麻瘋樹種源/家系生長和結(jié)實(shí)變異研究

沈俊嶺，駢瑞琪，孫佩光，陳曉陽

(1 青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，青島市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)質(zhì)量與安全工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266109;2 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，廣東省森林植物種質(zhì)資源創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510642;3 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 ?？趯?shí)驗(yàn)站，海南 ?？?71101)

麻瘋樹Jatropha curcas 屬大戟科Euphorbiaceae麻瘋樹屬Jatropha，為小喬木或大灌木，起源于中美洲的墨西哥，南美洲的巴西、哥倫比亞等國．麻瘋樹用途廣泛，因其種子可以用來提煉生物柴油而被廣泛種植．麻瘋樹在美洲、非洲、澳大利亞、亞洲以及中南半島等熱帶和亞熱帶地區(qū)均有分布．麻瘋樹傳入中國已有300 多年的歷史［1］，在中國，麻瘋樹主要分布在云南、四川、廣東、廣西、貴州、臺灣、福建、海南等省．麻瘋樹分布區(qū)跨越范圍廣，在長期的進(jìn)化過程中，儲藏了豐富的基因資源，為充分開發(fā)、挖掘和利用這些基因資源，培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、含油量高的優(yōu)良新品種，育種學(xué)家應(yīng)用DNA 標(biāo)記技術(shù)對麻瘋樹的遺傳多樣性與遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究［2-8］，為該基因資源的保護(hù)、開發(fā)和利用提供了極有價值的信息．但目前關(guān)于麻瘋樹種源、家系、無性系和個體水平的田間生長遺傳變異報道甚少．Heller［9］對非洲13 個種源在非洲的塞內(nèi)加爾(Senegal)和佛得角(Cape Verde)進(jìn)行了種源試驗(yàn);Ginwal 等［5］比較了印度中部種植的6～24 個月10 個種源的變異情況;唐敏［10］對桂西南地區(qū)的麻瘋樹資源分布進(jìn)行了調(diào)查，并分析了枝條生長量、葉面積、果實(shí)體積、坐果率以及種仁含油量的變異情況;賈宏林［11］對我國主要分布區(qū)的22 個種源苗期生長形態(tài)進(jìn)行了研究．以上研究均發(fā)現(xiàn)麻瘋樹群體間和群體內(nèi)都存在豐富的表型變異，這為以后選擇培育速生、含油量高的優(yōu)良家系提供了可能．據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國麻瘋樹的種植面積約200 萬hm2，種植面積還在進(jìn)一步擴(kuò)大，培育生長快、含油量高的良種迫在眉睫．

本試驗(yàn)擬通過調(diào)查分析海南麻瘋樹育種基地收集的4 省19 個種源195 個家系2年生試驗(yàn)林的成活率、樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)及結(jié)實(shí)等級，以期揭示麻瘋樹不同種源間/家系間的表型變異及變異模式，為制定麻瘋樹育種策略提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

調(diào)查材料來自于海南省文昌市(19° 32'N，110° 47'E)麻瘋樹育種基地實(shí)生家系試驗(yàn)林．該家系實(shí)驗(yàn)林種植于2007年，包括來自4 省19 個種源的195 個家系，家系林采取隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)［12］，4 次重復(fù)，每個小區(qū)15 個單株，為3×5 株塊狀小區(qū)．具體家系來源見表1．

表1 麻瘋樹種源/家系來源一覽表Tab．1 Details of seed origin of Jatropha curcas provenance/family trial and clone information in Hainan，China

1．2 田間生長性狀的調(diào)查方法

分別于2008 和2009年的11月份調(diào)查各家系的生長狀況，主要調(diào)查性狀包括成活率、樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)及果實(shí)產(chǎn)量等級，其中:樹高指從地面到主干最高點(diǎn)的高度;地徑指高于地面10 cm 處的主干的直徑;結(jié)實(shí)枝數(shù)指調(diào)查時所有結(jié)實(shí)枝的數(shù)量;果實(shí)產(chǎn)量分5 個等級:0 級為沒有結(jié)實(shí)，1 級為1～20 個果，2 級為20～50 個果，3 級為50～100 個果，4 級為100～150 個果，5 級為＞150 個果．

1．3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

1．3．1 均值及方差分析 采用Excel 統(tǒng)計(jì)各生長性狀均值;成活率經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換，結(jié)實(shí)個數(shù)和結(jié)實(shí)等級經(jīng)平方根轉(zhuǎn)換后用Genstat 軟件［13］進(jìn)行方差分析，主要分析家系、種源及省份間3 個水平的差異;并對差異顯著的生長性狀采用LSD 方法進(jìn)行多重比較．

表型變異系數(shù)和基因型變異系數(shù)的計(jì)算參照Burton 等［14］的方法．遺傳力的計(jì)算方法參照Hanson等［15］的方法．

1．3．2 各性狀與地理位置的相關(guān)性分析 相關(guān)分析用SPSS 程序的Correlate 中的Bivariate 模塊［16］．為了反應(yīng)緯度的真實(shí)效應(yīng)，消除海拔因素的影響，對某些變異形式做出合理解釋，本研究采用Kataring［17］等效緯度的概念，其計(jì)算公式為:等效緯度=緯度+(海拔高度－300)/a，當(dāng)海拔高度大于300 m 時，a=140，當(dāng)海拔高度小于300 m 時，a=200．

1．3．3 聚類分析 用NTSYS 2.1 軟件對來自19 個種源的195 個家系的各個生長性狀數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行聚類分析［18］．

2 結(jié)果與分析

2．1 種源/家系各生長性狀變異分析

表2 的方差分析結(jié)果表明，除成活率以外，省份間及種源間的差異明顯大于家系間的差異．成活率是唯一一個在家系間差異顯著的性狀，同時也是唯一一個在省級水平上差異不顯著的性狀．從表3中可知家系的平均成活率為93.65 %，只有海南臨高(60.04 %)和云南鶴慶(81.44 %)2 個家系的成活率低于90%，云南元陽的成活率最高，為98.07 %．

植株平均高度統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)顯示，貴州的材料生長最慢，平均高度為1.81 m，其他3 省廣東、海南和云南的平均高度分別為1.92 、2.06 和1.96 m．來自海南省和云南省的材料在省及種源水平上均存在極顯著差異．來自海南省的材料樹高變幅較大，最低的為?？?1.89 m)，最高的為白沙(2.31 m);來自云南的材料中，最高的來自臨滄(2.22 m)，最低的來自景東(1.51 m)．

表2 種源/家系各生長性狀方差分析1)Tab．2 Variance analysis of population/family growth parameters

地徑統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)顯示，海南材料的平均地徑最粗，為6.99 cm，廣東材料的地徑最細(xì)，為6.30 cm;貴州和云南材料的平均地徑分別為6.54 和6.86 cm．同樹高一樣，海南、云南材料在種源水平上存在極顯著差異，海南省內(nèi)，?？诓牧系牡貜阶罴?xì)，為6.71 cm，臨高材料的地徑值最大，為7.70 cm;在云南省內(nèi)，地徑變幅為5.88(景東)～7.25 cm(臨滄)．

單株結(jié)實(shí)枝數(shù)在省級及種源級間均存在極顯著差異．在省級水平上，海南省材料的單株平均結(jié)實(shí)枝數(shù)最多，為1.56 個，其次為云南1.38 個，廣東1.21個，而貴州最低，為0.77 個;海南省內(nèi)和云南省內(nèi)的材料間也存在極顯著差異，海南白沙每棵樹的平均結(jié)實(shí)枝數(shù)為2.42 個，而海南臨高卻只有0.99 個，云南省內(nèi)單株結(jié)實(shí)枝數(shù)最大值為2.07 個(臨滄)，最小值為0.07 個(景東)．

單株結(jié)實(shí)量變化趨勢與結(jié)實(shí)枝數(shù)相似，貴州省材料的平均結(jié)實(shí)等級為0.52 級，意味著這些材料大多數(shù)單株結(jié)實(shí)量小于20 個;海南省材料的平均結(jié)實(shí)等級為1.04，其大多數(shù)單株結(jié)實(shí)量介于20～50 個，來自海南白沙的材料最豐產(chǎn)，平均結(jié)實(shí)等級為1.62，來自云南景東的材料結(jié)實(shí)等級最低，只有0.07．

遺傳變異系數(shù)(GCV)是衡量性狀遺傳變異能力的指標(biāo)，凡遺傳變異系數(shù)大的性狀表示從群體中選出優(yōu)良性狀個體的概率大．試驗(yàn)分析表明，家系的GCV 介于1.14%～13.64%，其中結(jié)實(shí)等級的GCV最高(13.64%)，其次為成活率的GCV(10.10%)，結(jié)實(shí)枝的GCV 為9.43%，表明家系間也蘊(yùn)藏著豐富的遺傳變異(表3)．

表3 種源/家系各生長性狀的均值及多重比較Tab．3 Mean height，diameter at ground level，the number of fruiting branches，fruit crop yield and multiple comparison results among provenances/families

由于麻瘋樹分布區(qū)自然條件差異較大，來自不同省份、種源的麻瘋樹家系在生長性狀特征上存在顯著差異，不同區(qū)域的麻瘋樹遺傳基礎(chǔ)存在較大差異，具有豐富的表型變異和較大的選擇概率．

2．2 各生長性狀的相關(guān)分析

相關(guān)分析結(jié)果(表4)表明，成活率與樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)及結(jié)實(shí)等級間沒有明顯的相關(guān)性．而樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)和結(jié)實(shí)等級間的相關(guān)系數(shù)均大于0.700，其中樹高與結(jié)實(shí)等級間相關(guān)系數(shù)最大，為0.969;而且顯著性水平均小于0.01，說明這幾個性狀間顯著相關(guān)，在以后的麻瘋樹優(yōu)良單株選擇中，可以使用這些相關(guān)關(guān)系較密切的性狀進(jìn)行輔助選擇．

2．3 各性狀與地理位置的相關(guān)性

通過各性狀與經(jīng)緯度的相關(guān)性分析(表4)，可知成活率與經(jīng)度、等效緯度和海拔的相關(guān)系數(shù)分別為0.048、0.048 和－0.054，其顯著性水平都大于0.05，說明成活率與這幾個因素相關(guān)性不顯著．樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)和結(jié)實(shí)等級與經(jīng)度、等效緯度和海拔間的相關(guān)性也不顯著．經(jīng)度和等效緯度與各性狀的相關(guān)系數(shù)均小于絕對值0.06，沒有明顯的規(guī)律性，說明本試驗(yàn)所用試驗(yàn)材料沒有明顯的地理變異模式．而海拔與各個性狀間均存在不顯著的負(fù)相關(guān)，在一定程度上說明隨著海拔的升高，成活率、樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)和結(jié)實(shí)等級均呈下降趨勢．

表4 各生長性狀及其與地理參數(shù)的相關(guān)性分析1)Tab．4 Correlation of survival，height，diameter at ground level，the number of fruiting branches，fruit crop yield and correlation with the geographic parameters

2．4 聚類分析

聚類分析結(jié)果(圖1)顯示，195 個家系的Jaccard’s 相似系數(shù)介于0.40～4.92，195 個家系可以分為2 個組和2 個單獨(dú)的種源．第1 組包括來自廣東遂溪的家系，海南海口的家系，貴州冊亨和望謨的家系，以及采自云南元江、雙柏、元謀、新平、保山和鶴慶的家系，共包括3 省的10 個家系;第2 組包括來自海南白沙、東方、三亞及云南臨滄、元陽、南澗和怒江2 省的7 個家系;云南景東和海南臨高家系未被劃分到任何組內(nèi)，而是單獨(dú)被分開;從試驗(yàn)聚類結(jié)果可以看出生長性狀的劃分與種源的地理位置沒有明顯的相關(guān)性．

圖1 19 個種源生長性狀聚類分析Fig．1 Dendrogram of 19 provenances based on growth and fruit yield traits

3 討論與結(jié)論

3．1 麻瘋樹的遺傳變異

麻瘋樹不同種源/家系的田間5 個性狀分析結(jié)果顯示，2年生種源實(shí)生苗均存在豐富的表型變異，而家系水平上僅成活率有顯著差異．唐敏［10］和賈宏林［11］也發(fā)現(xiàn)我國麻瘋樹主要分布區(qū)的種源存在豐富的變異，與麻瘋樹分子水平的遺傳多樣性結(jié)果［6-8］相比，其表型變異更豐富．Achten 等［19］也認(rèn)為麻瘋樹的形態(tài)變異比其他熱帶樹種更為豐富．這些豐富的表型變異為培育有經(jīng)濟(jì)價值的優(yōu)良品種提供了良好的基礎(chǔ)．

3．2 麻瘋樹分布的地域性

各性狀與經(jīng)緯度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，各性狀與經(jīng)緯度沒有明顯的相關(guān)性，說明我國主要分布區(qū)麻瘋樹各家系的地理位置分布沒有地域性．這與分子標(biāo)記的結(jié)果［7］相似．推測其原因如下:1)麻瘋樹起源于中美洲的墨西哥、巴西、哥倫比亞、阿根廷等地區(qū)，17 世紀(jì)由葡萄牙人或其他歐洲航海者經(jīng)南非好望角、印度尼西亞傳播至亞洲地區(qū)［9］，大約在100多年前引入中國;2)麻瘋樹最初大多用來做田地的籬笆，多通過無性扦插繁殖;3)麻瘋樹種子有毒，鳥禽不食，在一定程度上影響了種子傳播．

3．3 優(yōu)良種源/家系的選擇

麻瘋樹不同種源田間生長結(jié)果顯示，5 個觀測性狀2年生實(shí)生苗在種源間均存在豐富的表型變異，為培育有經(jīng)濟(jì)價值的優(yōu)良品種提供了良好的基礎(chǔ)．麻瘋樹各生長性狀間存在一定的相關(guān)性，在優(yōu)良種質(zhì)資源篩選過程中可以使用這些相關(guān)的性狀進(jìn)行輔助選擇．

從省級水平來看，貴州省的材料生長最慢，而且其結(jié)實(shí)枝數(shù)和結(jié)實(shí)量也低于其他省份，如果選擇培育結(jié)實(shí)早并且豐產(chǎn)的優(yōu)良品種，該省材料不被看好;海南省材料各個性狀均優(yōu)于其他省份，原因除材料本身的基因型差異外，還可能是各個種源在種植地適生性的表現(xiàn)不同;從種源水平來看，海南白沙、東方、三亞及云南臨滄、南澗、怒江和元陽各項(xiàng)生長性狀均優(yōu)于其他種源材料，均為良好的育種材料．

3．4 麻瘋樹進(jìn)一步試驗(yàn)的建議

本研究揭示了不同地域來源的材料在田間生長性狀上的差異，但目前關(guān)于田間生長性狀的研究報道還較少，而且處于初級階段．大部分麻瘋樹還處于野生狀態(tài)，還沒有有效地馴化種植，此后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)田間的種源、家系、無性系及優(yōu)良個體的選擇研究，培育穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)麻瘋樹新品種．

麻瘋樹現(xiàn)有生長性狀相關(guān)性分析結(jié)果顯示，樹高、地徑、結(jié)實(shí)枝數(shù)和結(jié)實(shí)等級間顯著相關(guān)，故應(yīng)對現(xiàn)有家系生長性狀進(jìn)行繼續(xù)調(diào)查評價，隨著時間的推移，注意立木生長量、種子特性和種子產(chǎn)量與上述性狀之間的相關(guān)性，從而建立麻瘋樹經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與早期表現(xiàn)的相關(guān)性模型，為麻瘋樹家系試驗(yàn)早期選擇提供科學(xué)依據(jù)．

本試驗(yàn)采用的19 個種源195 個家系麻瘋樹材料的地理變異表現(xiàn)為明顯的隨機(jī)變異模式，但上述結(jié)論只是單點(diǎn)數(shù)據(jù)的結(jié)果，建議進(jìn)一步開展多點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，或需要增加其他性狀的選擇，以便進(jìn)一步揭示麻風(fēng)樹的地理變異特點(diǎn)．

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