橡膠樹野生種質資源產量相關性狀的灰色關聯度分析

胡彥師，周世俊，劉曉東，涂 敏，曾 霞

（中國熱帶農業科學院橡膠研究所/農業農村部橡膠樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室/海南省熱帶作物栽培生理學重點實驗室/省部共建國家重點實驗室培育基地，海南 海口 571101）

【研究意義】橡膠樹（Hevea brasiliensis）為大戟科（Euphobiaceae）橡膠樹屬（Hevea）多年生熱帶雨林喬木樹種，原產于南美洲巴西亞馬遜河流域的巴西、委內瑞拉和圭亞那等國。目前世界各植膠國家大面積栽培的巴西橡膠樹種（Hevea brasiliensisMuell.-Arg.），其主要收獲物為天然橡膠，與石油、煤炭、鐵礦并稱世界四大工業原料，廣泛應用于農業、國防、交通運輸等方面［1］，在國民經濟發展中具有十分重要的地位和作用。橡膠樹種質資源是橡膠樹新品種選育種研究的重要物質基礎［2］，也是我國天然橡膠產業持續發展的重要保障，橡膠樹產量的高低主要取決于種質自身的遺傳特性，種質資源作為基因的載體，有效篩選和綜合評價一直是橡膠樹種質資源研究的重要內容。巴西橡膠樹的產膠遺傳性是受微效多基因控制的數量性狀，以高產為育種目標則必須依靠數量遺傳學的指導［3］。因此，明確如何從眾多種質資源中篩選具有目標性狀的種質以及協調各性狀因子間的關系等對于指導橡膠樹種質資源研究及橡膠樹新品種選育種研究具有重要意義。【前人研究進展】灰色關聯度分析法作為一種重要統計分析方法［4］，可以克服回歸、相關、主成分分析、通徑分析等方法需要大量樣本數量且要求這些數據具有典型概率分布的不足［5］。目前，灰色關聯度分析法已廣泛應用到小麥、水稻、玉米、大豆、油菜、甜菜、甘蔗、花生、谷子、棉花、煙草、藍莓等作物育種、新品種區域試驗以及產量、品質、抗性等相關性狀的關聯度分析中［6-25］，并在結果與評價上取得了與生產實際相一致的結果。例如，張慧敏等［8］對10 個小麥品種（系）即的8 個性狀進行了灰色關聯度分析，篩選出適宜在平頂山地區種植的3 個小麥品種（系）即平麥189、秋樂2122 和平麥998；馬文清等［20］利用灰色關聯度分析法對10 個甘蔗品系的13 個主要農藝性狀指標進行了綜合評價，篩選出桂南亞08-212、桂南亞08-186 等5 個綜合性狀明顯優于對照的品系；張繼君等［17］應用灰色關聯度分析方法，對12 個春大豆的9 個主要性狀進行分析，結果表明對春大豆產量影響最大的性狀是單株粒重，其后依次是單株粒數、單株莢數、百粒重等性狀。在橡膠樹研究應用方面，馮耀飛等［26］對橡膠樹每月產量及9 個相關的氣象因子進行了灰色關聯性分析，結果發現橡膠產量與雨量呈顯著負相關。祁棟靈等［27-28］對8 齡橡膠樹品種熱墾525 的莖粗生長隨季節變化規律及其相關氣象因子進行灰色關聯度分析，認為氣溫對熱墾525 橡膠樹莖粗生長影響最大，降水量影響最小；通過對5 齡橡膠樹膠木兼優品種熱墾628 材積生長動態節律以及影響橡膠主材材積生長的溫度、降水量和日照時數等氣象環境因子進行灰色關聯度分析，結果表明，降水量對木材材積生長影響最大，日照時數影響最小。【本研究切入點】綜上，灰色關聯分析法可以用于橡膠樹產量、生長等相關研究中，但目前有關橡膠樹新品種主要農藝性狀的灰色關聯度分析或此方法在橡膠樹種質資源鑒定評價應用方面的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】應用灰色關聯度分析法綜合評價橡膠樹種質資源產量與相關主要農藝性狀的關系，以期為橡膠樹種質資源的深入鑒定評價、有效利用及橡膠樹新品種選育提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗橡膠樹種質材料為國際橡膠研究與發展委員會（IRRDB）于1981 年在橡膠樹原產地巴西亞馬遜流域采集，中國從馬來西亞橡膠國際基因庫引進。當年定植種質材料16 份，由于臺風影響，目前5、6 和10 號種質材料已損毀，因此用于本試驗統計分析的參試種質材料為13 份，其中來源于巴西朗多尼亞州（Rodonia）3份，阿克里州（Acre）4 份，馬托格羅索州（Mato Grosso）6 份。

1.2 試驗方法

供試13 份橡膠樹種質材料于1986 年以大田鑒定評價圃的形式定植于中國熱帶農業科學院試驗場紅星隊［29］。試驗小區面積0.7 hm2，定植材料為一蓬葉穩定的袋裝芽接苗，每份材料種植6株，2 次重復，隨機區組排列，環山等高定植，株行距3 m×7 m，以高產品種RRIM600 作對照。

1.2.1橡膠樹野生種質資源干膠產量及主要性狀 主要測定分析指標包括株次干膠產量、膠值比、側脈膠等級、莖圍、莖圍增長、樹皮厚度、平均乳管列數、平均乳管個數和干膠含量9 個相關性狀，各性狀測定值取平均值作為原始數據。

1.2.2干膠產量及相關性狀鑒定 （1）干膠產量。采用S/2 d/3+1.5% ET 刺激割制（1/2 樹圍，3 d 割1 刀，1.5% 乙烯利刺激），在5、7、10月3 個月進行割膠產量逐刀測定獲得膠乳體積，共測定30 刀；測產同時，取排膠停止后的膠乳，用電子天平稱量2 g 左右的膠乳，每個樣品加3～5滴5%醋酸凝固膠，期間用水漂洗凝膠片，換水過程中用硬物擠壓膠片，去除其中的可溶性成分，漂洗時間至少48 h，最后用去離子水清洗，將凝膠片放在80 ℃烘箱中烘至恒重，以干膠片除以膠乳重量獲得干膠含量（DRC），最后用干膠含量乘以每割次膠乳體積即獲得株次干膠產量。

（2）生長鑒定。每年年底測量其接合點上方100 cm 高處的莖圍，以當年莖圍減去上一年度莖圍計算莖圍增長量；同時，用測皮器測量接合點上方100 cm 高處的樹皮厚度（精確到0.01 cm）。

（3）樹皮乳管解剖。用直徑1.5 cm 的采皮器在離地150 cm 處采下原生皮樹皮樣品，并立即放入FAA 液中固定，之后逐級脫水再經變性試劑處理，用石蠟切片法切片，厚度為18～20 μm，經固綠染色，甘油封片，置光學顯微鏡下觀察和統計各項數據，其中“乳管個數”為5 個不同視野范圍內乳管個數的平均值。

（4）膠值比。選取頂芽穩定的苗木作樣株，以頂蓬的下一蓬葉作測試材料，將復葉的中間小葉從小葉柄基部摘下，待其排完膠，將切口處的膠涂擦于已稱重的紙上，取回粘膠的紙和葉片，置于60～70 ℃烘箱中烘24 h 至恒重，分別稱量小葉柄膠重量（R）和葉片干重（W），以R/W（mg/g）計算小葉柄膠值（A），以RRIM600 為對照計算膠值比。

（5）側脈膠等級。選取頂芽穩定或剛萌動樣株的頂蓬葉的下一蓬葉作測試材料，不離體，在復葉中間小葉從距中脈1 cm 左右處，自葉基到葉尖縱切一刀，觀察各側脈和網脈的排膠量和持續時間，以RRIM600 為對照確定其側脈膠等級。

1.2.3灰色關聯度分析 根據灰色系統理論［30］，將13 份橡膠樹野生種質資源的產量和其他8 個農藝性狀作為一個灰色系統，將每一個農藝性狀看作該系統中的一個因子。設株次干膠產量為參考數列x0，其他各農藝性狀分別為比較數列xi（膠值比x1，側脈膠等級x2，莖圍x3，莖圍增長x4，樹皮厚度x5，平均乳管列數x6，平均乳管個數x7，干膠含量x8），計算株次干膠產量與各性狀之間的關聯系數。

2 結果與分析

2.1 參試材料干膠產量和農藝性狀表現

從表1 可以看出，參試的13 份橡膠樹野生種質資源株次干膠產量均不及對照種RRIM600，其中9 號種質表現較好，但也僅有51.44 g；1、3、7、9 號種質平均莖圍高于對照種，表現出較好的速生性；乳管數量均不及對照種，而橡膠樹的乳管作為膠乳合成的主要場所，再次印證乳管數量與膠乳產量有直接的關系；12 號種質材料干膠含量最高、達到44.48%，但干膠產量僅有38.99 g，過高的干膠含量會引起排膠困難，因而限制排膠。

表1 供試材料各性狀平均值Table 1 Mean values of each trait of the test materials

2.2 參試材料干膠產量與農藝性狀的關聯分析

2.2.1原始數據無量綱化處理 從表1 可以看出，各觀測性狀的單位不統一，不能直接進行分析，如：株次干膠產量的單位為g、莖圍和樹皮厚度的單位為cm、側脈膠等級為數值、平均乳管列數的單位為列、平均乳管個數的單位為個。由于各性狀的單位不同，需對其原始數據進行無量綱化處理，常用的方法有均值化、初值化、區間值化、倒數化等，本文采用均值化法，即所有性狀值除以相應平均值，從而得到一個新的數列（表2）。

表2 原始數據無量綱化處理結果Table 2 Dimensionless processing of the raw data

2.2.2關聯分析 根據計算表2 中參考數列x0與比較數列xi相應性狀的絕對差值，Δmin 為絕對差值Δi(k)的最小值，Δmax 為最大值（表3）。從表3 可以得出=0.0012為16 號種質莖圍增長與產量的絕對差值，=0.9237 為14 號種質莖圍增長與產量的絕對差值，將這兩個值代入關聯系數計算公式，即可得到株次干膠產量x0對xi各性狀因子的關聯系數ξi（k）。關聯系數反映的是各性狀與理想值的吻合度，關聯系數越大，表明某性狀越接近理想值。由表4 可知，16 號種質莖圍增長與產量的關聯系數最大，ξ4=1.0001，這與樹干莖圍與橡膠產量呈極顯著正相關的研究結果相吻合；而14 號種質莖圍增長與產量的關聯系數最小，即ξ4=0.3342，其主要原因可能是乳管數量僅為7列，是參試種質材料中乳管數量最少的。

表3 株次干膠產量與各性狀的絕對差值Table 3 Absolute difference between dry rubber yield per plant and each trait

表4 株次干膠產量與各性狀的關聯系數Table 4 Correla tion coefficients between dry rubber yiel d per plant and each trait

2.2.3灰色關聯度及權重 根據所得的關聯系數ξi（k）代入關聯度計算公式，可得到各性狀因子與產量的關聯度ri，并計算得出各性狀的權重Wi（表5）。根據關聯分析方法，關聯度大的性狀數列與參考數列的關系最為密切，反之關系則疏遠。橡膠樹野生種質資源鑒定評價的灰色關聯度分析結果表明，與干膠產量相關各性狀因子的關聯度大小順序依次為r3（莖圍）＞r8（干膠含量）＞r7（平均乳管個數）＞r6（平均乳管列數）＞r5（樹皮厚度）＞r4（莖圍增長）＞r2（側脈膠等級）＞r1（膠值比），對應權重依次為0.1380、0.1338、0.1322、0.1264、0.1205、0.1182、0.1178、0.1143。其中，莖圍、干膠含量與株次干膠產量關聯度 較大，而側脈膠、膠值比與株次干膠產量關聯度較小。

表5 株次干膠產量與各性狀的關聯度與權重Table 5 Correlation degree and weight between dry rubber yield per plant and each trait

3 討論

灰色關聯度分析法在小麥、水稻、玉米、大豆、煙草等作物種質資源性狀篩選、綜合評估以及新品種區域試驗中取得了與實際表型值相一致的結果，且均已被證明分析有效，對種質資源的綜合評價和新品種的示范推廣具有較強的指導意義。巴西橡膠樹膠乳產量的形成是多個性狀相互作用的結果，應用灰色關聯度分析法對不同的橡膠樹種質資源進行多性狀綜合分析比較，可以克服只采用單一生長數量性狀指標評價的不足。在影響巴西橡膠樹膠乳產量的主要數量性狀中，橡膠樹長勢是決定橡膠產量最重要的因素之一，已有研究結果表明，橡膠樹在同一個品系中，代表樹木生長勢的樹干莖圍與橡膠產量呈極顯著正相關，這可以歸因于莖圍大，割線長，割膠時切斷的乳管多，因此產量高［31］；樹皮的厚薄影響產膠組織（乳管）和輸導組織（篩管）的發育，從而影響產量的高低；膠乳的干膠含量是反映橡膠樹產膠潛力的重要指標，更重要的是可以反映割膠后的膠乳再生能力和再生水平，干膠含量過高表示膠乳粘度高，會引起排膠困難，限制排膠，從而影響膠乳產量，干膠含量過低則表明兩割次間膠乳再生不足，采膠過度或乳管系統機能受損［32-33］。巴西橡膠樹以產出膠乳為主要經濟性狀，而橡膠樹的乳管是合成和貯存膠乳的組織器官，乳管是決定橡膠產量最重要的結構因素，乳管數目的多少與膠乳產量有直接的關系，樹干中乳管列的數目是無性系特征特性，同時受環境條件的影響［34-36］。

本研究采用灰色關聯度分析法明確了橡膠樹各農藝性狀對膠乳產量影響的主次關系，為進一步明確橡膠樹種質資源的育種價值和研究的側重點具有重要參考價值。由于巴西橡膠樹的膠乳產量遺傳性是受微效多基因控制的數量性狀，其表型值受遺傳效應和環境效應影響。本試驗僅考慮了巴西橡膠樹農藝性狀對膠乳產量的影響，而環境效應如大氣溫度、降雨和太陽輻射是影響膠乳產量的主要氣象因子，它們相互影響并以累加效應作用于橡膠生產。土壤營養成分中氮、鉀、磷和鎂等元素通過影響光合作用等影響膠乳合成，并可影響膠乳的穩定性而影響排膠。此外，常見病蟲害、割膠制度和割膠技術、品種、樹齡及膠園管理等方面均對膠乳產量具有重要影響［37］。灰色關聯分析是對一個發展變化系統進行發展動態量化比較的分析方法，不同的時間、不同的參試品種及生態環境的差異均會影響產量主導因素的分析［5］。因此，在橡膠樹種質資源鑒定評價、優異資源篩選及新品種選育種研究中應依據育種家的實踐經驗、不同環境條件、不同品種資源類型等作相應分析，在對其產膠能力進行評價時既要考慮遺傳因素，也要考慮環境因素的潛在影響。

4 結論

橡膠樹膠乳產量是一個復雜的數量性狀，受多種性狀及環境因素的共同影響，而灰色關聯分析可將各種影響因素根據影響大小進行排序區分。本研究結果表明，與干膠產量相關的各性狀因素中以莖圍、干膠含量、乳管數目、樹皮厚度等性狀與株次干膠產量的關聯度較密切，對株次干膠產量影響較大，而側脈膠、膠值比與株次干膠產量關聯度較小，排在最后。因此，在以產量為主要目標的育種工作中，橡膠樹種質資源鑒定評價篩選應以莖圍、干膠含量、乳 管數目、樹皮厚度等性狀為研究重點，并兼顧其他性狀對產量的潛在影響。