雌雄間性柳樹自交子代當年生幼苗表型觀測

周 潔，王保松

(江蘇省林業科學研究院，江蘇 南京 211153)

柳樹為楊柳科柳屬的總稱，全世界520多種，我國有257種，122變種，33種變型[1]。柳樹分布廣泛,種類繁多，生長速度快，耐水濕，耐低度鹽堿，造林范圍廣，是集觀賞價值、生態價值和經濟價值于一體的多功能樹種[2]。柳樹一般是雌雄異體植物，雖有報道發現柳樹存在雌雄同序和兩性花[3],但是雌雄同序三性型柳樹的自交尚未見報道。

植物表型性狀是物種資源研究最基本的方法和途徑，是資源保護與評價的關鍵指標，也是育種的重要基礎。關于園林植物觀賞價值評價方法的研究比較多，大多數學者從美學角度著手，采用百分制法、層次分析法、心理物理學法、感官評分法、加權評分法、灰色關聯分析法和模糊相似優先比法等評價方法，但由于不同植物的觀賞重點不同，以及評價過程中各種定性與定量指標權重和分值的不確定性，導致暫且未形成公認的比較成熟的評價方法和評價體系[4-9]。

自交是創制優異中間材料和種質資源的有效方式之一。通過自交可使一些隱性基因得到表現,從而獲得豐富的基因變異及表型差異[10]。本研究通過自交的方法建立了柳樹的自交F1代，在自交群體中發現了性狀的分離，出現枝條的變異、葉片的皺縮、植株的矮化、分枝的變化等表型的改變。通過對表型，如株高、葉片長、葉片寬、枝條彎曲程度及比例的描述和評價，分析柳樹自交群體的性狀分離程度，為柳樹重要性狀的分離和基因的鑒定奠定重要的基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為雌雄間性柳樹品種‘蘇柳795’(如圖1)自交所獲得的子代群體。于2019年1月中采集‘蘇柳795’花枝進行水培，置于江蘇省林業科學研究院柳樹種質資源圃溫室，對花枝進行修剪，去除多余的葉片和花芽，3—4月待開花后進行人工雜交。雜交時為避免花粉互相傳播，利用紗網將花枝包住，待花序完全開放后，采用人工涂抹的方式進行雜交。將全雄花序和雌雄同序的雄花花粉給全雌花序和雌雄同序的柱頭授粉，獲得自交種子，收獲種子后播于裝有泥炭的穴盤中，獲得自交苗。待5月苗生長健壯時移栽入裝有泥炭珍珠巖混合基質的無紡布袋子中，對所有個體進行編號，以待觀測。

a.‘蘇柳795’雄花序；b. ‘蘇柳795’雌雄同序；c. ‘蘇柳795’雌花序。圖1 ‘蘇柳795’不同性別花序

1.2 表型性狀的觀測與統計

表型性狀的觀測于雜交當年秋季10月待苗木生長健壯時統計。葉長、葉寬、葉柄長的取樣部位為從頂部開始往下數第3片完整老熟具有代表性的葉片。株高的測量為從植株頂部至基質表面的高度。于當年秋季和次年的春季分別進行測量。

1.3 數據統計分析

使用Excel 2010，SPSS 20.0軟件，分別對各種表型性狀的數據進行遺傳變異度分析。數量性狀直方圖使用R(V4.0.2版本)軟件中自帶的hist()函數進行作圖。具體參數說明如下：x，輸入數據；probability=T繪制樣本頻次；若為F則繪制密度；col設置直方圖中柱子的顏色，xlab設置橫軸標簽；main設置圖標簽，xfit,設置橫軸顯示范圍(最小值到最大值)，yfit 根據x變量生成擬合y值，lines()函數根據x和y畫線，lwd設置線寬。并用R中自帶的ks.test()函數和shapiro.test()函數對數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 表型性狀特征

在自交子代群體中，表型性狀枝條、葉片、干型、分枝等都出現了較大的變異。枝條顏色有綠色(b，d)、金色(c)和紅色(a，e)(如圖2)。枝條姿態有直伸(j)、彎曲(k，n)、扭曲(b，c)、矮化(g)(株高<5 cm)等不同的類型。分枝數和分枝角度也出現了較大的分離，h—n較為高大，有通直沒有分枝的類型j，也有分枝數較多的如i和m；分枝部位不同，有基部分枝f，上部分枝的h和中部分枝的i；分枝角度也出現了較大變化，如i的分枝幾近平展，l和m的分枝角度較窄。

在自交F1代中，葉片的葉形出現了多種類型(見圖3)。‘蘇柳795’為披針形，葉柄綠色，無托葉。子代中葉形有披針形(231，292)，卵圓形(310，350，140)，長披針形(242，11，299)，變小(96)，葉柄顏色有紅綠(242，11)和綠色(66)，矮化的葉片沒有葉柄，部分植株出現了托葉(271)。葉片正面顏色有深綠(242)、淺綠(48)、黃綠(297)。葉片基部形狀‘蘇柳795’為契形，140為圓形，299為窄契形。

2.2 自交子代表型性狀統計

自交共獲得存活的子代478個，生長正常。在植株的表型中，出現了枝條、葉片等的性狀分離。干型有通直、彎曲、扭曲3種類型，經統計其中通直的占10.46%，扭曲的為18.41%，彎曲的為71.13%。葉片寬圓形的占13.81%，披針形的占31.17%，線形的為12.13%，葉片縮小的比例為25.73%，且出現了皺縮的現象。有托葉的占2.3%，矮化的占11.72%(見表1)。

圖2 自交F1代株型變異

注：葉片編號對應于子代個體編號圖3 自交子代葉片性狀特征

表1 自交子代各性狀比例

2.3 數量性狀變異分析

對自交子代478個個體數量性狀株高、葉長、葉寬、托葉等進行統計分析。當年雜交苗秋季最高的株高為120 cm，最矮的為1 cm，平均株高為31.89 cm。雜交后第2年春季對株高再次測量，最高株高為205 cm，最矮的為2 cm，平均株高為52.76 cm。葉最長為15.1 cm，最短為0.2 cm，葉寬最長為1.7 cm，最小為0.1 cm，葉片長寬比最大比為15，最小為2；托葉最長為1.7 cm，最小為0.2 cm，托葉寬為0.1—0.2 cm，托葉長寬比為0—12。其中變異最大的為株高，當年株高變異系數為66%，第2年株高變異系數達77%(見表2)。

表2 柳樹自交子代數量性狀變異分析

2.4 自交子代數量性狀頻率分布

在對478個自交子代的3個數量性狀變異情況統計分析的基礎上，繪制了數量性狀的分布頻次圖(見圖4)。圖4顯示葉長、葉寬、株高、葉片長寬比均未呈現正態分布，均呈偏態分布。

注：a—e分別為葉長、葉寬、葉片長寬比、當年株高、第2年株高分布曲線圖4 數量性狀分布圖

3 結論與討論

植物表型性狀的鑒定與描述是研究種質資源的最簡單、易行的基本方法，也是檢測遺傳變異最傳統、最直觀的方法[11-12]。柳樹在種質資源評價方面已進行了耐鹽[13]、耐熱[14]、觀賞[15]等方面的評價。柳樹作為雌雄異株植物，利用自交子代進行數量性狀和質量性狀的變異分析和評價還是首次。種質資源的遺傳變異系數越大，其遺傳多樣性程度越高。自交子代的性狀分離是研究等位基因的重要材料，具有較豐富的遺傳變異，變異系數達36%—66%，最高的為株高(達66%)，說明自交子代在株高、葉長、葉寬等方面存在豐富的遺傳多樣性，是種質資源多樣性的重要遺傳基礎，對柳樹育種生長迅速、干型好的育種選擇具有重要的指導價值。

生物的連續性或間斷性變量大多遵從正態分布[16]。本研究發現，柳樹自交群體中株高、葉長、葉寬未較好地遵從正態分布，可見在柳樹的自交試驗中，偏態分布可能也是柳樹表型性狀中重要的分布形式之一。偏態分布的性狀與環境和遺傳因素有關。本研究中所有子代為同一批雜交子代，栽培環境一致，來源一致，所以偏態分布和環境因素沒有一定的關系。一方面主要和遺傳相關，自交使基因發生了純合，導致了植株的矮化，出現了矮化株高<5 cm的植株，當年雜交苗株高<10 cm的頻次大大增加，和平均株高相同；另一方面可能是由于人為選擇方向所致[17]，即在喬木柳選育工作中，生長快、植株高一直是選擇的方向和目標，因為這種選擇壓力，使得柳樹自交群體向此特定方向進化，相應性狀的個體增加，形成拖尾現象。

喬木柳的自交群體中出現了株高、葉片、托葉、枝條、皮色等重要性狀分離，扭曲的枝條占18.41%，矮化的占11.72%，有托葉的為2.30%。龍爪柳[Salixmatsudanavar.matsudanaf.tortuosa(Vilm.) Rehd.]為旱柳的變種，但是對于枝條扭曲的成因尚不清楚，在自交群體中，扭曲的占近20%，為枝條扭曲的柳樹提供了另外一種解釋。植株的矮化一般由單一基因控制，水稻中OsDWL1[18]、高粱矮化基因Dw3[19]等多種作物中的矮化基因被鑒定，同時矮化突變體降低了莖稈的同化作用，能將更多的光合產物轉移到穗部，顯著增加產量。柳樹自交群體中的矮化植株占11.72%，為矮化機理的研究和矮化基因的鑒定提供了理想的研究材料。皮色、葉片大小、托葉均為數量性狀，為多基因聯合調控。柳樹SxMAX基因能顯著增加分枝數[20]，而在自交群體中基部分枝的占8%，可以通過克隆自交材料的SxMAX基因，找到功能區和突變位點，為基因編輯技術提供基礎。枝條顏色是林木冬季重要的觀賞性狀。目前在西葫蘆皮色、南瓜果皮等果蔬中已鑒定到控制皮色的基因[21-22]，但林木枝條顏色的基因還未見報道。在自交子代中，出現了皮色金色、紅色、紫色、綠色等的分離，可為枝條顏色的變異規律和基因克隆提供重要的基礎。

柳樹觀賞性狀的評價在于枝條的顏色、枝條的形態，直立和扭曲枝條的性狀分離是觀賞柳樹新的研究性狀特性，所以矮化、皮色等性狀的鑒定和分枝數、托葉、葉片長、葉片寬、株高等數量性狀的鑒定有利于為柳樹重要基因的鑒定提供理論基礎，自交材料的建立和性狀的評價為今后培育柳樹高生物量、枝條顏色艷麗、形態各異的柳樹提供重要的物質基礎。