基于枝条和叶片表型性状的梨种质资源多样性

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张莹, 曹玉芬, 霍宏亮, 徐家玉, 田路明, 董星光, 齐丹, 张小双, 刘超, 王立东. 基于枝条和叶片表型性状的梨种质资源多样性[J]. 中国农业科学, 2018, 51(17): 3353-3369 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.010
ZHANG Ying, CAO YuFen, HUO HongLiang, XU JiaYu, TIAN LuMing, DONG XingGuang, QI Dan, ZHANG XiaoShuang, LIU Chao, WANG LiDong. Diversity of Pear Germplasm Resources Based on Twig and Leaf Phenotypic Traits[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2018, 51(17): 3353-3369 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2018.17.010

0 引言

【研究意义】表型多样性主要研究种群在其分布区内各种环境中的表型变异,是生物多样性的重要研究内容^[1]。表型多样性的调查有助于了解物种的稳定性和进化潜力,有利于优异资源的筛选和开发利用^[2]。对梨种质资源叶片和枝条表型多样性和变异特点进行研究,可为梨种质资源描述的规范化和标准化、梨资源的保存及核心种质的构建提供数据基础和理论依据,促进梨种质资源的高效利用。【前人研究进展】利用RAPD^[3]、SSR^[4,5]、SSAP^[6]和cp-DNA^[7]等分子标记技术对梨种质资源的多样性进行了大量研究。但基于形态性状研究梨的遗传多样性相对较少,而且选用的资源数量有限,张冰冰等^[8]对143份寒地梨种质资源表型性状进行了分析,结果表明幼叶颜色、叶面状态、果实形状、抗寒性、抗梨黑星病、单果质量和可溶性固形物等性状变异度丰富;董星光等^[9]对中国南方梨优势产区的33个主栽品种进行了分析,结果表明梨石细胞含量、可溶性糖含量、固酸比、单果质量、果形指数5项指标为果实品质的主要评价指标;张莹等^[10]对625份梨资源花表型性状的多样性进行了研究,结果表明花药颜色和每花序花朵数较其他花性状变异丰富;ALIZADEH等^[11]利用形态和化学性状的显著差异将19份伊朗西北部的梨资源聚类成7组。而相对于其他果树,如桃^[12,13],梨种质资源多样性的研究还有一定差距。【本研究切入点】表型性状多样性是衡量物种多样性的重要指标和研究内容^[14]。在表型特征中,叶片和枝条性状的变异是遗传变异的重要特征之一,也是植物分类的重要参考指标。叶片和枝条在植物营养生长过程中承担着营养物质生产和运输的功能,对植物生长具有重要的作用^[15]。【拟解决的关键问题】通过对大量梨资源叶片和枝条字符型和数值型性状的分析,确定梨种质资源表型遗传多样性和变异系数,并提出 5 级数值分级指标和参照品种,筛选相对合理的数值型性状评价指标,为梨种质资源的准确描述和高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2013—2017年在“国家果树种质兴城梨、苹果圃”内进行,数据采集自11—50年生健壮树。采集数据的梨品种包括白梨（Pyrus bretschneideri）139份,砂梨（P. Pyrifolia）140份,秋子梨（P. ussuriensis）87份,新疆梨（P. sinkiangensis）22份,西洋梨（P. communis）64份,川梨（P. pashia）1份,豆梨（P. calleryana）2份,杜梨（P. betuleafolia）1份,河北梨（P. hopeiensis）1份,褐梨（P. phaeocarpa）1份,麻梨（P. serrulata）1份,杏叶梨（P. armeniacaefolia）1份和种间杂交品种（P. hybrid）88份,共计梨12个种548份材料。

1.2 数据采集与统计分析

采集数据包括一年生枝长度、一年生枝粗度、节间长度、一年生枝皮孔数量、叶芽姿态、叶芽顶端特征、芽托大小、一年生枝颜色、花芽长度、花芽粗度、花芽茸毛、幼叶颜色、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶片形状、叶基形状、叶尖形状、叶缘、刺芒、叶面伸展状态、叶姿和托叶共23个描述符。具体方法参考《梨种质资源描述规范和数据标准》^[16],以下简称梨规范标准。采用英国皇家园艺协会比色卡（The Royal Horticultural Society’s Colour Chart）作为颜色判定标准,以下简称RHS。
使用Microsoft Excel 2007和SPSS19.0软件进行数据的统计分析,包括分布频率、Simpson遗传多样性指数、Shannon-weaver遗传多样性指数^[10]、方差分析、Ducan’s多重比较、变异系数和V_ST表型分化系数^[17]。根据概率论和数据统计的理论,结合计算结果,将各数值型性状划分为7—11个组,统计落入各分组的品种数,用Origin 8.0软件绘制次数分布直方图,并用分布函数χ²检验法检验各数值型性状是否符合正态分布^[18]。参照王力荣等^[12]采用等距法对一年生枝长度、一年生枝粗度、节间长度、花芽长度、花芽粗度、叶片长度、叶片宽度和叶柄长度数值型性状分级、评价描述并选取参照品种。根据数值型性状对梨进行相关性分析和主成分分析,筛选枝条和叶片的综合评价指标。
数值型性状采用巢式设计方差分析,线性模型为：Y_ijk=μ+S_i+T_(i)j+e_(ij)k,式中Y_ijk为第i个群体第j个单株第k个观测值,μ为总均值,S_i为群体效应（固定）,T_(i)j为群体内单株效应（随机）,e_(ij)k为试验误差。表型分化系数V_ST（%）=[(δ²_t/s / (δ²_t/s+δ²_s)]×100;式中δ²_t/s为群体间方差分量,δ²_s为群体内方差分量,V_ST表示群体间变异占遗传总变异的百分比^[19]。表型性状变异系数（CV）表示表型性状离散程度,CV（%）=s/ $\overline{x}$×100。式中,$\overline{x}$为性状平均值,s为标准差。
对梨枝条和叶片23个表型性状采用系统聚类组间聚合的方法,对233份脆肉资源的白梨和砂梨地方品种及87份软肉资源的秋子梨地方品种和野生资源分别进行聚类,采用平方欧氏距离得到近似矩阵^[20],用MEGA绘制聚类结果的环形图。

2 结果

2.1 字符型性状的频率分布及多样性指数

2.1.1 一年生枝颜色和一年生枝皮孔数量一年生枝条分为绿黄色、灰绿色、绿色、灰褐色、黄褐色、绿褐色、红褐色、褐色、紫褐色和黑褐色10种。其中黄褐色一年生枝条最多,占87.23%,其次为绿黄色,为3.28%,绿色在本次数据采集中未发现（图1）。将RHS比色卡颜色与一年生枝颜色对应分类见表1。

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图1梨枝条表型性状变异分布频率
-->Fig. 1The variation distribution of twig phenotypic traits of pear
-->

Table 1
表1
表1一年生枝颜色与英国皇家园艺学会比色卡代码的对应关系
Table 1Match between color of anther and code in the Royal Horticultural Society’s Colour Chart

一年生枝颜色 Color of one-year-old twig	英国皇家园艺学会比色卡颜色代码 Code in the Royal Horticultural Society’s Colour Chart
绿黄色 Green yellow	199A, 199B, 199C
灰绿色 Grey green	197A
绿色 Green	137A, 137B, 137C, N137A, N137B, 146A, 146B, 189A, 191A
灰褐色 Grey brown	N200B, N200C
黄褐色 Yellow brown	165A, 165B, 166A, 166B, 166C, 175A, 177A, 177B, N199B, N199C
绿褐色 Green brown	N199A, N200A
红褐色 Red brown	176A, 178A, 178B, 183A, 183B
褐色 Brown	200B, 200C
紫褐色 Purple brown	187A, 187B
黑褐色 Black brown	200A

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一年生枝皮孔数量分为无或极少、少、中和多4种。其中一年生枝皮孔数量多的资源最多,占78.28%,皮孔数量中的其次,占18.43%,皮孔数量无或极少的资源在本次数据采集中未发现（图1）。一年生枝颜色和一年生枝皮孔数量的Simpson指数分别为0.236和0.352,Shannon-weaver指数分别为0.882和0.888（表2）。
Table 2
表2
表2梨字符型性状多样性指数分析
Table 2Diversity index analysis of character traits of pear

性状 Trait	Simpson指数 Simpson index	Shannon-Weaver指数 Shannon-weaver index
一年生枝颜色 Color of one-year-old twig	0.236	0.882
一年生枝皮孔数量 Number of lenticels on one-year- old twig	0.352	0.888
叶芽姿态 Position of vegetative bud in relation to twig	0.219	0.651
叶芽顶端特征 Character of apex of vegetative bud	0.276	0.711
芽托大小 Size of bud support	0.418	1.080
花芽茸毛 Pubescence on flower bud	0.014	0.062
幼叶颜色 Color of young leaf	0.749	2.197
叶片形状 Leaf shape	0.172	0.466
叶基形状 Shape of leaf base	0.586	1.597
叶尖形状 Shape of leaf apex	0.487	1.199
叶缘 Leaf margin	0.985	0.917
刺芒 Seta on leaf margin	0.223	0.551
叶面伸展状态 Status of leaf surface	0.542	1.354
叶姿 Latitude of leaf in relation to twig	0.239	0.693
托叶 Presence of stipules	0.110	0.321

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2.1.2 叶芽姿态、叶芽顶端特征和芽托大小叶芽姿态分为贴生、斜生和离生3种。其中叶芽斜生的资源最多,占87.96%,其次为贴生和离生的资源,分别占6.39%和5.66%。叶芽顶端特征分为尖、钝和圆3种。其中叶芽顶端钝的资源最多,占83.76%,其次为尖的资源,占14.78%,叶芽顶端圆的最少。芽托大小分为小、中和大3种。其中芽托为中的资源最多,占73.91%,其次为大和小,分别占15.88%和10.22%（图1）。叶芽姿态、叶芽顶端特征和芽托大小的Simpson指数分别为0.219、0.276和0.418,Shannon-weaver指数分别为0.651、0.711和1.080（表2）。
2.1.3 花芽茸毛花芽茸毛分为无毛（99.27%）和有毛（0.73%）两种（图1）。花芽茸毛的Simpson指数为0.014,Shannon-weaver指数分别为0.062 （表2）。
2.1.4 幼叶颜色幼叶颜色分为黄绿色、黄绿微显红色、绿色、绿微显红色、红色和红微显绿色6种。其中绿微显红色幼叶的资源最多,占35.04%,其次为红微显绿色,占29.56%（图2）。幼叶颜色的Simpson指数为0.749,Shannon-weaver指数为2.197（表2）。

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图2梨叶片性状变异分布频率
-->Fig. 2The variation distribution of leaf phenotypic traits of pear
-->

2.1.5 叶片形状、叶基形状和叶尖形状叶片形状分为圆形、卵圆形、椭圆形和披针形4种。其中卵圆形叶片的资源最多,占90.51%,其次为椭圆形,占9.31%,披针形叶片的资源在本次数据采集中未发现。叶基形状分为狭楔形、楔形、宽楔形、圆形、截形和心形6种。其中宽楔形叶基的资源最多,占58.03%,其次为心形和圆形,分别占25.00%和10.95%,截形和楔形叶基的资源较少,狭楔形叶基的资源在本次数据采集中未发现。叶尖形状分为渐尖、钝尖、急尖和长尾尖4种。其中急尖的资源最多,占66.97%,长尾尖和渐尖的资源较少,分别占23.72%和9.31%,钝尖的资源在本次数据采集中未发现（图2）。叶片形状、叶基形状和叶尖形状的Simpson指数分别为0.172、0.586和0.487,Shannon-weaver指数分别为0.466、1.597和1.199（表2）。
2.1.6 叶缘、刺芒和叶面伸展状态叶缘分为全缘、圆锯齿、钝锯齿、锐锯齿和复锯齿5种。其中锐锯齿叶缘的资源最多,占81.93%,其次为钝锯齿,占10.77%,复锯齿的资源在本次数据采集中未发现。刺芒分为无和有两种。其中有刺芒的资源最多,占87.23%。叶面伸展状态分为平展、抱合、反卷和波浪4种。其中抱合叶面状态的资源最多,占59.27%,其次为波浪叶面状态,为32.00%,平展和反卷的资源较少,分别占6.36%和2.36%（图2）。叶缘、刺芒和叶面伸展状态的Simpson指数分别为0.985、0.223和0.542,Shannon-weaver指数分别为0.917、0.551和1.354（表2）。
2.1.7 叶姿和托叶叶姿分为斜向上、水平和斜向下3种。其中斜向下叶姿的资源最多,占86.68%,其次为水平叶姿的资源,占8.39%,斜向上的最少。托叶分为无和有两种。其中无托叶的资源较多,占94.16%,有托叶的资源较少,多数为西洋梨品种（图2）。叶姿和托叶的Simpson指数分别为0.239和0.110,Shannon-weaver指数分别为0.693和0.321（表2）。

2.2 数值型性状的变异及分布

一年生枝长度的变异系数最大,为23.70%,其次为花芽长度和叶柄长度,分别为20.62%和20.06%（表3）。因此,利用一年生枝长度更能反映品种间的差异。平均值和中位数的差异反映了性状数据的集散性,其中一年生枝粗度、节间长度、花芽粗度和叶柄长度的平均值和中位数的差异<0.1,其余都≥0.1,说明相对于其他4个性状一年生枝粗度、节间长度、花芽粗度和叶柄长度这4个性状的数据相对比较集中。
Table 3
表3
表3梨数值型性状的变异情况
Table 3Coefficient of variation on numeric traits of pear

性状 Trait	最小值 Min	最大值 Max	平均值 Mean	中位数 Median	标准差 Standard differences	变异系数 CV (%)
一年生枝长度Length of one-year-old twig (cm)	19.0	108.5	57.6	58.0	13.66	23.70
一年生枝粗度Thickness of one-year-old twig (mm)	2.3	8.0	5.3	5.3	0.79	15.08
节间长度 Length of internode (cm)	1.8	6.7	4.2	4.1	0.80	19.33
花芽长度Length of flower bud (mm)	4.1	17.0	9.9	10.0	2.03	20.62
花芽粗度Thickness of flower bud (mm)	2.5	7.9	4.9	4.9	0.81	16.66
叶片长度Leaf length (cm)	5.9	15.5	10.8	11.0	1.86	17.25
叶片宽度Leaf width (cm)	3.0	11.0	7.0	7.1	1.32	19.04
叶柄长度Petiole length (cm)	1.4	7.6	4.3	4.3	0.91	20.06

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绘制梨枝条和叶片各数值型性状的频率分布直方图（图3）,由图3可见,各数值型性状的分布间存在差异。经分布函数χ²检验得出,8个数值型性状均近似符合正态分布。

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图3梨数值型性状次数分布图
-->Fig. 3Frequency distribution of numeric traits of pear
-->

一年生枝长度的变异系数为23.70%,平均值为57.6 cm,中位数为58.0 cm,说明一年生枝长度的数据较分散。在50.0—70.0 cm频率分布最大,占55.92%。按一年生枝长度可将品种分5级评价（表4）,一年生枝长度极短的品种有白梨‘晋酥’和‘济南小黄梨’,砂梨‘黄皮钟’‘人头梨’和‘火把梨’,以及野生资源‘栾川豆梨’和‘荆门豆梨’等。一年生枝长度极长的品种主要有‘寒香梨’等。
Table 4
表4
表4梨一年生枝长度分级指标及参考品种
Table 4Scale index and reference cultivars of length of one-year-old twig of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (cm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	1.46	<30.0	极短Extremely short	晋酥Jinsu、荆门豆梨P. calleryana-Jingmen
2	25.87	30.0-50.0	短Short	八月雪Bayuexue、派克汉姆Packham’s Triumph
3	55.92	50.0-70.0	中Intermediate	苹果梨Pingguoli、早生赤Waseaka
4	16.03	70.0-90.0	长Long	锦丰Jinfeng、利布林Clapps liebling
5	0.73	≥90.0	极长Extremely long	寒香梨Hanxiangli

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一年生枝粗度的变异系数为15.08%,平均值为5.3 mm,中位数为5.3 mm,说明一年生枝粗度的数据较集中。在5.0—6.0 mm频率分布最大,占55.74%。按一年生枝粗度可将品种分5级评价（表5）,一年生枝粗度极细的品种有白梨‘晋酥’和‘济南小黄梨’,砂梨‘黄皮钟’和‘火把梨’,以及野生资源‘栾川豆梨’和‘荆门豆梨’等。一年生枝粗度极粗的品种主要有秋子梨‘热秋子’、白梨‘懋攻梨’等。
Table 5
表5
表5梨一年生枝粗度分级指标及参考品种
Table 5Scale index and reference cultivars of thickness of one-year-old twig of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (mm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	2.73	<4.0	极细Extremely fine	晋酥Jinsu、荆门豆梨P. calleryana-Jingmen
2	27.50	4.0-5.0	细Fine	八月酥梨Bayue Suli、居特路易斯Gute Luise
3	55.74	5.0-6.0	中Intermediate	秋白梨Qiubaili、茄梨Clapp Favorite
4	13.48	6.0-7.0	粗Coarse	苹果梨Pingguoli、国长Kokuchou
5	0.55	≥7.0	极粗Extremely coarse	懋功梨Maogongli

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节间长度的变异系数为19.33%,平均值为4.2 cm,中位数为4.1 cm,说明节间长度的数据较分散。在3.7—4.7 cm频率分布最大,占51.73%。按节间长度可将品种分5级评价（表6）,节间长度极短的品种有新疆梨‘油饺团’,西洋梨‘哈代’‘蓓蕾沙’‘肯费恩伯尔’和‘康佛伦斯’等。节间长度极长的品种主要有白梨‘大水核子’和‘德胜香’,砂梨‘江岛’‘满丰’和‘甘川’等。
Table 6
表6
表6梨节间长度分级指标及参考品种
Table 6Scale index and reference cultivars of length of internode of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (cm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	2.37	<2.7	极短Extremely short	油饺团Youjiaotuan、哈代Beurré Hardy
2	22.40	2.7-3.7	短Short	花长把Huachangba、伏茄Beurré Giffard
3	51.73	3.7-4.7	中Intermediate	茌梨Chili、圆黄Wonhwang
4	22.59	4.7-5.7	长Long	苍溪雪梨Cangxi Xueli、丰水Housui
5	0.91	≥5.7	极长Extremely long	德胜香Deshengxiang、甘川Gamcheonbae

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花芽长度的变异系数为20.62%,平均值为9.9 mm,中位数为10.0 mm,说明花芽长度的数据较分散。在8.5—11.0 mm频率分布最大,占46.81%。按花芽长度可将品种分5级评价（表7）,花芽长度极短的品种有白梨‘白枝母秧’、砂梨‘翠伏’、西洋梨‘费莱茵’等。花芽长度极长的品种主要有秋子梨‘尖把王’‘绥棱山梨3号’和‘绥棱山梨4号’,砂梨‘水汁梨’和‘昆明麻梨’,白梨‘栖霞大香水’和‘独里红’等。
Table 7
表7
表7梨花芽长度分级指标及参考品种
Table 7Scale index and reference cultivars of length of flower bud of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (mm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	1.64	<6.0	极短Extremely short	白枝母秧Baizhi Muyang、费莱茵Vereins Dechanstbirne
2	23.13	6.0-8.5	短Short	砀山酥梨Dangshan Suli、利布林Clapps liebling
3	46.81	8.5-11.0	中Intermediate	秋白梨 Qiubaili、哈代Beurré Hardy
4	24.95	11.0-13.5	长Long	鸭梨Yali、晚三吉Okusankichi
5	3.46	≥13.5	极长Extremely long	独里红Dulihong、尖把王Jianbawang

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花芽粗度的变异系数为16.66%,平均值为4.9 mm,中位数为4.9 mm,说明花芽粗度的数据较集中。在4.5—5.5 mm频率分布最大,占49.91%。按花芽粗度可将品种分5级评价（表8）,花芽粗度极细的品种有西洋梨‘洋梨1号’和‘日面红’,以及野生资源‘河北梨1号’和‘杜梨1号’等。花芽粗度极粗的品种主要有秋子梨‘尖把王’,白梨‘秦酥梨’‘独里红’和‘海棠酥’,以及野生资源‘栾川豆梨’等。
Table 8
表8
表8梨花芽粗度分级指标及参考品种
Table 8Scale index and reference cultivars of thickness of flower bud of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (mm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	1.09	<3.5	极细Extremely fine	河北梨1号P. hopeiensis-No.1、杜梨1号P. betuleafolia-No.1
2	27.14	3.5-4.5	细Fine	伏茄Beurré Giffard、南果梨Nanguoli
3	49.91	4.5-5.5	中Intermediate	砀山酥梨Dangshan Suli、圆黄Wonhwang
4	20.58	5.5-6.5	粗Coarse	金川雪梨 Jinchuan Xueli、晚三吉Okusankichi
5	1.28	≥6.5	极粗Extremely coarse	尖把王Jianbawang、海棠酥Haitangsu

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叶片长度的变异系数为17.25%,平均值为10.8 cm,中位数为11.0 cm,说明叶片长度的数据较分散。在9.5—12.0 cm频率分布最大,占48.82%。按叶片长度可将品种分5级评价（表9）,叶片长度极短的品种有新疆梨‘其力阿木提’和‘黄麻梨’,西洋梨‘北农7号’和‘蓓蕾沙’等。叶片长度极长的品种主要有白梨‘茌梨’、砂梨‘惠水金盖’等。
Table 9
表9
表9梨叶片长度分级指标及参考品种
Table 9Scale index and reference cultivars of leaf length of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (cm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	2.37	<7	极短Extremely short	黄麻梨Huangmali、蓓蕾沙Placer
2	20.77	7.0-9.5	短Short	花长把Huachangba、茄梨Clapp Favorite
3	48.82	9.5-12.0	中Intermediate	砀山酥梨Dangshan Suli、晚三吉Okusankichi
4	27.69	12.0-14.5	长Long	鸭梨Yali、丰水Housui
5	0.36	≥14.5	极长Extremely long	惠水金盖Huishui Jingai、茌梨Chili

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叶片宽度的变异系数为19.04%,平均值为7.0 cm,中位数为7.1 cm,说明叶片宽度的数据较分散。5.8—7.6 cm频率分布最大,占49.18%。按叶片宽度可将品种分5级评价（表10）,叶片宽度极窄的品种有新疆梨‘黄麻梨’,西洋梨‘北农7号’和‘蓓蕾沙’等。叶片宽度极宽的品种主要有砂梨‘大麻梨’,白梨‘龙灯早梨’和‘金花梨’等。
Table 1
表1
表10 梨叶片宽度分级指标及参考品种
Table 10 Scale index and reference cultivars of leaf width of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (cm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	1.46	<4	极窄Extremely narrow	黄麻梨Huangmali、蓓蕾沙Placer
2	15.66	4.0-5.8	窄Narrow	色尔克甫Seerkefu、茄梨Clapp Favorite
3	49.18	5.8-7.6	中Intermediate	锦丰Jinfeng、圆黄Wonhwang
4	32.24	7.6-9.4	宽Wide	鸭梨Yali、早生赤Waseaka
5	1.46	≥9.4	极宽Extremely wide	龙灯早梨Longdeng Zaoli、金花梨Jinhuali

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叶柄长度的变异系数为20.06%,平均值为4.3 cm,中位数为4.3 cm,说明叶柄长度的数据较集中。4.0—5.0 cm频率分布最大,占48.45%。按叶柄长度可将品种分5级评价（表11）,叶柄长度极短的品种有砂梨‘久松’‘花红’和‘博多青’,西洋梨‘蓓蕾沙’‘克拉代德华’和‘居特路易斯’等。叶柄长度极长的品种主要有砂梨‘山梗大麻梨’、新疆梨‘花长把’、白梨‘香椿’、秋子梨‘京白梨’等。
Table 1
表1
表11 梨叶柄长度分级指标及参考品种
Table 11 Scale index and reference cultivars of petiole length of pear

分级Grade	分布频率Frequency (%)	大小Size (cm)	评价Evaluation	参照品种Reference cultivar
1	2.91	<3.0	极短Extremely short	居特路易斯Gute Luise、蓓蕾沙Placer
2	26.05	3.0-4.0	短Short	宝珠梨Baozhuli、波罗底斯卡Plovdivska
3	48.45	4.0-5.0	中Intermediate	鸭梨Yali、圆黄Wonhwang
4	20.77	5.0-6.0	长Long	苍溪雪梨Changxi Xueli、江岛Enoshima
5	1.82	≥6.0	极长Extremely long	京白梨Jingbaili、花长把Huachangba

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2.3 数值型性状的相关性分析和主成分分析

对548份梨资源的8个数值型性状进行相关分析,结果见表12。一年生枝长度除与一年生枝粗度和节间长度之间有极显著和显著的相关性外,与其余性状相关性均不显著。一年生枝粗度除与一年生枝长度、节间长度、叶片长度和叶片宽度之间有极显著的相关性外,与其余性状相关性均不显著。节间长度与其余7个性状均存在显著或极显著的相关性,其中与叶片长度和叶片宽度的相关系数分别为0.619和0.647。花芽长度与节间长度、花芽粗度、叶片长度和叶片宽度存在极显著的相关性,其中与花芽粗度的相关系数为0.657。叶片长度与叶片宽度存在极显著的相关性,相关系数为0.806。
Table 1
表1
表12 梨数值型性状间的相关性
Table 12 Correlation coefficients among numeric traits of pear

性状Trait	一年生枝长度LOT	一年生枝粗度TOT	节间长度LI	花芽长度LFB	花芽粗度TFB	叶片长度LL	叶片宽度LW
一年生枝长度LOT	1
一年生枝粗度TOT	0.361**	1
节间长度LI	0.108*	0.215**	1
花芽长度LFB	-0.018	-0.077	0.152**	1
花芽粗度TFB	-0.036	0.017	0.210**	0.657**	1
叶片长度LL	0.012	0.290**	0.619**	0.160**	0.266**	1
叶片宽度LW	-0.030	0.299**	0.647**	0.150**	0.297**	0.806**	1
叶柄长度PL	0.010	0.044	0.272**	0.055	0.131**	0.379**	0.376**

* and ** indicate significant difference at P<0.05 and P<0.01, respectively. The same as below*和**分别表示在P<0.05和P<0.01水平下显著差异。下同

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对8个数值型性状进行主成分分析（表13）,结果显示前4个主成分的累积贡献率达81.34%,表明前4个主成分代表了梨枝条和叶片数值型性状的大部分信息。第1个主成分的贡献率最大,为36.66%,特征向量值较大的为叶片长度、叶片宽度和节间长度等,表征与叶片相关的性状;第2个主成分的贡献率为19.68%,特征向量值较大的为花芽长度和花芽粗度等,表征与花芽相关的性状;第3个主成分的贡献率为15.01%,特征向量值较大的为一年生枝长度与一年生枝粗度等,表征与一年生枝相关的性状;第4个主成分的贡献率为9.99%,叶柄长度的特征向量值最大。以PV1和PV2绘制不同数值型性状主成分散点图（图4）。揭示了不同数值型性状的关系,一年生枝粗度和花芽长度、叶柄长度和花芽粗度、叶片长度和叶片宽度在PV2上的主成分值基本一致,这些结果同各性状相关性分析结果相吻合。
Table 1
表1
表13 梨数值型性状的主成分分析
Table 13 Principal component analysis of numeric traits of pear

	主成分 Component
	PV1	PV2	PV3	PV4
一年生枝长度 LOT	0.09	0.44	0.73	0.34
一年生枝粗度 TOT	0.37	0.55	0.48	-0.17
节间长度 LI	0.77	0.15	-0.08	-0.16
花芽长度 LFB	0.37	-0.75	0.38	0.04
花芽粗度 TFB	0.50	-0.68	0.33	0.02
叶片长度 LL	0.87	0.13	-0.17	-0.13
叶片宽度 LW	0.88	0.12	-0.20	-0.17
叶柄长度 PL	0.51	0.06	-0.34	0.76
特征值 Eigen value	2.93	1.57	1.20	0.80
贡献率 Contributive percentage (%)	36.66	19.68	15.01	9.99
累计贡献率 Total percentage (%)	36.66	56.34	71.35	81.34

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图4梨8个数值型性状的第1和第2主成分值散点图
-->Fig. 4Principal component values of PV1 and PV2 of 8 numeric traits of pear
-->

2.4 数值型性状种群间和种群内的变异特征

采用巢式方差分析研究梨枝条和叶片数值型性状在种群间和种群内两个层次上的差异显著性。由表14可以看出,8个表型性状差异均达到极显著水平。一年生枝粗度的种群间和种群内的F值均最小,分别为18.435和3.533,表明一年生枝粗度在种群间和种群内的差异不如其他7个性状显著。叶片长度和叶片宽度的种群间和种群内F值均较大,种群间分别为614.226和761.035,种群内分别为6.401和6.074,表明叶片长度和叶片宽度在种群间和种群内的差异较其他6个性状显著。
Table 1
表1
表14 梨5个种群的数值型性状平均值及方差分析
Table 14 Mean value and variance analysis of numeric traits of 5 populations of pear

种 Species	一年生枝长度 LOT (cm)	一年生枝粗度 TOT (mm)	节间长度 LI (cm)	花芽长度 LFB (mm)	花芽粗度 TFB (mm)	叶片长度 LL (cm)	叶片宽度 LW (cm)	叶柄长度 PL (cm)
白梨P. bretschneideri	56.29±13.81AB	5.30±0.74B	4.35±0.67D	10.17±1.88C	5.14±0.77D	11.69±1.36D	7.75±0.88E	4.63±0.84D
秋子梨P. ussuriensis	55.15±12.77A	5.32±0.76B	3.96±0.54C	10.25±2.29C	4.83±0.81B	10.18±1.28C	6.86±0.87C	4.40±0.94C
砂梨P. pyrifolia	58.17±13.54B	5.31±0.81B	4.49±0.75E	9.72±1.91B	4.97±0.79C	11.66±1.43D	7.35±1.02D	4.22±0.89B
西洋梨P. communis	60.96±13.82C	4.99±0.71A	3.15±0.56A	8.72±1.77A	4.32±0.70A	7.90±1.16A	4.70±0.83A	3.77±0.95A
新疆梨P. sinkiangensis	61.24±10.38C	4.89±0.59A	3.85±0.70B	10.04±2.01C	4.80±0.75B	9.31±1.96B	6.09±1.29B	4.65±0.94D
种群间F值 Among populations F value	21.149**	18.435**	270.070**	43.883**	71.363**	614.226**	761.035**	65.030**
种群内F值 Within populations F value	5.461**	3.533**	4.915**	5.975**	4.323**	6.401**	6.074**	3.478**

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8个性状平均值和多重比较的结果（表14）表明,5个种群的8个表型性状间存在显著的差异。其中,新疆梨的一年生枝长度最长,秋子梨的一年生枝粗度最粗。砂梨的节间最长,秋子梨的花芽最长,白梨的花芽最粗。白梨和砂梨的叶片较大,西洋梨的叶片最小叶柄最短。
种群间同一性状的变异系数存在明显差异。由表15可以看出,白梨一年生枝长度的变异系数最大,为24.54%,砂梨一年生枝粗度的变异系数最大,为15.18%,新疆梨的均最小,分别为16.95%和12.16%。新疆梨节间长度的变异系数最大,为18.12%。秋子梨花芽长度和花芽粗度的变异系数均最大,分别为22.33%和16.72%。新疆梨叶片长度和叶片宽度的变异系数均为最大,分别为21.05%和21.18%。西洋梨的各性状平均变异系数最大,为18.58%,而白梨的最小,为16.07%,表明各种群的表型多样性存在差别。
Table 1
表1
表15 梨5个种群的数值型性状平均变异系数
Table 15 Coefficients of variation of numeric traits of 5 populations of pear (CV, %)

种 Species	一年生枝长度 LOT (cm)	一年生枝粗度 TOT (mm)	节间长度 LI (cm)	花芽长度 LFB (mm)	花芽粗度 TFB (mm)	叶片长度 LL (cm)	叶片宽度 LW (cm)	叶柄长度 PL (cm)	平均 Mean
白梨P. bretschneideri	24.54	14.04	15.47	18.45	14.89	11.62	11.39	18.16	16.07
秋子梨P. ussuriensis	23.16	14.21	13.66	22.33	16.72	12.53	12.72	21.35	17.08
砂梨P. pyrifolia	23.27	15.18	16.76	19.62	15.96	12.28	13.89	21.02	17.25
西洋梨P. communis	22.68	14.31	17.72	20.28	16.17	14.66	17.63	25.21	18.58
新疆梨P. sinkiangensis	16.95	12.16	18.12	19.97	15.56	21.05	21.18	20.20	18.15
均值Mean	22.12	13.98	16.34	20.13	15.86	14.43	15.36	21.19	17.43

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2.5 数值型性状种群间的表型分化

种群间、种群内和个体间随机误差的方差分量百分比分别为32.28%、13.98%和53.75%;8个性状中花芽粗度的表型分化系数（V_ST）最大,达到89.35%,而一年生枝长度的最小,仅为20.65%（表16）。8个性状种群间（V_ST）的平均值为58.90%,而种群内的平均表型变异占41.10%,表明各性状种群间的变异高于种群内的变异。
Table 1
表1
表16 梨数值型性状方差分量及种群间表型分化系数
Table 16 Variance component and phenotypic differentiation coefficient of numeric traits among populations of pear

性状 Trait	方差分量Variance components			方差分量百分比Percentage of variance components (%)			表型分化系数 V_ST (%)
性状 Trait	种群间Among populations	种群内Within populations	随机误差 Random error	种群间Among populations	种群内Within populations	随机误差 Random error	表型分化系数 V_ST (%)
一年生枝长度LOT	10.763	41.350	140.586	5.585	21.458	72.956	20.65
一年生枝粗度TOT	0.045	0.086	0.494	7.200	13.760	79.040	34.35
节间长度LI	0.287	0.100	0.353	38.784	13.514	47.703	74.16
花芽长度LFB	0.381	0.990	2.952	8.813	22.901	68.286	27.79
花芽粗度TFB	0.990	0.118	0.496	61.721	7.357	30.923	89.35
叶片长度 LL	2.709	0.517	1.420	58.308	11.128	30.564	83.97
叶片宽度LW	1.593	0.239	0.676	63.517	9.530	26.954	86.95
叶柄长度PL	0.135	0.115	0.695	14.286	12.169	73.545	54.00
均值 Mean	2.113	5.439	18.459	32.28	13.98	53.75	58.90

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2.6 种质资源的聚类分析

通过聚类分析,在遗传距离为10.5处将脆肉梨资源聚为12大类群（图5）。第1类群包含42份资源,主要原产于中国华东、华北和西南地区。特征是以卵圆形叶片,圆形、截形和心形叶基,叶尖急尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态抱合,黄褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽斜生顶端钝,芽托中小,幼叶绿微显红色、红色和红微显绿色的资源为主;第2类群包含20份资源,主要原产于华北、华中和西南地区。特征是以卵圆形叶片,宽楔形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态抱合,黄褐色一年生枝条,皮孔数量中多,叶芽斜生和离生顶端钝,芽托中,幼叶绿微显红色、红色和红微显绿色的资源为主。叶片长度变异系数最大,为13.71%;第3类群包含32份资源,主要原产于东北地区和云南省。特征是卵圆形叶片,宽楔形和圆形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态波浪,黄褐色一年生枝条,皮孔数量中多,叶芽斜生顶端钝,芽托中,幼叶绿微显红色和红微显绿色的资源为主;第4类群包含74份资源,主要原产于华东、西北和西南地区。特征是卵圆形叶片,宽楔形、圆形和截形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态平展和抱合,黄褐色一年生枝条,皮孔数量中多,叶芽斜生顶端钝,芽托中小,幼叶红色和红微显绿色的资源为主;第5类群包含11份资源,主要原产于东南沿海地区。特征是卵圆形叶片,圆形、截形和心形叶基急尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态平展和抱合,黄褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽贴生和斜生顶端钝,芽托大,幼叶红色和红微显绿色的资源为主。叶片长度和叶片宽度均值最长,分别为12.46和8.37 cm。叶片长度变异系数最小,为5.62%;第6类群包含14份资源,主要原产于华南和西南地区。特征是卵圆形叶片,宽楔形和圆形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态抱合和波浪,黄褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽斜生顶端钝,芽托大,幼叶黄绿微显红色和绿微显红色的资源为主;第7类群包含12份资源,主要原产于东北和华北地区。特征是卵圆形叶片,宽楔形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态抱合和波浪,红褐色、褐色和紫褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽斜生顶端钝,芽托中大,幼叶绿微显红色、红色和红微显绿色的资源为主;第8类群包含6份资源,主要原产于云南省。特征是卵圆形叶片,宽楔形叶基,叶尖长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态波浪,黄褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽贴生和斜生顶端钝,芽托中小,幼叶黄绿微显红色的资源为主。叶片宽度变异系数最大,为12.20%;第9类群只有‘徽州雪梨’1份资源,原产于安徽省。叶片长度和叶片宽度均值最小,分别为9.95和5.33 cm;第10类群包含19份资源,主要原产于华东和西南地区。特征是卵圆形叶片,宽楔形和圆形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态抱合,黄褐色一年生枝条,皮孔数量中多,叶芽斜生顶端钝,芽托中大,幼叶黄绿色和黄绿微显红色的资源为主;第11类群只有‘金世纪’1份资源,原产于台湾;第12类群只有‘秋白（砂）’1份资源,原产于云南。

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图5梨脆肉资源聚类图
-->Fig. 5Cluster dendrogram of crisp-fleshed pear
-->

在遗传距离为14.5处将软肉资源聚为6大类群（图6）。第1类群包含31份资源,主要原产于中国东北地区和河北省。特征是以卵圆形叶片,心形叶基,叶尖急尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态平展和波浪,黄褐色一年生枝条,皮孔数量中少,叶芽斜生顶端钝,芽托中,幼叶黄绿微显红色和绿微显红色的资源为主;第2类群包含5份资源,主要原产于渤海湾地区。特征是以卵圆形叶片,宽楔形叶基,叶尖急尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态波浪,黄褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽斜生顶端钝,芽托中大,幼叶黄绿色和黄绿微显红色的资源为主。叶片长度和叶片宽度的变异系数均较大,分别为8.80%和9.70%。叶片宽度均值最大,为7.80 cm;第3类群包含16份资源,主要原产于华北、东北和西北地区。特征是以卵圆形叶片,宽楔形和心形叶基,叶尖急尖和长尾尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态波浪,黄褐色一年生枝条,皮孔数量中多,叶芽斜生顶端钝,芽托中小,幼叶绿微显红色和红微显绿色的资源为主。叶片长度均值最大,为11.79 cm;第4类群包含26份资源,主要原产于东北地区和河北省。特征是以卵圆形叶片,宽楔形和心形叶基,叶尖急尖和长尾尖,钝锯齿和锐锯齿带刺芒,叶面状态抱合,黄褐色一年生枝条,皮孔数量多,叶芽斜生顶端尖和钝,芽托中小,幼叶黄绿微显红色和绿微显红色的资源为主;第5类群包含7份资源,主要原产于东北地区。特征是以卵圆形叶片,心形叶基,叶尖急尖,锐锯齿带刺芒,叶面状态波浪,绿黄色一年生枝条,皮孔数量中少,叶芽斜生顶端钝,芽托中,幼叶绿色和绿微显红色的资源为主;第6类群只有‘麦梨’和‘皮胎果’两份资源,原产于青海省和甘肃省。叶片长度和叶片宽度的均值最小,分别为9.09和5.98 cm。

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图6梨软肉资源聚类图
-->Fig. 6Cluster dendrogram of soft-fleshed pear
-->

3 讨论

常规表型性状多样性的研究,是揭示生物多样性的基础和重要研究内容,虽然易受环境等多方面因素的影响,但当数量足够大时,仍能代表其变异及遗传多样性^[8,12]。在数据采集和分析的中未发现绿色一年生枝条颜色的资源,着绿色枝条的资源均以绿黄色、灰绿色和绿褐色呈现,因此梨规范标准中一年生枝颜色的分类有必要进行修订。一年生枝皮孔数量的为中等占18.43%,而多的达到78.28%,这不符合正态分布。经数据统计分析,建议将一年生枝皮孔数量的多少划分为,皮孔数/cm²<2.0个为无或极少,2.0≤皮孔数/cm²<4.0个为少,4.0≤皮孔数/cm²<10.0个为中,皮孔数/cm²≥10.0个为多。本研究在对梨枝条和叶片的15个字符型性状多样性研究中发现,幼叶颜色、叶基形状和叶片伸展状态的多样性指数较高,这与寒地梨种质资源表型多样性研究结论一致^[8]。近年来随着资源评价工作的深入,发现某些特殊的植物学性状往往与农艺性状密切相关^[12]。有关桃的研究认为花径大的碧桃品种更适合做观赏品种,扁平形的桃成为高糖育种的重要材料^[12]。OKIE等^[21]研究认为狭叶桃资源更适宜高密栽培,有利于提高树体的光合特性。本研究中发现的梨树一年生枝长度短的资源,由于树势中庸或较弱,将成为选育适宜轻简化栽培品种的重要材料。
变异系数的大小反映品种固有特征及品种间的个体差异,是性状遗传多样性的具体体现,性状变异系数越大,遗传背景越丰富,越有利于品种鉴定^[11]。梨花器官的平均变异系数14.21%^[9]低于叶片和枝条的平均变异系数19.09%,与其他表型多样性研究中营养器官性状指标具有较生殖器官相对丰富的研究结果一致,这与营养器官对环境反应更为敏感有关^[22]。杏的一年生枝长度、一年生枝粗度和节间长度变异系数为32.5%、21.2%和23.6%^[23],可见梨枝条性状不及杏的变异丰富。而杏和樱桃的叶片长度和叶片宽度变异系数分别为16.4%和16.9%^[23]、14.93%和13.62%^[24],可见梨叶片长度和叶片宽度性状比杏和樱桃的变异更为丰富。
在国际上,国际植物遗传资源委员会（IBPGR,现改为国际遗传资源研究所,IPGRI）和国际植物新品种保护联盟（UPOV）编制的梨种质资源评价系统对数值型性状仅列出了参照品种,均无数值指标^[25,26]。在国内,《梨种质资源描述规范和数据标准》^[16]对大部分数值型性状既没参照品种,也没有数值指标。本文对叶片和枝条数值型性状提出了1—5级的数值分类指标和参照品种,提升了评价的准确性和规范性。
主成分分析可以将许多性状指标整合压缩成少量的反映较多信息的综合评价指标^[27]。因此,本研究对梨枝条和叶片数值型性状采用相关性和主成分分析结合的方法,筛选了4个数值型性状,可以作为梨枝条和叶片的综合评价指标。
白梨、秋子梨、砂梨、西洋梨和新疆梨5个栽培种中,西洋梨的变异系数最大,为18.58%,这与基于花表型性状的梨种质资源多样性研究结果一致^[9]。白梨的变异系数最小,仅为16.07%,这与花表型性状多样性研究结果的秋子梨变异系数最小不一致,表明不同表型器官的变异程度不同。
聚类结果显示,‘麦梨’和‘皮胎果’聚为一类,与秋子梨栽培品种和野生资源M13-SSR鉴定及遗传多样性研究结果一致^[4]。‘徽州雪梨’单独聚为一类,与基于SSR的中国砂梨品种多样性与变异研究结果一致^[28]。
许多研究者使用表型数据与分子标记相结合的研究方式,来寻找某些重要园艺学性状的基因位点,为园艺作物的深入研究提供理论基础。LIN等^[29]使用表型数据与SNP相结合的分析方式,筛选出了番茄果重与果色的候选基因;DUAN等^[30]通过GWAS的分析方法对苹果硬度及风味的基因控制位点进行了筛选;DONDINI等^[31]对欧洲梨抗火疫病抗性进行了QTL定位。表型性状已成为生物学研究的重要命题,如果没有表性数据的支撑,只依靠基因组和转录组等生物信息学数据将无法理解育种的特点及机理。因此,充分挖掘表型数据并整理分析将有助于推动育种学跨越式的发展^[32,33]。而本文为以后梨资源重要园艺学性状的基因定位提供了大量的表型数据。

4 结论

梨种质资源叶片和枝条性状存在着极为丰富的多
样性,字符型性状中幼叶颜色和叶基形状的多样性指数较高,多样性丰富。数值型性状中一年生枝长度和花芽长度的变异系数较高,更能体现梨品种间的差异。梨叶片和枝条种群间变异高于种群内变异,种群间的变异是其主要变异来源。综合相关性分析和主成分分析,筛选出一年生枝长度、花芽长度、叶片宽度和叶柄长度4个性状可作为梨枝条和叶片的重要指标。聚类分析显示,西南地区的梨资源在多个类群中均有分布,体现出西南地区梨在中国梨属植物演化中的重要地位。
The authors have declared that no competing interests exist.