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新疆野苹果(Malus sieversii (Ledeb.) Roem.)又称塞威氏苹果,属第三纪孑遗植物,可能是现代栽培苹果的祖先种。我国新疆野苹果是研究世界苹果遗传多样性和基因进化的重要天然基因库,对我国优质栽培苹果的生产具有重要作用。新疆野苹果主要分布于我国新疆伊犁州的巩留县、新源县、霍城县,塔城地区的额敏县、裕民县、托里县等地[1]。其果实形态、颜色、风味等变异很多,并且在长期的自然进化过程中形成了许多具有抗寒、抗病虫害等优良性状的新疆野苹果种群或单株[2-3]。近年来新疆野苹果的生存状态受到人类活动、苹小吉丁和苹果腐烂病等因素影响较为严重[1, 4]。受苹小吉丁危害枯死的新疆野苹果枝干上分布着大量苹果腐烂病菌,自然条件下,苹果小吉丁虫往往和苹果腐烂病等混合发生,复合危害新疆野苹果林的生存状态[4]。自然条件下植物的健康状况往往不是受单一因素的影响,而是受病害、虫害、生境、植物自身特征等多种因素综合影响[5]。目前关于我国新疆野苹果枯死原因尚不清楚。因此,可以通过不同枯枝症状新疆野苹果遗传特征的比较,寻找与枯死症状相关的遗传特征,推测引起差异症状的原因及可能的胁迫因子。
水杨酸是植物体内一种小分子酚类物质,参与活体营养型病原菌引发的防御反应,并诱发植物的系统获得抗性[6-7]。Pasqualini等发现臭氧可诱导烟草叶片中水杨酸含量的升高,高浓度的水杨酸可增加烟草植株中活性氧含量从而激活植株细胞死亡等植物防御机制[8]。水杨酸不仅可以通过抑制病原菌分泌的细胞壁降解酶的活性降低病原菌的致病力,还能作为信号诱导植物体内病程相关基因的表达,增加植物抗病能力[6, 9]。在苹果属植物与其病原菌互作过程中,水杨酸作为信号物质而起到重要的作用[9-10]。不同抗枣疯病性枣树间水杨酸含量差异极其显著(P < 0.01),并且水杨酸的组成和含量与枣树抗枣疯病性呈现一定的相关性[12]。植物的组成抗性是植物在未受到侵害时就已经具备的天然抗性屏障,防御蛋白是组成抗性的重要组成部分,已有研究表明植物防御蛋白与植物胸径(diameter at breast height, DBH)关系密切[13]。张睿彬等研究发现胸径大的东北红豆杉针叶内苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)的活性显著高于胸径小的(P < 0.05)[13]。此外,植物胸径的大小与植物树龄、立地条件、气候环境等具有一定程度的相关性。
新疆野苹果树大面积衰败和死亡,遗传资源面临严重威胁,但是新疆野苹果林的生态退化机理目前尚不清楚。在巩留的野外调查发现:同一采样点、同一生境条件下不同新疆野苹果种群或单株表现出不同的抗逆性,有的新疆野苹果株系健康,枝叶繁茂;有的新疆野苹果株系受病原菌或其它胁迫因子影响枯枝严重甚至枯死。而关于同一生境下,不同新疆野苹果株系表现出不同症状的原因尚未见报道。因此,有必要寻求新的研究思路揭示野苹果抗病原因。关于我国新疆野苹果化学成分、遗传多样性等方面的研究相对较多[1],但这些因素与新疆野苹果抗病虫害关系尚未见报道。因此,本研究对同一生境、同一采样地表现出不同枯枝症状的新疆野苹果中水杨酸组成和含量差异进行分析;并将不同枯枝症状级别新疆野苹果的水杨酸含量与胸径结合分析,寻找与新疆野苹果枯枝症状相关的遗传特征,为天山野果林的保育和优质苹果资源的选择提供参考。
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对不同症状级别新疆野苹果枝叶中的水杨酸含量检测表明:水杨酸含量在Ⅴ级样品水杨酸含量最高,为122.6 mg·kg-1;0级样品水杨酸含量次之,为111.7 mg·kg-1;Ⅱ级样品中水杨酸含量最低,为39.5 mg·kg-1;Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ级样品中水杨酸含量基本一致,分别为81.8、90.3、98.5 mg·kg-1(图 2)。单因素方差分析和LSD、Duncan分析表明新疆野苹果不同症状级别间水杨酸含量差异显著(P=0.01 < 0.05)。新疆野苹果部分症状级别两两之间也有显著差异(P < 0.05),Ⅱ级样品水杨酸含量与0、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级样品水杨酸含量差异显著(P < 0.05),与Ⅰ级样品中水杨酸含量差异并不显著(P>0.05)(图 2)。由图 2可知,新疆野苹果枯枝症状从0级到Ⅴ级,水杨酸含量存在一个先降低后升高的变化趋势。
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对不同枯枝症状级别新疆野苹果水杨酸含量进行相关性分析发现:0级与Ⅰ级、0级与Ⅴ级、Ⅰ级与Ⅱ级、Ⅰ级与Ⅳ级、Ⅰ级与Ⅴ级、Ⅱ级与Ⅳ级、Ⅳ级与Ⅴ级样品之间水杨酸含量存在一定程度的正相关性;0级与Ⅱ级、0级与Ⅲ级、0级Ⅳ级、Ⅰ级与Ⅲ级、Ⅱ级与Ⅲ级、Ⅱ级与Ⅴ级、Ⅲ级与Ⅳ级、Ⅲ级与Ⅴ级之间样品之间水杨酸含量存在一定程度的负相关性,但相关性水平均不显著,如表 1所示。Ⅲ级样品与所有级别样品之间的水杨酸含量均呈负相关,相关性不显著。由此可知,不同枯枝症状级别的新疆野苹果中水杨酸含量存在一定的相关性,但相关性水平均不显著(P>0.05)。
症状级别
Symptom grade参数
Param.0级 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅰ级 r 0.163 P 0.837 Ⅱ级 r -0.817 0.301 P 0.183 0.699 Ⅲ级 r -0.275 -0.119 -0.165 P 0.725 0.881 0.835 Ⅳ级 r -0.061 0.440 0.580 -0.869 P 0.939 0.560 0.420 0.131 Ⅴ级 r 0.749 0.770 -0.357 -0.166 0.171 P 0.251 0.230 0.643 0.834 0.829 Table 1. Correlation analysis of salicylic acid content in different symptom grade Malus sieversii
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对巩留同一立地条件下123株新疆野苹果胸径测量、统计表明:新疆野苹果枯枝症状为Ⅱ级的样品胸径平均值最大,为38.38 cm;枯枝症状为Ⅴ级的样品胸径平均值最小,为31.16 cm。单因素方差分析表明:不同枯枝症状级别的新疆野苹果胸径大小差异并不显著(P>0.05)。LSD、Duncan分析表明:新疆野苹果不同枯枝症状级别组间也没明显差异(P>0.05),如表 2所示。由此推知新疆野苹果枯枝症状级别与其胸径大小关系并不明显。不同枯枝症状级别新疆野苹果胸径大小的变异系数差异明显,变异系数由大到小依次为:Ⅴ级>0级>Ⅱ级>Ⅳ级>Ⅲ级>Ⅰ级。Ⅴ级样品个体间胸径大小的变异系数最大,为39.18%;Ⅰ级样品个体间胸径大小的变异系数最小,为30.28%;Ⅲ、Ⅳ级样品个体间胸径大小的变异系数基本一致,分别为31.05%和31.22%(表 2)。
症状级别
Symptom grade调查数量/株
Survey No.平均值
Mean/cm最大值
Max/cm最小值
Min/cm标准差
St Dev/cm变异系数
Coefficient of Variation/%0 21 33.05 65.00 20.00 12.20 36.90 Ⅰ 22 35.00 55.00 15.00 10.60 30.28 Ⅱ 21 38.38 64.00 20.00 13.85 36.08 Ⅲ 21 31.33 60.00 19.00 9.73 31.05 Ⅳ 19 32.58 52.00 14.00 10.17 31.22 Ⅴ 19 31.16 60.00 18.00 12.21 39.18 Table 2. Statistics analysis of DBH sizes of Malus sieversii with different symptom grades
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枯枝症状为Ⅴ级的新疆野苹果样品水杨酸含量最高,胸径变异系数也最大,0级样品的水杨酸含量和胸径变异系数均次之,Ⅰ级样品的水杨酸含量和胸径变异系数均较小,Ⅱ级新疆野苹果水杨酸含量最低,但胸径大小变异系数相对较大,如表 2所示。不同枯枝症状级别新疆野苹果水杨酸含量和胸径大小的相关性分析表明:不同枯枝症状级别新疆野苹果水杨酸含量和胸径大小存在一定程度的负相关性(r=-0.157),但相关性水平不显著(P>0.05),如表 3所示。此外,相关性分析表明:0级、Ⅴ级新疆野苹果水杨酸含量和胸径大小呈一定程度的正相关性,相关系数分别为0.162和0.906 (P>0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级样品水杨酸含量和胸径大小呈一定程度的负相关性,相关系数分别为-0.879、-0.217、-0.805和0.551 (P>0.05) (表 3)。由此可知,总体水平上新疆野苹果水杨酸含量和胸径大小存在一定程度的负相关性,不同症状级别新疆野苹果水杨酸含量与胸径大小相关性有所不同,但相关性均不显著(P>0.05)。
参数
Param.0级 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级 总体
Overallr 0.162 -0.879 -0.217 -0.805 -0.551 0.906 -0.157 P 0.838 0.121 0.783 0.195 0.449 0.094 0.464 Table 3. Correlation analysis between salicylic acid content and DBH of Malus sieversii with different deadwood symptom grades(n=24)