新疆野苹果繁育特性及种质资源亲缘关系研究

新疆野苹果( Malus sieversii (Lebed.) Roem.)是第三纪残遗植物,其种下变异类型多,具有抗旱、抗寒、抗病虫和耐瘠薄等特点。长期以来,由于受人类活动和自然因素的影响,新疆野苹果分布面积呈逐年递减趋势,已被列为中国优先保护物种名录,如何有效保护和利用这一宝贵种质资源是当前急待解决的问题之一。为此,本研究以新疆野苹果为试材,对其自然繁育特性进行了详细研究,在此基础上,对新疆地方苹果资源的亲缘关系进行了探讨,以期为新疆苹果的杂交育种及优良品种/品系的选育提供理论依据。本研究主要结果如下: 1.新疆野苹果的花芽分化过程可分为未分化期、分化初期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期6个时期,共历时70d,表现出分化周期较长、各分化期相对集中且彼此间存在重叠等特点。 2.2007年-2009年,新疆野苹果居群水平的开花持续时间在11-16d之间;2007年和2008年个体水平的开花持续时间均在12d左右,2009年由于盛花期雨雪天气的影响,其开花持续时间缩短为9d。 3.新疆野苹果单花花粉量大,花粉活力较强,雌蕊高于雄蕊,且雌雄同熟;杂交指数(OCI)为4,花粉-胚珠比(P/O)高于7742±1775.4,人工异花授粉座果率最高,其均值为49.3%±18.5%,最高可达84.7%。人工异花授粉与人工自花授粉的花粉均能在柱头上萌发,但前者萌发量多且快。这些结果表明新疆野苹果属于异交为主的繁育系统。蜂类和蝶类是新疆野苹果的主要访花昆虫。 4.基于S基因型的新疆野苹果繁育特性研究结果表明,新疆野苹果的繁育是一个复杂的问题,不仅与其S基因和基因型有关,还可能受修饰基因等其它遗传因素调控。 5.新疆野苹果5个天然居群的花粉形态、大小、萌发孔及纹饰差异性不显著。根据P/E值初步推断:新疆野苹果新源居群与托里居群、伊宁居群及巩留居群的亲缘关系较近,而与霍城居群的亲缘关系较远。新疆野苹果与新疆地方苹果品种的花粉形态、大小、萌发孔和纹饰具有很大相似性,说明彼此间亲缘关系比较近。新疆野苹果和新疆地方苹果品种花粉中的C、O、P、S、K这5矿质元素的含量基本相同,也说明其亲缘关系很近。 6.在新疆野苹果7个天然居群中,13对SSR引物共扩增出119条多态带,各居群内的多态位点比率介于79.84%-92.25%之间,表明其扩增多态位点多,遗传性丰富。居群水平上新疆野苹果的遗传多样性变化趋势基本一致,其中新源居群的有效等位基因数(Ne)、Nei's基因多样性(H)还是Shannon信息指数(I)在7个居群中最大。种级水平上的Shannon信息指数(I)为0.5516,居群内平均I为0.4689,居群间和居群内遗传多样性分别占总遗传多样性的15%和85%,居群内遗传多样性大于居群间遗传多样性,说明新疆野苹果居群的变异主要存在于居群内部。 7.分析各居群的遗传相似度、遗传距离、居群聚类和所有试验单株聚类,结果表明:霍城居群、新源居群和巩留居群的亲缘关系较近,伊宁居群、额敏居群和裕民居群的亲缘关系较近,托里居群与其它居群的亲缘关系较远。当单株水平的遗传相似系数为0.62时,参试180份新疆野苹果种质资源可被分为十大类,其中第Ⅰ类包含85%的样本,说明新疆野苹果总体亲缘关系非常接近,同时7个居群亲缘关系还表现明显的地域性,即同一地域的居群亲缘关系较近。 8.若以遗传相似系数0.63为阈值,可将新疆苹果21份地方资源聚类成3组,新疆野苹果和新疆地方苹果品种交叉分布,说明新疆地方苹果品种与新疆野苹果具有相同的遗传背景,遗传相似度高,亲缘关系很近。该结果从遗传角度为新疆地方苹果品种可能是由新疆野苹果直接驯化而来的推论提供了重要证据。