文章信息
- 梁森苗, 张淑文, 任海英, 郑锡良, 戚行江.
- Liang Senmiao, Zhang Shuwen, Ren Haiying, Zheng Xiliang, Qi Xingjiang.
- 蜡杨梅与杨梅种间嫁接及亲缘关系分析
- The Interspecific Grafting and Phylogenetic Analysis of Myrica cerifera and Myrica rubra
- 林业科学, 2019, 55(4): 171-177.
- Scientia Silvae Sinicae, 2019, 55(4): 171-177.
- DOI: 10.11707/j.1001-7488.20190418
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文章历史
- 收稿日期:2018-01-29
- 修回日期:2019-01-03
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作者相关文章
近年来,土地盐碱化已经成为一个全球性的问题,盐碱地面积以每年10%的速度快速增长,预计到2050年会达到全部耕地面积的50%(Shrivastava et al., 2015)。世界范围内,20%的可耕作土地和33%的可灌溉农业用地均受到高盐碱害的影响(Panwar et al., 2016),因此,研究如何能够高效的利用盐碱土地资源对作物生产具有重大的意义。通过选取耐盐碱性的果树品种做为砧木,利用嫁接技术(Ostendorp et al., 2016),将品质和效益优异的品种种植到盐碱性土壤中,可达到高效利用盐碱土地和扩大品种植范围的目的。杨梅(Myrica rubra)是我国重要的亚热带水果,多年生常绿乔木,树形优美,也可用作绿化和防火树种(舒立福等,1999;梁琴等,2015)。适合生长在弱酸性(pH4.95)土壤中(梁森苗等,2015)。2016年浙江全省杨梅面积8.94万hm2,产量52.4万吨,产值46.2亿元,其中最著名的2个栽培品种是‘荸荠种’(Myrica rubra cv. ‘Biqizhong’)和‘东魁’(Myrica rubra cv. ‘Dongkui’)。中国的杨梅科植物主要包括以下4个种:杨梅、毛杨梅(Myrica esculenta)、云南杨梅(Myrica nana)和青杨梅(Myrica adenophora)。杨梅科的其他种有:蜡杨梅(Myrica cerifera)、Myrica faya (原产于马德拉群岛的火山岛和加那利群岛)和Myrica rivas-martinezii (原产于西班牙) (Jia et al., 2015)。蜡杨梅原产于北美、中美和加勒比海群岛,是一种常绿的雌雄异株的植物,与杨梅存在种间差异(Xie et al., 2011; Jiao et al., 2012),为多年生灌木,植株一般高度2~3 m,最高可达6 m (Radford et al., 1968);果实为单粒种子的核果,直径4 mm,种子无胚乳,果实在初秋时节成熟(Erickson et al., 2003)。蜡杨梅与固氮菌(Frankia sp.)共生(李志真,2009),生长在较为贫瘠的沙质碱性土地上(Young et al., 1992),是绿化和改良盐碱地的优良先锋树种之一。
本研究以蜡杨梅作为砧木,以杨梅的主栽品种作为接穗进行种间嫁接试验,结合嫁接成活率(grafting survival rate, SR)的调查、嫁接后生长指标间的相关性分析以及基于SSR的种间聚类分析,以期证明蜡杨梅砧木与杨梅接穗间具有一定的亲和性,同时明确蜡杨梅与杨梅的亲缘系数。
1 材料和方法 1.1 供试材料和嫁接试验试验于2013—2015年在浙江省余姚市泗门镇(土壤pH8.01)进行,选取8年生的蜡杨梅和杨梅为砧木,2年生的主栽品种‘荸荠种’(BQ) ‘东魁’(DK) ‘水晶种’(M. rubra cv. ‘Shuijingzhong’, SJ)和‘夏至红’(M. rubra cv. ‘Xiazhihong’, XZH)的枝条为接穗,采用主干为劈接和枝条为切接的方法进行嫁接(图 1 A、B和C、D)。连续3年的试验中,砧木和接穗共计形成24个不同的组合(表 1):BQ1-6、DK1-6、SJ1-6和XZH1-6。BQ1-3分别表示2013—2015年以‘荸荠种’为接穗,以杨梅为砧木的3个嫁接组合;BQ4-6分别表示2013—2015年以‘荸荠种’为接穗,以蜡杨梅为砧木的3个嫁接组合。其余3种接穗组合命名规律同上。
2013、2014和2015年3月,每种组合每年进行500次嫁接试验;2015、2016和2017年5月,分别调查2013、2014和2015年每个组合嫁接成活率,同时调查5个生长指标:叶绿素相对含量(chlorophyll content)、植株高度(plant height)、冠径(crown diameter)、干周(rootstock perimeter)和砧木高度(rootstock height),叶绿素相对含量(SPAD)由便携式叶绿素含量测定仪测量。2016年5月,4种接穗各取嫩叶1份,蜡杨梅砧木和杨梅砧木各取样1份,共计取样6份,用于后续DNA的提取及亲缘关系的鉴定。
1.2 DNA提取和PCR扩增6份材料的幼嫩叶片均由组织磨样仪(Thmorgan, China)研磨之后用CTAB方法提取样品DNA(Paterson et al., 1993)。由紫外分光光度计和1%的琼脂糖胶电泳测定DNA浓度。
本研究利用的127对SSR引物的序列来自于Jiao等(2012)。PCR反应体系为10 μL体系,包括:DNA 1 μL,Blue mix (TSINGKE, Hangzhou, China) 5 μL,Forward primer 1 μL,Reversed primer 1 μL,ddH2O 2 μL。扩增反应由Biometra (America)PCR仪完成,程序为:94 ℃预变性5 min,94 ℃ (30 s)/55 ℃ (30 s)/72 ℃ (1 min)30个循环,72 ℃ (10 min),最后延伸10 ℃ (1 min)。PCR产物电泳检测和银染显色过程参考Zhang等(2002)。
1.3 数据分析6个指标的T-test和相关性分析由SPSS 18.0计算。聚类分析和系统树是用UPGMA方法(Sneath and Sokal, 1973)由NTSYS-pc version 2.2 (Exeter Biological Software, Setauket, NY, USA)软件(Rohlf, 2005)完成。
2 结果与分析 2.1 各组合嫁接成活率调查调查分析了连续3年的24个组合的嫁接成活率,如表 1表 2所示:杨梅砧穗组合的嫁接成活率为70.08%~83.75% (平均76.74%,下同),其中,组合XZH1-3的嫁接成活率为80.34%~83.75% (81.98%),BQ1-3的嫁接成活率为80.03%~81.15% (80.43%),DK1-3的嫁接成活率为72.89%~75.48% (73.91%),SJ1-3的嫁接成活率为70.08%~71.44% (70.60%)。蜡杨梅砧穗组合的嫁接成活率为27.51%~38.29% (31.43%),其中,组合DK4-6的嫁接成活率为32.87%~38.29% (34.88%),BQ4-6的嫁接成活率为30.29%~33.37% (32.04%),XZH4-6的嫁接成活率为28.88%~31.15% (29.93%),SJ4-6的嫁接成活率为27.51%~30.35% (28.87%)。对杨梅和蜡杨梅砧木相同接穗的组合间进行了各指标的T-test (表 2)。组合BQ1-3和BQ4-6之间的嫁接成活率均存在极显著性差异,冠径存在显著性差异;组合DK1-3和DK4-6之间的嫁接成活率存在极显著性差异,干周存在显著性差异;组合SJ1-3和SJ4-6之间的嫁接成活率为极显著性差异,植株高度存在显著性差异;组合XZH1-3和XZH4-6之间的嫁接成活率为极显著性差异。两砧木群体之间的嫁接成活率差异极显著。
对2个砧木群体的连续3年的6个生长指标进行了相关性分析(表 3):在2个砧木群体中,植株高度与冠径,嫁接成活率与植株高度和冠径间均为正显著性相关(P < 0.05),砧木高度与植株高度均呈现显著性负相关;嫁接成活率与干周在杨梅砧木群体中均为显著性正相关,在蜡杨梅砧木群体中为显著性负相关;砧木高度与冠径在杨梅砧木群体中均为显著性负相关,在蜡杨梅砧木群体中为显著性正相关;此外,叶绿素相对含量与砧木高度仅在蜡杨梅砧木群体中存在负相关。
127对SSR引物共计产生385个多态性位点,平均每对引物可以产生3.03个位点。采用UPGMA方法进行聚类分析,不同品种的相似系数范围:0.31~0.91(图 2)。在物种水平上,UPGMA进化树将蜡杨梅(Ⅲ)和杨梅(Ⅰ和Ⅱ)聚为明显两类群,变异系数为0.31,较前人报道的0.74和0.54都低(Xie et al., 2011; Jiao et al., 2012)。在杨梅中又分为2个类群:类群Ⅰ包括‘荸荠种’ ‘夏至红’和杨梅砧木,杨梅砧木与‘夏至红’间的变异系数为0.91,与‘荸荠种’的变异系数为0.86;类群Ⅱ包括‘东魁’和‘水晶种’。
本研究选用了蜡杨梅和杨梅为砧木,4种主栽品种‘荸荠种’ ‘东魁’ ‘水晶种’和‘夏至红’为接穗,以上4个品种的果实颜色能够代表杨梅果实的4种颜色,即:‘水晶种’为白梅类、‘夏至红’为粉色梅类、‘东魁’为红梅类、‘荸荠种’为乌梅类。近年来,随着分子标记技术的不断发展,加之其具备准确性高和重复性好等特点已广泛应用于杨梅材料的遗传多样性分析和亲缘关系鉴定(Jiao et al., 2012; Zhang et al., 2012; Wang et al., 2016)。经SSR标记鉴定及聚类分析后,杨梅砧木与‘夏至红’的亲缘关系最近,与‘荸荠种’的亲缘关系次之,与‘东魁’和‘水晶种’的亲缘关系最远。结合表 1和2数据可知,杨梅砧穗组合嫁接成活率的大小顺序为:XZH1-3>BQ1-3>DK1-3>SJ1-3,证明亲缘关系越近的砧穗组合嫁接成活率越高,与Goldschmidt (2014)的研究结论一致,砧木与接穗亲缘关系越近,则嫁接亲和性越好,嫁接成活率越高。这一规律也存在于在蜡杨梅砧木群体中,各组合的嫁接成活率及4种接穗与蜡杨梅间的变异系数的大小顺序均为:DK4-6>BQ4-6>XZH4-6>SJ4-6,且其各组合的嫁接成活率极显著性低于杨梅砧穗组合。Mudge等(2009)认为存在种间或属间差异的砧穗材料间通常表现出不同程度的嫁接不亲和现象,种间嫁接的亲和性与嫁接成活率明显低于种内嫁接。在张晓华等(2011)和陈云斐(2013)的研究中以蜡杨梅为砧木、以‘晚稻杨梅’和‘东魁’为接穗的嫁接成活率分别为84.4%和82.78%,其调查的时间间隔分别为1年和50天,明显高于本研究的蜡杨梅砧穗组合的嫁接成活率(27.51%~38.29%),这可能与调查嫁接的时间间隔有关,本研究中的时间间隔为2年60天,各砧穗组合经历了四季变化、各种天气及人为因素的影响,因此本次实验数据更稳定可靠,而且证明了蜡杨梅作为砧木与杨梅接穗间存在一定的亲和性。
3.2 蜡杨梅砧穗组合适于生长在碱性环境中在各指标间的相关性分析中,嫁接成活率与植株高度,嫁接成活率与冠径在两砧木群体中均为显著性正相关,表明在不同的砧木群体中,嫁接成活率越高植株高度和冠径也越大。而嫁接成活后,砧木直接影响接穗的营养生长(何文等,2017),蜡杨梅砧穗组合在亲缘关系较远、嫁接成活率较低的情况下,组合BQ4-6、DK4-6和SJ4-6分别在冠径、干周和植株高度等指标上表现出明显优于杨梅砧穗组合的差异。在碱环境中植物的生理和新陈代谢都受到胁迫,进而影响了植物的生长(Ashraf et al., 2004; Slama et al., 2015; (Panwar et al., 2016)),推断杨梅砧木在盐碱环境中的生长受到了严重的胁迫,进而影响了接穗的发育。2017年对已结果的‘荸荠种’组合进行了成熟期果实的采集和品质测定,蜡杨梅砧穗组合的果实硬度和可溶性固形物含量分别为:3.63~6.20 N (平均4.20 N)和12.55%~14.81% (13.11%),杨梅砧穗组合的果实硬度和可溶性固形物含量分别为:2.71-4.02 N (平均为3.48 N)和10.45%~13.26% (12.49%)。蜡杨梅砧穗组合的果实硬度和可溶性固形物含量较杨梅砧穗组合分别提高20.69%和4.96%。蜡杨梅砧穗组合嫁接成活后,不但冠径、干周和植株高度等优于杨梅砧穗组合,而且果实硬度和可溶性固形物含量等重要指标都有明显的改善,表明蜡杨梅砧穗组合更适于生长在碱性土壤中。
4 结论以蜡杨梅为砧木以杨梅为接穗进行种间嫁接具有一定的亲和性,且更适合在碱性土壤中生长。为高效开发和利用盐碱地提供理论依据,也为扩展杨梅的种植范围奠定基础。
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