漆樹種質(zhì)資源遺傳多樣性研究進(jìn)展

李為民，柏國(guó)清，陳 昊，黎 斌，李思鋒*

(1.陜西省西安植物園；2.陜西省植物研究所,陜西 西安 710061)

漆樹種質(zhì)資源遺傳多樣性研究進(jìn)展

李為民1，2，柏國(guó)清1，2，陳 昊1，2，黎 斌1，2，李思鋒1，2*

(1.陜西省西安植物園；2.陜西省植物研究所,陜西 西安 710061)

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分，也是生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性的基礎(chǔ)。本文從分子水平對(duì)原產(chǎn)我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)樹種——漆樹種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究概況進(jìn)行了綜述，同時(shí)，對(duì)漆樹遺傳多樣性研究發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，以期為該植物的資源保護(hù)與利用提供科學(xué)借鑒。

漆樹；種質(zhì)資源；遺傳多樣性；研究進(jìn)展

漆樹(Toxicodendronvernicifluum) 為漆樹科(Anaeardiaeeae)漆屬 (Toxicodendron) 我國(guó)特有的落葉喬木類重要經(jīng)濟(jì)物種，在我國(guó)已有2000多年栽培歷史。漆樹主要產(chǎn)品生漆是一種優(yōu)良的天然涂料，素有“涂料之王”之美譽(yù)，是現(xiàn)代國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技以及民用的重要原料之一[1-2]。漆樹在長(zhǎng)期的栽培歷史中，除了保留大量的天然野生種質(zhì)外，還形成了由野生漆樹變異而來的許多栽培品種和三倍體漆樹，表現(xiàn)出了豐富的遺傳多樣性，它們都具有一定的形態(tài)特點(diǎn)，適應(yīng)一定的生長(zhǎng)環(huán)境，有些品種并具有產(chǎn)漆量高、生漆品質(zhì)好等特性。漆樹種質(zhì)資源及其遺傳多樣性研究，國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道較少，而我國(guó)學(xué)者多年來先后采用不同方法，從生態(tài)特征、經(jīng)濟(jì)性狀、分枝類型等方面研究探索了漆樹種內(nèi)形態(tài)差異、品種鑒定劃分，并取得了成果。尤其是近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些學(xué)者開始利用分子標(biāo)記方法對(duì)漆樹品種進(jìn)行分析和鑒定，研究了漆樹品種之間的遺傳相關(guān)性，為漆樹品種鑒定、良種選育、資源開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。

1 漆樹地理分布

漆樹原產(chǎn)我國(guó)中部，全國(guó)23個(gè)省(區(qū))、市均有分布，主要分布在陜西、湖北、四川、重慶、甘肅、貴州和云南等省[3]，北京亦有少量分布。就其種群密集度、常見度和種內(nèi)遺傳變異類型而言，我國(guó)的秦嶺、巴山、武陵山、巫山、大婁山、邛崍山和烏蒙山一帶是漆樹在中國(guó)的現(xiàn)代分布中心[4]。漆樹在我國(guó)分布的海拔幅度相對(duì)較大，一般在100～3 000 m之間均有分布，以海拔400～2 000 m之間分布最多[5]。在遼東半島的一些山脈，漆樹的分布海拔只有100 m左右；而在秦巴山區(qū)及六盤山地區(qū)，漆樹的垂直分布海拔在1 000～2 600 m的范圍內(nèi)[6]。在這些分布海拔范圍內(nèi)，其中大型喬木漆樹一般分布在1 200 m以上的范圍內(nèi)，小喬木漆樹一般多分布在海拔1 200 m以下；也就是說，在海拔1 200 m以上的落葉闊葉林中，主要分布的是漆樹的天然林，即野生和半野生漆樹，它們以建群種或優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)；而在海拔1 200 m以下(除滇西北地區(qū)以外)的地區(qū)，栽培、半栽培的人工漆樹林占優(yōu)勢(shì)，一般為單優(yōu)種群落，集約程度相對(duì)較高。研究表明，漆樹的分布與地理位置具有一定的的差異，這可能和垂直海拔的高低有一定關(guān)系。陜西秦巴山區(qū)是我國(guó)漆樹自然集中分布區(qū)之一，天然漆樹在陜西大部分地區(qū)均有分布，經(jīng)調(diào)查，秦巴山區(qū)由北向南，天然林中漆樹的密度逐漸增大[7]。陜西省秦巴山區(qū)人工漆樹主要分布在安康、商洛和漢中三個(gè)市的中低山區(qū)，其中以安康最多，主要品種有高八尺、大紅袍、火焰子、金州紅、金州黃等[8]。

2 漆樹遺傳多樣性研究

2.1 形態(tài)學(xué)水平的表型多樣性研究

表型是生物各種形態(tài)特征的組合、是遺傳變異的重要線索[9]。表型多樣性是指某一群體在其分布區(qū)域內(nèi)不同環(huán)境下的表型變異，是遺傳多樣性與環(huán)境多樣性的綜合表現(xiàn)，對(duì)物種表型多樣性的研究能夠在一定程度上反映物種遺傳變異的程度，是探索物種適應(yīng)機(jī)制的重要方法。

漆樹是我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)樹種之一，漆樹的栽培與生漆使用在我國(guó)已有幾千年的歷史，在長(zhǎng)期的歷史進(jìn)化過程中，形成了許多栽培品種。漆樹的許多性狀為數(shù)量性狀，是受多基因控制的，其性狀的差異多屬于數(shù)量變化，并帶有一定的連續(xù)性。有關(guān)專家依據(jù)不同的研究方法對(duì)我國(guó)的漆樹品種進(jìn)行了品種鑒定，共鑒定出了97個(gè)品種，其中有47個(gè)品種為優(yōu)良品種。彭華昌、馮志堅(jiān)等根據(jù)解剖學(xué)和形態(tài)學(xué)研究方法，先后對(duì)漆樹品種的劃分分別提出了各自的觀點(diǎn)[10-13]，但是關(guān)于漆樹品種的劃分仍然存在爭(zhēng)議。陳振峰等利用數(shù)量分析方法對(duì)全國(guó)46個(gè)品種的漆樹類群的劃分進(jìn)行了研究，利用各品種漆樹的特點(diǎn)，一方面將漆樹品種劃分為大喬木漆樹群和小喬木漆樹群兩大類群，大喬木漆樹的品種表現(xiàn)為樹木高大、壽命長(zhǎng)、投產(chǎn)期較晚，這些漆樹表現(xiàn)為漆液顏色較淺，酸甜味濃，燥性較好；而小喬木漆樹品種樹體矮小、壽命較短、投產(chǎn)期早等，表現(xiàn)為漆液顏色較深、芳香味濃、燥性差等特質(zhì)；另一方面是將漆樹品種劃分為三大類群，第一類群的品種，基本分布于秦巴山區(qū)及鄂西山地，認(rèn)為這一類群是我國(guó)漆樹資源中優(yōu)良品種的類群，其生漆品質(zhì)也相對(duì)優(yōu)良；第二類群的品種，分布于云貴高源的烏蒙山、大婁山、川西山地和湘西的武陵山以及雪峰山區(qū),與第一類群相比，其漆液中的漆酚總量及漆酚含量相對(duì)較低,被認(rèn)為是介于野生漆樹與栽培漆樹之間的過渡類型；而第三類群，仍劃分為小喬木漆樹類群[14]。趙喜萍等對(duì)陜西省13個(gè)漆樹樣本葉子的5個(gè)性狀(形態(tài)標(biāo)記)進(jìn)行了研究，以漆樹葉子的形態(tài)學(xué)特征對(duì)漆樹進(jìn)行數(shù)值分類，結(jié)果顯示寶雞縣秦嶺頂野生漆樹、金州紅和金州黃聚為一類；白皮高八尺、黃茸高八尺和秦佛漆樹聚為一類；南鄭縣元壩鄉(xiāng)野生漆樹、韓城平原鎮(zhèn)漆樹和隴縣關(guān)山漆樹聚為一類；火焰子、大紅袍和紅皮高八尺聚為一類[15]。大紅袍和紅皮高八尺聚為一類的結(jié)果與陳振峰研究的結(jié)論相似。我們以復(fù)葉上小葉數(shù)量與每小葉的葉長(zhǎng)、葉寬，并計(jì)算出其小葉平均長(zhǎng)度、寬度、平均數(shù)目與頂生小葉長(zhǎng)寬比、側(cè)生小葉長(zhǎng)寬比等性狀，采用非加權(quán)對(duì)組算術(shù)平均法(UPGMA)[16]對(duì)陜西6個(gè)分布點(diǎn)的11個(gè)漆樹品種聚類分析結(jié)果顯示，位于陜西平利縣的金洲紅、金州黃漆樹品種聚為一類；陜西商南的茄棵頭，佛坪的秦佛漆以及平利的黃茸高八尺、白皮高八尺四個(gè)品種聚為一類；陜西省西安植物園的大紅袍、高八尺以及平利的大紅袍、紅皮高八尺聚為一類；商南縣的火焰子漆樹品種和柞水的野漆樹聚為一類。這一結(jié)果同樣與趙喜萍和陳振峰的分析結(jié)果相似。

根據(jù)表型性狀研究物種種質(zhì)資源的分類、鑒定及育種材料的選擇、育成品種、雜種的注冊(cè)登記及雜交種的識(shí)別都基本依賴于物種形態(tài)特征分析。利用表型性狀分析物種遺傳多樣性具有快捷、簡(jiǎn)便以及節(jié)省費(fèi)用等特點(diǎn)，但是表型性狀可供分析的基因位點(diǎn)太少，不能全面客觀的反映遺傳變異信息；其次，表型性狀的遺傳標(biāo)記還會(huì)受到生物發(fā)育階段、環(huán)境條件的影響。由于種種限制，在漆樹種質(zhì)資源研究中應(yīng)用的形態(tài)標(biāo)記相對(duì)較少。

2.2 漆樹細(xì)胞學(xué)水平染色體多樣性研究

細(xì)胞學(xué)標(biāo)記指能明確分析染色體形態(tài)、數(shù)目、結(jié)構(gòu)等方面的遺傳多態(tài)性變化。染色體是基因的攜帶者，是遺傳物質(zhì)的載體。染色體多樣性主要包括染色體數(shù)目變異和染色體結(jié)構(gòu)變異兩方面，主要表現(xiàn)在染色體核型(數(shù)目、大小、隨體、著絲點(diǎn)位置等)和帶型(C帶、N帶、G帶等)方面[17]。染色體的變異必然導(dǎo)致遺傳變異的發(fā)生，是生物遺傳多樣性的重要來源。任何生物的天然群落中都存在著一定量的染色體變異，這些變異對(duì)物種的進(jìn)化起著非常重要的作用。

漆樹的染色體一般多為二倍體，但也有研究發(fā)現(xiàn)有些漆樹品種如大紅袍的染色體為三倍體，說明漆樹染色體具有一定的多態(tài)性。尚宗燕等對(duì)西安植物園引種的野生漆樹和7個(gè)栽培品種的漆樹進(jìn)行染色體觀察研究，結(jié)果顯示，出大紅袍外，其余6個(gè)品種也野生漆樹的體細(xì)胞染色體數(shù)均為30。這些2n=30的漆樹大多數(shù)可以正常開花結(jié)實(shí)，在對(duì)花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)行觀察中，清楚的看到15個(gè)二價(jià)體的出現(xiàn)，說明漆樹染色體基數(shù)為X=15，而大紅袍品種的染色體數(shù)為45，按基數(shù)為X=15推算，大紅袍品種為三倍體漆樹[5]。張繼祖對(duì)我國(guó)12個(gè)省的66個(gè)漆樹品種的染色體進(jìn)行觀察，結(jié)果顯示有65個(gè)品種為二倍體(2n=30)，只有陜西省平利縣的大紅袍品種為三倍體漆樹(3n=45)。該品種表現(xiàn)為高度不孕，基本不結(jié)實(shí)，但生長(zhǎng)快，枝葉茂盛，產(chǎn)漆量高[18]。關(guān)于三倍體漆樹的品種表現(xiàn)為高度不孕，可能的原因是由于在減數(shù)分裂時(shí)的染色體沒有正常配對(duì)，未能形成正常的二倍體而造成三倍體漆樹繁殖器官退化，不結(jié)實(shí)。雖然三倍體漆樹不結(jié)實(shí)，但是，漆樹的營(yíng)養(yǎng)器官卻異常發(fā)達(dá)，表現(xiàn)為生長(zhǎng)速度快、枝葉茂盛、樹皮較厚、樹干挺拔粗壯，漆質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)漆量明顯高于其他品種等優(yōu)良特質(zhì)。關(guān)于三倍體漆樹的起源，可能是由結(jié)實(shí)率較高的野生漆樹，經(jīng)過人為的長(zhǎng)期栽培，與其他栽培漆樹品種或野生漆樹通過雜交而來，故這種三倍體漆樹生漆的質(zhì)量和產(chǎn)漆量都具有野生漆樹和栽培漆樹的綜合性狀，質(zhì)量較好。

2.3 漆樹同工酶和等位酶多樣性研究

同工酶是指由不同的基因位點(diǎn)所編碼，在機(jī)體內(nèi)催化同一反應(yīng)的酶的不同分子表現(xiàn)形式，即具有同一種功能但有不同分子結(jié)構(gòu)的酶。等位酶指同一基因位點(diǎn)上不同等位基因所編碼的同一種酶的不同分子型。在種內(nèi)水平上，等位酶可作為一種穩(wěn)定的遺傳標(biāo)記，通過等位酶分析可以測(cè)量遺傳變異性[19]。它們作為基因表達(dá)的直接產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)的多樣性在一定程度上可以反映生物DNA組成上的差異和生物體的遺傳多樣性。李美榮利用同工酶譜分析了漆樹、野漆和木臘漆之間的差異，結(jié)果表明漆樹與野漆樹之間遺傳基礎(chǔ)差異很大，沒有一個(gè)過氧化物酶位點(diǎn)是同樣活化的。相比之下，兩種野漆樹之間有兩個(gè)過氧化物酶位點(diǎn)總是活化的，兩種野漆樹之間過氧化物酶表達(dá)方面的差異比漆樹之間的差異要小[20]；王米力用聚丙烯酰胺凝膠電泳對(duì)31個(gè)四川漆樹品種作過氧化物酶(Px)同工酶分析，結(jié)果顯示31個(gè)四川漆樹品種252個(gè)樣本中譜型的分離普遍存在于各品種中；對(duì)漆樹無性系的同工酶鑒定發(fā)現(xiàn)，凡來自同一無性系的根繁植株，其(Px)同工酶譜型完全一致，表明漆樹過氧化物酶同工酶在同一無性系內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定[21]。

2.4 漆樹分子水平 DNA 多態(tài)性研究

DNA分子標(biāo)記(DNA molecular marker)是植物分子遺傳多樣性研究中最常用的一種方法，它為植物系統(tǒng)進(jìn)化研究提供了大量的信息數(shù)據(jù)，DNA分子標(biāo)記分析的結(jié)果往往能夠?qū)ΜF(xiàn)存的分類學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。DNA分子標(biāo)記的檢測(cè)分析不受生物組織特異性、環(huán)境以及發(fā)育階段的影響，并具有遺傳穩(wěn)定、多態(tài)性高、數(shù)量大等優(yōu)勢(shì)，相比于同工酶，克服了標(biāo)記表達(dá)的時(shí)空問題，現(xiàn)已成為研究生物遺傳多樣性、遺傳變異的有利工具，廣泛應(yīng)用于遺傳育種、基因定位、基因克隆等方面。趙喜萍利用AFLP標(biāo)記技術(shù)對(duì)陜西省栽培的9個(gè)漆樹品種進(jìn)行了指紋圖譜分析及鑒定，結(jié)果顯示，8對(duì)AFLP引物對(duì)9個(gè)漆樹品種進(jìn)行擴(kuò)增共產(chǎn)生了2807條多態(tài)性條帶，多態(tài)性比例達(dá)62.89%，且同一引物對(duì)不同品種的擴(kuò)增呈現(xiàn)出豐富的多態(tài)性；另外對(duì)9個(gè)漆樹品種的相似性進(jìn)行初步分析，結(jié)果顯示，白皮高八尺品種與金州黃品種的親緣關(guān)系最近，而秦佛漆樹、火焰子與白皮高八尺、黃茸高八尺和金州黃的親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)[22]。這一結(jié)果與趙喜萍、陳振峰等關(guān)于漆樹表型多樣性研究的結(jié)果有一定的差異，再次表明，表型性狀分析的基因位點(diǎn)較少，不能全面客觀的反映遺傳變異信息；魏朔南等采用HPLC指紋圖譜技術(shù)分析了陜西8個(gè)品種漆樹和5個(gè)野生居群漆樹的樹皮提取物化學(xué)成分，并以提取物中6個(gè)化學(xué)成分含量為變量進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明，漆樹8個(gè)品種和5個(gè)野生居群的13個(gè)樣品平均相似度為0.974；漆酚總量之間存在差異；聚類分析結(jié)果顯示，依據(jù)漆酚總量等6個(gè)變量完全可將漆樹8個(gè)品種的8個(gè)樣品分開，表明單烯漆酚為區(qū)分8個(gè)樣品的第一關(guān)鍵因子，采自商南的2個(gè)漆樹品種樣品和采自平利的6個(gè)品種樣品分別聚為兩類，表明其聚類結(jié)果與漆樹地理分布存在密切關(guān)系[4]。以上研究結(jié)果表明了漆樹不同品種之間的親緣關(guān)系及存在的遺傳差異。目前關(guān)于漆樹DNA分子水平上的遺傳多樣性研究鮮見報(bào)道，漆樹種內(nèi)品種鑒定以及優(yōu)良品種選育指標(biāo)的篩選仍是漆樹研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

3 展望

DNA分子標(biāo)記具有快速、靈敏、精確、直接等優(yōu)點(diǎn)，近些年發(fā)展十分迅速，已成為目前遺傳多樣性研究的主要手段，不受環(huán)境與基因表達(dá)與否的限制，遍及整個(gè)基因組，多態(tài)性高、遺傳穩(wěn)定、數(shù)量較多。另一方面，物種的遺傳多樣性可以體現(xiàn)在從形態(tài)到DNA的各個(gè)水平上，因此對(duì)一個(gè)物種的遺傳多樣性研究也應(yīng)建立在不同的層次上。本文所綜述的有關(guān)漆樹遺傳多樣性的研究分析各有利弊，因此在以后的研究工作中還應(yīng)視具體情況具體分析。形態(tài)學(xué)研究和細(xì)胞學(xué)的研究方法可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)漆樹遺傳變異的大小有一個(gè)大致的了解，但僅僅根據(jù)表型性狀來判斷基因型可能存在一定的差異；等位酶分析可以從分子水平對(duì)漆樹種群遺傳變異進(jìn)行比較客觀的分析，但其遺傳標(biāo)記的數(shù)量比較有限，不能完全遍及整個(gè)基因組；但是，這些關(guān)于漆樹遺傳多樣性的研究方法并不互相排斥，可以同時(shí)采用以上幾種方法進(jìn)行不同的研究分析，相互補(bǔ)充，以便更全面、更多層次、多角度地揭示漆樹種質(zhì)的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)。

漆樹遺傳資源是漆樹優(yōu)良品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是漆樹起源、遺傳、分類和進(jìn)化等生物學(xué)研究的基礎(chǔ)材料。開展漆樹種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究不僅可以探討其遺傳變異和遺傳結(jié)構(gòu)，為漆樹種質(zhì)資源開發(fā)利用提供豐富的基礎(chǔ)理論依據(jù)，而且為建立漆樹優(yōu)良種質(zhì)保護(hù)區(qū)、制定生漆質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)都具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。文獻(xiàn)研究顯示，從20世紀(jì)至今，我國(guó)關(guān)于漆樹種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究已經(jīng)取得了一定的成果，已從傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)研究水平深入到分子水平，從分子水平上進(jìn)行漆樹種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究，可以增強(qiáng)漆樹品種改良的目的性，同時(shí)也能為漆樹雜交育種親本的選擇提供理論依據(jù)；但是就目前漆樹在分子水平上的研究進(jìn)展來看，我國(guó)對(duì)漆樹遺傳多樣性的研究還相對(duì)較少，研究不夠深入，造成漆樹品種的來源往往模糊不清，沒有相應(yīng)的漆樹優(yōu)良種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，優(yōu)良品種得不到保護(hù)利用。因此，應(yīng)利用不斷發(fā)展的DNA分子標(biāo)記方法，加強(qiáng)我國(guó)漆樹種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究，進(jìn)一步分析其交配系統(tǒng)、親緣關(guān)系、遺傳結(jié)構(gòu)、遺傳漂變、基因流等各方面對(duì)其群體的影響；多層次、多角度、多方面地揭示漆樹遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)。采用常規(guī)方法與不斷創(chuàng)新的分子生物學(xué)研究技術(shù)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)將分子水平的遺傳多樣性與表型多樣性統(tǒng)一起來。通過開展系統(tǒng)且深入的研究工作，來揭示漆樹表型遺傳變異與DNA水平上的遺傳多態(tài)性間存在的內(nèi)在聯(lián)系，客觀地評(píng)價(jià)其遺傳育種的潛力。對(duì)其重要經(jīng)濟(jì)性狀如產(chǎn)漆量的基因進(jìn)行定位研究，發(fā)掘優(yōu)異基因，為優(yōu)良品種選育提供基因資源，建立優(yōu)良品種示范基地，為漆樹的保護(hù)以及合理開發(fā)利用提供豐富的理論依據(jù)。

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Advance in Research on Genetic Diversity ofToxicodendronvernicifluum

LI Wei-min1,2, BAI Guo-qing1,2, CHEN-hao1,2, LI Bin1,2, LI Si-feng1,2,*

(Xi’anBotanicalGardenofShaanxiProvince,InstituteofBotanyofProvince,ShaanxiXi’an710061)

Genetic diversity as an important component of biodiversity is a fundamental aspect of ecosystem diversity and species diversity.Toxicodendronvernicifluumis not only an important economic tree species in China, but also an excellent ecological tree species. The advances in genetic diversity ofLacertagermplasmresources at molecular level were reviewed. At the same time, the trend of research on the genetic diversity ofLacquertree was prospected.

Toxicodendronvernicifluum; germplasm resources; genetic diversity;research advance

2016-11-08

國(guó)家科技支撐計(jì)劃專題：“漆樹特色種質(zhì)挖掘與創(chuàng)新利用”(2013BAD01B06-7)。

李為民(1982-)，男，甘肅隴南人，助理研究員，碩士，主要從事植物分子生物學(xué)研究。E-mail：jake219@163.com。

*通訊作者

S792.99

A

1001-2117(2017)02-0097-04