云南保存橡膠樹部分種質(zhì)資源葉表型變異分析1)

倪書邦 毛常麗 吳 裕 余文才 許彥國(guó)

(云南省熱帶作物科學(xué)研究所，景洪，666100)

植物葉子的形態(tài)特征是鑒定植物種類的重要依據(jù)之一，在種內(nèi)不同個(gè)體間表現(xiàn)相同或相近，種間則差異明顯。但是，由于同一種植物分布在不同的地域，選擇壓力使得同一物種形態(tài)特征表現(xiàn)出適應(yīng)性分化，再加上被子植物雙受精作用使得種內(nèi)遺傳變異更加豐富，所以被子植物葉子的形態(tài)多態(tài)性普遍存在。

橡膠樹(Hevea brasiliensis)是巴西亞馬遜河流域的野生樹種，引種到亞洲后，迅速發(fā)展為商業(yè)化種植的主要樹種之一。為了獲得更多的種質(zhì)資源，國(guó)際橡膠組織(IRRDB)于1981年到亞馬遜河流域進(jìn)行橡膠樹種質(zhì)資源考察和搜集，采回種質(zhì)資源稱為“橡膠樹81'IRRDB種質(zhì)”。中國(guó)參加了此次考察活動(dòng)，引回8 000份種質(zhì)資源的芽條嫁接保存，到2004年保存 6 041 份于海南澹州橡膠研究所內(nèi)［1－2］。2007年云南省熱帶作物科學(xué)研究所從橡膠研究所引種嫁接成活2036份，2008年定植，2009—2010年是形態(tài)鑒定的最佳時(shí)期。

橡膠樹種質(zhì)資源采用無性系活體保存方式。橡膠樹無性系外部形態(tài)受環(huán)境影響變化較大，以往橡膠樹育種科研單位的形態(tài)鑒定專家認(rèn)為，不論發(fā)生何種生態(tài)型的局部形態(tài)變異，蜜腺部分的特征不容易受到影響，大葉枕、小葉柄和葉脈等器官的特征也比較穩(wěn)定［3－4］。以《橡膠樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［5］為依據(jù)，選擇14個(gè)較穩(wěn)定的性狀進(jìn)行調(diào)查記錄和分析，以期為種質(zhì)資源的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

1 研究地自然概況

研究地位于云南省西雙版納州景洪市“農(nóng)業(yè)部景洪橡膠樹種質(zhì)資源圃”內(nèi)(99°55'～101°50'E，21°08'～22°40'N)，海拔 500 ～600 m，屬北熱帶和南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，長(zhǎng)夏無冬，干濕季分明，全年基本無霜。年平均氣溫18.6～21.9℃，最冷月份平均氣溫(1月份)15.6℃，最熱月份平均氣溫(7月份)25.2℃;受印度洋和太平洋暖濕氣流的影響，雨量充沛，其中80% ～90%的雨量集中在5—10月份的雨季，年平均降雨量1 200 mm;土壤為酸性紅土，pH值4.5～5.5，土層深厚，適宜于橡膠樹正常生長(zhǎng)發(fā)育。

2 材料與方法

研究材料為“橡膠樹81'IRRDB種質(zhì)”。砧木為GT1自然受粉種子苗，芽條于2007年7月份采自橡膠研究所，芽接后于2008年6—7月份定植于“農(nóng)業(yè)部景洪橡膠樹種質(zhì)資源圃”內(nèi)，株行距為3 m×3 m。定植后，按常規(guī)管理，苗木生長(zhǎng)良好。

2009年底至2010年初，苗木主桿直立，保留多個(gè)葉蓬，適合于性狀描述。以《橡膠樹種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［5］為依據(jù)，對(duì)葉蓬、葉柄、葉片和蜜腺的14個(gè)性狀進(jìn)行調(diào)查記錄。數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，采用Excel 2003軟件分析處理;采用DPS中的Upgma和Furthest Neighbor2種方法進(jìn)行聚類分析。

3 結(jié)果與分析

對(duì)1 854份種質(zhì)資源的葉蓬形狀、大葉柄形狀、葉枕伸展形態(tài)、小葉柄形態(tài)、蜜腺形態(tài)、腺點(diǎn)排列方式、腺點(diǎn)面形態(tài)、葉形、葉基形狀、兩側(cè)小葉基外緣形態(tài)、葉端形狀、葉緣波浪、葉片橫切面形態(tài)、三小葉間距等14個(gè)性狀的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)列于表1。

表1 橡膠樹葉子形態(tài)特征變異統(tǒng)計(jì)

3.1 葉蓬形態(tài)變異

橡膠樹為三小葉復(fù)葉互生，但是復(fù)葉在枝條上的分布不均勻，在一個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)枝條不連續(xù)的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)形成多個(gè)葉蓬，葉蓬的“傘形”特征更有利于接收陽光。不同基因型植株葉蓬的形態(tài)特征不同，所以葉蓬形態(tài)是鑒定無性系品種的主要指標(biāo)之一。根據(jù)前人的總結(jié)，把葉蓬形態(tài)分為4種類型，即半球形、弧形、圓錐形和截頂圓錐形。本次調(diào)查表明，弧形的最多，占59.29%;其次為半球形(占29.67%);截頂圓錐形的占9.26%;圓錐形最少(占1.78%)。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，弧形的變異非常大，只要葉蓬縱切面未達(dá)到半球形的都?xì)w為弧形，實(shí)際上半球形和圓錐形就是弧形的兩個(gè)變異極端。另外，還發(fā)現(xiàn)有些葉蓬比較特別，表現(xiàn)為葉枕上仰，大葉柄直，小葉柄直或上仰，整個(gè)葉蓬的葉片擠在一起。

3.2 葉柄形態(tài)變異

葉柄形態(tài)包括大葉柄形狀、葉枕伸展形態(tài)、葉枕溝有無、葉枕膨大特征、葉枕彎曲、小葉柄形態(tài)、小葉柄溝有無等。調(diào)查表明，大葉柄直的最多，占64.19% ，以后依次為弓形(占19.25%)、S形(占8.49%)、反弓形(8.06%)，但大葉柄的直是相對(duì)的，大多數(shù)都表現(xiàn)輕微的弓形或反弓形。一般情況，同一份種質(zhì)資源的各個(gè)分株大葉柄形態(tài)相似，但是在同一株內(nèi)也存在一定變異，而且，個(gè)別種質(zhì)資源的株內(nèi)變異較大。

葉枕平伸的占78.60%，葉枕上仰的占15.16%，下垂的占6.24%，實(shí)際上，上仰的程度也有所不同，個(gè)別種質(zhì)資源葉柄與莖的夾角近于45°;小葉柄平伸的占82.85%，上仰的占10.05%，內(nèi)彎的占7.10%，其中有極少數(shù)表現(xiàn)為下垂?fàn)顟B(tài)。

3.3 蜜腺形態(tài)變異

蜜腺形態(tài)包括蜜腺形態(tài)、腺點(diǎn)著生狀態(tài)、腺點(diǎn)排列方式、腺點(diǎn)周邊、腺點(diǎn)面形態(tài)等。腺點(diǎn)形態(tài)指全部腺點(diǎn)所組成的群體突起于大葉柄先端的程度。蜜腺的特征不容易受到環(huán)境影響，是比較穩(wěn)定的性狀，也是橡膠樹無性系鑒定的主要指標(biāo)之一。由表1可看出，蜜腺微突起的占62.47%，突起的占25.16%，顯著突起的占2.26%，平的占10.11%，也就是說，約90%都表現(xiàn)不同程度的突起。這與王文泉等［6］報(bào)道的81'IRRDB種質(zhì)中蜜腺微突的比例較高的結(jié)果基本一致。腺點(diǎn)排列方式與腺點(diǎn)數(shù)相關(guān)，3個(gè)腺點(diǎn)排成品字形的占53.49%，4個(gè)腺點(diǎn)排成方形的占6.72%，2個(gè)腺點(diǎn)排成前后形的占0.97%，腺點(diǎn)數(shù)多而雜排列不規(guī)則的占33.60%，排為11字形的占5.22%;腺點(diǎn)頂部與腺點(diǎn)周邊所形成的平面狀態(tài)平的占54.53%，突起的占32.69%，下陷的占12.78%。

3.4 葉片形態(tài)變異

由表1可看出，葉片橫切面為舟形和平的共占85.49%，U形和 V形的共占14.51%;三小葉間距顯著分離和分離的共占92.18%，靠近和重疊的共占7.83%。橡膠樹的原產(chǎn)地是亞馬遜叢林，林間光照條件較差，葉片橫切面較平，三小葉間距較大，葉片可接收陽光的機(jī)會(huì)就更大，有利于植株生長(zhǎng)。

葉片的整體形態(tài)、葉先端、葉基、葉緣是植物種類鑒定的重要依據(jù)。調(diào)查表明，葉片總體形態(tài)為倒卵形和倒卵狀橢圓形的共占67.69%，橢圓形的占28.53%，卵形和菱形的共占3.77%;兩側(cè)小葉基外緣形態(tài)完整的占58.79%，外斜的占26.43%，內(nèi)斜的占14.78%;葉先端鈍尖的占76.86%，急尖的占1 8.61%，芒尖的占4.53%;葉緣有波浪的占89.01%，無波浪的占10.09%;葉基漸尖和楔尖的共占97.46%，鈍尖的只占2.54%。葉片的先端尖、葉基尖、邊緣具波浪等性狀都有利于雨后葉片上積存的雨水迅速流掉，以便及時(shí)進(jìn)行光合作用。

3.5 表型聚類分析

基于1 854份橡膠樹種質(zhì)資源的14個(gè)表型性狀描述數(shù)據(jù)(未列出)，利用 Upgma和 Furthest Neighbor法進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明，在Upgma法聚類中，當(dāng)歐式距離為5.11時(shí)，所有樣本聚為5類，但大部分樣本集中聚成1類，包括1847份，占99.62%，其他4類只包括0.38%的樣本，還包括了幾個(gè)單一組;在Furthest Neighbor法聚類中，在歐式距離為7.0時(shí)，所有樣本聚成6組，每組樣本數(shù)存在差異。Upgma法與Furthest Neighbor法聚類的結(jié)果差異較大(圖1;樣本量大，未能標(biāo)出名稱)。

圖1 橡膠樹種質(zhì)資源表型性狀聚類圖

2種聚類法的結(jié)果都表明，橡膠樹不同種質(zhì)資源葉子表型性狀存在較大差異，根據(jù)這14個(gè)表型性狀能較好地將這些種質(zhì)資源進(jìn)行區(qū)分;群體內(nèi)部存在極豐富的遺傳變異，為遺傳多樣性保護(hù)、物種安全和良種選育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ);聚類結(jié)果表明葉子表型變異與地理來源無關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)論與討論

調(diào)查分析表明，在1854份81'IRRDB種質(zhì)資源的14個(gè)性狀中，相對(duì)性狀分布頻率最小值為0.59% ～14.78%，最大值為40.08% ～82.85%。橡膠樹葉蓬的主要形態(tài)類型為弧形至半球形、大葉柄直、葉枕平伸、小葉柄平伸、葉片橫切面為舟形至平、三小葉間距分離至顯著分離、葉片總體形態(tài)為倒卵形和倒卵狀橢圓形、葉先端鈍尖、葉緣有波浪、葉基漸尖和楔尖。在巴西亞馬遜流域叢林中，雨水充沛，熱量充足，林中光照較弱，橡膠樹雖然屬于上層樹種，但是在幼樹期必須表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐陰性。橡膠樹的葉蓬呈傘形、葉蓬盡可能寬大、葉片盡可能少重疊、下雨后葉片的積水盡快能干，這些都是保證橡膠樹生存和種群發(fā)展的生物學(xué)基礎(chǔ)，也是自然選擇的結(jié)果。

植物種質(zhì)類群劃分一直備受植物育種學(xué)家關(guān)注，很多學(xué)者先后利用表型性狀對(duì)種質(zhì)的多樣性進(jìn)行了分析［9－12］。橡膠樹(Hevea brasiliensis)是已知橡膠樹屬(Hevea)中分布面積最廣的種，81'IRRDB種質(zhì)資源采自于阿克里(Acre)、朗多尼亞(Rondonia)、馬托格羅索(Mato－Grosso)等地，水平分布數(shù)百千米，存在一定的地理變異。但是由于不清楚每份種質(zhì)資源的具體采集地點(diǎn)和立地信息，因而也不能分析葉片形態(tài)的地理變異規(guī)律，通過Upgma和Furthest Neighbor法聚類，葉子性狀變異與這3個(gè)地區(qū)無關(guān)聯(lián)。橡膠樹是異花授粉植物，即使是全同胞家系內(nèi)也存在較大遺傳變異。很可能這些野生資源在采集地就存在一定的基因交流，也有可能部分種質(zhì)具有獨(dú)立的遺傳背景，這些都有必要開展基因組學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方面的深入研究，為資源利用提供依據(jù)。

關(guān)于蜜腺的特征，蜜腺微突起、品字形排列和腺點(diǎn)形態(tài)平的比率都在50%以上，雖屬于主要特征類型，但是沒有葉片和葉柄的形態(tài)分布集中。蜜腺對(duì)于促進(jìn)昆蟲傳粉有一定作用，但是蜜腺的排列方式和形態(tài)特征對(duì)適應(yīng)自然選擇有什么意義尚需再探討。

自然選擇屬于穩(wěn)定型選擇方式，也就是適應(yīng)于該物種的個(gè)體生存和種族繁衍的性狀被積累，在群體中表現(xiàn)為主要特征類型［7－8］;與之相反，育種選擇則是偏重于極端類型的選擇方式，符合育種目標(biāo)，卻不一定符合自然選擇方向。作為種質(zhì)資源保存，人們都追求種內(nèi)遺傳多樣性，力求收集保存的群體能代表整個(gè)物種群體的遺傳變異，往往忽略了自然選擇。需知，作為種質(zhì)資源圃活體保存的植株，避免不了要承受自然選擇的壓力，環(huán)境適應(yīng)能力差的基因型總是面臨被淘汰的厄運(yùn)。例如，橡膠研究所引種的8 000份，2004 年保存 6 041 份［2］，保存率為 75.50%;云南省熱帶作物科學(xué)研究所引種成活2 036份，現(xiàn)在只有1 900份，保存率為93.30%。所以，種質(zhì)資源保存，既要重視遺傳多樣性，也要重視育種目標(biāo)性狀的選擇;另一方面，也是最重要的方面，應(yīng)注意適應(yīng)性狀的保存。建議在活體保存種質(zhì)資源時(shí)，對(duì)少部分不適應(yīng)環(huán)境條件的種質(zhì)資源則可以人為主動(dòng)淘汰，它們對(duì)于種族繁衍和良種選育可能也沒有多大意義。

致謝:參加外業(yè)工作的還有張長(zhǎng)壽、胡永華、肖桂秀、李景波、寧連云、孫小龍。謹(jǐn)此謝忱!

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