實縱橫、單果重,同時計算葉型指數(葉長/葉寬)、果形指數(橫徑/縱徑)、變異系數分析(PVC)。

1.3 數據處理

利用EXCEL 2019和DPS 2016對所測得的數據進行差異分析、方差分析和變異系數分析(PVC)[6]。

2 結果與分析

2.1 枸杞株型變化和變異系數分析

由表1可知,不同物種的枸杞株高和冠幅不同。其中寧夏枸杞的株高與東西冠幅的平均值最高,分別為1.87 m、2.70 m,株高和黑果枸杞相比差異顯著,但與雜交帶的個體相比差異不顯著,東西冠幅、南北冠幅和其它2個物種相比差異均不顯著。其次是雜交帶個體的株高、東西冠幅均處于黑果枸杞和寧夏枸杞之間,且和二者相比差異不顯著。株高和東西冠幅最小的是黑果枸杞,分別為1.07 m、1.66 m。所以,雜交帶的個體株高和東西冠幅均值處于黑果枸杞和寧夏枸杞之間。

表1 3個物種株高和冠幅的差異情況分析Table.1 Analysis of differences in plant height and crown width among three species

由表2可知,3種枸杞各表型性狀在植株內的變異程度也存在較大差別,雜交帶的個體表型性狀平均變異系數最大,為50.01%,株高、東西冠幅和南北冠幅的變異系數分別為38.84%、51.85%和59.34%。寧夏枸杞平均變異系數最小,為20.09%,說明寧夏枸杞在自然生長狀況下各表型變異相對穩定。

表2 3個物種株高和冠幅變異系數分析Table.2 Analysis of Variation Coefficients of Plant Height and Crown Width for Three Species

2.2 葉片表型變化和變異系數分析

由表3可知,寧夏枸杞的葉長與葉寬的平均值最大,分別為68.20 mm、12.90 mm。黑果枸杞的葉寬最小,為3.12 mm,葉型指數和葉厚的平均值最大,分別為10.32、0.78 mm,雜交帶個體的葉寬和葉形指數均處于二者之間,為4.08 mm和7.64。

表3 3個物種葉片的表型差異分析Table.3 Analysis of phenotypic differences in leaves of three species

由表4可知,3種枸杞葉片的各表型性狀在植株內的變異程度也存在較大差別,雜交帶個體表型性狀平均變異系數最大,為34.76%,葉長、葉寬和葉厚的變異系數分別為40.87%、52.02%和22.74%。寧夏枸杞平均變異系數最小,為17.79%,說明寧夏枸杞在自然生長狀況下葉片的各表型變異相對穩定。

表4 3個物種葉片表型性狀變異系數分析Table.4 Analysis of the coefficient of variation of leaf phenotypic traits among three species

2.3 枸杞果實表型性狀和變異系數分析

由表5可知,寧夏枸杞的縱徑、果柄長平均值最高,分別為11.65 mm、17.23 mm,果形指數最小,為0.61,且這三個指標與其它品種相比存在顯著性差異。雜交帶個體縱徑、果形指數和果柄長分別為6.75 mm、0.87、11.67 mm,均處于黑果枸杞和寧夏枸杞之間,縱徑、果形指數與其它兩個物種相比差異顯著。黑果枸杞的單果重、橫徑、果形指數的平均值最高,分別為0.02 g、8.02 mm、1.80。

表5 3個物種果實的表型差異分析Table.5 Analysis of phenotypic differences in fruits of three species

由表6可知,3種枸杞各表型性狀在植株內的變異程度也存在較大差別,黑果枸杞果實表型性狀平均變異系數最大,為27.71%,單果重、橫徑和果柄長變異系數均最大,分別為72.45%、19.00%和24.39%,雜交帶個體單果重、橫徑、果柄長變異系數均處于黑果枸杞和寧夏枸杞之間。寧夏枸杞平均變異系數最小,為16.35%,說明寧夏枸杞在自然生長狀況下各表型變異相對穩定。

表6 3個物種果實表型性狀變異系數分析Table.6 Analysis of the coefficient of variation of fruit phenotypic traits among three species

3 討論與結論

雜交漸滲是植物界普遍存在的現象,大約25%的植物存在種間雜交現象[7]。雜交后子代在表型上的表現可作為判斷種間雜交的較明顯的判定指標。表型為植物遺傳物質直接表達的結果,表型數據的產生是植物自身遺傳變異和環境共同作用的結果,因此可通過表型分析初步確定親本種是否有同域分布的現象。

自然分布的群體一般都為異齡林,植株個體之間年齡差異較大時,植株個體大小,果實大小等也會有所差異。在本研究中,其中雜交帶的個體表型性狀指標基本處于黑果枸杞和寧夏枸杞之間。由于本研究中的試驗群體為小群體,因此不能避免采樣時存在植株之間的個體差異,但從差異趨勢來看,雜交子代的各項指標大都介于寧夏枸杞和黑果枸杞之間。

自然分布的野生種群通常具有豐富的遺傳變異,能夠更好地適應其生長區域的特殊生境條件[8]。在本研究中,在自身遺傳和外界環境的影響下,物種間和物種內的變異系數之間存在顯著性的差異,一般認為,如果變異系數大于10%時,那就說明植物的性狀間差異就很大[9]。變異系數越大,植物對環境的適應性也就越大[10]。在本研究中,黑果枸杞的在株高、葉片和果實表型指標的均值和變異系數基本與戴國禮等學者調查的野生黑果枸杞資源結果相同[11];本研究中寧夏枸杞葉片的5個表型指標均值和方差分析結果也與吉德娟等研究的寧夏枸杞基本一致[12]。

黑果枸杞、寧夏枸杞及雜交帶的個體由于其生長環境的多樣性和特殊性,因此在基于其果實、葉片、種子的表型性狀多樣性研究中,再補充植株冠幅和樹高等表型特征,使研究的結果更加準確可靠。在本研究中,試驗所調查的枸杞均采自荒漠半荒漠地區,且采集地風沙較大,采自該生境下枸杞的株高、葉片鮮質量以及單果重等性狀在不同物種之間有一定差異,但冠幅三個物種無顯著性差異。

種群內果實的變異被認為具有母本效應[13],從果實單果重這一表型性狀來看,雜交帶的個體單果重的平均值不像其他果實性狀一樣處于黑果枸杞和寧夏枸杞之間,這可能與雜交子代不結實或結實后發育不成熟有關。

根據本研究結果,雜交帶中的個體屬于寧夏枸杞與黑果枸杞的雜交群體,這種種間雜交的存在可能會影響到枸杞屬種間系統進化關系。但是,同域分布帶內的枸杞種間雜交及基因漸滲的程度、方向,雜交子代的倍型以及親本之間的生殖隔離機制等還需要進一步的研究。通過對寧夏枸杞和黑果枸杞及物種同域分布雜交帶群體的葉片、果實和株型等進行表型分析,進一步認識及鑒定雜交種,為我國枸杞野生種質資源收集保存和保護策略的制定,以及新種質篩選和培育提供參考。