伊犁野生橡膠草居群的表型多樣性分析

任海龍，張學(xué)超，張 龑?zhuān)?強(qiáng)，周 勃，徐 麟

（1.廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，廣東廣州510335；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院海南三亞農(nóng)作物育種試驗(yàn)中心，海南三亞572014；3.伊犁哈薩克自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆伊寧835000；4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，新疆烏魯木齊830091）

橡膠草（Taraxacum kok-saghyz Rodin，TKS）又名俄羅斯蒲公英或青膠蒲公英，為菊科蒲公英屬多年生草本植物。原產(chǎn)于哈薩克斯坦以及我國(guó)新疆等地，常生長(zhǎng)在鹽堿化草甸、河漫灘草甸及農(nóng)田水渠邊[1-2]。因橡膠草根部含有豐富的高品質(zhì)橡膠，且分子結(jié)構(gòu)與三葉橡膠相同，所以被認(rèn)為是極具發(fā)展前途的巴西橡膠樹(shù)替代產(chǎn)膠作物[3]。

作為一種重要的產(chǎn)膠替代作物，橡膠草得到歐美國(guó)家的廣泛重視，各國(guó)都加大了對(duì)橡膠草的研究力度[4-10]，紛紛以合作、調(diào)查等方式多次到哈薩克斯坦、吉爾吉斯坦等國(guó)搜集橡膠草種質(zhì)資源，為橡膠草的品種選育奠定材料基礎(chǔ)，例如PENRA（美國(guó)）和EU-PEARLS（歐洲）計(jì)劃等[2，11-12]。由于各國(guó)對(duì)戰(zhàn)略資源的保護(hù)，限制了我國(guó)從歐美等國(guó)家獲取橡膠草種質(zhì)的渠道。因此，開(kāi)展以橡膠草原產(chǎn)地——新疆為重點(diǎn)的野生橡膠草種質(zhì)資源的收集與評(píng)價(jià)工作極為重要。

自2013 年起，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所、北京化工大學(xué)、黑龍江科學(xué)院等國(guó)內(nèi)多方科研力量沿天山山脈在我國(guó)新疆開(kāi)展了野生橡膠草的收集、調(diào)查工作。歷經(jīng)多年，在伊犁昭蘇天山鄉(xiāng)、夏塔鄉(xiāng)、察汗烏蘇鄉(xiāng)，特克斯縣呼吉爾圖蒙古鄉(xiāng)，農(nóng)四師74 團(tuán)，石河子和中哈邊境線都發(fā)現(xiàn)了野生橡膠草的分布。其中，沿新疆伊犁河谷地區(qū)的野生橡膠草資源最為豐富，形態(tài)多樣，含膠量也最高（根部含膠量達(dá)10%以上），生境包括了河岸、草場(chǎng)等多種類(lèi)型，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)我國(guó)橡膠草優(yōu)良品種突破的希望。

本研究對(duì)新疆伊犁地區(qū)的3 個(gè)野生橡膠草居群進(jìn)行了表型多樣性分析，以期揭示伊犁野生橡膠草的表型變異程度與規(guī)律，為橡膠草種質(zhì)資源調(diào)查、保護(hù)和遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在新疆伊寧市伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)地進(jìn)行。該地土壤為灰鈣土，pH 值為7.99，有機(jī)質(zhì)21.2 g/kg，全氮0.83 g/kg，全磷2.87 g/kg，堿解氮61.38mg/kg，速效磷36.55mg/kg，速效鉀165.1mg/kg[13]。

1.2 試驗(yàn)材料

在對(duì)伊犁野生橡膠草分布區(qū)內(nèi)居群調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取昭蘇縣和特克斯縣3 個(gè)相對(duì)隔離的野生橡膠草居群。其中，昭蘇縣2 個(gè)居群（命名群體A 和B），相對(duì)距離較近，但生境差別很大；特克斯縣1 個(gè)居群（命名群體C）與昭蘇縣的2 個(gè)群體地理距離較遠(yuǎn)，但與昭蘇縣的群體B 生境類(lèi)似（表1）。

表1 橡膠草居群的地理位置和生態(tài)因子情況

1.3 試驗(yàn)方法

采用小樣本進(jìn)行采樣，每個(gè)群體內(nèi)選取15 個(gè)以上單株，于2017 年6 月18 日采集并移栽到伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所的試驗(yàn)田，2018 年9 月20 日隨機(jī)選擇15 株進(jìn)行表型性狀統(tǒng)計(jì)。

1.4 表型測(cè)定項(xiàng)目及方法

用直尺測(cè)量橡膠草盛花期的最大株幅、葉片長(zhǎng)、葉片寬和花葶長(zhǎng)；用游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片厚和花葶粗；花葶數(shù)為盛花期的花葶總數(shù)；初花期天數(shù)為橡膠草移栽后到第2 年首次開(kāi)花的天數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

使用Microsoft Excel 統(tǒng)計(jì)并計(jì)算各個(gè)性狀的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)（CV，coefficient of variation）；采用SPSS 19.0 軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行方差分析和系統(tǒng)聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 野生橡膠草表型性狀調(diào)查及統(tǒng)計(jì)結(jié)果

變異系數(shù)從某種程度上能反映出性狀的差異性和多樣性，變異系數(shù)越大分化程度越高、多樣性越顯著；變異系數(shù)小則性狀相對(duì)穩(wěn)定、一致性較高[14]。對(duì)45 份伊犁野生橡膠草材料的表型性狀進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示（表2），橡膠草的表型性狀存在較大差異，其中，花葶數(shù)的變異系數(shù)最大，為47.54%，變化范圍在3～30 個(gè)，平均為12.47 個(gè)；初花期天數(shù)的變化最小，范圍為325～335 d，平均初花期天數(shù)為329.2 d，變異系數(shù)僅為0.77%；剩下的依次是葉片長(zhǎng)、株幅、花葶長(zhǎng)、葉片厚、葉片寬和花葶粗，變異系數(shù)分別為39.87%，37.95%，34.25%，29.37%，29.05%和26.46%，8 個(gè)表型性狀的變異系數(shù)平均值為30.66%。

2.2 野生橡膠草居群間、居群內(nèi)表型性狀變異特征

野生橡膠草的部分表型性狀在居群間存在顯著差異（表3），具體表現(xiàn)為昭蘇縣居群A、B 和特克斯縣居群C 在株幅、葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉片厚和花葶粗等表型性狀存在顯著差異，其中，特克斯縣居群C 的株幅最大，昭蘇縣居群A 的株幅最小，相差近1 倍；特克斯縣居群C 的初花期天數(shù)最長(zhǎng)，昭蘇縣居群B 的初花期天數(shù)最短，但3 個(gè)居群間沒(méi)有顯著差異；特克斯縣居群C 的葉片長(zhǎng)最大，昭蘇縣居群A 的葉片長(zhǎng)最小，相差近1 倍；特克斯縣居群C 的葉寬最大，昭蘇縣居群A 的葉寬最??；特克斯縣居群C 的葉片厚最大，昭蘇縣居群A 的葉片厚最小；特克斯縣居群C 的花葶數(shù)最多，昭蘇縣居群B 的花葶數(shù)最少，但居群間沒(méi)有顯著差異；特克斯縣居群C 的花葶長(zhǎng)最長(zhǎng)，昭蘇縣居群A 的花葶長(zhǎng)最短；特克斯縣居群C 的花葶粗最大，昭蘇縣居群B 的葶粗最??；昭蘇縣居群A 和B 僅葉片寬存在顯著差異，其他表型性狀無(wú)明顯差異。

表2 45 份野生橡膠草材料的表型性狀統(tǒng)計(jì)

表3 橡膠草3 個(gè)居群表型性狀的平均值

方差分析結(jié)果表明（表4），橡膠草株幅和葉片長(zhǎng)這2 個(gè)性狀，居群間的多樣性要高于居群內(nèi)的多樣性，而初花期天數(shù)、葉片寬、葉片厚、花葶數(shù)、花葶長(zhǎng)和花葶粗等6 個(gè)表型性狀則表現(xiàn)為居群內(nèi)多樣性更高。

表4 橡膠草居群表型性狀的方差分析

2.3 野生橡膠草居群表型聚類(lèi)分析

以株幅、初花期天數(shù)、葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉片厚、花葶數(shù)、花葶長(zhǎng)和花葶粗等8 個(gè)表型性狀為指標(biāo)，采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析法對(duì)野生橡膠草3 個(gè)居群進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果顯示（圖1），以歐氏距離15 為閾值，3 個(gè)野生居群被分為3 大類(lèi)群，第Ⅰ類(lèi)群包括全部昭蘇縣的居群B 和部分昭蘇縣居群A 與特克斯縣居群C 的材料，這一類(lèi)群所含材料數(shù)最多，表型特征不明顯；第Ⅱ類(lèi)群只包括了特克斯縣居群A的2 份材料，該類(lèi)材料的花葶數(shù)最多；第Ⅲ類(lèi)群僅包括特克斯縣居群C 的7 份材料，此類(lèi)材料具有株幅大、葉片較寬以及花葶較粗的特點(diǎn)。

3 結(jié)論與討論

物種的遺傳多樣性是其適應(yīng)（生存）和進(jìn)化（發(fā)展）的前提，是物種長(zhǎng)期進(jìn)化的產(chǎn)物。一個(gè)物種的遺傳多樣性越高，往往對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力越強(qiáng)，反之亦然[15]。植物表型多樣性是遺傳多樣性的重要表現(xiàn)形式，是基因型和環(huán)境因子共同作用的結(jié)果[16]。盡管分子標(biāo)記技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于橡膠草種質(zhì)資源的鑒定和分類(lèi)研究，但是表型性狀的鑒定仍然是橡膠草種質(zhì)資源研究最基本的方法和途徑[17-18]。本研究結(jié)果表明，伊犁野生橡膠草在株幅、葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉片厚和花葶粗等表型性狀上存在顯著差異，居群內(nèi)的多樣性十分豐富，該結(jié)果與高玉堯等[17]對(duì)橡膠草種質(zhì)苗期農(nóng)藝性狀多樣性的報(bào)道結(jié)果較為一致，說(shuō)明伊犁野生橡膠草資源的多樣性很豐富，可發(fā)掘利用的遺傳變異較多。

聚類(lèi)分析結(jié)果表明，3 個(gè)伊犁野生橡膠草居群間既有相似性，又有一定的區(qū)別，表現(xiàn)為昭蘇縣2 個(gè)居群由于相對(duì)距離較近，即使生境差別很大，仍然大都聚為一類(lèi)；特克斯縣的居群與昭蘇縣的居群地理距離較遠(yuǎn)，即便生境類(lèi)似，表型性狀上也存在明顯的區(qū)別，這可能與橡膠草種子借助風(fēng)力的傳播方式有關(guān)，另外，橡膠草所在的蒲公英屬，種間雜交現(xiàn)象普遍，演化關(guān)系復(fù)雜，也對(duì)橡膠草的群體進(jìn)化產(chǎn)生了一定影響[14]。2012 年，李若霖[19]根據(jù)一個(gè)橡膠草特異DNA 片段（GenBank 登錄號(hào)為HB850815.1）設(shè)計(jì)了1 對(duì)橡膠草特異性鑒定引物TKp2-2L 和TKp2-2R，并通過(guò)測(cè)序及Southern 技術(shù)驗(yàn)證得出，該引物能有效地鑒定橡膠草，還利用13 條RAPD引物對(duì)62 份采自新疆以及1 份采自美國(guó)的橡膠草種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性分析。2016 年，楊玉雙等[12]利用23 對(duì)SSR 引物對(duì)2 份俄羅斯引進(jìn)材料、11 份美國(guó)引進(jìn)材料和83 份新疆地區(qū)采集的野生橡膠草材料進(jìn)行了遺傳多樣性分析。研究結(jié)果均認(rèn)為，新疆的橡膠草種質(zhì)資源具有豐富的多樣性且遺傳背景較為復(fù)雜，與本試驗(yàn)得出的伊犁野生橡膠草居群表型多樣性的研究結(jié)論一致。因此，全面了解伊犁河野生橡膠草居群的遺傳背景和多樣性，對(duì)于我國(guó)橡膠草這種戰(zhàn)略資源的保護(hù)及今后橡膠草育種材料的選配都具有重要的參考意義。