橡膠草種質(zhì)苗期農(nóng)藝性狀相關(guān)性及遺傳多樣性初析

高玉堯　許文天　劉實(shí)忠

摘 要 利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)12份橡膠草種質(zhì)材料的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性、遺傳多樣性及聚類(lèi)分析。結(jié)果表明：12份橡膠草種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀存在較大差異，其中葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)變異系數(shù)均較大，Shannon-weaver多樣性指數(shù)H′在1.86～1.99，具有豐富的多樣性；葉片長(zhǎng)、葉緣類(lèi)型與其它性狀之間相關(guān)性較大，其中葉片長(zhǎng)與葉片寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)及葉緣類(lèi)型均呈顯著正相關(guān)；葉緣類(lèi)型與葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉柄長(zhǎng)均呈顯著正相關(guān)，與葉脈顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)；通過(guò)聚類(lèi)分析將12份材料劃分為3個(gè)類(lèi)群，綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，Ⅱ類(lèi)群的3份材料（206-1、208-1、214-1）表現(xiàn)顯著優(yōu)于Ⅰ和Ⅲ類(lèi)群，可作為橡膠草育種的優(yōu)選材料。

關(guān)鍵詞 橡膠草 ；農(nóng)藝性狀 ；相關(guān)性分析 ；遺傳多樣性分析 ；聚類(lèi)分析

中圖分類(lèi)號(hào) S603.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.12.005

天然橡膠是合成橡膠無(wú)法替代的一種世界性工業(yè)原料和重要的戰(zhàn)略資源，是中國(guó)工業(yè)制造和國(guó)防建設(shè)中不可或缺的原料[1]。然而，國(guó)內(nèi)天然橡膠自給率逐年下降和過(guò)度依賴(lài)進(jìn)口的局面，嚴(yán)重影響中國(guó)天然橡膠的戰(zhàn)略安全[2]。因此，開(kāi)發(fā)并高效利用新型天然橡膠資源，逐步降低對(duì)東南亞三葉天然橡膠的依賴(lài)程度，將是實(shí)現(xiàn)中國(guó)天然橡膠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定供應(yīng)的有效途徑[3]。

目前，橡膠草已成為新型天然產(chǎn)膠資源開(kāi)發(fā)的主要對(duì)象。橡膠草（Taraxacum kok-saghyz Rodin）又稱(chēng)俄羅斯蒲公英，為菊科（Asteraceae）蒲公英屬（Taraxacum）的多年生草本產(chǎn)膠植物[4]，原產(chǎn)于歐洲、哈薩克斯坦及中國(guó)新疆的特克斯河流域，蘇聯(lián)中東地區(qū)及中國(guó)的甘肅、陜西等地也有分布[5]。橡膠草具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短、適合機(jī)械化種植和采收、抗過(guò)敏性和生物相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且與巴西橡膠樹(shù)具有類(lèi)似的乳管系統(tǒng)，多年生植株的根內(nèi)橡膠含量可達(dá)2.89%～27.89%，其橡膠的結(jié)構(gòu)和性能均與巴西橡膠樹(shù)橡膠相似[6]。因此，橡膠草最有可能成為21世紀(jì)最重要的新型天然橡膠戰(zhàn)略資源。近年來(lái)，橡膠草逐漸受到各國(guó)的重視，并紛紛開(kāi)展橡膠草的種質(zhì)資源鑒定評(píng)價(jià)[7]、種苗快繁與種植栽培[8-9]、分子克隆與遺傳轉(zhuǎn)化[10]及群體遺傳學(xué)與產(chǎn)膠生物學(xué)[11]等研究。然而，國(guó)內(nèi)的橡膠草仍存在早期鑒定評(píng)價(jià)困難、優(yōu)良種質(zhì)匱乏、遺傳改良速度緩慢等問(wèn)題，這些因素制約著橡膠草的良種選育及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

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

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料包括從美國(guó)農(nóng)業(yè)部引進(jìn)的11份橡膠草種子和從俄羅斯瓦維洛夫研究所引進(jìn)的1份橡膠草種子，詳見(jiàn)表1。利用沙床培育出一批茁壯、健康的橡膠草幼苗，選取長(zhǎng)勢(shì)良好、大小均一的健壯幼苗作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院湛江實(shí)驗(yàn)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(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)共設(shè)置60個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)的規(guī)格（長(zhǎng)×寬×高）為5 m×1 m×30 cm。當(dāng)橡膠草幼苗真葉長(zhǎng)至4～5葉時(shí)（2個(gè)月左右），將沙床中的每個(gè)材料按行、株距均為35 cm的密度移栽到小區(qū)上，12份材料隨機(jī)排列，并重復(fù)3次；移栽后進(jìn)行統(tǒng)一澆水、追肥、除草等田間管理。

1.2.2 調(diào)查與測(cè)量

當(dāng)橡膠草在生長(zhǎng)至6～8片真葉時(shí)，從每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)中選取3株大小均一、長(zhǎng)勢(shì)良好的健壯植株，調(diào)查其葉片形狀、葉片顏色、葉脈類(lèi)型、葉脈顏色、葉片質(zhì)地、葉尖類(lèi)型、葉緣類(lèi)型等形態(tài)指標(biāo)，并測(cè)量其葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)度等農(nóng)藝性狀指標(biāo)。

葉形指數(shù)=葉片長(zhǎng)度/葉片寬度

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.2.3.1 差異顯著性分析

利用SPSS17.0軟件對(duì)各材料的葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)度共4個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.3.2 相關(guān)性分析

首先，將各個(gè)材料的葉片形狀、葉片顏色、葉脈類(lèi)型、葉脈顏色、葉片質(zhì)地、葉尖類(lèi)型、葉緣類(lèi)型等形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行賦值；然后利用Excel和SPSS17.0軟件中的雙變量對(duì)各材料的形態(tài)指標(biāo)與農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)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(shù)（Shannon weaver index of genetic diversity）來(lái)衡量群體遺傳多樣性大小。首先，利用葉片長(zhǎng)度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)度等性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)平均數(shù)（X）和標(biāo)準(zhǔn)差（σ）將每份材料分為10級(jí)，從第1級(jí)[Xi<（x-2σ）]到第10級(jí)[Xi≥（x+2σ）]，每0.5σ標(biāo)準(zhǔn)差為1級(jí)；然后，計(jì)算每一組的相對(duì)頻率（pi =某一性狀第i級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)/總份數(shù)）[12]；最后，計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)，計(jì)算公式為：H′=-∑pilnpi，ln為自然對(duì)數(shù)[13]。

1.2.3.4 聚類(lèi)分析

利用DPS V6.55版軟件，采用歐氏距離可變類(lèi)平均法進(jìn)行聚類(lèi)分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期橡膠草主要數(shù)量性狀及頻率分布

對(duì)供試的12份橡膠草材料苗期時(shí)的葉長(zhǎng)、葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定及分析，結(jié)果見(jiàn)表2。葉片最長(zhǎng)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(shù)最大的為211-1（8.04），最小的為302-1（5.60），相差2.44；葉柄最長(zhǎng)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(nóng)藝性狀均表現(xiàn)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(zhǎng)、葉形指數(shù)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(zhǎng)期的葉片形狀、葉片顏色、葉脈類(lèi)型、葉脈顏色、葉片質(zhì)地、葉尖類(lèi)型、葉緣類(lèi)型等表型性狀描述見(jiàn)表3?？梢钥闯觯~脈（均為羽狀）和葉片質(zhì)地（均為肉質(zhì)）無(wú)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(guò)表型性狀描述發(fā)現(xiàn)，206-1、208-1、214-1 3份材料與《中國(guó)植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征基本一致，而211-1和220-1則相差甚遠(yuǎn)。從育種角度來(lái)看，206-1、208-1、214-1 3份材料更適合作為優(yōu)良品種選育材料。

2.3 主要數(shù)量性狀變異性及多樣性分析

為了作出更有效的評(píng)價(jià)，對(duì)供試橡膠草材料主要數(shù)量性狀的變異性及遺傳多樣性進(jìn)行了分析。結(jié)果（表4）表明：葉長(zhǎng)、葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)均存在較大的遺傳多樣性。其中，葉柄長(zhǎng)的變異幅度最大，變異系數(shù)為33%，而葉寬的變異幅度最小，變異系數(shù)為16%。各性狀的多樣性指數(shù)均較大，葉柄長(zhǎng)的多樣性指數(shù)最小，為1.86，葉長(zhǎng)和葉寬的多樣性指數(shù)最大，均達(dá)到 1.99。供試橡膠草材料的主要數(shù)量性狀指標(biāo)均存在較大的多樣性指數(shù)，說(shuō)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(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

為了解數(shù)量性狀和表型性狀之間是否有所關(guān)聯(lián)，對(duì)供試材料的葉長(zhǎng)、葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)、葉片形狀、葉片顏色、葉脈顏色、葉尖類(lèi)型、葉緣類(lèi)型等進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果（表5）表明：葉長(zhǎng)與葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)及葉緣類(lèi)型均呈顯著的正相關(guān)；葉形指數(shù)與葉柄長(zhǎng)存在顯著的正相關(guān)；葉緣類(lèi)型與葉寬、葉柄長(zhǎng)度及葉片顏色均存在顯著的正相關(guān)，而與葉脈顏色存在顯著的負(fù)相關(guān)?？傮w來(lái)說(shuō)，葉長(zhǎng)和葉緣類(lèi)型與其他性狀相關(guān)性較大，葉片越長(zhǎng)，葉柄越長(zhǎng)，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(lèi)分析

對(duì)供試材料進(jìn)行聚類(lèi)分析，在系數(shù)為3.00左右時(shí)將12份材料分為3類(lèi)。以每個(gè)類(lèi)群主要表型性狀作為參考，對(duì)其類(lèi)群特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明這3 類(lèi)群之間差異明顯。按照農(nóng)藝性狀指標(biāo)和《中國(guó)植物志》中描述的橡膠草形態(tài)特征對(duì)其進(jìn)行排序，優(yōu)劣順序?yàn)棰?gt;Ⅲ>Ⅰ（圖1）。每個(gè)類(lèi)群的表現(xiàn)如下：Ⅰ類(lèi)群包括3個(gè)亞類(lèi)群，共6個(gè)材料，其中每個(gè)亞類(lèi)群有2個(gè)材料。從總體表現(xiàn)來(lái)看，Ⅰ類(lèi)群的各個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)大小不一，且其表型性狀均與《中國(guó)植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征不完全一致；Ⅲ類(lèi)群包括2個(gè)亞類(lèi)群，共3份材料，其中302-1單獨(dú)為一個(gè)亞類(lèi)群，221-1和222-1為另一個(gè)亞類(lèi)群，這3份材料的各個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)比較一致，葉柄偏長(zhǎng)，表型性狀與《中國(guó)植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征不完全相符；Ⅱ類(lèi)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(xiàn)完全一致，且與《中國(guó)植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征完全相符。此外，類(lèi)群Ⅲ中除了美國(guó)材料221-1和222-1外還包含俄羅斯材料302-1，說(shuō)明俄羅斯材料302-1和美國(guó)材料221-1、222-1之間存在較近的親緣關(guān)系。對(duì)3個(gè)類(lèi)群進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，總的來(lái)說(shuō)，Ⅱ類(lèi)群材料表現(xiàn)顯著優(yōu)于Ⅰ和Ⅲ類(lèi)群，可作為橡膠草育種的優(yōu)選材料。

3 討論

橡膠草種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類(lèi)與評(píng)價(jià)是育種和生產(chǎn)利用的基礎(chǔ)，盡管DNA分子標(biāo)記已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于植物種質(zhì)資源的鑒定和分類(lèi)研究，但是農(nóng)藝性狀的鑒定和描述仍然是種質(zhì)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(zhǎng)特征作為良種選育的依據(jù)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(zhǎng)特征來(lái)快速鑒定篩選出性狀優(yōu)良的種質(zhì)材料。當(dāng)然，由于受種植區(qū)域氣候等因素影響，可能還需要通過(guò)開(kāi)展不同試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)一步加以驗(yàn)證。

從本研究結(jié)果可以看出，橡膠草種質(zhì)的主要數(shù)量性狀在不同的材料之間表現(xiàn)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(zhǎng)、葉形指數(shù)最大，這3份材料間表現(xiàn)出顯著差異。此外，葉柄長(zhǎng)的變異系數(shù)達(dá)33%，葉片長(zhǎng)和葉片寬的Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H′）均達(dá)到1.99，這與楊玉雙等[15]的報(bào)道較為一致。說(shuō)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(duì)其進(jìn)行基因挖掘和雜種優(yōu)勢(shì)利用的空間還很大。

通過(guò)對(duì)供試橡膠草材料進(jìn)行聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，美國(guó)材料共分為3個(gè)類(lèi)群，推測(cè)這些材料可能來(lái)源于不同的地區(qū)，具有不同的遺傳背景，親緣關(guān)系也不同。其中，Ⅱ類(lèi)群中的3份材料親緣關(guān)系最近，表型性狀表現(xiàn)完全一致，推測(cè)其遺傳背景可能相同，均來(lái)源于同一親本。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，類(lèi)群Ⅲ中除了美國(guó)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(nóng)藝性狀指標(biāo)比較一致，說(shuō)明俄羅斯材料302-1與美國(guó)材料221-1、222-1之間存在較近的親緣關(guān)系，而與其他材料的親緣關(guān)系則較遠(yuǎn)?？傮w來(lái)看，Ⅱ類(lèi)群中的材料表現(xiàn)良好，其表型性狀與《中國(guó)植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征完全相符，可作為橡膠草新品種育種的優(yōu)選材料。由于本研究所用種質(zhì)材料還不夠豐富，試驗(yàn)結(jié)果尚缺乏全面性，因此，還需進(jìn)一步豐富橡膠草種質(zhì)資源，加強(qiáng)對(duì)優(yōu)質(zhì)材料的鑒定評(píng)價(jià)，為今后橡膠草優(yōu)良種質(zhì)材料篩選和新品種選育提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究對(duì)12份橡膠草材料的主要數(shù)量性狀進(jìn)行測(cè)定及統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)對(duì)其表型性狀進(jìn)行調(diào)查描述和聚類(lèi)分析，并對(duì)其數(shù)量性狀與表型性狀指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，各材料主要數(shù)量性狀均存在較大差異，其中葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)變異系數(shù)均較大， Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H′）在1.86～1.99，具有豐富的多樣性。葉片長(zhǎng)度和葉緣類(lèi)型與其它性狀相關(guān)性較大，葉片越長(zhǎng)，葉柄越長(zhǎng)，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(lèi)分析的結(jié)果來(lái)看，這些材料共分為3個(gè)類(lèi)群，其中Ⅱ類(lèi)群材料（206-1、208-1、214-1）表現(xiàn)顯著優(yōu)于Ⅰ和Ⅲ類(lèi)群，可作為橡膠草育種的優(yōu)選材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙 佳. 我國(guó)蒲公英橡膠商業(yè)化開(kāi)發(fā)進(jìn)入快車(chē)道[J]. 中國(guó)橡膠，2015（9）：29-30.

[2] 張立群， 張繼川， 王 鋒， 等. 全球天然橡膠發(fā)展趨勢(shì)及我國(guó)多元化發(fā)展之路（上）[J]. 中國(guó)橡膠， 2013（21）：18-20.

[3] 莊玉粉，郭秀麗，劉進(jìn)平. 橡膠草可作為產(chǎn)膠研究的模式植物[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，35（9）：4-8.

[4] 龔祝南，張衛(wèi)明，劉常宏，等. 中國(guó)蒲公英屬植物資源[J]. 中國(guó)野生植物資源，2001，20（3）：9-14.

[5] 王秀珍，趙麗娟，趙李婧，等. 橡膠草順式異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因的克隆與原核表達(dá)[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，24（8）：84-91.

[6] 焉 妮，薩日娜，孫樹(shù)泉，等. 蒲公英橡膠——一種亟需大力研究的NR[J]. 橡膠工業(yè)，2011，58（10）：632-637.

[7] Arias M， Herrero J， Ricobaraza M， et al. Evaluation of root biomass，rubber and inulincontents in nine Taraxacum koksaghyz Rodin populations[J]. Industrial Crops and Products， 2016， 83： 316-321.

[8] Uteulin K， Mukhambetzhanov S， Rakhimbaev I. Recovering Taraxacum kok-saghyz Rodin. via seed and callus culture[J]. World Academy of Science， Engineering and Technology， International Journal of Biological， Biomolecular， Agricultural， Food and Biotechnological Engineering， 2014， 8（4）： 385-387.

[9] 高玉堯，許文天，徐建欣，等. 不同溫度處理對(duì)橡膠草種子發(fā)芽特性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（25）：189-193.

[10] Qiu J， Sun S， Luo S， et al. Arabidopsis AtPAP1 transcription factor induces anthocyanin production in transgenic Taraxacum brevicorniculatum[J]. Plant Cell Reports， 2014， 33（4）： 669-680.

[11] Cornish K， Xie W， Kostyal D， et al. Immunological analysis of the alternate rubber crop Taraxacum kok-saghyz indicates multiple proteins cross-reactive with Hevea brasiliensis latex allergens[J]. Journal of Biotechnology & Biomaterials， 2015， 5（4）： 1-6.

[12] 陳雪燕，王亞娟，雒景吾，等. 陜西省小麥地方品種主要性狀的遺傳多樣性研究[J]. 麥類(lèi)作物學(xué)報(bào)，2007， 27（3）：456-460.

[13] Shannon C E， Weaver W. The mathematical theory of communication[M]. Urbana， Chicago， USA： The University of Illinois， 1949： 3-14.

[14] 孫亞?wèn)|，梁 燕，吳江敏，等. 番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性和聚類(lèi)分析[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，18（5）：297-301.

[15] 楊玉雙，張繼川，張立群，等. 利用 SSR 標(biāo)記分析橡膠草種質(zhì)資源的遺傳多樣性[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32（3）：79-85.