新疆不同地理分布棱叶蒜的形态性状遗传多样性分析

为有效评价和利用葱属植物资源,挖掘优良性状,以国内仅分布于新疆的棱叶蒜为研究材料,对不同地理分布的45份棱叶蒜种质资源的形态性状进行遗传多样性分析。研究结果显示,棱叶蒜分布在81°09′—86°38′N,48°15′—43°15′E,海拔320~1896 m沿天山山脉以北及阿尔泰山以南的山地森林草原、干旱荒漠和干旱草原等7个生态区。15个数量性状变异系数介于21.19%~700.00%,遗传多样性指数介于0.10~1.68。株芽数目、株芽大小、鳞芽大小、鳞芽数目以及根系大小性状的总载荷量均在0.90以上。根系、鳞茎和花部性状特征与生境特点密切相关。棱叶蒜地域分布广,生境多样,适应性强,数量性状变异较大,遗传多样性丰富。

棱叶蒜种质资源表型性状分析

以新疆7个生态区分布的45个居群棱叶蒜为材料,对其数量性状进行相关性、主成分与聚类分析,并利用隶属函数法对其性状进行综合评价。结果表明:根系与鳞茎、花序;须根与花葶;叶与花序;花葶与株芽;花序与花梗、小花数目以及花梗与小花大小及数目等性状之间达到极显著相关(P<0.01);花序与须根、鳞茎;叶与株芽等性状之间达到显著相关(P<0.05)。主成分分析将棱叶蒜15个主要数量性状分为综合因子、株芽因子、鳞芽因子、根系因子、叶因子和单花因子,其累计贡献率为81.882%。在遗传距离为5时,将材料分为5大类群。阿尔泰山脉Ⅱ区分布的棱叶蒜隶属函数值最高,为0.418,是野生棱叶蒜重要分布地;15个性状中根系大小隶属函数值最高,为0.516,是人工驯化栽培和育种过程中的关键性状。

二倍体棱叶蒜花粉活性的变化特征

以分布于乌鲁木齐雅玛里克山的二倍体棱叶蒜(Allium caeruleum)为研究对象,对其不同开花物候期的花粉寿命和活力变化特征进行研究,以期为该植物资源的迁地保护提供指导。结果表明,联苯胺α-萘酚染色法、TTC法、醋酸洋红法、I_2-KI法、孢粉染色法和红墨水法均无法有效检测,而MTT法和离体萌发法适合二倍体棱叶蒜的花粉活力测定,适宜的离体萌发法培养基配方为蔗糖100 g·L^(-1)+硼酸80 mg·L^(-1)。不同开花物候期的花粉寿命均在60 h以内,存在两个活力高峰,4 h时活力最强。处于同一开花物候期的二倍体棱叶蒜的花粉活力和花粉萌发率之间存在极显著正相关(P<0.01),变化规律一致,花粉均可育,为短寿命花粉。

野生棱叶蒜个体大小对生物量及繁殖分配的影响

以分布于新疆乌鲁木齐市雅玛里克山的野生棱叶蒜为研究对象,对其开花盛期植株进行采集,计算生物量和繁殖分配。结果表明:植株高度大多分布在60~90 cm之间,其中71.9~86.6 cm高度的植株最具代表性;棱叶蒜在开花盛期花序生物量整体大于鳞茎生物量,棱叶蒜开花盛期植株对花序的资源投入大于鳞茎;生殖生长过程中,随着植株个体的增大,繁殖器官虽然从个体上增大,但植株对其的资源投入减少,存在着异速生长现象。

天山天池二倍体棱叶蒜的开花动态及交配系统

以分布于新疆天山天池的二倍体棱叶蒜（Allium caeruleum）为研究对象,观察记录了开花进程,测定其花粉活力和柱头可授性,并采用去雄、套袋、人工授粉等方法对其交配系统进行检测。结果表明：（1）伞形花序平均直径为（29.07±1.17）mm,花被片天蓝色,花期6—8月;两性花,平均小花数205.67±19.88个,密集,无株芽;小花开放历经弹头、张口、吐药、展开、抱合和萎蔫等过程,历时5-7 d;小花开放进程中花药和柱头间存在空间隔离,从第1枚花药伸出至6枚花药全部脱落以及柱头伸长至萎蔫各需要2-3 d;阴天比晴天分别延长散粉以及延迟柱头萎蔫0.5-1 d。棱叶蒜具有雄蕊先熟、雌雄异熟、雌雄异位以及吸引昆虫避免自交的花部特征。（2）花药开裂散粉4 h时花粉活力最强（79.23%±1.97%的花粉具有活力）,36 h后降至很低,属于短寿命花粉。（3）联苯胺—过氧化氢和MTT法检测柱头可授性;花丝、花柱等长期部分柱头开始具有可授性,花丝、花柱合拢期至花丝萎蔫期柱头可授性最强。同一朵花雄蕊和雌蕊的可育期存在部分时间重叠,防止了杂交失败。（4）单花花粉量为31 275±3 651,胚珠数6,P/O值为5 212±608;杂交指数OCI为5;无自发的自花传粉现象,不存在风媒传粉和无融合生殖;倾向于异交为主、自交可育,具备兼性异交并需要传粉媒介的混合交配系统的特征。天山天池二倍体棱叶蒜还以种子休眠、鳞芽无性繁殖的生殖补偿方式保证特殊地理环境下的种群繁衍。

同质生境下三个倍性棱叶蒜的开花物候特征

通过同质生境下比较国内仅分布于新疆的三个倍性棱叶蒜的开花物候。结果如下:1)不同倍性的棱叶蒜花期均在6月。二倍体和四倍体的开花同步指数分别为0.8745和0.8208,表现出集中的开花式样;三倍体的开花同步指数为0.6010,表现出分散的开花式样,并在其伞形花序上形成30~50个珠芽。2)二倍体和四倍体棱叶蒜的开花数都与温度存在极显著正相关(r=0.603,r=0.679,P<0.01),二倍体棱叶蒜的花热间距为2.334,开花速率最快。高温下花被片展开和花药散粉快,温度影响开花进程。3)二倍体和四倍体棱叶蒜开花数与花期持续时间存在显著正相关(r=0.527,r=0.835,P<0.05),与坐果数存在极显著正相关(r=0.785,r=0.991,P<0.01)。在长期适应生存环境过程中,不同倍性棱叶蒜形成了提高生态适应性的特殊开花物候特征,采取不同的生殖策略保障生殖成功。