川渝地區(qū)三年桐核心種質(zhì)的初步構(gòu)建

羅建勛，武華衛(wèi)，辜云杰，王紅莉，高 潔

(1.四川林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081;2.成都市林木種苗站，四川 成都 610031)

三年桐(Aleuvites fordii Hemsl)學(xué)名油桐，生長(zhǎng)快，結(jié)實(shí)早，產(chǎn)量高，是我國特有的經(jīng)濟(jì)林木，為我國四大木本油料植物之一。四川省為我國三年桐生產(chǎn)的四大省份之一，且產(chǎn)量居全國首位。由于諸多原因，四川油桐種質(zhì)資源丟失嚴(yán)重，急需進(jìn)行保護(hù)。近兩年，油桐價(jià)格回升很快，對(duì)油桐優(yōu)良種質(zhì)資源收集保存、評(píng)價(jià)和利用就顯得尤為重要。

向青等較系統(tǒng)的評(píng)價(jià)了川渝地區(qū)三年桐的種質(zhì)資源，構(gòu)建了核心種質(zhì)，減少了保存種質(zhì)的份數(shù)，有效地保存了表型多樣性。本文首次報(bào)道川渝地區(qū)三年桐核心種質(zhì)的構(gòu)建方案。

1 材料和方法

1.1 材料

研究材料為川渝地區(qū)三年桐種質(zhì)資源:朝天群體(30份)、萬源群體(30份)、平昌群體(20份)、梓潼群體(30份)、萬州群體(29份)、邛崍群體(14份)、涪陵群體(25份)、榮縣群體(17份)、秀山群體(27份)、美姑群體(18份)、鹽源群體(30份)、會(huì)東群體(30份)，總計(jì)300份。

1.2 方法

1.2.1 取樣技術(shù)

取樣技術(shù)是核心種質(zhì)構(gòu)建中最關(guān)鍵的一步，由數(shù)據(jù)分組、取樣方法、取樣比例3部分組成。本研究采取分組聚類法，分別在30%、25%、20%、15%、10%的比例下對(duì)300份三年桐種質(zhì)資源抽取5個(gè)候選核心種質(zhì)，根據(jù)各自的表型多樣性保有量，從中最終選出三年桐表型多樣性核心種質(zhì)庫。

(1)數(shù)據(jù)分組

植物在長(zhǎng)期自然與人為選擇壓力下，在不同生境中形成了不同的遺傳結(jié)構(gòu)，在同一物種內(nèi)部不同地理來源種質(zhì)有不同遺傳多樣性的表現(xiàn)。根據(jù)對(duì)川渝地區(qū)三年桐種質(zhì)資源的表型多樣性分析發(fā)現(xiàn)，三年桐不同種群間存在較大的變異，因此本研究按照種群的方式將300份三年桐資源分成12組。

(2)取樣方法

將300份三年桐種質(zhì)資源按照群體進(jìn)行分組后，對(duì)同一群體內(nèi)的資源進(jìn)行聚類。在聚類結(jié)果中，將遺傳相似系數(shù)較大的種質(zhì)組合按照出籽率進(jìn)行比較，剔除出籽率較小的種質(zhì)，剩余種質(zhì)再聚類，代表性或核心種質(zhì)量達(dá)到要求后，組成核心庫。根據(jù)取樣比例從大到小分別對(duì)核心庫命名為A1、A2、A3、A4、A5。

(3)取樣比例

在國內(nèi)外不同植物核心種質(zhì)構(gòu)建中，核心種質(zhì)的比例為該物種全部收集品的5% ～30%［2］，本研究分別按 30%(90)、25%(75)、20%(60)、15%(45)、10%(30)的比例進(jìn)行取樣，比較Shannon表型遺傳多樣性指數(shù)HI并與總體種質(zhì)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，將差異不顯著且數(shù)值較大者作為最佳取樣比例，從而確定核心種質(zhì)。

多樣性指數(shù)計(jì)算:將三年桐表型各個(gè)性狀按數(shù)值大小分為5個(gè)類別后會(huì)產(chǎn)生各類別性狀值范圍，依據(jù)該性狀值范圍分別統(tǒng)計(jì)5個(gè)候選核心庫類別的頻率，再根據(jù)Shannon信息指數(shù)的公式進(jìn)行計(jì)算，最后5個(gè)候選核心庫的遺傳多樣性指數(shù)取各性狀的平均值，其計(jì)算公式［2］是:I= － ∑PijlnPij，其中，i代表三年桐表型性狀，j代表各類別性狀值范圍，Pij為某候選核心庫性狀i在j范圍的頻率值。

1.2.2 評(píng)價(jià)方法

獲得核心種質(zhì)后，對(duì)核心種質(zhì)進(jìn)行符合性檢驗(yàn)，對(duì)平均值符合率(CM)、標(biāo)準(zhǔn)差符合率(CS)和變異系數(shù)符合率(VR)3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算，數(shù)值越大則說明核心種質(zhì)越能代表原始群體的遺傳多樣性。平均值符合率、標(biāo)準(zhǔn)差符合率、變異系數(shù)符合率公式如下:

其中，MC(i)、MT(i)分別是核心種質(zhì)和總體種質(zhì)第i個(gè)性狀的平均值，SC(i)、ST(i)分別是核心種質(zhì)和總體種質(zhì)第i個(gè)性狀的標(biāo)準(zhǔn)差，CVC(i)、CVT(i)分別是核心種質(zhì)和總體種質(zhì)第i個(gè)性狀的變異系數(shù)，n是數(shù)量性狀總數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 分組聚類篩選結(jié)果

對(duì)各群體內(nèi)的資源進(jìn)行聚類，在群體內(nèi)的聚類結(jié)果中，將遺傳相似系數(shù)較大的種質(zhì)組合按照出籽率進(jìn)行比較，選出出籽率較大的種質(zhì)，群體分組聚類篩選結(jié)果表1。

2.2 5種取樣比例樣品遺傳多樣性指數(shù)的差異顯著性檢驗(yàn)及比較

對(duì)5種取樣比例樣品與總體種質(zhì)遺傳多樣性指標(biāo)的差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，A1、A2與總體種質(zhì)存在顯著差異(a=0.05)，A3、A4、A5與總體種質(zhì)不存在顯著差異，由此說明A3、A4、A5在表型上能代表全部供試種質(zhì)。再從表23可以看出，以Shannon遺傳多樣性指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，A3(1.2659)的遺傳多樣性指數(shù)比 A4(1.1122)、A5(0.8382)大。因此，本研究認(rèn)為三年桐的核心種質(zhì)構(gòu)建的總體取樣比例以20%為最佳。

因此，三年桐核心種質(zhì)中包括60份種質(zhì)資源，其中朝天群體6份，萬源群體6份，平昌群體4份，梓潼群體6份，萬州群體6份，邛崍群體3份，涪陵群體5份，榮縣群體3份，秀山群體5份，美姑群體4份，鹽源群體6份，會(huì)東群體6份。

表1 三年桐12群體分組聚類篩選結(jié)果Table 1 The filtering result of group clustering method in Vernicia fordii 12 populations

表2 5種取樣比例樣品的遺傳多樣性指數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)及比較Table 2 The comparison and testing of genetic diversity in 5 candidates

2.3 三年桐核心種質(zhì)庫與總體種質(zhì)表型性狀特征值比較

從表3和表4可以看出，三年桐核心種質(zhì)庫與總體種質(zhì)14個(gè)性狀的平均值、最大值、最小值、相對(duì)極差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)特征值的比較情況，同時(shí)平均值符合率為98.07%，標(biāo)準(zhǔn)差平均符合率為94.12%，變異系數(shù)平均符合率為95.70%，說明核心種質(zhì)基本上可以較好的代表總體種質(zhì)的遺傳變異。

3 結(jié)論與討論

3.1 核心種質(zhì)的作用

對(duì)種質(zhì)資源遺傳多樣性的深入評(píng)價(jià)是有效利用種質(zhì)資源的前提，而核心種質(zhì)的構(gòu)建不但可為三年桐育種提供親本材料，同時(shí)也有助于了解三年桐種質(zhì)資源遺傳多樣性的組成特點(diǎn)、分布狀況和利用價(jià)值，對(duì)以后其種質(zhì)資源的有效保護(hù)提供合理的策略。

表3 三年桐核心種質(zhì)庫與總體種質(zhì)各性狀特征值比較Table 3 Comparison of characteristic value between total and key germ plasm in Vernicia fordii

表4 三年桐核心種質(zhì)庫與總體種質(zhì)各性狀特征值符合率比較Table 4 Comparison of characteristic value coincidence between total and key germ plasm in Vernicia fordii

3.2 最佳取樣比例的確定及作用

核心種質(zhì)是以最小的資源數(shù)量和遺傳重復(fù)最大程度地代表整個(gè)遺傳資源的多樣性［3］，那么取樣比例的確定尤為重要，取樣比例也會(huì)因核心種質(zhì)的構(gòu)建目的、管理上的可操作性等的不同而有所差異。本研究對(duì)300份三年桐種質(zhì)資源按照種群的方式分成12組后運(yùn)用分組聚類法，分別按30%、25%、20%、15%、10%的比例抽取5個(gè)候選核心種質(zhì)，比較Shannon表型遺傳多樣性指數(shù)HI，并與總體種質(zhì)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，確定20%為最佳取樣比例，從而確定核心種質(zhì)60份。最后，對(duì)核心種質(zhì)進(jìn)行符合性檢驗(yàn)，平均值符合率為98.07%，標(biāo)準(zhǔn)差平均符合率為94.12%，變異系數(shù)平均符合率為95.70%，說明核心種質(zhì)基本上可以較好的代表總體種質(zhì)的遺傳變異。

3.3 核心種質(zhì)應(yīng)不斷完善

核心種質(zhì)具有動(dòng)態(tài)性，應(yīng)隨時(shí)間和數(shù)據(jù)的補(bǔ)充不斷調(diào)整和完善，一方面要剔除新發(fā)現(xiàn)的冗余材料，另一方面可能具有特定遺傳特性的新征集的材料也應(yīng)被保存進(jìn)核心種質(zhì)庫。在日后應(yīng)增加分子水平研究的數(shù)據(jù)，將表型標(biāo)記與分子標(biāo)記等充分整合起來構(gòu)建核心種質(zhì)。最大限度代表遺傳多樣性，以利于種質(zhì)資源的長(zhǎng)期保存和有效利用。

［1］向青.川渝地區(qū)油桐種質(zhì)資源評(píng)價(jià)和核心種質(zhì)的初步構(gòu)建［D］.雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［2］Lindroth R L，Osier T L，Barnhill H R H，et al.Effects of genotype and nutrient availability on phytochemistry of trembling aspen(Populus tremuloides Michx)during leaf senescence［J］.Biochemical Systematics and Ecology，2002，30:297 ～307.

［3］Frankel O H，Brown A H D.Current plant genetic resources-a-critical appraisal.Genetics:Nen Frontiers Vol.IV［J］.Oxford and IBH Publishing，1984.