張艷敏等

摘要：以4年生新疆野蘋(píng)果×富士雜交F1代群體為試材，對(duì)19個(gè)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，利用相關(guān)分析和主成分分析從功能基因研究和品系選育兩個(gè)角度對(duì)各指標(biāo)的遺傳變異進(jìn)行考察。結(jié)果表明：（1）與栽培蘋(píng)果相比，F(xiàn)1代在果實(shí)質(zhì)地、花色苷有關(guān)性狀之間的相關(guān)性存在差異：鈣與果實(shí)質(zhì)地的3個(gè)指標(biāo)相關(guān)性不顯著；花色苷與糖含量相關(guān)性不顯著，但與鈣、鉀含量相關(guān)性極顯著。鈣與多個(gè)指標(biāo)極顯著相關(guān)，可作為功能基因研究的重點(diǎn)。（2）從主成分貢獻(xiàn)率看，果實(shí)質(zhì)地、礦質(zhì)元素、果實(shí)大小、花色苷含量4個(gè)主成分在遺傳信息中占的比重較大，是下一步功能基因研究的切入點(diǎn)，也是進(jìn)行品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的重點(diǎn)考察對(duì)象。加大對(duì)果實(shí)質(zhì)地、果實(shí)大小、花色苷含量的考察可提高育種效率。（3）對(duì)主成分綜合得分排序，根據(jù)不同育種目標(biāo)選擇綜合性狀優(yōu)良的個(gè)體，是新疆野蘋(píng)果在育種中利用保存的有效捷徑。

關(guān)鍵詞：新疆野蘋(píng)果；F1代；主成分分析；相關(guān)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S661.101 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2013）08-0019-06

蘋(píng)果是世界四大水果之一_[1]， 在我國(guó)果樹(shù)產(chǎn)業(yè)中占有重要地位_[2]。新疆野蘋(píng)果[塞威氏蘋(píng)果，Malus sieversii （Ldb）Roem] 很有可能是現(xiàn)代栽培蘋(píng)果（或西洋蘋(píng)果Mdomestica Borkh） 的祖先種_[3]。對(duì)新疆野蘋(píng)果的考察評(píng)價(jià)目前已比較系統(tǒng)，馮濤等_[4]發(fā)現(xiàn)新疆野蘋(píng)果在多酚物質(zhì)、礦質(zhì)元素、糖酸組分和果實(shí)形態(tài)方面都具有豐富的遺傳多樣性，總酚、鈣、鎂、蘋(píng)果酸含量分別是栽培品種（紅星、金帥、富士）的51、31、14、35倍，但存在單果重小、果實(shí)質(zhì)地差的不足。構(gòu)建新疆野蘋(píng)果的分離群體，進(jìn)一步進(jìn)行品系選育和推廣，是對(duì)其進(jìn)行品質(zhì)改良的重要途徑。美國(guó)Forsline等_[5]對(duì)新疆野蘋(píng)果和嘎啦等栽培品種雜交后代的抗病性和單果重進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)單果重在分離群體中存在廣泛多樣性，且多樣性與地域有關(guān)，指出單果重可為果實(shí)品質(zhì)改良提供參考。因此，利用雜交后代果實(shí)性狀變異進(jìn)行研究并綜合評(píng)價(jià)，是品系選育的基礎(chǔ)，對(duì)新疆野蘋(píng)果特有基因的持續(xù)利用意義甚大。但目前有關(guān)新疆野蘋(píng)果分離群體果實(shí)性狀的系統(tǒng)研究鮮有報(bào)道。

目前在研究作物親本各數(shù)量性狀之間關(guān)系及對(duì)品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)則越來(lái)越多地運(yùn)用主成分分析法。主成分分析是把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，也就是以原始各變量的相關(guān)性為基礎(chǔ)，在保留原始變量信息的前提下，達(dá)到以互不相關(guān)的較少個(gè)數(shù)的綜合指標(biāo)（主成分）來(lái)反映原始指標(biāo)所提供信息、簡(jiǎn)化問(wèn)題的目的_[6]。李清華等_[7]利用主成分分析對(duì)27份花生種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳距離測(cè)定，并從中選出10份綜合性狀理想的材料作為雜交親本。蘋(píng)果果實(shí)性狀為育種選擇的主要性狀，多為數(shù)量性狀，指標(biāo)眾多，難以進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，且受人為主觀影響較大。因此，主成分分析法可為蘋(píng)果新品系選育提供便捷途徑。

本研究以新疆野蘋(píng)果的一個(gè)類(lèi)型——紅肉蘋(píng)果（Malus sieversii f neidzwetzkyana（Dieck） Langenf）為父本、質(zhì)地優(yōu)良的栽培品種富士為母本構(gòu)建雜交F1代群體，對(duì)與果實(shí)大小、質(zhì)地、總酚、花色苷、礦質(zhì)元素等有關(guān)的19個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并進(jìn)行相關(guān)性研究和主成分分析，旨在為新疆野蘋(píng)果高效基因研究和品系選育提供基本資料。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)于2006～2011年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室及泰安市橫嶺果樹(shù)育種基地進(jìn)行。試材為富士×紅肉F1代130個(gè)單株。2006年春進(jìn)行雜交，2007年F1定植于泰安市橫嶺育種基地，果園光照良好，砂質(zhì)壤土，土層深厚，土壤肥力中等，果園覆草，植株處于自然生長(zhǎng)狀態(tài)。2010～2011年雜種苗陸續(xù)開(kāi)花坐果。根據(jù)植株生長(zhǎng)狀況，2010、2011年7～9月果實(shí)達(dá)到可食狀態(tài)時(shí)每個(gè)單株采集5～15個(gè)果實(shí)，在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2測(cè)定方法

單果重、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、可溶性固形物含量、果肉硬度參見(jiàn)《蘋(píng)果種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》_[8]，其中果肉硬度采用GY-1型手持式硬度計(jì)測(cè)量。采用常壓加熱干燥法_[9]測(cè)定果肉含水量。

花色苷的測(cè)定參考馮守千等_[10]的方法并加以改進(jìn)，以1%鹽酸甲醇為提取溶劑，從每個(gè)植株的果實(shí)中共削取1 g果皮、用打孔器共打取2 g柱狀果肉，果皮取樣要覆蓋到不同的顏色區(qū)域。分別加入10 ml提取液研磨成漿轉(zhuǎn)入離心管放入4℃冰箱提取一晝夜，期間震蕩2～3次。離心取上清于527 nm和600 nm測(cè)吸光度，以二者吸光度之差表示該植株果實(shí)花色苷含量。重復(fù)測(cè)量3次取平均值。

利用蒽酮法測(cè)定可溶糖_[11]；酸堿中和法測(cè)定可滴定酸_[12]；福林酚顯色法測(cè)定果皮與果肉中總酚含量；直接碘量法測(cè)定果肉維生素C含量_[13]。

利用TAXT plus型質(zhì)構(gòu)儀（Stable Micro System， UK）測(cè)定果皮硬度和脆度。選用P2型號(hào)探頭 （直徑2 mm）對(duì)果皮進(jìn)行穿刺，方向垂直于果實(shí)赤道面。將探頭壓力（kg）隨時(shí)間（s）變化繪制成曲線_[14]。以曲線前一上升部分的斜率為果皮脆度，最高值讀數(shù)為果皮硬度。所有果實(shí)的平均值即為該植株的硬度與脆度值。

利用原子分光光度計(jì)測(cè)定果肉鈣、鎂、鐵、鉀含量_[15]。

單果重、果實(shí)縱徑、橫徑、質(zhì)地、果肉含水量、可溶性固形物等物理指標(biāo)各重復(fù)測(cè)定2次取平均值；可溶糖、可滴定酸、總酚、礦質(zhì)元素、維生素含量等化學(xué)指標(biāo)重復(fù)3次取平均值。

2結(jié)果與分析

2.1果實(shí)數(shù)量性狀的變異分析

根據(jù)F1主要品質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1），除果肉含水量變異微小外，其他性狀均有較大幅度變異。其中維生素C、果肉花色苷、鐵含量出現(xiàn)了強(qiáng)烈變異（CV>100%），變異系數(shù)分別高達(dá)36810%、26768%、13594%。其他性狀均為中等程度變異?？梢?jiàn)F1代絕大部分性狀發(fā)生復(fù)雜而多樣的分離，個(gè)體間差異大，選擇范圍寬，可以從中篩選出綜合性狀優(yōu)良的個(gè)體。

2.2果實(shí)數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

從表2看出， F1代果實(shí)指標(biāo)間相關(guān)性非常豐富，根據(jù)各性狀間的相關(guān)性，可以對(duì)雜交群體進(jìn)行間接選擇_[16]。其中，果實(shí)縱徑、橫徑與果肉花色苷呈顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到-0329*和-0368**），單果重與果皮、果肉硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)。這表明，以果肉和果實(shí)質(zhì)地為育種目標(biāo)，果實(shí)大小很可能成為限制因素。果肉硬度與果皮硬度呈極顯著正相關(guān)，且相關(guān)性較強(qiáng)（0831**），二者與果皮脆度都呈極顯著的正相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)都在055以上），也可為果實(shí)質(zhì)地的準(zhǔn)確描述提供參考_[17]。

2.3果實(shí)性狀間的主成分分析

對(duì)F1代130個(gè)單株19個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，以累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%為標(biāo)準(zhǔn)，入選8個(gè)主成分，對(duì)F1代果實(shí)品質(zhì)的累計(jì)貢獻(xiàn)率為8075%，可近似代表19個(gè)性狀的全部遺傳變異信息。入選主成分及相應(yīng)的特征向量見(jiàn)表3。

3討論

3.1果實(shí)各指標(biāo)的相關(guān)性分析

Poovalah_[19]發(fā)現(xiàn)，鈣在植物體內(nèi)可結(jié)合成鈣調(diào)蛋白，作為信號(hào)分子參與多種生理活動(dòng)的調(diào)節(jié)。本研究發(fā)現(xiàn)鈣與果肉花色苷、可溶糖、鉀、鎂相關(guān)性極顯著，與鐵存在顯著性相關(guān)。這一方面驗(yàn)證了前人的結(jié)論，另一方面可能受新疆野蘋(píng)果鈣的高效基因型影響。新疆野蘋(píng)果在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成了鈣的高效基因型，單株鈣含量普遍較高_[20]。因此本研究的4種礦質(zhì)元素中，鈣應(yīng)為研究的重點(diǎn)。

在一定范圍內(nèi)，糖含量與花色苷呈高度正相關(guān)_[21]，本研究觀察到果肉花色苷含量與可溶糖相關(guān)性不顯著，但與鈣、鉀呈極顯著正相關(guān)，前人證明鉀可促進(jìn)光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)和糖的積累_[22]。F1代紅肉個(gè)體在果實(shí)發(fā)育初期便開(kāi)始花色苷的積累，這是一種組成性表達(dá)，而栽培蘋(píng)果花色苷積累受光照、溫度等影響，是選擇性表達(dá)。Espley_[23]發(fā)現(xiàn)與栽培蘋(píng)果相比，紅肉蘋(píng)果MYB10基因啟動(dòng)子存在6個(gè)重復(fù)序列，導(dǎo)致花色苷合成過(guò)量表達(dá)。因此，F(xiàn)1代果肉花色苷與糖含量相關(guān)性不顯著可能由于糖含量低于或超出限定范圍，但更有可能是由于其與栽培蘋(píng)果花色苷代謝存在差異。Siddiqui等_[24]發(fā)現(xiàn)，鈣與果實(shí)質(zhì)地代謝密切相關(guān)，但本研究中發(fā)現(xiàn)鈣含量與果實(shí)質(zhì)地有關(guān)的3個(gè)指標(biāo)都不存在顯著相關(guān)性。這些與栽培蘋(píng)果果實(shí)性狀相關(guān)性的差異可以為新疆野蘋(píng)果花色苷和果實(shí)質(zhì)地代謝調(diào)控研究提供參考。

3.2果實(shí)各指標(biāo)的主成分分析

在實(shí)際工作中，對(duì)研究對(duì)象用多個(gè)測(cè)量指標(biāo)進(jìn)行描述是經(jīng)常遇到的問(wèn)題，指標(biāo)過(guò)多必然會(huì)增加統(tǒng)計(jì)分析的復(fù)雜性。主成分分析可以在保證原始信息完整性的基礎(chǔ)上，降低變量維數(shù)，使問(wèn)題簡(jiǎn)化。

劉遵春等_[25]在新疆野蘋(píng)果研究中運(yùn)用主成分分析法對(duì)構(gòu)建的核心種質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，將包含花、葉、果實(shí)的15個(gè)指標(biāo)歸納為5個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率為8399%。本研究以累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%為標(biāo)準(zhǔn)，提取了原始變量的大部分信息，19個(gè)指標(biāo)入選8個(gè)主成分。從貢獻(xiàn)率來(lái)看，各主成分相差不是很大， 表明各性狀的貢獻(xiàn)率分散，累積貢獻(xiàn)率增長(zhǎng)不明顯，說(shuō)明性狀變異的多向性。

殷冬梅和朱宗河等_{[26，27]}分別在花生和甘藍(lán)種質(zhì)資源評(píng)價(jià)中運(yùn)用主成分分析，并在此基礎(chǔ)上以聚類(lèi)分析為手段建立綜合評(píng)價(jià)體系。從聚類(lèi)結(jié)果中選出性狀互補(bǔ)的組合為親本為下一步雜交育種提供參考。本研究從新品系選育的角度出發(fā)，根據(jù)各主成分在原始信息中的權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)模型，依不同的育種目標(biāo)選取全部或某幾個(gè)主成分計(jì)算綜合得分，目的性較強(qiáng)，選出個(gè)體性狀穩(wěn)定后可直接無(wú)性繁殖參與品種試驗(yàn)。除對(duì)所有性狀綜合考察外，還可根據(jù)不同的育種目標(biāo)和各主成分意義，篩選出某方面性狀優(yōu)良的個(gè)體，為下一步育種工作提供試材。以果實(shí)質(zhì)地和加工制汁為育種目標(biāo)，應(yīng)主要對(duì)第一、七主成分（加工制汁因子）分別考察。對(duì)第四、六主成分的綜合得分進(jìn)行排序，從得分高的個(gè)體中更能選擇出花色苷和酚類(lèi)含量較高的保健品種_{[28，29]}。

貢獻(xiàn)率的大小反映主成分包含信息的多寡。李向華_[30]對(duì)中國(guó)春大豆資源進(jìn)行主成分分析，根據(jù)第一、二主成分（分別為莢數(shù)、籽粒因子）貢獻(xiàn)率較大，指出二者獲得改進(jìn)的可能性更大一些。從本研究各主成分貢獻(xiàn)率看，前4個(gè)主成分主要是與果實(shí)質(zhì)地、礦質(zhì)元素、果實(shí)大小、花色苷含量有關(guān)的因子，在遺傳信息中占的比重較大，在原始指標(biāo)中信息的覆蓋面廣，更容易獲得改進(jìn)，因此果實(shí)質(zhì)地、礦質(zhì)元素、果實(shí)大小、花色苷含量可作為功能基因利用的切入點(diǎn)，也是果實(shí)綜合評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。相反，果實(shí)總酚貢獻(xiàn)率較低，進(jìn)行品質(zhì)改良的難度相對(duì)較大。前4個(gè)主成分中，果實(shí)質(zhì)地、大小、花色苷含量簡(jiǎn)便易測(cè)，加大對(duì)它們的考察，對(duì)于提高育種效率具有重要意義。

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