橡膠草種質苗期農藝性狀相關性及遺傳多樣性初析

高玉堯　許文天　劉實忠

摘 要 利用數理統計軟件對12份橡膠草種質材料的主要農藝性狀進行相關性、遺傳多樣性及聚類分析。結果表明：12份橡膠草種質主要農藝性狀存在較大差異，其中葉片長、葉片寬、葉形指數、葉柄長變異系數均較大，Shannon-weaver多樣性指數H′在1.86～1.99，具有豐富的多樣性；葉片長、葉緣類型與其它性狀之間相關性較大，其中葉片長與葉片寬、葉形指數、葉柄長及葉緣類型均呈顯著正相關；葉緣類型與葉片長、葉片寬、葉柄長均呈顯著正相關，與葉脈顏色呈極顯著負相關；通過聚類分析將12份材料劃分為3個類群，綜合評價發現，Ⅱ類群的3份材料（206-1、208-1、214-1）表現顯著優于Ⅰ和Ⅲ類群，可作為橡膠草育種的優選材料。

關鍵詞 橡膠草 ；農藝性狀 ；相關性分析 ；遺傳多樣性分析 ；聚類分析

中圖分類號 S603.2 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.12.005

天然橡膠是合成橡膠無法替代的一種世界性工業原料和重要的戰略資源，是中國工業制造和國防建設中不可或缺的原料[1]。然而，國內天然橡膠自給率逐年下降和過度依賴進口的局面，嚴重影響中國天然橡膠的戰略安全[2]。因此，開發并高效利用新型天然橡膠資源，逐步降低對東南亞三葉天然橡膠的依賴程度，將是實現中國天然橡膠長期、安全、穩定供應的有效途徑[3]。

目前，橡膠草已成為新型天然產膠資源開發的主要對象。橡膠草（Taraxacum kok-saghyz Rodin）又稱俄羅斯蒲公英，為菊科（Asteraceae）蒲公英屬（Taraxacum）的多年生草本產膠植物[4]，原產于歐洲、哈薩克斯坦及中國新疆的特克斯河流域，蘇聯中東地區及中國的甘肅、陜西等地也有分布[5]。橡膠草具有適應性強、生長周期短、適合機械化種植和采收、抗過敏性和生物相容性好等諸多優點，而且與巴西橡膠樹具有類似的乳管系統，多年生植株的根內橡膠含量可達2.89%～27.89%，其橡膠的結構和性能均與巴西橡膠樹橡膠相似[6]。因此，橡膠草最有可能成為21世紀最重要的新型天然橡膠戰略資源。近年來，橡膠草逐漸受到各國的重視，并紛紛開展橡膠草的種質資源鑒定評價[7]、種苗快繁與種植栽培[8-9]、分子克隆與遺傳轉化[10]及群體遺傳學與產膠生物學[11]等研究。然而，國內的橡膠草仍存在早期鑒定評價困難、優良種質匱乏、遺傳改良速度緩慢等問題，這些因素制約著橡膠草的良種選育及產業化進程。

鑒于此，本研究對12份不同橡膠草種質材料苗期的主要農藝性狀及其相關性和遺傳多樣性進行分析，為加快橡膠草優良種質材料篩選和新品種選育提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料包括從美國農業部引進的11份橡膠草種子和從俄羅斯瓦維洛夫研究所引進的1份橡膠草種子，詳見表1。利用沙床培育出一批茁壯、健康的橡膠草幼苗，選取長勢良好、大小均一的健壯幼苗作為實驗材料。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

于中國熱帶農業科學院湛江實驗站科研核心基地選擇疏松、肥沃、排水良好的土壤地段作為試驗區。試驗區共設置60個試驗小區，小區的規格（長×寬×高）為5 m×1 m×30 cm。當橡膠草幼苗真葉長至4～5葉時（2個月左右），將沙床中的每個材料按行、株距均為35 cm的密度移栽到小區上，12份材料隨機排列，并重復3次；移栽后進行統一澆水、追肥、除草等田間管理。

1.2.2 調查與測量

當橡膠草在生長至6～8片真葉時，從每個試驗小區中選取3株大小均一、長勢良好的健壯植株，調查其葉片形狀、葉片顏色、葉脈類型、葉脈顏色、葉片質地、葉尖類型、葉緣類型等形態指標，并測量其葉片長度、葉片寬度、葉形指數、葉柄長度等農藝性狀指標。

葉形指數=葉片長度/葉片寬度

1.2.3 數據統計分析

1.2.3.1 差異顯著性分析

利用SPSS17.0軟件對各材料的葉片長度、葉片寬度、葉形指數、葉柄長度共4個農藝性狀指標進行差異顯著性分析。

1.2.3.2 相關性分析

首先，將各個材料的葉片形狀、葉片顏色、葉脈類型、葉脈顏色、葉片質地、葉尖類型、葉緣類型等形態指標進行賦值；然后利用Excel和SPSS17.0軟件中的雙變量對各材料的形態指標與農藝性狀指標進行相關性分析。

1.2.3.3 遺傳多樣性分析

利用Shannon-weaver 遺傳多樣性指數（Shannon weaver index of genetic diversity）來衡量群體遺傳多樣性大小。首先，利用葉片長度、葉片寬度、葉形指數、葉柄長度等性狀指標數據，根據平均數（X）和標準差（σ）將每份材料分為10級，從第1級[Xi<（x-2σ）]到第10級[Xi≥（x+2σ）]，每0.5σ標準差為1級；然后，計算每一組的相對頻率（pi =某一性狀第i級別內材料份數/總份數）[12]；最后，計算遺傳多樣性指數，計算公式為：H′=-∑pilnpi，ln為自然對數[13]。

1.2.3.4 聚類分析

利用DPS V6.55版軟件，采用歐氏距離可變類平均法進行聚類分析[14]。

2 結果與分析

2.1 苗期橡膠草主要數量性狀及頻率分布

對供試的12份橡膠草材料苗期時的葉長、葉寬、葉形指數、葉柄長進行測定及分析，結果見表2。葉片最長的為211-1（19.28 cm），最短的為204-1（9.49 cm），相差9.79 cm；葉片最寬的為208-1（2.75 cm），最窄的為204-1（1.70 cm），相差1.05 cm；葉形指數最大的為211-1（8.04），最小的為302-1（5.60），相差2.44；葉柄最長的為218-1（5.82 cm），最短的為208-1（2.32 cm），相差3.50 cm。差異顯著性分析表明，12份橡膠草材料的上述農藝性狀均表現出差異，其中204-1葉片最短、最窄，208-1葉片最寬、葉柄最短，211-1葉片最長、葉形指數最大，這3份材料間存在顯著差異。

2.2 苗期橡膠草主要表型性狀描述

供試橡膠草材料生長期的葉片形狀、葉片顏色、葉脈類型、葉脈顏色、葉片質地、葉尖類型、葉緣類型等表型性狀描述見表3。可以看出，除葉脈（均為羽狀）和葉片質地（均為肉質）無明顯差異外，其它表型性狀均存在較大差異。葉形存在2種類型，211-1和220-1為披針形，其他材料均為倒披針形；葉脈存在2種顏色，204-1、206-1、208-1、214-1為黃綠色，其他材料均為綠色；葉尖也存在2種類型，211-1、220-1、302-1為急尖，其他材料均為鈍形；葉緣存在4種類型，211-1為鋸齒深裂，218-1和204-1為全緣，221-1、222-1、302-1為淺波狀或全緣，其他材料為淺波狀；葉片存在3種顏色，206-1、208-1、214-1為綠色，207-1、211-1、220-1、221-1為灰綠色，其它均為淺綠色。通過表型性狀描述發現，206-1、208-1、214-1 3份材料與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態特征基本一致，而211-1和220-1則相差甚遠。從育種角度來看，206-1、208-1、214-1 3份材料更適合作為優良品種選育材料。

2.3 主要數量性狀變異性及多樣性分析

為了作出更有效的評價，對供試橡膠草材料主要數量性狀的變異性及遺傳多樣性進行了分析。結果（表4）表明：葉長、葉寬、葉形指數、葉柄長均存在較大的遺傳多樣性。其中，葉柄長的變異幅度最大，變異系數為33%，而葉寬的變異幅度最小，變異系數為16%。各性狀的多樣性指數均較大，葉柄長的多樣性指數最小，為1.86，葉長和葉寬的多樣性指數最大，均達到 1.99。供試橡膠草材料的主要數量性狀指標均存在較大的多樣性指數，說明這些材料存在豐富的遺傳多樣性，且具有很高的挖掘和利用潛力。

2.4 主要農藝性狀相關性分析

為了解數量性狀和表型性狀之間是否有所關聯，對供試材料的葉長、葉寬、葉形指數、葉柄長、葉片形狀、葉片顏色、葉脈顏色、葉尖類型、葉緣類型等進行了相關性分析。結果（表5）表明：葉長與葉寬、葉形指數、葉柄長及葉緣類型均呈顯著的正相關；葉形指數與葉柄長存在顯著的正相關；葉緣類型與葉寬、葉柄長度及葉片顏色均存在顯著的正相關，而與葉脈顏色存在顯著的負相關。總體來說，葉長和葉緣類型與其他性狀相關性較大，葉片越長，葉柄越長，葉寬越大，葉緣越趨于淺波狀或全緣，葉片顏色偏向綠色，葉脈顏色偏向黃綠。

2.5 聚類分析

對供試材料進行聚類分析，在系數為3.00左右時將12份材料分為3類。以每個類群主要表型性狀作為參考，對其類群特征進行了分析，結果表明這3 類群之間差異明顯。按照農藝性狀指標和《中國植物志》中描述的橡膠草形態特征對其進行排序，優劣順序為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ（圖1）。每個類群的表現如下：Ⅰ類群包括3個亞類群，共6個材料，其中每個亞類群有2個材料。從總體表現來看，Ⅰ類群的各個農藝性狀指標大小不一，且其表型性狀均與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態特征不完全一致；Ⅲ類群包括2個亞類群，共3份材料，其中302-1單獨為一個亞類群，221-1和222-1為另一個亞類群，這3份材料的各個農藝性狀指標比較一致，葉柄偏長，表型性狀與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態特征不完全相符；Ⅱ類群包含3份材料，這3份材料葉片較寬，葉柄偏短，表型性狀表現完全一致，且與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態特征完全相符。此外，類群Ⅲ中除了美國材料221-1和222-1外還包含俄羅斯材料302-1，說明俄羅斯材料302-1和美國材料221-1、222-1之間存在較近的親緣關系。對3個類群進行綜合評價，總的來說，Ⅱ類群材料表現顯著優于Ⅰ和Ⅲ類群，可作為橡膠草育種的優選材料。

3 討論

橡膠草種質資源的遺傳多樣性及分類與評價是育種和生產利用的基礎，盡管DNA分子標記已經被廣泛應用于植物種質資源的鑒定和分類研究，但是農藝性狀的鑒定和描述仍然是種質資源研究的最基本的方法和途徑。在橡膠草育種中，可以考慮將植株早期的表型性狀和生長特征作為良種選育的依據之一。本研究的目的是想利用橡膠草植株早期的表型性狀和生長特征來快速鑒定篩選出性狀優良的種質材料。當然，由于受種植區域氣候等因素影響，可能還需要通過開展不同試驗點進一步加以驗證。

從本研究結果可以看出，橡膠草種質的主要數量性狀在不同的材料之間表現出了較大的差異性及不同程度的多樣性。其中，204-1葉片最短、最窄，208-1葉片最寬、葉柄最短，211-1葉片最長、葉形指數最大，這3份材料間表現出顯著差異。此外，葉柄長的變異系數達33%，葉片長和葉片寬的Shannon-weaver多樣性指數（H′）均達到1.99，這與楊玉雙等[15]的報道較為一致。說明這些材料存在豐富的遺傳多樣性，具有豐富的基因資源，因此對其進行基因挖掘和雜種優勢利用的空間還很大。

通過對供試橡膠草材料進行聚類分析發現，美國材料共分為3個類群，推測這些材料可能來源于不同的地區，具有不同的遺傳背景，親緣關系也不同。其中，Ⅱ類群中的3份材料親緣關系最近，表型性狀表現完全一致，推測其遺傳背景可能相同，均來源于同一親本。另外，本研究還發現，類群Ⅲ中除了美國材料221-1和222-1還包含俄羅斯材料302-1，而且這3份材料的農藝性狀指標比較一致，說明俄羅斯材料302-1與美國材料221-1、222-1之間存在較近的親緣關系，而與其他材料的親緣關系則較遠。總體來看，Ⅱ類群中的材料表現良好，其表型性狀與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態特征完全相符，可作為橡膠草新品種育種的優選材料。由于本研究所用種質材料還不夠豐富，試驗結果尚缺乏全面性，因此，還需進一步豐富橡膠草種質資源，加強對優質材料的鑒定評價，為今后橡膠草優良種質材料篩選和新品種選育提供參考依據。

4 結論

本研究對12份橡膠草材料的主要數量性狀進行測定及統計分析，同時對其表型性狀進行調查描述和聚類分析，并對其數量性狀與表型性狀指標之間的相關性進行分析。結果表明，各材料主要數量性狀均存在較大差異，其中葉片長、葉片寬、葉形指數、葉柄長變異系數均較大， Shannon-weaver多樣性指數（H′）在1.86～1.99，具有豐富的多樣性。葉片長度和葉緣類型與其它性狀相關性較大，葉片越長，葉柄越長，葉寬越大，葉緣越趨于淺波狀或全緣，葉片顏色偏向綠色，葉脈顏色偏向黃綠。從聚類分析的結果來看，這些材料共分為3個類群，其中Ⅱ類群材料（206-1、208-1、214-1）表現顯著優于Ⅰ和Ⅲ類群，可作為橡膠草育種的優選材料。

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