榆叶梅(
Prunus triloba Lindl.)是蔷薇科李属的落叶灌木、小乔木
[1],亦有将榆叶梅划归到桃属的记录,因花团锦簇、色彩明艳,是我国北方早春常见的观赏性树木,又因其种仁蛋白保水性较好
[2],具有重要的应用价值。早期研究发现,不同品种榆叶梅普遍存在退化和结实率低等现象
[3],利用无性繁殖技术是确保榆叶梅种仁产量和优良性状稳定性的主要手段
[4]。关于榆叶梅最新的研究主要集中在分子育种方面,例如,研究生长调节剂对榆叶梅花粉萌发的影响,并进行了杂交试验
[5];筛选适宜培养基以构建榆叶梅稳定高效的胚培养成苗体系
[6];对榆叶梅叶绿体基因组序列进行测序,分析其组成特点和遗传特征
[7]。此外,李嘉乐等
[8]发现,榆叶梅是灌木树种中雨水截留能力强的植物;马静利等
[9]发现,榆叶梅是灌木或小乔木类中成活率最高的树种,适合在干旱风沙区栽植;张扬等
[10]的研究表明,榆叶梅根系表现出较强的固土能力,可作为典型黑土区水土保持植被构建中优先选择的树种。关于榆叶梅种质资源多样性的研究还有许多,例如张强英
[11]利用表型性状分析及分子标记技术,对河北、辽宁一带野生榆叶梅居群遗传多样性进行了研究;柳江群等
[12]对与榆叶梅同科同属的灌木树种长柄扁桃(
Amygdalus pedunculata)7个天然种群进行了表型变异特征分析。榆叶梅作为兼具观赏价值和木本粮油为一体的灌木树种,适宜在干旱区和黑土区栽植,具有较高的开发利用价值
[13],已有研究从榆叶梅栽植技术要点
[14]、组培体系构建
[6]等角度进行了研究,但鲜有关于野生榆叶梅天然居群资源多样性的研究报道。该研究以2013年黑龙江省7个地区的榆叶梅天然居群为对象,分析与种仁相关的16个表型性状,结合种仁营养成分进行多重比较,研究各性状的变异程度和不同居群的资源多样性,探索表型性状与地理气候因子之间的相关性,分析不同家系的生长情况,以期为榆叶梅种质资源收集与保存、优良品种选育与利用提供理论依据,并为榆叶梅优良单株开发利用及无性繁殖提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
2013年对黑龙江省中西部地区(富拉尔基(JD)、加格达奇(J)、讷河(N)、龙江(L)、七台河(Q)、齐医学院(Y)、新江实验林场(XJ))榆叶梅(
Prunus triloba Lindl.)天然居群进行调查,各居群地理位置及气候基本信息见
表1。
选择生长状况基本一致的居群,在不同居群内选择优良单株并做标记、采集果实。在黑龙江省林业科学院齐齐哈尔分院试验基地建立种质资源收集圃,地理位置为123°39′32″-123°40′22″ E,47°14′26″-47°14′58″ N,属于中温带大陆性季风气候区,年平均气温0.7 ℃,≥10 ℃年积温为2 598.1 ℃,无霜期115 d,年平均降水量396 mm,土壤为黑钙土、砂土,pH值中性或偏碱性。
1.2 研究方法
2013年6-8月份,对上述7个地区的榆叶梅种质资源进行实地调查。在所选居群内,参照《扁桃种质资源描述规范和数据标准》
[15]的丰产优良单株初选标准,确定优良单株并标记。从树体东南西北4个方向收集单株全部果实,剔除不完整、有虫害的果实后,计数,用电子天平(精度0.1 g)测定所有果实质量,计算均值即为单果鲜质量。将果实剥去果皮后,用电子天平测定所有果核质量计算均值为单核鲜质量。之后,将其带回实验室置于阴凉通风处,30 d后用电子天平测定所有果核质量,计算均值即为单核干质量。剥去核壳取种仁,用电子天平测定所有种仁质量,计算均值即为单仁干质量。每个单株随机选取30颗种子用游标卡尺(精度0.01 cm)测量果核纵径、果核横径、果核侧径、种仁纵径、种仁横径、种仁侧径。
根据表型性状分析结果,对筛选出的4个居群(JD、J、Y、XJ)的28个单株种仁进行营养成分测定,包括维生素、微量元素、氨基酸、脂肪酸含量,以上指标委托哈尔滨工业大学食品药物质量安全监测与标准化研究中心进行化验,其中维生素含量参照国家标准GB 5009.82-2016,采用安捷伦高效液相色谱仪(型号1100)测定;钙、镁、锌、钾与钠元素含量分别参照国家标准GB 5009.92-2016、GB 5009.241-2017、GB 5009.14-2017、GB 5009.91-2017与GB 5009.91-2017,采用PerkinElmer公司原子吸收光谱仪(型号A800)测定;氨基酸含量参照国家标准GB 5009.124-2016,采用日立氨基酸分析仪(型号L8800)测定;脂肪酸含量参照国家标准GB 5009.168-2016,采用安捷伦气质联用仪(型号5973/6890)测定。每个样品均重复测定3次。
2013年10月在黑龙江省齐齐哈尔市富拉尔基区的黑龙江省林业科学院齐齐哈尔分院试验基地进行优树种子苗床播种,2015年采用植苗造林方式建立不同家系种质资源收集圃,株行距为1 m×2 m,2016年调整株行距为2 m×2.6 m,2025年调查其生长情况,从每个家系中取10株,用测高仪(精度0.1 m)测量株高,用游标卡尺(精度0.1 mm)测量地径,用米尺(精度0.1 m)测量冠幅。
1.3 数据处理与分析
利用Excel 2020软件进行数据基础分析,分别计算表型性状、营养成分的平均值()、标准偏差(SD)、极小值、极大值、极差、变异系数(CV=(SD/)×100%)。并据此计算相关指标:核形指数(INS)=果核纵径/果核横径,仁形指数(IKS)=种仁纵径/种仁横径,出核率(YN)=(单核鲜质量/单果鲜质量)×100%,出仁率(YK)=单仁干质量/单核干质量×100%。采用SPSS 22.0软件进行Duncan’s法单因素方差分析,用皮尔逊(Pearson’s)相关性分析法进行表型性状与地理和气候因子之间的相关性分析;主成分分析时,按照特征向量值大于1的原则提取主成分,分析各个因素对榆叶梅种质资源表型性状的影响;聚类分析时,以欧氏距离20为阈值对不同家系进行划分。
2 结果与分析
2.1 榆叶梅种质资源果核表型性状多样性
由
表2可见,榆叶梅天然居群的核、仁形状性状(本研究将核、仁纵径、横径、侧径、三径均值4个性状统称为形状性状)、核形指数、仁形指数的变异系数为6.72%~9.96%,性状相对稳定;鲜果、核、仁质量相关性状的变异系数较大,为21.01%~35.03%,其中单果鲜质量极大值(7.09 g)与极小值(1.03 g)相差6.06 g,单核鲜质量极大值(3.03 g)与极小值(0.52 g)相差2.51 g,单核干质量极大值(1.10 g)与极小值(0.31 g)相差0.79 g,单仁干质量极大值(0.33 g)与极小值(0.05 g)相差0.29 g;出核率和出仁率均值分别为44.24%和24.55%。
7个居群果核表型性状的平均值及差异性见
表3。
表3显示,仁形指数、单核鲜质量及出核率在不同居群之间差异不显著,其余性状在不同居群内均存在显著差异。在核、仁形状性状及果实、果核、果仁质量方面,均以居群Y最大,居群L和Q相对较小;居群Q、J的出核率均较高。
2.2 榆叶梅种质资源果核表型性状与地理及气候因素的相关性
分析7个居群榆叶梅种质资源果核表型性状与调查地区地理及气候因子的相关性,结果见
表4。
表4表明,地理和气候因子与表型性状相关系数总和由大到小表现为日照时数(3.90)>年蒸发量(3.01)>经度(2.86)>海拔(2.57)>年降水量(2.42)>纬度(2.34)>≥10 ℃有效积温(2.21)>年均气温(1.63)。其中,经度与核侧径、核三径均值、仁形态大小指标、单核干质量存在显著或极显著负相关性;纬度与核形指数、仁纵径、单仁干质量和出仁率达到显著或极显著负相关;海拔与核纵径、核形指数、仁纵径、仁三径均值、仁形指数、单仁干质量呈显著或极显著负相关;年均气温与核形指数呈极显著正相关(
P<0.01);降水量与仁纵径、仁三径均值、单仁干质量呈显著或极显著负相关(
P<0.05);日照时数与核纵径、核形指数、仁形态指标、仁形指数、单果鲜质量、单仁干质量和出仁率呈显著或极显著正相关,与出核率呈显著负相关;年蒸发量与核纵径、核形指数、仁纵径、仁三径均值、单仁干质量和出仁率呈显著或极显著正相关;≥10 ℃有效积温与核纵径、核形指数、仁纵径、仁形指数、单仁干质量呈显著正相关,与出核率呈显著负相关。
2.3 榆叶梅种质资源果核表型性状的主成分分析
由
表5可见,前4个主成分累计方差贡献率达到88.76%,可以反映原始因子代表的大部分信息,其中第1主成分(PC1)方差贡献率为47.05%,主要由核形状性状、仁形状性状、单果鲜质量、单核鲜质量、单核干质量、单仁干质量决定,表征核、仁大小及果、核、仁质量;第2主成分(PC2)方差贡献率为20.29%,主要由核形指数、仁形指数决定,表征核、仁形态特征;第3主成分(PC3)方差贡献率为13.42%,主要由出核率、出仁率决定,主要反映核、仁产出率因子;第4主成分(PC4)方差贡献率为8.00%,主要表征果、核鲜质量。
根据
表5中各主成分载荷值及方差贡献率计算不同居群的主成分值,结果见
表6。
由
表6可知,榆叶梅七台河(Q)居群的主成分值最低(0.99);齐医学院(Y)居群的主成分值最高(3.13)。
2.4 榆叶梅种仁营养成分分析
由
表6可知,居群L和Q的表现较差,而居群N和XJ的地理位置较为接近,故其气候条件较为一致,且居群L、Q、N的优良单株个体数较少,故从7个居群中去除这3个居群后,从剩余的4个居群(JD、J、Y、XJ)中选取单仁干质量和出仁率较高的单株,对种仁进行营养成分检测,结果见表
7~
9。
表7显示,维生素E的变异系数最高,为91.20%;维生素B
2的变异系数为36.65%。K、Na的变异系数最小,分别为25.55%和26.99%,Ca、Mg、Zn的变异系数为33%~60%。
本研究从榆叶梅种仁中共检测出18种氨基酸,其中丝氨酸、酪氨酸、γ-氨基丁酸仅在个别样品中有检出,故
表8中未列出。
表8显示,苏氨酸的变异系数最高(86.86%),半胱氨酸的变异系数最低(6.88%),变异系数在30%以下的氨基酸组成有9个,30%以上的氨基酸组成有6个;必需氨基酸(EAA)及药用氨基酸(MAA)的变异系数分别为27.58%和28.48%。
本研究从榆叶梅种仁中共检测到18种脂肪酸,其中12-甲基十三烷酸、十五烷酸、14-甲基十五烷酸、十七烷酸、(
E)-油酸、花生酸、山嵛酸、二十四烷酸、10,13-十八碳二烯酸、11-二十碳烯酸、10,13-二十碳二烯酸、环丙烷辛酸、2,6,10,15,19,23-六甲基- 2,6,10,14,18,22-廿四碳六烯酸共计13种脂肪酸的含量在0.1%以下,含量较低,故
表9中未列出。
表9中的总脂肪酸含量为18种脂肪酸含量之和,不饱和脂肪酸为
表9中棕榈油酸、硬脂酸、(
Z)-油酸、亚油酸、亚麻酸5种脂肪酸含量总和。总脂肪酸和不饱和脂肪酸含量变异系数分别为0.23%,0.30%。5个不饱和脂肪酸中,亚麻酸的变异系数最大(24.29%),(Z)-油酸的变异系数最小(4.17%)。
2.5 榆叶梅不同居群营养成分分析
榆叶梅4个居群营养成分的平均值见
表10。
表10显示,榆叶梅加格达奇(J)居群的微生素B
2含量最高(4.45 mg/kg),其次是新江林场(XJ)居群(3.69 mg/kg),新江林场居群的维生素E和元素含量最高,分别为2.55和1 126.33 mg/kg。富拉尔基(JD)居群的EAA含量最高,为1 349.08 μg/g,加格达奇居群的MAA含量最高,为3 039.12 μg/g。总脂肪酸含量最高的居群为加格达奇,其次是新江林场,二者之间差异不显著,但显著高于富拉尔基居群和齐医学院(Y)居群(
P<0.05)。各居群不饱和脂肪酸含量无显著差异。
2.6 榆叶梅不同家系生长指标分析
定植10年后对榆叶梅不同家系的生长指标进行测定,结果见
表11。
表11显示,29个家系的株高、冠幅、地径之间均存在显著差异。不同家系的株高为2.18~3.04 m,冠幅为1.70~2.50 m,地径为2.20~3.44 cm。
对株高、冠幅、地径进行皮尔逊(Pearson’s)相关性分析,结果发现三者之间均存在极显著性正相关(
P<0.01)。对所有家系的株高、冠幅、地径进行主成分分析和聚类分析,计算主成分值并作主成分值载荷图(
图1)。结果显示,29个家系被划分成4类,每一类均包含3个及以上居群;从主成分值样点图(
图1)可以看出,29个家系的分布既有分散又有重叠。若以主成分值为标准筛选生长表现优良的家系,根据20%入选率,可知J-11、JD-E、JD-2、XJ-C、JD-4及Y-3表现较优。
3 讨 论
在育种的基础研究中,表型性状是重要参考依据
[16-17]。本研究中,榆叶梅不同居群核、仁形状性状的变异系数较小,为6.72%~9.96%,性状相对稳定。柳江群等
[12]发现,我国西北部半干旱区长柄扁桃核形状性状的变异系数平均为10.24%。方玉凤等
[18]发现,黑龙江省山杏核、仁形态性状的变异系数为7.52%~10.95%。榆叶梅一般以山杏、山桃的实生苗为砧木嫁接
[4,19],说明榆叶梅、山杏、长柄扁桃具有较高的亲缘性。本研究中,榆叶梅核、仁形状性状的变异系数与前人对长柄扁桃及山杏得到的相关变异系数
[12,18]接近,这可能与三者之间具有较高的亲缘性有关。表型性状反映了基因与环境的共同作用结果
[20]。本研究中,黑龙江省榆叶梅居群的核、仁形状性状相对稳定,变异系数较小,说明其受环境条件影响不大。本研究中,榆叶梅果、核、仁质量相关指标的变异系数较大,均在20%以上。说明不同环境条件下,黑龙江省榆叶梅居群的果、核、仁质量相关指标差异丰富,今后可利用这一结论,从基因角度进行特定优良目标的杂交育种研究。
本研究对地理和气候因子与榆叶梅表型性状的相关性进行了分析,结果发现,日照时数越长、年蒸发量及≥10 ℃积温越高,核、仁越长;日照时数越长,鲜果质量越高,出核率越低,表明日照时数正向影响鲜果质量,这可能与鲜果营养的积累与合成存在一定关系。日照时数越长、年蒸发量及≥10 ℃积温越高,仁质量、出仁率越高,表明日照时数、≥10 ℃积温和年蒸发量对榆叶梅表型性状影响较大。主成分分析评价法在植物遗传多样性研究中有广泛应用[21]。本研究对榆叶梅各居群表型性状的主成分分析结果显示,齐医学院居群表现最佳,分值最高,这可能与齐医学院居群位于市区内,日照时数、平均温度较高有关。
优良种质资源评价是性状遗传改良与利用的基础[22]。本研究对榆叶梅4个居群的优良单株种仁营养成分进行了分析,结果显示,维生素E和苏氨酸的变异系数较高,总脂肪酸、不饱和脂肪酸的变异系数较低,根据以上特征可以从维生素及氨基酸组成角度筛选优良单株[23]。综合来看,加格达奇居群因总脂肪酸和药用氨基酸含量最高,可以作为油用仁的首选育种居群。
本研究对定植10年后的榆叶梅家系生长指标进行主成分分析,结果发现,虽然29个家系的分布既有分散又有重叠,大致可分为4类,这说明在不同环境下,不同居群的优良单株既表现出自身基因特点又有对环境的适应性。
4 结 论
黑龙江榆叶梅核、仁形状性状相对稳定,果、核、仁质量相关性状变异较大,核、仁大小及出仁率受地理与气候因子影响较明显,其中日照时数、≥10 ℃积温和年蒸发量为主要影响因素。榆叶梅仁维生素E的变异系数最高,矿质元素的变异系数为25.55%~59.05%。共检测出18种氨基酸,其中苏氨酸的变异系数最高;共检测到18种脂肪酸,其中5种脂肪酸含量较高。加格达奇居群因总脂肪酸、药用氨基酸含量均最高,可以作为油用仁的首选育种居群。根据定植10年榆叶梅家系的生长性状,从中筛选出的优良家系分别为J-11、JD-E、JD-2、XJ-C、JD-4、Y-3,可作为后续重点观测家系。
国家重点研发计划项目(2024YFD1500200)
黑龙江省省属科研院所基本科研业务费资金项目(CZKYF2025Q002)
国家林业和草原局林业公益性行业科研专项(201304704)