橡胶草种质苗期农艺性状相关性及遗传多样性初析

高玉尧　许文天　刘实忠

摘 要 利用数理统计软件对12份橡胶草种质材料的主要农艺性状进行相关性、遗传多样性及聚类分析。结果表明：12份橡胶草种质主要农艺性状存在较大差异，其中叶片长、叶片宽、叶形指数、叶柄长变异系数均较大，Shannon-weaver多样性指数H′在1.86～1.99，具有丰富的多样性；叶片长、叶缘类型与其它性状之间相关性较大，其中叶片长与叶片宽、叶形指数、叶柄长及叶缘类型均呈显著正相关；叶缘类型与叶片长、叶片宽、叶柄长均呈显著正相关，与叶脉颜色呈极显著负相关；通过聚类分析将12份材料划分為3个类群，综合评价发现，Ⅱ类群的3份材料（206-1、208-1、214-1）表现显著优于Ⅰ和Ⅲ类群，可作为橡胶草育种的优选材料。

关键词 橡胶草 ；农艺性状 ；相关性分析 ；遗传多样性分析 ；聚类分析

中图分类号 S603.2 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.12.005

天然橡胶是合成橡胶无法替代的一种世界性工业原料和重要的战略资源，是中国工业制造和国防建设中不可或缺的原料[1]。然而，国内天然橡胶自给率逐年下降和过度依赖进口的局面，严重影响中国天然橡胶的战略安全[2]。因此，开发并高效利用新型天然橡胶资源，逐步降低对东南亚三叶天然橡胶的依赖程度，将是实现中国天然橡胶长期、安全、稳定供应的有效途径[3]。

目前，橡胶草已成为新型天然产胶资源开发的主要对象。橡胶草（Taraxacum kok-saghyz Rodin）又称俄罗斯蒲公英，为菊科（Asteraceae）蒲公英属（Taraxacum）的多年生草本产胶植物[4]，原产于欧洲、哈萨克斯坦及中国新疆的特克斯河流域，苏联中东地区及中国的甘肃、陕西等地也有分布[5]。橡胶草具有适应性强、生长周期短、适合机械化种植和采收、抗过敏性和生物相容性好等诸多优点，而且与巴西橡胶树具有类似的乳管系统，多年生植株的根内橡胶含量可达2.89%～27.89%，其橡胶的结构和性能均与巴西橡胶树橡胶相似[6]。因此，橡胶草最有可能成为21世纪最重要的新型天然橡胶战略资源。近年来，橡胶草逐渐受到各国的重视，并纷纷开展橡胶草的种质资源鉴定评价[7]、种苗快繁与种植栽培[8-9]、分子克隆与遗传转化[10]及群体遗传学与产胶生物学[11]等研究。然而，国内的橡胶草仍存在早期鉴定评价困难、优良种质匮乏、遗传改良速度缓慢等问题，这些因素制约着橡胶草的良种选育及产业化进程。

鉴于此，本研究对12份不同橡胶草种质材料苗期的主要农艺性状及其相关性和遗传多样性进行分析，为加快橡胶草优良种质材料筛选和新品种选育提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料包括从美国农业部引进的11份橡胶草种子和从俄罗斯瓦维洛夫研究所引进的1份橡胶草种子，详见表1。利用沙床培育出一批茁壮、健康的橡胶草幼苗，选取长势良好、大小均一的健壮幼苗作为实验材料。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

于中国热带农业科学院湛江实验站科研核心基地选择疏松、肥沃、排水良好的土壤地段作为试验区。试验区共设置60个试验小区，小区的规格（长×宽×高）为5 m×1 m×30 cm。当橡胶草幼苗真叶长至4～5叶时（2个月左右），将沙床中的每个材料按行、株距均为35 cm的密度移栽到小区上，12份材料随机排列，并重复3次；移栽后进行统一浇水、追肥、除草等田间管理。

1.2.2 调查与测量

当橡胶草在生长至6～8片真叶时，从每个试验小区中选取3株大小均一、长势良好的健壮植株，调查其叶片形状、叶片颜色、叶脉类型、叶脉颜色、叶片质地、叶尖类型、叶缘类型等形态指标，并测量其叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶柄长度等农艺性状指标。

叶形指数=叶片长度/叶片宽度

1.2.3 数据统计分析

1.2.3.1 差异显著性分析

利用SPSS17.0软件对各材料的叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶柄长度共4个农艺性状指标进行差异显著性分析。

1.2.3.2 相关性分析

首先，将各个材料的叶片形状、叶片颜色、叶脉类型、叶脉颜色、叶片质地、叶尖类型、叶缘类型等形态指标进行赋值；然后利用Excel和SPSS17.0软件中的双变量对各材料的形态指标与农艺性状指标进行相关性分析。

1.2.3.3 遗传多样性分析

利用Shannon-weaver 遗传多样性指数（Shannon weaver index of genetic diversity）来衡量群体遗传多样性大小。首先，利用叶片长度、叶片宽度、叶形指数、叶柄长度等性状指标数据，根据平均数（X）和标准差（σ）将每份材料分为10级，从第1级[Xi<（x-2σ）]到第10级[Xi≥（x+2σ）]，每0.5σ标准差为1级；然后，计算每一组的相对频率（pi =某一性状第i级别内材料份数/总份数）[12]；最后，计算遗传多样性指数，计算公式为：H′=-∑pilnpi，ln为自然对数[13]。

1.2.3.4 聚类分析

利用DPS V6.55版软件，采用欧氏距离可变类平均法进行聚类分析[14]。

2 结果与分析

2.1 苗期橡胶草主要数量性状及频率分布

对供试的12份橡胶草材料苗期时的叶长、叶宽、叶形指数、叶柄长进行测定及分析，结果见表2。叶片最长的为211-1（19.28 cm），最短的为204-1（9.49 cm），相差9.79 cm；叶片最宽的为208-1（2.75 cm），最窄的为204-1（1.70 cm），相差1.05 cm；叶形指数最大的为211-1（8.04），最小的为302-1（5.60），相差2.44；叶柄最长的为218-1（5.82 cm），最短的为208-1（2.32 cm），相差3.50 cm。差异显著性分析表明，12份橡胶草材料的上述农艺性状均表现出差异，其中204-1叶片最短、最窄，208-1叶片最宽、叶柄最短，211-1叶片最长、叶形指数最大，这3份材料间存在显著差异。

2.2 苗期橡胶草主要表型性状描述

供试橡胶草材料生长期的叶片形状、叶片颜色、叶脉类型、叶脉颜色、叶片质地、叶尖类型、叶缘类型等表型性状描述见表3。可以看出，除叶脉（均为羽状）和叶片质地（均为肉质）无明显差异外，其它表型性状均存在较大差异。叶形存在2种类型，211-1和220-1为披针形，其他材料均为倒披针形；叶脉存在2种颜色，204-1、206-1、208-1、214-1为黄绿色，其他材料均为绿色；叶尖也存在2种类型，211-1、220-1、302-1为急尖，其他材料均为钝形；叶缘存在4种类型，211-1为锯齿深裂，218-1和204-1为全缘，221-1、222-1、302-1为浅波状或全缘，其他材料为浅波状；叶片存在3种颜色，206-1、208-1、214-1为绿色，207-1、211-1、220-1、221-1为灰绿色，其它均为浅绿色。通过表型性状描述发现，206-1、208-1、214-1 3份材料与《中国植物志》中所描述的橡胶草形态特征基本一致，而211-1和220-1则相差甚远。从育种角度来看，206-1、208-1、214-1 3份材料更适合作为优良品种选育材料。

2.3 主要数量性状变异性及多样性分析

为了作出更有效的评价，对供试橡胶草材料主要数量性状的变异性及遗传多样性进行了分析。结果（表4）表明：叶长、叶宽、叶形指数、叶柄长均存在较大的遗传多样性。其中，叶柄长的变异幅度最大，变异系数为33%，而叶宽的变异幅度最小，变异系数为16%。各性状的多样性指数均较大，叶柄长的多样性指数最小，为1.86，叶长和叶宽的多样性指数最大，均达到 1.99。供试橡胶草材料的主要数量性状指标均存在较大的多样性指数，说明这些材料存在丰富的遗传多样性，且具有很高的挖掘和利用潜力。

2.4 主要农艺性状相关性分析

为了解数量性状和表型性状之间是否有所关联，对供试材料的叶长、叶宽、叶形指数、叶柄长、叶片形状、叶片颜色、叶脉颜色、叶尖类型、叶缘类型等进行了相关性分析。结果（表5）表明：叶长与叶宽、叶形指数、叶柄长及叶缘类型均呈显著的正相关；叶形指数与叶柄长存在显著的正相关；叶缘类型与叶宽、叶柄长度及叶片颜色均存在显著的正相关，而与叶脉颜色存在显著的负相关。总体来说，叶长和叶缘类型与其他性状相关性较大，叶片越长，叶柄越长，叶宽越大，叶缘越趋于浅波状或全缘，叶片颜色偏向绿色，叶脉颜色偏向黄绿。

2.5 聚类分析

对供试材料进行聚类分析，在系数为3.00左右时将12份材料分为3类。以每个类群主要表型性状作为参考，对其类群特征进行了分析，结果表明这3 类群之间差异明显。按照农艺性状指标和《中国植物志》中描述的橡胶草形态特征对其进行排序，优劣顺序为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ（图1）。每个类群的表现如下：Ⅰ类群包括3个亚类群，共6个材料，其中每个亚类群有2个材料。从总体表现来看，Ⅰ类群的各个农艺性状指标大小不一，且其表型性狀均与《中国植物志》中所描述的橡胶草形态特征不完全一致；Ⅲ类群包括2个亚类群，共3份材料，其中302-1单独为一个亚类群，221-1和222-1为另一个亚类群，这3份材料的各个农艺性状指标比较一致，叶柄偏长，表型性状与《中国植物志》中所描述的橡胶草形态特征不完全相符；Ⅱ类群包含3份材料，这3份材料叶片较宽，叶柄偏短，表型性状表现完全一致，且与《中国植物志》中所描述的橡胶草形态特征完全相符。此外，类群Ⅲ中除了美国材料221-1和222-1外还包含俄罗斯材料302-1，说明俄罗斯材料302-1和美国材料221-1、222-1之间存在较近的亲缘关系。对3个类群进行综合评价，总的来说，Ⅱ类群材料表现显著优于Ⅰ和Ⅲ类群，可作为橡胶草育种的优选材料。

3 讨论

橡胶草种质资源的遗传多样性及分类与评价是育种和生产利用的基础，尽管DNA分子标记已经被广泛应用于植物种质资源的鉴定和分类研究，但是农艺性状的鉴定和描述仍然是种质资源研究的最基本的方法和途径。在橡胶草育种中，可以考虑将植株早期的表型性状和生长特征作为良种选育的依据之一。本研究的目的是想利用橡胶草植株早期的表型性状和生长特征来快速鉴定筛选出性状优良的种质材料。当然，由于受种植区域气候等因素影响，可能还需要通过开展不同试验点进一步加以验证。

从本研究结果可以看出，橡胶草种质的主要数量性状在不同的材料之间表现出了较大的差异性及不同程度的多样性。其中，204-1叶片最短、最窄，208-1叶片最宽、叶柄最短，211-1叶片最长、叶形指数最大，这3份材料间表现出显著差异。此外，叶柄长的变异系数达33%，叶片长和叶片宽的Shannon-weaver多样性指数（H′）均达到1.99，这与杨玉双等[15]的报道较为一致。说明这些材料存在丰富的遗传多样性，具有丰富的基因资源，因此对其进行基因挖掘和杂种优势利用的空间还很大。

通过对供试橡胶草材料进行聚类分析发现，美国材料共分为3个类群，推测这些材料可能来源于不同的地区，具有不同的遗传背景，亲缘关系也不同。其中，Ⅱ类群中的3份材料亲缘关系最近，表型性状表现完全一致，推测其遗传背景可能相同，均来源于同一亲本。另外，本研究还发现，类群Ⅲ中除了美国材料221-1和222-1还包含俄罗斯材料302-1，而且这3份材料的农艺性状指标比较一致，说明俄罗斯材料302-1与美国材料221-1、222-1之间存在较近的亲缘关系，而与其他材料的亲缘关系则较远。总体来看，Ⅱ类群中的材料表现良好，其表型性状与《中国植物志》中所描述的橡胶草形态特征完全相符，可作为橡胶草新品种育种的优选材料。由于本研究所用种质材料还不够丰富，试验结果尚缺乏全面性，因此，还需进一步丰富橡胶草种质资源，加强对优质材料的鉴定评价，为今后橡胶草优良种质材料筛选和新品种选育提供参考依据。

4 结论

本研究对12份橡胶草材料的主要数量性状进行测定及统计分析，同时对其表型性状进行调查描述和聚类分析，并对其数量性状与表型性状指标之间的相关性进行分析。结果表明，各材料主要数量性状均存在较大差异，其中叶片长、叶片宽、叶形指数、叶柄长变异系数均较大， Shannon-weaver多样性指数（H′）在1.86～1.99，具有丰富的多样性。叶片长度和叶缘类型与其它性状相关性较大，叶片越长，叶柄越长，叶宽越大，叶缘越趋于浅波状或全缘，叶片颜色偏向绿色，叶脉颜色偏向黄绿。从聚类分析的结果来看，这些材料共分为3个类群，其中Ⅱ类群材料（206-1、208-1、214-1）表现显著优于Ⅰ和Ⅲ类群，可作为橡胶草育种的优选材料。

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