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新疆野苹果(Malus sieversii(Ledeb.)Roem.)部分表型性状遗传多样性研究

冯涛  
【摘要】: 新疆野苹果属第三纪孑遗物种,可能是栽培苹果的祖先,在我国仅分布于新疆自治区的伊犁地区。本研究以新疆伊犁地区霍城大西沟、巩留莫合和新源交吾托海3个新疆野苹果居群为试材,从形态性状、化学成分及生理活性等多个表型性状探讨新疆野苹果的遗传多样性,旨在为其保护与利用提供基本资料。主要研究结果如下: 1.对新疆野苹果居群的年龄结构及郁闭度分析表明,巩留居群年龄级构成有下降性特征,存活曲线呈断点凸型,从动态方面分析,其年龄结构属老衰类型,郁闭度为0.47。新源居群年龄级构成有稳定中略有上升的特征,存活曲线呈弧形凸型,其年龄结构属稳定类型,郁闭度为0.80。年龄结构分析表明,巩留新疆野苹果居群破坏严重,亟待加强保护;而新源新疆野苹果居群保存完好。 2.对1986~1990年与2004~2005年两个时期的新疆野苹果果实形态多样性比较表明,野苹果遗传多样性受到不同程度的破坏,其中霍城县大西沟居群野苹果单果重变异系数减少了42.18%,且两个时期差异极显著,遗传多样性受到严重破坏;而新源居群野苹果单果重变异系数仅减少18.93%,且两个时期差异不显著,遗传多样性保护较好。 3.对伊犁霍城县大西沟、巩留县莫合及新源交吾托海等三个新疆野苹果种下居群132个实生株系的果实形状、大小、颜色及果梗长度,对大西沟和莫合居群单株的叶片长度、宽度、叶形指数(长度/宽度)、叶柄长、叶片厚度及对莫合居群单株的花的花径、花瓣长度、宽度、瓣形指数(长度/宽度)和花梗长等形态性状的遗传变异进行研究,结果表明,变异系数均在10%以上,表现出较丰富的遗传多样性,三个居群的变异趋势基本一致。尤其是本研究首次对巩留莫合居群果实形态性状进行调查研究,单果重的变异幅度为9.95~47.47g,变异系数为29.71%,形状有扁圆形、近圆形、圆形和圆锥形等,果皮颜色有绿、黄、橘黄、粉红、红和深红等,具有栽培苹果的典型特征。上述结果支持“栽培苹果可能是由新疆野苹果演化而来”的研究结论。 4.参试的新疆野苹果在果肉硬度和果实可溶性固形物含量两个品质性状上单株之间差异显著,参照两个国家标准(GB/T 19557-2004、GB/T 10651-1989),野苹果单株果肉硬度可分别划分为中级、硬级及极硬级,果实可溶性固形物含量可分别划分为低级、中级、高级及极高级,所以具有选择优良单株的潜力。 5.采用HS-SPME和GC-MS技术,首次分析了新疆野苹果果实香味物质组分和含量,从新疆野苹果47个实生株系中共鉴定出230种挥发性成分,其中酯类68种、醇类52种、酸类6种、醛类18种、酮类32种、缩醛类3种、萜烯类化合物13种、苯衍生物16种、杂环类12种、烃类衍生物6种及内酯类4种,平均每个株系48种,株系间差异不大。但新疆野苹果各实生株系挥发性化合物总含量、各类挥发性化合物种类数及其含量以及主要挥发性化合物分离比率与含量等存在广泛的遗传变异。 6.对新疆野苹果及对照苹果品种的挥发性化合物成分进行分析,以苹果品种(类型)与新疆野苹果共有的挥发性成分种类数为分子,以二者挥发性成分种类总数为分母计算相似系数,其大小与苹果品种(类型)的演化历史相吻合,表明根据挥发性化合物组分探讨新疆野苹果与栽培苹果的亲缘关系及起源演化是可行的;而且新疆野苹果与栽培苹果品种的相似系数显著大于它与苹果属4个野生种八棱海棠、东北黄海棠、武山变叶海棠及西府海棠的相似系数,说明新疆野苹果与栽培苹果的关系比它与这4个野生种的密切。 7.进一步与国光、富士及金冠等栽培苹果品种香味物质组分进行比较,结果发现,新疆野苹果与栽培苹果品种化合物种类数在5以上、含量在0.04mg/L的化合物均属于酯类、醇类、醛类和酮类,说明新疆野苹果与栽培苹果的主要化合物组分基本一致,上述研究结果支持“新疆野苹果可能是栽培苹果的祖先种”的结论,但有48种成分为栽培苹果特有的挥发性化合物成分,在新疆野苹果检测不到,其中乙酸丙酯及苯乙醛等6种成分为特征香气成分。因此,在栽培苹果驯化过程中发生了较大的遗传变异,可能有其他种的参与,不能排除是杂种起源的可能。 8.对30株新疆野苹果各种挥发性化合物含量进行聚类分析,结果在距离系数1.40水平上,30株野苹果被划分成7类,其中M67、M76、M13、M34、M5及M61各单独成一类,其余的24株成一类。分析各单株各种挥发性化合物含量表明,酯类和醇类化合物可能在野苹果香味物质种下类型划分中起主要作用。47株新疆野苹果与4个栽培苹果品种及4个苹果属野生种(类型)的主要挥发性化合物相对含量的主成分分析结果也支持这一结论。 9.新疆野苹果有90种特有的挥发性成分,其中缩醛类和内酯类化合物在栽培苹果品种中没有检测到,1-丁醇、丁酸乙酯、辛酸乙酯和大马酮等7种成分为新疆野苹果特有的特征香气成分。而且,对47株新疆野苹果与4个栽培苹果品种及4个苹果属野生种(类型)的主要挥发性化合物的相对含量进行主成分分析结果表明,新疆野苹果的主要挥发性化合物与栽培苹果及苹果属野生种存在显著区别,具有独特性。因此,新疆野苹果作为栽培苹果遗传改良的珍贵资源,进行“利用保存”的潜力很大。 10.尽管新疆野苹果各单株平均总酚含量不高,仅介于3个对照苹果品种及银杏之间,远低于绿茶,但总酚含量最高的单株是苹果品种的1.41~3.64倍,是最低单株的8.82倍,且变异系数为44%,表明总酚含量变异很大。HPLC共鉴定出没食子酸、绿原酸、儿茶酚、香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、根皮苷、杨梅黄酮、槲皮素和肉桂酸等10种酚类物质,其中根皮苷和杨梅黄酮含量较高,另外原花青素含量也较高,所以根皮苷、杨梅黄酮和原花青素是新疆野苹果叶片主要酚类物质。这些酚类组分含量及总量在株系之间变异很大,表现出丰富的遗传多样性。对新疆野苹果与苹果品种酚类物质进行主成分分析,结果表明在主坐标图上,大多数野苹果单株之间PC1差异显著,进一步说明新疆野苹果酚类物质单株之间差异很大,遗传多样性非常丰富。结合前人对酚类物质与植物抗逆性之间关系的研究结果,我们认为,新疆野苹果的抗逆性可能存在株间差异,有望筛选出抗逆性强的单株,有待于进一步研究。 11.DPPH、FRAP、TEAC等方法测定新疆野苹果抗氧化能力结果表明,各单株叶片抗氧化能力变异很丰富,尽管抗氧化能力平均值低于对照苹果品种,但变异大,如FRAP值变幅为35.17~184.61μmol/gDM,且5种方法均有单株超过对照,故具有选择优良单株的潜力;野苹果叶片多酚提取物的抗氧化能力优于VC、VE、BHT及4-HR,而且新疆野苹果多酚对卵磷脂脂质体氧化的抑制作用优于绿茶、银杏、VC、VE、BHT和4-HR。与前人对其他植物抗氧化能力的研究结果进行比较,我们发现新疆野苹果叶片抗氧化能力强于常见蔬菜及蔷薇科的一些果树。因此,新疆野苹果多酚可能具有开发天然抗氧化剂的潜力,有待于进一步研究。 12.本研究发现,新疆野苹果叶片总酚含量与抗氧化能力正相关性,且达极显著水平;新疆野苹果叶片原花青素含量与抗氧化能力相关性略低于总酚,但也达极显著水平,说明原花青素可能是抗氧化能力的主要提供者;原花青素含量与PUFA过氧化的抑制率显著正相关,说明原花青素可能具有较强的抑制脂蛋白PUFA过氧化的作用。


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