楸樹無性系表型識別特征與遺傳變異1)

贠慧玲 王軍輝

(甘肅省小隴山林業(yè)科學(xué)研究所，天水，741022) (國家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所))

張宋智 馬建偉 趙秋玲 馬麗娜

(甘肅省小隴山林業(yè)科學(xué)研究所)

皮孔是植物經(jīng)歷了長期自然選擇，經(jīng)過適應(yīng)不同的自然環(huán)境而留下來的重要生理器官，皮孔的數(shù)量和形態(tài)是植物種鑒定的重要依據(jù)，也和植物的抗性有直接的關(guān)系［1－5］。植物皮孔是植物體與外界環(huán)境進(jìn)行水分交換的通道，對植物的光合、呼吸、蒸騰等生理活動起著重要的調(diào)節(jié)作用［6－9］。皮孔的形狀、大小、分布以及皮孔指標(biāo)等還直接影響植物對水肥的吸收。以往研究表明，在寄主的抗病因素中，皮孔是病菌侵入的主要途徑和潛伏的主要部位［10］，皮孔密度及大小與病害發(fā)生有密切關(guān)系［11］。而有關(guān)楸樹(Catalp bungeiC.A.Mey)皮孔的研究尚未見報道。本研究主要探討楸樹無性系皮孔的識別特征，對其不同無性系間皮孔大小、密度及其變異范圍進(jìn)行分類，初步了解各個無性系的特點(diǎn)，為楸樹無性系的早期選擇提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

供試材料由中國林科院林業(yè)所領(lǐng)導(dǎo)的國家楸樹育種協(xié)作組提供的1年生楸樹雜種無性系嫁接苗，2006年3月造林，共29個無性系。試驗(yàn)設(shè)計為隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計，4株小區(qū)，4次重復(fù)。株行距為2.0 m×1.5 m。到2010年林齡為5年生樹種。

皮孔性狀的測定:在2010年7月的生長旺盛期，選擇第2和第3次重復(fù)，每個無性系測量4個分生株，在樹干距地1 m的高度向上，每個分生株測量3個樣方(每個樣方為5 cm2)，每個無性系共測量12個樣方。用游標(biāo)卡尺測量每個樣方上的每個皮孔的長、寬，并計算皮孔面積和皮孔數(shù)量。皮孔面積公式為S1=a1×b1×0.785 4;其中，S為皮孔面積，a為皮孔長，b為皮孔寬，0.785 4為系數(shù)。皮孔密度為單位面積上的皮孔數(shù)量，并用微距拍照。

葉痕性狀的測定:對測定皮孔的每個分生株，測定樹干中部1 m段的葉痕數(shù)量。抽樣中部樹干葉痕1輪，用游標(biāo)卡尺測定葉痕長、葉痕寬，計算葉痕的面積和數(shù)量。葉痕面積公式:S2=a2×b2×0.785 4;其中，S為葉痕面積，a為葉痕長，b為葉痕寬，0.785 4為系數(shù)。同時調(diào)查樹皮開裂程度及開裂方式，并用微距拍照。

生長性狀的測定:2010年11月測定各無性系的樹高和胸徑。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計以小區(qū)平均值參與數(shù)據(jù)處理，用Excel 2003和SPSS16.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 皮孔性狀的變異

2.1.1 楸樹無性系皮孔密度

對29個無性系皮孔密度進(jìn)行方差分析表明，不同無性系間呈極顯著性差異，見表1。

表1 楸樹無性系皮孔性狀的遺傳參數(shù)

皮孔密度最大的無性系為002－1(5.24個/cm2)，皮孔密度最小的無性系2－1(1.80個/cm2)。對皮孔密度聚類分析，從大到小可以分為3類，見表2。第1類密集型(m≥4.26個/cm2);第2類較密集型(3.62個/cm2≤m≤3.94個/cm2);第3類疏散型(m≤3.3個/cm2)。皮孔密度平均為2.836個/cm2，變幅為 1.80 ～5.24 個/cm2，遺傳變異系數(shù)為28.3%。重復(fù)力為0.909。說明楸樹無性系皮孔密度的變異系數(shù)和重復(fù)力均較大，從中進(jìn)行選擇是比較可靠的。楸樹3類皮孔的典型照片見圖1。

圖1 楸樹3類皮孔的典型照片

2.1.2 楸樹無性系皮孔的大小

不同無性系間皮孔的大小(即單個皮孔的面積)呈極顯著性差異。皮孔最大的無性系為2－2，面積為 11.85 mm2，其次是 9－2，面積為 11.30 mm2，皮孔最小的無性系為011－1，為4.91 mm2，皮孔平均大小為8.50 mm2，變幅為4.91 ～11.97 mm2，遺傳變異系數(shù)為23.7%。重復(fù)力為0.748。皮孔大小分為3類，見表3。第1類:大皮孔(l≥10.10 mm2);第2類:中等皮孔(6.18 mm2≤l≤9.36 mm2);第 3 類:小皮孔(l≤5.94 mm2)。皮孔的大小隨樹木的生長而變化，樹齡越大皮孔的面積也越大，對2年生和5年生楸樹無性系的皮孔面積進(jìn)行年—年相關(guān)分析，結(jié)果表明皮孔面積呈現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性(R=0.514＊＊)。楸樹3類皮孔大小的照片見圖2。

圖2 楸樹3類皮孔大小的照片

2.1.3 皮孔的形狀

楸樹皮孔的形狀近似于橢圓，皮孔突起，但形狀差異也較大，對皮孔的長/寬進(jìn)行聚類分析，將楸樹無性系的皮孔劃分為3大類，見表4。第1類:狹長橢圓形(sh≥2.85);第2類:橢圓形(1.75≤sh≤2.55);第3 類:近圓形(1.52≤sh≤1.57)。

2.1.4 皮孔性狀間的相互關(guān)系

通過對29個無性系的皮孔性狀與生長指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明:皮孔密度與皮孔長、皮孔寬、皮孔大小、樹高、胸徑均呈極顯著負(fù)相關(guān)。即皮孔大的無性系密度較小，皮孔密度小的無性系生長較快，但皮孔的大小與樹高、胸徑呈極顯著正相關(guān)(圖3和圖4)，表明皮孔在樹木呼吸作用中對樹木的生長影響顯著，生長好的無性系皮孔大，數(shù)量少?？傊た椎目偯娣e對樹木的生長影響較大，5 cm2面積上的皮孔總面積與樹高、胸徑呈負(fù)相關(guān)，這表明皮孔總面積小，減少水分的蒸發(fā)，樹木生長更快。對無性系的選擇提供了依據(jù)，即選擇優(yōu)良無性系時，在優(yōu)先考慮生長指標(biāo)優(yōu)良時，盡可能的選擇皮孔密度小、皮孔面積小的無性系，達(dá)到相對減少水肥供給，實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)力的目的，見表5。

表2 楸樹無性系皮孔密度識別特征

表3 楸樹無性系皮孔大小識別特征

表4 楸樹無性系皮孔形狀特征

表5 不同無性系皮孔性狀與生長指標(biāo)的相關(guān)性

2.2 葉痕性狀的變異

2.2.1 楸樹無性系葉痕大小的差異

楸樹無性系葉間距有很大的差異。無性系間葉痕密度(中部樹干1 m段的葉痕數(shù)量)、葉痕大小(單個葉痕的面積)呈極顯著差異，葉痕密度最大的無性系為011－1，最小的為2－1;葉痕最大的無性系為2－1，最小的無性系為011－1。根據(jù)葉痕密度進(jìn)行聚類分析將葉痕分為3類，見表6:密集型(p≥41.3 個)、較密集型(35.3 個≤p≤39.0 個)、疏散型(p≤34.9個)。葉痕形狀呈橢圓形，是3葉輪生。葉痕大小分為3類(表7):大葉痕(lp≥2.92 cm2)、中等葉痕(1.54 cm2≤lp≤2.41 cm2)、小葉痕(lp≤1.50 cm2)。樹高、胸徑與葉痕面積呈極顯著正相關(guān)。樹高、胸徑與葉痕密度呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明生長較好的無性系葉痕密度小，但葉痕面積較大。說明葉痕面積大的無性系葉痕密度小，即葉間距大(表8)。

2.2.2 皮孔性狀與葉痕性狀的相關(guān)性

相關(guān)分析表明，皮孔密度與葉痕密度呈極顯著正相關(guān)，與葉痕大小呈顯著負(fù)相關(guān)，說明皮孔密度大的無性系葉痕密度也大。皮孔大小與葉痕密度呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與葉痕大小呈極顯著正相關(guān)，說明皮孔大的無性系葉痕也大。由此可見，楸樹無性系的皮孔性狀與葉痕性狀的變異是一致的。葉痕密度與葉痕大小呈極顯著負(fù)相關(guān)，也與皮孔相一致(表9)。

表6 楸樹無性系葉痕密度特征

表7 楸樹無性系葉痕大小特征

表8 不同無性系葉痕性狀與生長指標(biāo)的相關(guān)性

表9 不同無性系皮孔性狀與葉痕性狀的相關(guān)性

圖3 皮孔大小與樹高的相關(guān)性

圖4 皮孔大小與胸徑的相關(guān)性

2.3 樹皮開裂的變異

楸樹不同無性系樹皮光滑程度不同，有的無性系樹皮開裂，有的表面光滑，樹皮性狀分為兩種:開裂型、光滑型。其中樹皮開裂的無性系為008－1、002－1、080、線灰4 個;樹皮光滑的無性系為:2－2、9－2、015－1、1－3、2－7、2－8、4002、2－1、004－1、4001、9－1、1－4、011－1、6523、灰3、大葉金絲、2－6、1－2、013－1、1－1、小葉金絲、洛灰、光葉楸、038、011－1，25 個無性系(圖5)。008－1、線灰呈斑塊狀開裂，板塊大小不同。080、002－1樹皮縱向開裂，整個樹干全開裂。002－1的樹干開裂最嚴(yán)重，開裂程度見圖6。從以上分析可以看出，皮孔密度對樹干的開裂影響較大，皮孔密度大的無性系樹干開裂，無性系002－1與080的密度大樹干都開裂。

2.4 楸樹無性系各性狀綜合的聚類分析

楸樹無性系表型識別可以從皮孔大小、皮孔密度、葉痕大小、葉痕密度及樹皮開裂等性狀進(jìn)行識別，文中分別對各性狀的識別進(jìn)行了研究，對其無性系的特點(diǎn)進(jìn)行了分類，由于無性系的識別難度較大，為了簡單識別每個無性系，對各性狀進(jìn)行綜合的聚類分析，將無性系劃分為6個大的類群，見圖7。

3 結(jié)論與討論

皮孔密度和大小特征用作鑒定植物親緣關(guān)系及抗性，并對楸樹優(yōu)良無性系的早期選擇有借鑒意義。在植物遺傳育種及資源研究等領(lǐng)域，皮孔性狀受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。然而，皮孔特征能否成為鑒定不同無性系親緣關(guān)系指標(biāo)，研究者尚有爭議［12－20］。對29個楸樹無性系從皮孔、葉痕、樹皮 3個方面進(jìn)行了研究，對密度及大小進(jìn)行了分類，皮孔、葉痕密度、大小均分為3類:密度(密集型、較密集型、疏散型);大小(大、中、小)。樹皮分類:開裂型、光滑型。楸樹皮孔的形狀近似于橢圓，皮孔突起，但形狀差異也較大，楸樹無性系的皮孔劃分為3大類:狹長橢圓形、橢圓形、近圓形。

不同無性系間皮孔密度、大小均有極顯著性差異，皮孔密度平均為2.836個/cm2，變幅為1.80～5.24個/cm2，遺傳變異系數(shù)為28.3%。重復(fù)力為0.909。皮孔平均大小為 8.50 mm2，變幅為 4.91 ～1 1.97mm2，遺傳變異系數(shù)為23.7% 。重復(fù)力為0.748。楸樹無性系皮孔密度、皮孔大小的變異系數(shù)和重復(fù)力均較大，受遺傳因素較大，對于初步鑒定楸樹有一定的幫助。皮孔的大小隨樹木的生長而變化，樹齡越大皮孔的面積也越大，對2年生和5年生楸樹無性系的皮孔面積進(jìn)行年—年相關(guān)分析表明皮孔面積呈現(xiàn)出極顯著的相關(guān)性(R=0.514＊＊)。皮孔密度對樹干的開裂影響較大，皮孔密度大的無性系樹干開裂，例如:無性系 002－1、7080、008－1、線灰的密度大樹干都開裂。

無性系間葉痕密度、葉痕大小呈極顯著差異。樹高、胸徑與葉痕大小呈極顯著正相關(guān)。樹高、胸徑與葉痕密度呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明生長較好的無性系葉痕密度小，但葉痕面積較大。說明葉痕面積大的無性系葉痕密度小，即葉間距大。相關(guān)分析表明，皮孔密度與葉痕密度呈極顯著正相關(guān)，與葉痕大小呈顯著負(fù)相關(guān)，即皮孔密度大的無性系葉痕密度也大。皮孔大小與葉痕密度呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與葉痕大小呈極顯著正相關(guān)，說明皮孔大的無性系葉痕也大。由此可見，楸樹無性系的皮孔性狀與葉痕性狀的變異是一致的。葉痕密度與葉痕大小呈極顯著負(fù)相關(guān)，也與皮孔相一致。

圖5 楸樹樹皮光滑照片

圖6 楸樹樹皮開裂照片

圖7 楸樹無性系各性狀綜合聚類

楸樹無性系皮孔、葉痕、樹皮3個表型性狀變異較大，對每個無性系進(jìn)行詳細(xì)的區(qū)分難度較大，為了簡單識別每個無性系，對各性狀進(jìn)行綜合的聚類分析，將無性系劃分為6個大的類群。3個表型特征能夠簡單的識別無性系。第1:皮孔特征識別。例如:皮孔密度最大的無性系為002－1，其次是7080。皮孔密度最小的無性系為2－1，其次是015－1。皮孔最大的無性系為2－2，其次是9－2;皮孔最小的無性系為011－1，其次是線灰。第2:葉痕特征識別。例如:葉痕密度最大的無性系為011－1，其次是線灰。葉痕密度最小的無性系為2－1，其次是9－2。葉痕最大的無性系為2－1，其次是4002;葉痕最小的無性系為011－1，其次是小葉金絲。第3:樹皮特征識別。例如:樹皮開裂的無性系為 002－1、008－1、7080、線灰。樹皮光滑的無性系為其它25個無性系。

相關(guān)分析表明，皮孔密度與皮孔長、皮孔寬、皮孔大小、樹高、胸徑均呈極顯著負(fù)相關(guān)。即皮孔大的無性系密度較小，皮孔密度小的無性系生長較快，但皮孔的大小與樹高、胸徑呈極顯著正相關(guān)，表明皮孔在樹木呼吸作用中對樹木的生長影響顯著，生長好的無性系皮孔大，數(shù)量少。皮孔的形狀、大小、分布以及皮孔指標(biāo)等還直接影響植物對水肥的吸收。因而皮孔的總面積對樹木的生長影響較大，5 cm2面積上的皮孔總面積與樹高、胸徑呈負(fù)相關(guān)。表明皮孔總面積小，減少水分的蒸發(fā)，樹木生長更快。皮孔是病菌侵入的主要途徑和潛伏的主要部位，皮孔密度及大小與病害發(fā)生有密切關(guān)系，皮孔總面積大，樹皮容易開裂，病菌容易入侵，即選擇優(yōu)良無性系時，在優(yōu)先考慮生長指標(biāo)優(yōu)良時，盡可能的選擇皮孔密度小、皮孔面積小的無性系，達(dá)到相對減少水肥供給及病害的發(fā)生。

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