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三叶木通(Akebia trifoliata)为木通科(Lardizabalaceae)木通属(Akebia)落叶木质藤本植物,茎蔓柔软多姿,花紫红色,花期长达2个月之久,具有很好的观赏和园林应用价值[1-3]. 此外,三叶木通为中国传统的中药材,其根、藤茎、果实等具有通筋活络、解毒和消炎等功效,其果实为肉质蓇葖果,色香味俱全,是珍稀的绿色水果和保健食品,是极具发展前景的经济树种[1-3].
对三叶木通的研究目前集中在种质资源调查[4]、栽培种植[5]、病原菌鉴定[6]、药用价值[7]、果实化学成分和果实贮藏保鲜[8]、应用分子标记开展遗传多样性分析[9-10]、指纹图谱研究[11]等方面,最近有文献报道三叶木通染色体水平的基因组序列[12]. 尽管在三叶木通种质资源遗传多样性评价上已有部分研究,但研究涉及到的三叶木通种质资源不够全面[13],并且还未能建立官方的“三叶木通描述规范和数据标准”.
形态学标记是种质资源遗传多样性评价较为简单有效,且表现直观的方法[14]. 其结合主成分、相关性和聚类分析等方法[15],已广泛运用于经济植物的种质资源研究[16-21]. 本研究运用形态学标记方法,以贵州、湖南、秦岭地区收集的96份三叶木通实生种质资源为样本,对19个性状进行相关性分析、主成分分析和聚类分析,综合分析其表型遗传多样性,为三叶木通种质创新奠定一定的物质基础和数据支撑.
Genetic Diversity of Morphological Traits of Akebia trifoliata Germplasm Resources
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摘要: 以96份来源于贵州、湖南、秦岭地区的三叶木通实生种质资源为材料,对其19个表型性状进行遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析. 结果表明,10个数量性状变异系数范围为12.9%~41.4%,9个质量性状的遗传多样性指数范围为0.59~1.85;通过相关分析可知,大部分性状之间都有显著相关性;主成分分析将表型性状整合为4个主成分,累积贡献率达到64.714%,第1主成分主要与果实性状有关,第2和第3主成分都主要与叶片长宽和形态有关,第4主成分主要与植株染病情况有关;聚类分析将96份资源划分为3个类群,第Ⅰ类为果实、叶片较大的类群,第Ⅱ类为果实抗病性较强类群,第Ⅲ类为无果实着生、株型疏散类群. 综合分析三叶木通种质资源遗传多样性,为三叶木通种质资源的利用及品种选育等提供重要参考.Abstract: Based on 96 germplasm resources of Akebia trifoliata from Guizhou, Hunan and Qinling, the genetic diversity analysis, correlation analysis, principal component analysis and cluster analysis of 19 phenotypic characters of A. trifoliata were carried out. The results showed that the CV (coefficient variation) of 10 quantitative traits were ranged from 12.9% to 41.4%, and the genetic diversity index of 9 quality traits were ranged from 0.59 to 1.85. The correlation analysis showed that there were significant correlations between most of the traits. The principal component analysis integrated the phenotypic traits into 4 principal components, and the cumulative contribution rate reached 64.714%. The first principal component was mainly related to fruit characters, both second and third principal component were mainly related to the leaf shape, and the fourth principal component was mainly related to plant disease infection. The 96 resources were divided into three groups by cluster analysis. The first group was the group with larger fruit and leaves, the second group was the group with better fruit disease resistance, the third group was the group with no fruit set and loose plant architecture. Comprehensive analysis of genetic diversity of germplasm resources of A. trifoliata provided important reference for its utilization and breeding.
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Key words:
- Akebia trifoliata /
- germplasm resources /
- phenotypic traits /
- genetic diversity .
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表 1 三叶木通表型数量性状记载标准
性状 记载标准 果纵径 果实即将裂口时,纵剖面最长处纵径(cm),每份种质测量3个果实的纵径,取其平均值 果横径 果实即将裂口时,横剖面最宽处横径(cm),每份种质测量3个果实的横径,取其平均值 小叶长 生长盛期植株表面叶片的小叶长度(cm),每份种质测量3片小叶,取其平均值 小叶宽 生长盛期植株表面叶片的小叶宽度(cm),每份种质测量3片小叶,取其平均值 顶叶长 生长盛期植株表面叶片的顶叶长度(cm),每份种质测量3片顶叶,取其平均值 顶叶宽 生长盛期植株表面叶片的顶叶宽度(cm),每份种质测量3片顶叶,取其平均值 叶柄长 生长盛期植株表面叶片的叶柄长(cm),每份种质测量3片叶叶柄长,取其平均值 小叶长宽比 小叶长/小叶宽,每份种质测量3片小叶,取其平均值 顶叶长宽比 顶叶长/顶叶宽,每份种质测量3片顶叶,取其平均值 果纵横径比 果纵径/果横径,每份种质测量3个果实的横径,取其平均值 表 2 三叶木通表型质量性状记载标准
性状 记载标准描述 赋值 果量 果实成熟期果实数量>20颗 3 果实成熟期果实数量10~20颗(含10和20颗) 2 果实成熟期果实数量<10颗 1 果色 果实即将裂口时期,果实颜色为紫色 3 果实即将裂口时期,果实颜色为黄色 2 果实即将裂口时期,果实颜色为粉色 1 坐果类型 穗状 3 成簇 2 分散 1 果染病率 染病果实数量占整株果实数量的比例在0~25% 4 染病果实数量占整株果实数量的比例在25%~50% 3 染病果实数量占整株果实数量的比例在50%~75% 2 染病果实数量占整株果实数量的比例在75%~100% 1 叶色 生长盛期植株表面叶片叶色为亮绿色 3 生长盛期植株表面叶片叶色为绿色 2 生长盛期植株表面叶片叶色为暗绿色 1 叶片质地 生长盛期植株外围叶片厚度在0.40~0.49 mm(厚革质) 3 生长盛期植株外围叶片厚度在0.30~0.39 mm(革质) 2 生长盛期植株外围叶片厚度在0.20~0.29 mm(薄革质) 1 叶形 生长盛期植株外围成熟叶为卵形,先端凹入 4 生长盛期植株外围成熟叶为卵形,边缘浅裂 3 生长盛期植株外围成熟叶为阔卵形 2 生长盛期植株外围成熟叶为卵形 1 叶染病率 病叶面积占植株表面积比例在0~25% 4 病叶面积占植株表面积比例在25%~50% 3 病叶面积占植株表面积比例在50%~75% 2 病叶面积占植株表面积比例在75%~100% 1 株型 紧凑 3 一般 2 疏散 1 表 3 三叶木通种质资源的数量性状的差异与多样性
性状 平均值 最大值 最小值 极差 标准差 变异系数/% 果纵径/cm 9.3 14.7 5.5 9.2 1.6 16.8 果横径/cm 4.4 5.9 3.5 2.4 0.6 12.9 小叶长/cm 8.0 11.3 5.1 6.3 1.3 15.8 小叶宽/cm 4.3 6.1 2.5 3.6 0.7 16.4 顶叶长/cm 8.5 11.7 5.6 6.2 1.3 15.6 顶叶宽/cm 5.0 7.1 2.4 4.7 0.9 17.6 叶柄长/cm 7.3 16.3 2.3 14.0 3.0 41.4 小叶长宽比 1.9 2.6 1.4 1.2 0.3 13.3 顶叶长宽比 1.7 3.3 1.2 2.1 0.3 16.5 果纵横径比 2.1 2.9 1.5 1.4 0.3 14.5 表 4 三叶木通种质资源质量性状的分布频率与遗传多样性指数
性状 Shannon遗传多样性指数H′ 频率/% 1 2 3 4 果量 1.56 36.0 39.5 24.4 - 果色 1.26 16.3 66.3 17.4 - 坐果类型 1.13 51.2 46.5 2.3 - 果染病率 1.84 44.2 11.6 19.8 24.4 叶色 1.25 27.1 63.5 9.4 - 叶片质地 0.59 2.1 88.5 9.4 - 叶形 1.81 22.9 45.8 10.4 20.8 叶染病率 1.85 19.8 19.8 36.5 13.5 株型 1.52 36.5 43.8 19.8 - 注:“-”表示该性状此赋值. 表 5 三叶木通种质资源19个表型性状相关性分析
果量 果色 坐果类型 果染病率 叶色 叶片质地 叶形 叶染病率 株型 果纵径 果横径 小叶长 小叶宽 顶叶长 顶叶宽 叶柄长 小叶长宽比 顶叶长宽比 果量 果色 0.505** 坐果类型 0.692** 0.415** 果染病率 0.389** 0.205* 0.470** 叶色 0.150 0.058 0.131 -0.024 叶片质地 0.040 -0.023 0.024 -0.163 -0.151 叶形 -0.089 -0.078 -0.057 0.057 -0.018 -0.213* 叶染病率 0.225* 0.150 0.128 0.212* 0.386** 0.031 -0.066 株型 0.353** 0.256* 0.364** 0.106 0.152 0.180 -0.183 0.268** 果纵径 0.565** 0.584** 0.577** 0.435** 0.013 0.026 0.022 0.112 0.198 果横径 0.531** 0.684** 0.554** 0.499** 0.041 -0.067 0.107 0.103 0.175 0.919** 小叶长 -0.028 -0.025 0.125 -0.107 -0.064 0.255* -0.303** -0.094 0.266** 0.227* 0.115 小叶宽 -0.018 0.076 0.157 -0.028 0.084 0.256* -0.059 -0.005 0.302** 0.302** 0.275** 0.678** 顶叶长 -0.028 -.0021 0.046 -0.185 0.037 0.213* -0.207* -0.066 0.318** 0.191 0.065 0.874** 0.582** 顶叶宽 0.004 0.076 0.150 -0.197 0.181 0.199 -0.100 -0.028 0.375** 0.263** 0.160 0.639** 0.779** 0.645** 叶柄长 0.013 -0.083 0.051 -0.144 0.146 0.200 -0.358** 0.118 0.219* 0.090 -0.031 0.257* 0.146 0.232* 0.315** 小叶长宽比 0.003 -0.124 -0.013 -0.048 -0.178 -0.005 -0.285** -0.106 -0.063 -0.089 -0.193 0.357** -0.433** 0.324** -0.201* 0.103 顶叶长宽比 0.017 -0.107 -0.067 0.097 -0.138 -0.005 -0.063 -0.059 -0.096 -0.109 -0.101 0.105 -0.299** 0.236* -0.551** -0.181 0.509** 果实横纵比 0.630** 0.616** 0.662** 0.415** 0.036 0.075 -0.126 0.158 0.269** 0.933** 0.811** 0.217* 0.210* 0.178 0.253* 0.153 0.017 -0.105 注:**. 在0.01水平上(双尾),相关性显著;*. 在0.05水平上(双尾),相关性显著. 表 6 三叶木通种质资源19个表型性状的主成分分析
成分 1 2 3 4 果量 0.674 -0.379 0.171 0.226 果色 0.644 -0.330 -0.003 -0.036 坐果类型 0.732 -0.255 0.115 0.097 果染病率 0.422 -0.507 0.141 -0.039 叶色 0.159 0.005 -0.327 0.559 叶片质地 0.133 0.384 0.077 0.100 叶形 -0.139 -0.320 -0.364 -0.445 叶染病率 0.230 -0.155 -0.143 0.648 株型 0.500 0.237 -0.029 0.390 果纵径 0.879 -0.206 0.064 -0.232 果横径 0.828 -0.336 -0.019 -0.276 小叶长 0.398 0.782 0.316 -0.177 小叶宽 0.498 0.627 -0.368 -0.256 顶叶长 0.350 0.772 0.317 -0.129 顶叶宽 0.488 0.714 -0.379 -0.087 叶柄长 0.195 0.414 0.018 0.462 小叶长宽比 -0.127 0.142 0.861 0.099 顶叶长宽比 -0.199 -0.100 0.782 -0.040 果实纵横径比 0.888 -0.200 0.152 -0.066 特征值 5.057 3.413 2.189 1.637 贡献率/% 26.616 17.965 11.519 8.614 累积贡献率/% 26.616 44.581 56.100 64.714 表 7 不同类群数量性状的平均值与变异系数
性状 全部 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 平均 变异系数 平均 变异系数 平均 变异系数 平均 变异系数 果纵径 9.3 16.8 9.8 16.2 8.7 15.4 - - 果横径 4.4 12.9 4.5 13.9 4.4 11.8 - - 小叶长 8.0 15.8 8.7 11.2 7.5 15.4 7.7 20.2 小叶宽 4.3 16.4 4.8 11.0 3.9 14.0 3.9 16.6 顶叶长 8.5 15.6 9.1 13.2 8.0 14.8 8.3 17.8 顶叶宽 5.0 17.6 5.6 13.3 4.5 14.4 4.6 17.6 叶柄长 7.3 41.4 8.4 38.2 6.3 37.5 7.0 50.3 小叶长宽比 1.9 13.3 1.8 10.0 1.9 15.3 2.0 12.1 顶叶长宽比 1.7 16.5 1.7 13.9 1.8 18.3 1.8 12.0 果实纵横径比 2.1 14.5 2.2 13.0 2.0 14.8 - - 注:“-”表示无果实着生. 表 8 不同类群果染病率与株型的分布频率
性状 分类 频率/% 1 2 3 4 果染病率 Ⅰ 61.9 9.5 14.3 14.3 Ⅱ 27.3 13.6 25.0 34.1 株型 Ⅰ 26.2 45.2 28.6 - Ⅱ 36.4 50.0 13.6 - Ⅲ 80.0 10.0 10.0 - 注:“-”表示该性状无此赋值. -
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