doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.05.015
摘" 要：【目的】研究新疆东南部21个采集点的710份黑桑种质资源表型性状，分析遗传多样性，为新疆黑桑种质资源的系统研究及开发利用奠定基础。
【方法】对黑桑的15个定性描述性状和12个定量描述性状进行遗传多样性、主成分、聚类和相关性分析。
【结果】叶片大小、枝条围度、叶幅、叶形等4个性状多样性较为丰富，其余定量描述性状多样性较低。黑桑表型性状聚类结果主要集中在两大类群，根据行政区域分布，一个类群主要集中在环塔里木盆地南缘县（市），另一个类群主要集中在环塔里木盆地北缘县（市）。果形指数与纬度之间呈显著负相关，其他定量描述性状与地理因子（经纬度和海拔）之间均无相关性，叶片大小和叶片周长的差异是区分不同地区黑桑品种的主要性状特征，此外，叶片大小和周长受到温度的正调控和降雨量的负调控。
【结论】黑桑表型性状的遗传多样性较低。
关键词：黑桑；表型性状；种质资源；遗传多样性；聚类分析
中图分类号：S663.9""" 文献标志码：A""" 文章编号：1001-4330（2024）05-1172-10
收稿日期（Received）：
2023-10-07
基金项目：
新疆维吾尔自治区重大专项“新疆桑种质创新与优良新品种选育”（20223101488）；新疆维吾尔自治区林业和草原局下发的“林果业基础研究专项资金”（XJLG202108）
作者简介：
杨璐（1985-），女，副研究员，硕士，研究方向为植物资源化学与生物活性物质， （E-mail）lycszx_article@163.com
通讯作者：
汪阳东（1973-），男，研究员，博士，研究方向为特色资源植物遗传育种，（E-mail）wyd11111@126.com
0" 引 言
【研究意义】黑桑（Morus nigra L.）在植物分类学上属荨麻目（Urticales）桑科（Moraceae）桑属（Morus）植物［1］。新疆是我国唯一的黑桑适生栽培区，主要分布于阿克苏地区、和田地区、喀什地区等［2］。新疆黑桑是我国唯一的22倍体桑种［3］。黑桑维生素、氨基酸、总黄酮和总糖等次生代谢物质的含量均高于其他桑品种［4-9］。此外，桑树的果、叶、枝、根皮、菌均具有较高的药用价值［10］。表型遗传多样性可以直观反映种质资源变异程度的大小。研究种质资源表型性状变异特征对进一步促进对种质资源的开发与利用有重要意义［11］。【前人研究进展】对60个新疆桑种质资源叶片的6个性状进行多样性研究，通过主成分分析发现叶长和叶幅对叶片的形态划分起到主要作用，此外，还描述了黑桑的枝、叶、芽和花等定性性状的特征［12］。曾其伟等［13］对黑桑的株高、叶柄长度、叶长、叶幅和花序长度等定量性状进行了描述。【本研究切入点】目前，缺乏对新疆黑桑群体表型性状多样性的系统研究。黑桑已在新疆区域内广泛栽培，但对其表型性状变异的系统研究尚未见报道。需要分析黑桑种质资源表型性状变异特征。【拟解决的关键问题】采自新疆东南部21个采集点的710份黑桑种质资源，运用形态学标记方法调查15个定性描述性状和12个定量描述性状，并分析表型性状的标准差、变异系数和多样性指数，综合评价黑桑资源表型性状在各采集点的变异及多样性，研究定量描述性状之间及定量描述性状与地理因子、气候因子的相关性，为挖掘优良黑桑种质资源和品种改良提供依据。
1" 材料与方法
1.1" 材 料
选择新疆东南部的21个县（市）为采集点，包括阿克陶县、喀什市、伽师县、阿克苏市、阿瓦提县、阿拉尔市、拜城县、新和县、库车市、轮台县、库尔勒市（包括焉耆县）、吐鲁番市、鄯善县、哈密市、莎车县、皮山县、和田县、于田县、民丰县、且末县及若羌县。每个调查样地不同生境类型各采集不少于30个样本（树龄不小于30年），共采集黑桑单株710株。表1
1.2" 方 法
参考《桑树种质资源描述规范》和《NY/T 1313-2007农作物种质资源鉴定技术规程桑树》［14， 15］描述性状，分别观察统计
21个采集点黑桑的27个表型特征。12个定量描述性状包括：果实横径、果形指数（果实长度和果实横径的比值）、果实长度、果柄长度、叶长（叶尖到叶柄基部的距离）、叶幅（叶片最宽处的长度）、叶形指数（叶片长度/叶幅）、叶片大小（叶长×叶幅）、叶片周长（棉线法测量）、叶柄长度、枝条围度、节距。表2
1.3" 数据处理
对定性描述性状进行赋值，统计各类性状类型所占的百分比（频率）。计算定量性状的极值（Max、Min）、平均值（Mean）、标准差（SD）、极差（R）、变异系数（CV）、多样性指数（DI）［16］。气候因子数据通过全球气候数据网站（http：//www.worldclim.org）获得，根据样点的经纬度位置，利用ArcGIS软件（10.2.1）提取样点数据。表3
数据运用Excel 2016和SPSSAU在线工具分析和整理。
2" 结果与分析
2.1" 黑桑表型性状多样性
2.1.1" 黑桑定性描述性状多样性
研究表明，各采集点黑桑的主要定性描述性状无明显差异，黑桑种质资源定性描述性状多样性极低。黑桑为乔木，高度可达15 m，常见繁殖方式为嫁接，枝条较为粗短，树皮颜色为褐色，新枝树皮颜色为绿色，树枝微曲；芽为正三角形、棕褐色，着生状态为腹离；叶序为1/2，心脏形叶片，叶痕为肾形，叶片着生状态为平展，叶色为深绿色，叶片光泽弱，叶面微糙，叶背粗糙，被短柔毛和绒毛叶尖为锐头型，叶缘为乳头齿，叶基是深心形。图1
2.1.2" 黑桑定量描述性状多样性
研究表明，哈密的果实长度最短（2.42 cm），与果实长度最长的阿克苏市和且末县相差0.58 cm；果实横径最长的是轮台县，达到了2.10 cm，最短的是拜城县，仅为1.69 cm；果形指数最大的为且末县（1.61），最小的为哈密市（1.39）；阿克苏市和和田县的黑桑叶较长，分别达到了19.36和19.32 cm，拜城县黑桑叶最短，为14.91 cm；民丰县和库尔勒市的叶幅较窄，分别为11.80和11.20 cm。总之，叶幅、叶片大小、叶片周长、叶柄长度、节距等指标平均值最大的均在阿克苏市；而枝条围度最大的在皮山县，最小的在拜城县和且末县。表4
果实长度、果实横径、果形指数、果柄长度、叶柄长度、节距共6项均不符合正态分布，而叶长、叶幅、叶形指数、叶片大小、叶片周长、枝条围度等6个定量描述性状符合正态分布。表5
各采集点叶片大小的标准差最大，为36.87。果形指数和果柄长度的标准差最小，仅为0.05。叶片大小和枝条围度的变异系数较大，分别为16.31%和15.14%，果实长度等12个定量描述性状的变异系数在3.48%～16.31%，果形指数的变异系数最小，仅有3.48%；12
个定量描述性状的多样性指数在1.52～1.84，其中叶幅和叶形指数的多样性指数最高，为1.84，果实横径的多样性指数最小，为1.52。
有33%的采集点果实长度分布在2.84～2.91 cm；有43%的采集点果实横径分布在1.86～1.90 cm；38%果形指数分布1.55～1.58；43%的采集点果柄长度在0.79～0.82 cm；47%叶长分布在16.80～18.55 cm；33%叶幅分布在13.39～14.08 cm；33%叶形指数分布在1.26～1.31；57%叶片大小分布于207.55～262.85 cm2；38%叶片周长分布在55.15～56.27 cm；33%叶柄长度分布在3.19～3.37 cm；38%枝条围度分布在0.73～0.79 cm；38%节距分布在3.52～3.69 cm。表6
2.1.3" 定量描述性状的主成分
研究表明，第一主成分解释了整个数据集91.5%的定量描述性状变化，可将样本大体分为两个类群。其中一个类群的样本主要来自于莎车县、和田县、若羌县、皮山县、阿克陶县、且末县，主要集中在昆仑山北麓环塔里木盆地南缘；而另一个类群的样本主要来自于拜城县、民丰县、哈密市、库尔勒市、吐鲁番市、阿瓦提县、于田县，主要集中在天山南麓环塔里木盆地北缘。图2
叶片大小对第一主成分（P1）贡献率最大，解释了P1变异的96.4%；而叶片周长（LP）对第二主成分（P2）贡献率最大，解释了P2变异的94.8%。叶片大小和叶片周长的差异是区分不同地区黑桑品种的主要性状变量。图3，表7
注：ALE阿拉尔市，AWT阿瓦提县，BC拜城县，HM哈密市，HT和田县，JS伽师县，KEL库尔勒市，KS喀什市，AKT阿克陶县，LT轮台县，MF民丰县，PS皮山县，QM且末县，RQ若羌县，SC莎车县，SS鄯善县，TLF吐鲁番市，WS阿克苏市，XH新和县，YQ焉耆县，YT于田县，下同
Note： ALE Alaer， AWT Awat， BC Baicheng， HM Hami， HT Hetian city， JS Payzawat County， KEL Korla， KS Kashi City， AKT Aketao， LT Bugur County， MF Minfeng County， PS Pishan County， QM Qiemo County， RQ Ruoqiang County， SC Yarkant County， SS Shanshan County， TLF Tulufan， WS Aksu， XH Xinhe County， YQ Yanqi County， YT Keriya，the same as below
2.2" 黑桑表型多样性聚类
研究表明，当阈值为0.20时分为4个类群，其中主要集中在第II类群和第IV类群。第II类群包含6个采集点：民丰县、阿瓦提县、于田县、莎车县、若羌县、皮山县；第IV类群包含10个采集点：喀什市、轮台县、伽师县、且末县、鄯善县、阿克陶县、新和县、库车县、阿拉尔市、吐鲁番市。根据各采集点地理分布特征，第II类群所包含的县均分布在昆仑山北麓环塔里木盆地南缘，第IV类群所包含的市县均分布在天山南麓环塔里木盆地北缘。图4
2.3" 黑桑表型特征与地理分布格局的相关性
2.3.1" 定量描述性状与地理因子之间的相关性
研究表明，果实长度、果实横径、果形指数、果柄长度、叶长、叶幅、节距、枝条围度、叶片周长、叶柄长度、叶片大小、叶形指数等12个定量描述性状与经度之间均不存在相关性。果实长度等12个定量描述性状与海拔之间也没有明显的相关性。值得注意的是，仅果形指数与纬度之间呈现显著负相关性（Plt; 0.01）。表8
2.3.2" 定量描述性状与气候因子之间的相关性
研究表明，LS和LP主要与bio1（年均温度），bio5（最冷月最低温）和bio8（干季平均温）呈现正相关，表明叶片大小（LS）和叶片周长（LP）可能主要受到温度变化的正调控；而与bio12（最大月降水量），bio14（湿季降水量），bio15（暖季降水量）和bio17（最小月降水量）呈现负相关，叶片大小（LS）和叶片周长（LP）主要受到降水量变化的负调控。图5
3" 讨 论
3.1
表型性状变异是遗传变异的重要组成部分，形态变异越大，遗传变异的可能性亦越大［17］。对黑桑21个栽培群体的710份黑桑种质资源进行表型性状分析发现，黑桑种质资源遗传多样极低，仅叶片大小、枝条围度、叶幅和叶形4个定量描述性状在黑桑群体中有明显的变异，黑桑对环境变化的敏感性低。研究发现新疆黑桑12个定量描述性状的变异系数中叶片大小和叶片周长的变异系数较大，是区分不同地区黑桑品种的主要性状特征［18］。叶片是植物进行光合作用、蒸腾作用以及多种营养代谢的重要器官，其表型变异与环境变异密切相关，并多用于研究植物的地理变异及种群适应性［19］。
3.2
12个定量描述性状将710份黑桑种质资源进行聚类分析时，表型性状聚为4个类群，其中第Ⅱ类群和第Ⅳ类群占据了76%的黑桑栽培群体。被聚为一类的同一类群间种质具有相似的形态学特性，而不同类群间则具有明显差异，排除了主观因素可能造成的偏差［20］。第Ⅳ类群涉及到的县市均分布在天山南麓环塔里木盆地的北缘，第V类群分布在昆仑山北麓环塔里木盆地南缘，聚类结果与各栽培群体的地理分布相关，相似的地理特征可能是导致聚成不同类群的诱导因素。
板栗［21］的叶片的长宽与纬度呈负相关，唐古特白刺［22］的叶片厚度与海拔呈正相关。从黑桑表型性状与地理-气候因子间的相关性分析发现，黑桑表型性状与栽培种群经纬度、海拔的相关性均不显著，黑桑的表型性状无明显的地理变异，与赤皮青冈［23］、暴马丁香［17］的研究结果一致。对表型性状与气候因子的相关性分析发现，叶片大小和叶片周长两个主要变异指标受到温度变化的正调控和降水量变化的负调控。与秦之旷的研究结果类似，降水是影响赤皮青冈、南岭青冈、福建青冈分布最大的气候因子。因此降水为影响黑桑表型和分布的最主要的因子。
4" 结 论
黑桑定性描述性状的多样性极低。12个定量描述性状中，除叶片大小、枝条围度、叶幅、叶形等4个性状多样性较为丰富，其余定量描述性状多样性较低；黑桑表型性状聚类结果主要集中在两大类群，一个类群主要集中在昆仑山北麓环塔里木盆地南缘县（市），另一个类群主要集中在天山南麓环塔里木盆地北缘县（市）；12个定量描述性状与地理因子（经纬度和海拔）之间，除果形指数与纬度之间呈显著负相关，其他指标均无相关性。叶片大小和周长受到温度的正调控和降雨量的负调控，叶片大小和叶片周长的差异是区分不同地区黑桑品种的主要性状特征。
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Analysis of phenotypic trait variation characteristics of Morus nigra L.germplasm resources
YANG Lu1，2，3，WANG Na3 ， FAN Shaoli3，CHENG Ping3，LI Hong3，WANG Yangdong1
（1." Research Institute of Subtropical Forestry， Chinese Academy of Forestry， Fuyang Zhejiang 311400， China; 2.Nanjing Forestry University， Nanjing 210037， China; 3. Key Laboratory of Forest Resources and Utilization of National Forestry and Grassland Administration in Xinjiang /Key Laboratory of Fruit Tree Species Breeding and Cultivation in Xinjiang， Urumqi 830000， China）
Abstract：【Objective】 The phenotypic traits of 710 M.nigra L.germplasm resources from 21 collection sites in southeast Xinjiang through the genetic diversity and cluster analysis in the hope of laying the foundation for the systematic research， development and utilization of M.nigra. germplasm resources in Xinjiang.
【Methods】" The genetic diversity， principal components， clustering and correlation analysis of 15 qualitative and 12 quantitative description characteristics of M.nigra. were carried out.
【Results】" The diversity of qualitative description characters of 710 black mulberry germplasm resources was low; The diversity of four personality characters （leaf size， branch circumference， leaf width and leaf shape） was relatively rich， while the diversity of other quantitative traits was low; The clustering results of phenotypic traits of M.nigra. were mainly concentrated in two groups.According to the distribution of administrative regions， one group was mainly concentrated in the southern margin of the Tarim Basin， and the other group was mainly concentrated in the northern margin of the Tarim Basin; There was a significant negative correlation between fruit shape index and latitude， while there was no correlation between other quantitative characters and geographical factors （longitude， latitude and altitude）; The differences of leaf size and leaf circumference were the main characteristics to distinguish the varieties of M.nigra. varieties from different regions; In addition， the leaf size and perimeter were positively regulated by temperature and negatively regulated by rainfall.
【Conclusion】 The genetic diversity of phenotypic characteristics of black mulberry is low.
Key words：Morus nigra L.;phenotypic characters; germplasm resource; genetic diversity; cluster analysis
Fund projects：Major projects of Xinjiang Uygar Autonomous Region \"Lnnovation of mulberry Germplasm and breeding of new fine varieties in Xinjiang\"（20223101488）;Major projects of Xinjiang Uygur Autonomous Region Special Fund for Basic Research of Forestry and Fruit Industry （XJLG202108）
Correspondence author： WANG Yangdong （1973-）， male， research fellow， mainly engaged in characteristic resources plant genetics and breeding， （E-mail）wangyangdong@caf.ac.cn
