伊犁野生橡胶草居群的表型多样性分析

任海龙，张学超，张 龑，高 强，周 勃，徐 麟

（1.广州市农业科学研究院，广东广州510335；2.新疆农业科学院海南三亚农作物育种试验中心，海南三亚572014；3.伊犁哈萨克自治州农业科学研究所，新疆伊宁835000；4.新疆农业科学院农作物品种资源研究所，新疆乌鲁木齐830091）

橡胶草（Taraxacum kok-saghyz Rodin，TKS）又名俄罗斯蒲公英或青胶蒲公英，为菊科蒲公英属多年生草本植物。原产于哈萨克斯坦以及我国新疆等地，常生长在盐碱化草甸、河漫滩草甸及农田水渠边[1-2]。因橡胶草根部含有丰富的高品质橡胶，且分子结构与三叶橡胶相同，所以被认为是极具发展前途的巴西橡胶树替代产胶作物[3]。

作为一种重要的产胶替代作物，橡胶草得到欧美国家的广泛重视，各国都加大了对橡胶草的研究力度[4-10]，纷纷以合作、调查等方式多次到哈萨克斯坦、吉尔吉斯坦等国搜集橡胶草种质资源，为橡胶草的品种选育奠定材料基础，例如PENRA（美国）和EU-PEARLS（欧洲）计划等[2，11-12]。由于各国对战略资源的保护，限制了我国从欧美等国家获取橡胶草种质的渠道。因此，开展以橡胶草原产地——新疆为重点的野生橡胶草种质资源的收集与评价工作极为重要。

自2013 年起，新疆农业科学院联合中国热带农业科学院橡胶研究所、北京化工大学、黑龙江科学院等国内多方科研力量沿天山山脉在我国新疆开展了野生橡胶草的收集、调查工作。历经多年，在伊犁昭苏天山乡、夏塔乡、察汗乌苏乡，特克斯县呼吉尔图蒙古乡，农四师74 团，石河子和中哈边境线都发现了野生橡胶草的分布。其中，沿新疆伊犁河谷地区的野生橡胶草资源最为丰富，形态多样，含胶量也最高（根部含胶量达10%以上），生境包括了河岸、草场等多种类型，被认为是实现我国橡胶草优良品种突破的希望。

本研究对新疆伊犁地区的3 个野生橡胶草居群进行了表型多样性分析，以期揭示伊犁野生橡胶草的表型变异程度与规律，为橡胶草种质资源调查、保护和遗传改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在新疆伊宁市伊犁州农业科学研究所试验地进行。该地土壤为灰钙土，pH 值为7.99，有机质21.2 g/kg，全氮0.83 g/kg，全磷2.87 g/kg，碱解氮61.38mg/kg，速效磷36.55mg/kg，速效钾165.1mg/kg[13]。

1.2 试验材料

在对伊犁野生橡胶草分布区内居群调查的基础上，选取昭苏县和特克斯县3 个相对隔离的野生橡胶草居群。其中，昭苏县2 个居群（命名群体A 和B），相对距离较近，但生境差别很大；特克斯县1 个居群（命名群体C）与昭苏县的2 个群体地理距离较远，但与昭苏县的群体B 生境类似（表1）。

表1 橡胶草居群的地理位置和生态因子情况

1.3 试验方法

采用小样本进行采样，每个群体内选取15 个以上单株，于2017 年6 月18 日采集并移栽到伊犁州农业科学研究所的试验田，2018 年9 月20 日随机选择15 株进行表型性状统计。

1.4 表型测定项目及方法

用直尺测量橡胶草盛花期的最大株幅、叶片长、叶片宽和花葶长；用游标卡尺测量叶片厚和花葶粗；花葶数为盛花期的花葶总数；初花期天数为橡胶草移栽后到第2 年首次开花的天数。

1.5 数据统计分析方法

使用Microsoft Excel 统计并计算各个性状的最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数（CV，coefficient of variation）；采用SPSS 19.0 软件数据处理系统进行方差分析和系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 野生橡胶草表型性状调查及统计结果

变异系数从某种程度上能反映出性状的差异性和多样性，变异系数越大分化程度越高、多样性越显著；变异系数小则性状相对稳定、一致性较高[14]。对45 份伊犁野生橡胶草材料的表型性状进行测定，结果显示（表2），橡胶草的表型性状存在较大差异，其中，花葶数的变异系数最大，为47.54%，变化范围在3～30 个，平均为12.47 个；初花期天数的变化最小，范围为325～335 d，平均初花期天数为329.2 d，变异系数仅为0.77%；剩下的依次是叶片长、株幅、花葶长、叶片厚、叶片宽和花葶粗，变异系数分别为39.87%，37.95%，34.25%，29.37%，29.05%和26.46%，8 个表型性状的变异系数平均值为30.66%。

2.2 野生橡胶草居群间、居群内表型性状变异特征

野生橡胶草的部分表型性状在居群间存在显著差异（表3），具体表现为昭苏县居群A、B 和特克斯县居群C 在株幅、叶片长、叶片宽、叶片厚和花葶粗等表型性状存在显著差异，其中，特克斯县居群C 的株幅最大，昭苏县居群A 的株幅最小，相差近1 倍；特克斯县居群C 的初花期天数最长，昭苏县居群B 的初花期天数最短，但3 个居群间没有显著差异；特克斯县居群C 的叶片长最大，昭苏县居群A 的叶片长最小，相差近1 倍；特克斯县居群C 的叶宽最大，昭苏县居群A 的叶宽最小；特克斯县居群C 的叶片厚最大，昭苏县居群A 的叶片厚最小；特克斯县居群C 的花葶数最多，昭苏县居群B 的花葶数最少，但居群间没有显著差异；特克斯县居群C 的花葶长最长，昭苏县居群A 的花葶长最短；特克斯县居群C 的花葶粗最大，昭苏县居群B 的葶粗最小；昭苏县居群A 和B 仅叶片宽存在显著差异，其他表型性状无明显差异。

表2 45 份野生橡胶草材料的表型性状统计

表3 橡胶草3 个居群表型性状的平均值

方差分析结果表明（表4），橡胶草株幅和叶片长这2 个性状，居群间的多样性要高于居群内的多样性，而初花期天数、叶片宽、叶片厚、花葶数、花葶长和花葶粗等6 个表型性状则表现为居群内多样性更高。

表4 橡胶草居群表型性状的方差分析

2.3 野生橡胶草居群表型聚类分析

以株幅、初花期天数、叶片长、叶片宽、叶片厚、花葶数、花葶长和花葶粗等8 个表型性状为指标，采用系统聚类分析法对野生橡胶草3 个居群进行聚类分析，结果显示（图1），以欧氏距离15 为阈值，3 个野生居群被分为3 大类群，第Ⅰ类群包括全部昭苏县的居群B 和部分昭苏县居群A 与特克斯县居群C 的材料，这一类群所含材料数最多，表型特征不明显；第Ⅱ类群只包括了特克斯县居群A的2 份材料，该类材料的花葶数最多；第Ⅲ类群仅包括特克斯县居群C 的7 份材料，此类材料具有株幅大、叶片较宽以及花葶较粗的特点。

3 结论与讨论

物种的遗传多样性是其适应（生存）和进化（发展）的前提，是物种长期进化的产物。一个物种的遗传多样性越高，往往对环境变化的适应能力越强，反之亦然[15]。植物表型多样性是遗传多样性的重要表现形式，是基因型和环境因子共同作用的结果[16]。尽管分子标记技术已经被应用于橡胶草种质资源的鉴定和分类研究，但是表型性状的鉴定仍然是橡胶草种质资源研究最基本的方法和途径[17-18]。本研究结果表明，伊犁野生橡胶草在株幅、叶片长、叶片宽、叶片厚和花葶粗等表型性状上存在显著差异，居群内的多样性十分丰富，该结果与高玉尧等[17]对橡胶草种质苗期农艺性状多样性的报道结果较为一致，说明伊犁野生橡胶草资源的多样性很丰富，可发掘利用的遗传变异较多。

聚类分析结果表明，3 个伊犁野生橡胶草居群间既有相似性，又有一定的区别，表现为昭苏县2 个居群由于相对距离较近，即使生境差别很大，仍然大都聚为一类；特克斯县的居群与昭苏县的居群地理距离较远，即便生境类似，表型性状上也存在明显的区别，这可能与橡胶草种子借助风力的传播方式有关，另外，橡胶草所在的蒲公英属，种间杂交现象普遍，演化关系复杂，也对橡胶草的群体进化产生了一定影响[14]。2012 年，李若霖[19]根据一个橡胶草特异DNA 片段（GenBank 登录号为HB850815.1）设计了1 对橡胶草特异性鉴定引物TKp2-2L 和TKp2-2R，并通过测序及Southern 技术验证得出，该引物能有效地鉴定橡胶草，还利用13 条RAPD引物对62 份采自新疆以及1 份采自美国的橡胶草种质资源进行了遗传多样性分析。2016 年，杨玉双等[12]利用23 对SSR 引物对2 份俄罗斯引进材料、11 份美国引进材料和83 份新疆地区采集的野生橡胶草材料进行了遗传多样性分析。研究结果均认为，新疆的橡胶草种质资源具有丰富的多样性且遗传背景较为复杂，与本试验得出的伊犁野生橡胶草居群表型多样性的研究结论一致。因此，全面了解伊犁河野生橡胶草居群的遗传背景和多样性，对于我国橡胶草这种战略资源的保护及今后橡胶草育种材料的选配都具有重要的参考意义。