新疆野苹果F1代果实性状的相关分析和主成分分析

　　摘要：以4年生新疆野苹果×富士杂交F1代群体为试材，对19个果实品质指标进行测定，利用相关分析和主成分分析从功能基因研究和品系选育两个角度对各指标的遗传变异进行考察。结果表明：（1）与栽培苹果相比，F1代在果实质地、花色苷有关性状之间的相关性存在差异：钙与果实质地的3个指标相关性不显著；花色苷与糖含量相关性不显著，但与钙、钾含量相关性极显著。钙与多个指标极显著相关，可作为功能基因研究的重点。（2）从主成分贡献率看，果实质地、矿质元素、果实大小、花色苷含量4个主成分在遗传信息中占的比重较大，是下一步功能基因研究的切入点，也是进行品质综合评价的重点考察对象。加大对果实质地、果实大小、花色苷含量的考察可提高育种效率。（3）对主成分综合得分排序，根据不同育种目标选择综合性状优良的个体，是新疆野苹果在育种中利用保存的有效捷径。
　　关键词：新疆野苹果；F1代；主成分分析；相关分析
　　中图分类号：S661.101文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）08-0019-06
　　苹果是世界四大水果之一[1]，在我国果树产业中占有重要地位[2]。新疆野苹果[塞威氏苹果，Malussieversii（Ldb）Roem]很有可能是现代栽培苹果（或西洋苹果MdomesticaBorkh）的祖先种[3]。对新疆野苹果的考察评价目前已比较系统，冯涛等[4]发现新疆野苹果在多酚物质、矿质元素、糖酸组分和果实形态方面都具有丰富的遗传多样性，总酚、钙、镁、苹果酸含量分别是栽培品种（红星、金帅、富士）的51、31、14、35倍，但存在单果重小、果实质地差的不足。构建新疆野苹果的分离群体，进一步进行品系选育和推广，是对其进行品质改良的重要途径。美国Forsline等[5]对新疆野苹果和嘎啦等栽培品种杂交后代的抗病性和单果重进行研究，发现单果重在分离群体中存在广泛多样性，且多样性与地域有关，指出单果重可为果实品质改良提供参考。因此，利用杂交后代果实性状变异进行研究并综合评价，是品系选育的基础，对新疆野苹果特有基因的持续利用意义甚大。但目前有关新疆野苹果分离群体果实性状的系统研究鲜有报道。
　　目前在研究作物亲本各数量性状之间关系及对品种进行综合评价时则越来越多地运用主成分分析法。主成分分析是把多个指标转化为少数几个综合指标的一种统计分析方法，也就是以原始各变量的相关性为基础，在保留原始变量信息的前提下，达到以互不相关的较少个数的综合指标（主成分）来反映原始指标所提供信息、简化问题的目的[6]。李清华等[7]利用主成分分析对27份花生种质资源进行遗传距离测定，并从中选出10份综合性状理想的材料作为杂交亲本。苹果果实性状为育种选择的主要性状，多为数量性状，指标众多，难以进行综合评价，且受人为主观影响较大。因此，主成分分析法可为苹果新品系选育提供便捷途径。
　　本研究以新疆野苹果的一个类型--红肉苹果（Malussieversiifneidzwetzkyana（Dieck）Langenf）为父本、质地优良的栽培品种富士为母本构建杂交F1代群体，对与果实大小、质地、总酚、花色苷、矿质元素等有关的19个指标进行测定，并进行相关性研究和主成分分析，旨在为新疆野苹果高效基因研究和品系选育提供基本资料。
　　1材料与方法
　　1.1供试材料
　　试验于2006～2011年在山东农业大学果树生物学实验室及泰安市横岭果树育种基地进行。试材为富士×红肉F1代130个单株。2006年春进行杂交，2007年F1定植于泰安市横岭育种基地，果园光照良好，砂质壤土，土层深厚，土壤肥力中等，果园覆草，植株处于自然生长状态。2010～2011年杂种苗陆续开花坐果。根据植株生长状况，2010、2011年7～9月果实达到可食状态时每个单株采集5～15个果实，在山东农业大学果树生物学实验室进行相关指标的测定。
　　1.2测定方法
　　单果重、果实纵径、果实横径、可溶性固形物含量、果肉硬度参见《苹果种质资源描述规范和数据标准》[8]，其中果肉硬度采用GY-1型手持式硬度计测量。采用常压加热干燥法[9]测定果肉含水量。
　　花色苷的测定参考冯守千等[10]的方法并加以改进，以1%盐酸甲醇为提取溶剂，从每个植株的果实中共削取1g果皮、用打孔器共打取2g柱状果肉，果皮取样要覆盖到不同的颜色区域。分别加入10ml提取液研磨成浆转入离心管放入4℃冰箱提取一昼夜，期间震荡2～3次。离心取上清于527nm和600nm测吸光度，以二者吸光度之差表示该植株果实花色苷含量。重复测量3次取平均值。
　　利用蒽酮法测定可溶糖[11]；酸碱中和法测定可滴定酸[12]；福林酚显色法测定果皮与果肉中总酚含量；直接碘量法测定果肉维生素C含量[13]。
　　利用TAXTplus型质构仪（StableMicroSystem，UK）测定果皮硬度和脆度。选用P2型号探头（直径2mm）对果皮进行穿刺，方向垂直于果实赤道面。将探头压力（kg）随时间（s）变化绘制成曲线[14]。以曲线前一上升部分的斜率为果皮脆度，最高值读数为果皮硬度。所有果实的平均值即为该植株的硬度与脆度值。
　　利用原子分光光度计测定果肉钙、镁、铁、钾含量[15]。
　　单果重、果实纵径、横径、质地、果肉含水量、可溶性固形物等物理指标各重复测定2次取平均值；可溶糖、可滴定酸、总酚、矿质元素、维生素含量等化学指标重复3次取平均值。
　　2结果与分析
　　2.1果实数量性状的变异分析
　　根据F1主要品质指标的统计结果（表1），除果肉含水量变异微小外，其他性状均有较大幅度变异。其中维生素C、果肉花色苷、铁含量出现了强烈变异（CV>100%），变异系数分别高达36810%、26768%、13594%。其他性状均为中等程度变异。可见F1代绝大部分性状发生复杂而多样的分离，个体间差异大，选择范围宽，可以从中筛选出综合性状优良的个体。
　　2.2果实数量性状的相关性分析
　　从表2看出，F1代果实指标间相关性非常丰富，根据各性状间的相关性，可以对杂交群体进行间接选择[16]。其中，果实纵径、横径与果肉花色苷呈显著负相关（相关系数分别达到-0329*和-0368**），单果重与果皮、果肉硬度呈极显著负相关。这表明，以果肉和果实质地为育种目标，果实大小很可能成为限制因素。果肉硬度与果皮硬度呈极显著正相关，且相关性较强（0831**），二者与果皮脆度都呈极显著的正相关性（相关系数都在055以上），也可为果实质地的准确描述提供参考[17]。
　　2.3果实性状间的主成分分析
　　对F1代130个单株19个性状进行主成分分析，以累计贡献率大于80%为标准，入选8个主成分，对F1代果实品质的累计贡献率为8075%，可近似代表19个性状的全部遗传变异信息。入选主成分及相应的特征向量见表3。
　　3讨论
　　3.1果实各指标的相关性分析
　　Poovalah[19]发现，钙在植物体内可结合成钙调蛋白，作为信号分子参与多种生理活动的调节。本研究发现钙与果肉花色苷、可溶糖、钾、镁相关性极显著，与铁存在显著性相关。这一方面验证了前人的结论，另一方面可能受新疆野苹果钙的高效基因型影响。新疆野苹果在长期进化中形成了钙的高效基因型，单株钙含量普遍较高[20]。因此本研究的4种矿质元素中，钙应为研究的重点。
　　在一定范围内，糖含量与花色苷呈高度正相关[21]，本研究观察到果肉花色苷含量与可溶糖相关性不显著，但与钙、钾呈极显著正相关，前人证明钾可促进光合产物转运和糖的积累[22]。F1代红肉个体在果实发育初期便开始花色苷的积累，这是一种组成性表达，而栽培苹果花色苷积累受光照、温度等影响，是选择性表达。Espley[23]发现与栽培苹果相比，红肉苹果MYB10基因启动子存在6个重复序列，导致花色苷合成过量表达。因此，F1代果肉花色苷与糖含量相关性不显著可能由于糖含量低于或超出限定范围，但更有可能是由于其与栽培苹果花色苷代谢存在差异。Siddiqui等[24]发现，钙与果实质地代谢密切相关，但本研究中发现钙含量与果实质地有关的3个指标都不存在显著相关性。这些与栽培苹果果实性状相关性的差异可以为新疆野苹果花色苷和果实质地代谢调控研究提供参考。