无患子种质实性状变异与环境效应研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jkdjzzg
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无患子(Sapindus mukorossi)、川滇无患子(Sapindus delavayi)在我国分布广泛,种质资源多样性丰富,其种仁油及果肉皂苷含量高,具有很高的经济价值。同时无患子也是重要的生物柴油树种,是高价值多联产生物质产业树种。目前,制约无患子产业发展的核心问题是原料产量不足,无性系种植园培育模式应是下一步的重要发展途径,因此无患子的良种选育工作至关重要,而最迅速的途径是从大自然中产生的丰富种质资源中来筛选。  本文以从我国中部和南部地区广泛收集的无患子(Sapindus mukorossi)、川滇无患子(Sapindus delavayi)种质资源为研究对象,研究了各表型指标的变异,量化评价了综合经济性状,分析了脂肪酸变异与表型变异间的相关性;筛选了对种实性状变异产生显著影响的环境因子,并分析其与果实性状间的关系;对比研究无患子与川滇无患子种油脂肪酸成分对于环境因子的响应;分析研究了种质资源遗传结构及适生性;分析研究了种质的遗传多样性与果实性状间的关联。最终对无患子种质资源进行了多维度筛选评价并提供了适生区划的依据,得到了如下研究结果:  1.不同产地无患子优株果实、种子、种仁百粒重变异范围在166.58~686.59g、81.87~238.52g和16.00~67.90g,果肉皂苷、种仁油、种仁总脂肪酸中油酸含量分别为7.67~27.04%、28.34~44.69%和50.47~59.98%;川滇无患子优株果实、种子、种仁百粒重在194.75~390.56g、104.52~163.00g和3.88~60.08g,果肉皂苷、种仁油、种仁总脂肪酸中油酸含量分别为7.90~22.57%、22.15~44.69%和51~56.98%。无患子种仁油脂肪酸主要成分分别为油酸(50.47~59.98%),花生烯酸(16.85~24.68%),亚油酸(5.5~10.48%);川滇无患子种仁油脂肪酸主要成分分别为油酸(51~56.98%)、花生烯酸(20.58~24.79%)、亚油酸(6.87~9.53%)。另外,川滇无患子其平均出仁率达到35%,高于无患子的25%,与无患子相比存在显著变异。  2.不同产地无患子优株果实大部分表型和经济性状均存在较大变异,果肉重、种仁重、出仁率、果实侧径和亚麻酸变异系数分别达到33%、32%、29%、29%和33%;油酸变异较小,仅为4%。利用变异较大的指标进行主成分权重赋值,复选出来自贵州、广西、广东和湖北的7株优株果肉重和种仁重分别比优株平均水平提高了42.86%和41.86%,优株经济性状增益明显;相关性分析表明无患子不饱和脂肪酸的含量与出仁率、种仁重均存在较强的负相关关系;油酸(C18∶1)含量稳定,与果实相关系数较小,二十碳一烯酸(C20∶1)与果实性状相关性较强。  3.无患子种质资源种实相关性状的变异系数差异很大,21个性状的变异系数范围在4.40%~97.00%之间,最小的是果型指数,最大是皂苷百果含量。种子含油相关指标与表型指标存在21个显著相关,相关性最高的为果实纵径与种仁百粒重(R=0.709,P<0.01),果实的皂苷含量相关指标与表型指标仅存在6个显著相关且相关系数较低,最高的为百果重与果实纵径(R=0.359,P<0.05)。  4.种油相关性状和皂苷相关性状均与环境因子高度相关。典范对应排序模型分析环境因子对果实性状变异的解释率达到47%。皂苷百果含量指标高的优株多分布于总体降水较高,年均温度较高,最小相对湿度较高地区;而种油百粒含量较高的优株多分布于年均降水量较低,年均温度较低,海拔相对更高的地区;简化典型相关模型分析,皂苷百果含量与年均最低温呈正相关关系;种油百粒含量与海拔呈显著的正相关关系。年均最低温对于皂苷百果含量的影响近乎线性。  5.尽管收集范围广泛,但两个树种的脂肪酸成分基本稳定,同时均表现出较好的生物柴油生产潜力。油酸对于环境变化不敏感。分析表明环境对于脂肪酸变异的解释率达到36.68%,主要受到影响的脂肪酸为C20∶1(20.95%)、C18∶2(7.56%)、C20∶0(6.01%)、以及C16∶0(4.55%)。在所有环境因子中,海拔、最高温度和降水对脂肪酸变异影响最大。另外海拔与最高温的协同作用对脂肪酸变异解释率高达30.13%(P<0.01)。  6.UPGMA系统发育树结果表明,无患子(S.mukorossi)和川滇无患子(S.delavayi)被分成了两个主要的大群组;利用Structure软件将无患子种质划分成了2个组群。利用在全国范围内收集的61份无患子和川滇无患子种质所在地的坐标数据与气象数据进行主成分分析,发现川滇无患子、无患子亚群1和无患子亚群2分别表现出不同的适生性。川滇无患子对于高海拔地区具有较强适应性,无患子亚群1集中分布于降水和年均最低温适中的地区;另外,无患子亚群2的分布规律表现出对于降水变化的适应性较强。  7.关联分析发现18条ISSR引物与13个果实性状在P<0.005的具有显著的相关性,其中,13个ISSR位点与种油性状相关,1个位点与皂苷性状相关,4个位点与果实品质相关。通过这些信息,筛选出了兼具丰富遗传多样性信息和优良种油性状的优株。
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