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新疆野苹果(Malus sieversii(Ledeb.)Roem)是珍贵的种质资源,具有抗寒性强、耐虫、耐病、耐旱等优良性状,能够为我国果树生产和遗传育种提供大量的抗逆性强的种苗和基因资源。在我国仅分布于新疆的伊犁和塔城地区,由于各种原因,新疆野苹果的分布面积急剧减少。本研究以巩留、新源、霍城、托里4个居群下的12个新疆野苹果群体为材料,从叶形性状、抗寒性和DNA分子标记3个方面进行了遗传多样性研究,从而为新疆野苹果的保护、合理开发利用、科学研究提供依据。主要研究结果为:
1.新疆野节果叶形多样性
新疆野苹果群体叶形性状在群体间和群体内都存在丰富的变异。新疆野节果叶片长/叶宽(L1/A1)的变异系数为11.99%,在所有的性状中最稳定。所有性状平均变异系数最大的为XY1群体(17.18%),最小的为XY2群体(14.09%)。群体内个体间的广义遗传力平均值为0.8877;群体间广义遗传力平均值为0.7536,叶片长/叶柄长(L1/L2)、叶柄长(L2)的群体问广义遗传力较小,分别为0.3022和0.5800,说明这两个性状在群体间的表现不稳定,易受环境的影响。
群体间的表型分化系数Vsr变异范围为1.74%~39.36%,其中1/4处叶宽(A3)、叶尖角(α)、叶片长/叶1/4处宽(L1/A3)的表型分化系数VST分别为39.36%、33.88%、30.13%,在所有测量性状中表型分化系数VST最大。叶柄长(L2)(5.42%)、叶基角(γ)(7.11%)、叶片长/叶宽(L1/A1)(8.15%)、叶片长/叶1/2处宽(L1/A2)(7.82%)、叶片长/叶柄长(L1/L2)(1.74%)5个性状的表型分化系数VST均在10%以下,说明这5个性状的形状指数较其它单个性状在群体间稳定,群体间差异不大,以群体内的变异为主。新疆野苹果表型性状的平均表型分化系数VST为16.69%,说明新疆野节果天然群体叶形表型变异在群体间的贡献占16.9%,群体内贡献占84.1%。
新疆野苹果部分叶形性状之间显示极显著相关或显著相关;叶形性状与经度、纬度和海拔没有表现出相关关系。聚类结果显示,群体间基本按照地理位置聚在一起,说明地理位置相近的群体,在叶形性状上具有相似性。
2.新疆野苹果抗寒性
对新疆野苹果应用不同的抗寒性测定方法所得结果显示,巩留和新源2个居群内群体间的半致死温度差异不显著,2个居群间的差异显著,巩留居群的半致死温度显著低于新源居群,因此,巩留居群的抗寒性要高于新源居群。电阻抗图谱法单-DEC模型中6个参数(τ、ψ、γ、γ1、γe、γi)中,γ1、γe、τ3个参数可以得出供试样品的半致死温度,其中γ1、γe所得的半致死温度与电导率法达到了极显著水平,说明参数γ1、γe适用于新疆野苹果的抗寒性测定。
3.新疆野苹果多样性SSR分析
17对SSR引物在新疆野苹果12个群体359个个体的基因组中共得到93条清晰稳定的电泳条带,每对引物的条带数在3-9之间,平均每对引物包括5.47个条带,种内多态位点百分率达100%。
在新疆野苹果种级水平上,每个位点上平均观测等位基因数(A)、有效等位基因数(Ae)、香农指数(I)、观测杂合度(Ho)、预期杂合度(He)、分别为5.0000、3.1980、1.2539、0.4157、0.6358,表明新疆野苹果遗传多样性丰富。每个位点上平均固定指数(F)为0.3297,说明新疆野苹果的纯合体偏高。在新疆野苹果种下群体水平上,XY1和HC2群体在多态性带数比例(P)、观测等位基因数(A)、有效等位基因数(Ae)、预期杂合度(He)、香农指数(I)5个遗传多样性参数上最大,分别为91.40%、5.0000、3.1630、0.6691、1.2856和88.17%、4.8235、3.3990、0.6558、1.2554,表明XY1和HC2群体的遗传多样性最高。
新疆野节果各个位点上平均遗传分化系数GST为0.0519,基因流Nm为4.9888,说明新疆野苹果群体问的遗传变异占总变异的5.19%,而群体内的变异占94.81%,群体间的基因交流较为频繁。经过F统计得出新疆野苹果各个位点上平均的FST和基因流Nm分别为0.0528、4.4818,与GST和基因流Nm基本一致。
对新疆野苹果群体间的无偏差遗传一致度(I)和无偏差遗传距离(D)进行了计算,结果表明,GL3与GIA的遗传相似性水平最高,两群体的无偏遗传距离最小(0.0136),XY1与TL群体的遗传相似性水平最低,遗传分化程度大,两群体的无偏遗传距离最大(0.1917)。12个新疆野苹果群体的聚类结果表明,来自同一地区的群体聚在一起,与地理分布格局完全吻合。
新疆野苹果12个群体分别来自巩留、新源、霍城、托里4个居群,综合各居群的遗传多样参数可得,遗传多样性高低顺序为霍城HC>新源XY>巩留GL>托里TL。
新疆野苹果群体叶形、抗寒性、SSR标记欧氏距离相关性分析中得出,SSR分子标记与叶形性状、抗寒性的相关性均达到极显著水平,相关系数分别为0.5164、0.6830。而叶形性状与抗寒性的相关系数为0.0216,没有呈现出明显的相关性。