油松24種源單萜烯組分遺傳變異1)

王建義

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，太原，030012)

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油松24種源單萜烯組分遺傳變異1)

王建義

(山西省林業(yè)科學(xué)研究院，太原，030012)

從24個油松種源單株采集2年生枝條上的針葉，進(jìn)行單萜烯組分分析，研究種源綜合萜烯組分變異性與地理空間變異的關(guān)系。結(jié)果表明：茨烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種源間的變異幅度較大，其相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異在油松全分布區(qū)范圍內(nèi)存在著顯著的地理變異趨勢。油松種源差異顯著，可分為北部類群、中部類群、西南類群和山東類群等4個類群，類群間單萜烯組分分化顯著。觀察到α-蒎烯、茨烯和β-蒎烯等成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其種源產(chǎn)地經(jīng)緯度有機明顯的地理變異規(guī)律。

油松；單萜烯組分；遺傳變異

油松林木在漫長的系統(tǒng)生長發(fā)育中存在著群體間的性狀差異，這種表型上的性狀變異來自于環(huán)境的差異和遺傳上的變異綜合作用的結(jié)果。油松的全分布區(qū)地理種源試驗主要開展于20世紀(jì)80年代[1-4]，把全分布區(qū)的油松種源集中在一塊進(jìn)行種源對比試驗，研究相對一致的自然環(huán)境下不同種源的變異及其遺傳穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行種源選擇是切實可行的方法。在我國，林木種源試驗始于20世紀(jì)50年代[5]。

單萜類是由兩個彼此聯(lián)結(jié)的異戊烷(異戊二烯)單元組成碳架的C10化合物，是針葉樹組織產(chǎn)生的含油樹脂揮發(fā)部分的主要成分。單萜組分在種內(nèi)各植株間有很大差異，以總單萜為基數(shù)的相對組成有很強的遺傳性。因此，單萜組分的研究對了解種內(nèi)遺傳變異規(guī)律進(jìn)行間接選擇改良提供了一條新的途徑[6-10]。70年代以來，國外學(xué)者利用單萜組分對主要針葉樹種天然群體的地理變異進(jìn)行了研究。國內(nèi)對杉木萜烯組木的性狀遺傳也開展過研究，對馬尾松不同家系間的松脂組分進(jìn)行研究[11]。

油松是我國北方地區(qū)特有的分布廣泛的樹種，對比不同地理來源油松林分子代生長的相對優(yōu)異程度，研究不同種源在單萜組分的地理變異規(guī)律，評價選擇相對優(yōu)異的地理種群與林分，為豐富油松地理變異的認(rèn)識，指導(dǎo)油松群體種質(zhì)的科學(xué)利用和持續(xù)改良等提供理論依據(jù)和實踐參考[12-13]。

1 材料與方法

1.1 采樣和處理

用于單萜烯組分測定的樣本，來源于呂梁林局上莊油松種子園全分布區(qū)油松24種源試驗林。這些種源的地理位置見表1，樣品收集在2002年進(jìn)行，從各種源單株樹上采集2年生枝條上的針葉，剪碎后加入等量丙酮，密封24 h后隨即進(jìn)行單萜烯組分測定。每種源采單株15株，采樣及測試在10 d內(nèi)完成。

1.2 測試條件

儀器為GC9A日本島津產(chǎn)氣象色譜儀；載氣(氫氣)42 cm/s；色譜柱BP20/25 m×0.53 mm；柱溫80 ℃恒溫；汽化室150 ℃；數(shù)據(jù)處理機CR4A。用測算色譜圖峰面積的方法，計算以萜烯總量為基數(shù)的各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以百分率表示。

1.3 數(shù)據(jù)分析

表1 全分布區(qū)油松24種源地理位置

2 結(jié)果與分析

2.1 萜烯組分的種源變異

經(jīng)氣譜分析發(fā)現(xiàn)油松樹脂揮發(fā)性物質(zhì)有6種單萜類組分，結(jié)合質(zhì)譜分析鑒定出4種單萜物質(zhì)，分別為α-蒎烯、茨烯、β-蒎烯和蒙烯，另有兩種質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少的組分尚待進(jìn)一步鑒定。從表2可見，油松種群單萜類總量中α-蒎烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(占61.09%)，其次為β-蒎烯(19.841%)，茨烯、蒙烯組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(分別為6.87%和6.73%)。在整個油松種群中，蒙烯的變動系數(shù)最大，達(dá)77.3%，α-蒎烯變動系數(shù)最小，僅為16.9%。α-蒎烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高值為陜西寧陜種源(70.115%)，最小值為寧武種源(52.788%)，該組分在種源內(nèi)變異最大值出現(xiàn)在陜西寧陜(27.9%)。茨烯最大值為內(nèi)蒙古寧城種源(8.95%)，寧陜種源最小(2.84%)，該組分在寧陜種源內(nèi)變異最大(72.5%)。β-蒎烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的種源為河南臺(30.21%)，最小值為河北遷西種源(14.978%)，陜西寧陜種源內(nèi)變異系數(shù)最大(80.3%)。蒙烯最大值為山西文水種源(7.89%)，最小值為陜寧陜種源(3.04%)。種源內(nèi)該組分變異最大值為內(nèi)蒙古烏拉山種源(200%)。

對各組分的方差分析表明，α-蒎烯、茨烯組分相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異在種源內(nèi)達(dá)極顯著水平，β-蒎烯達(dá)顯著水平，各種源間蒙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著差異(見表3)。

表2 油松24種源單萜烯組分均值和變動系數(shù)

表3 油松種源單萜組分方差分析結(jié)果

注：** 表示在1%水平差異極顯著；*表示在5%水平差異顯著。

從4種單萜烯組分在種源間與種源內(nèi)的方差分量來看，蒙烯的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種源間差異僅占2.54%，α-蒎烯和β-蒎烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然在種源間存在極顯著和顯著差異，但在種源間的變異程度也不是太大(分別占總變異的5.62%和4.78%)。茨烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種源間的變異幅度較大(占總變異17.1%)。這3種組合可望在研究油松種源的變異中發(fā)揮較大作用。

2.2 萜烯組分與地理因素的相關(guān)性

種源間存在顯著差異的3種組分(α-蒎烯、茨烯、β-蒎烯)與地理因子(經(jīng)度、緯度和海拔)的相關(guān)系數(shù)見表4。

表4 單萜烯組分與地理因子的相關(guān)系數(shù)

注：** 表示在1%水平差異極顯著；*表示在5%水平差異顯著。

結(jié)果表明，相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的α-蒎烯與地理因子的均不存在顯著的相關(guān)關(guān)系；茨烯與經(jīng)、緯度相關(guān)極顯著，與海拔呈負(fù)相關(guān)，但沒有達(dá)顯著水平；β-蒎烯與緯度呈顯著負(fù)相關(guān)，與經(jīng)度、海拔相關(guān)不顯著。從相關(guān)分析可知，茨烯的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異在油松全分布區(qū)范圍內(nèi)存在著顯著的地理變異趨勢。

2.3 油松種源化學(xué)類群劃分

為了探索油松種群在單萜組分方面總的地理趨勢，采用主成分分析來尋求3種單萜組分在緯度、經(jīng)度、海拔等三維空間的變異格局。第一對典范變異ξ1和η1的典型相關(guān)系數(shù)為0.781 2，表明單萜組分變量與地理因子是相關(guān)的。表5列出了各典范變量的特征及累積信息量。可以看出，前二對典范變量的累積信息量已達(dá)94.6%，表明前二對變量中研究組分的地理變異已能代表所有變量的狀態(tài)。

表5 典范變量的特征與累積信息量

特征方程為：

X—特征方程ξij=0.046 2x1-0.004 3x2+0.048 5x3。

Y—特征方程ηij=-0.016 9y1(經(jīng)度)-0.018 4y2(緯度)+0.000 01y3(海拔)。

利用ξ1和η1變量為軸，畫出24個種源的排序圖(圖1)。由圖可見，各種源在由ξ1和η1構(gòu)成的二維平面上呈明顯的簇聚狀分布狀態(tài)，并且這種狀態(tài)與各種源的地理位置存在著密切的關(guān)系。根據(jù)各種源第一對典范變量構(gòu)成的排序圖中的簇聚狀態(tài)及只有地理相鄰的種源才能歸為一類的原則，將油松整個種群劃分為4個化學(xué)類群。ξ1變量為負(fù)值，η1變量值也最小的類群為北部類群。它包括處于油松分布區(qū)東北位置的所有遼寧、河北、內(nèi)蒙古東部的種源。ξ1為負(fù)值，η1為正值，但值較小(0.1以下)的為中部類群，為山西和內(nèi)蒙古西部種源。ξ1為正值，η1值在0.1以上的為西南類群，包括了位于油松分布區(qū)西部和南部的種源。在排序圖上山東種群的位置居以上3類群中部，單獨劃分為山東類群。

圖1 油松24個種源CA排序圖(第一對典范變量)

2.4 類群間單萜烯組分檢驗結(jié)果

表6列出了油松4個化學(xué)類群的單萜烯組分值和變動系數(shù)。表7為類群間單萜烯組分t—檢驗結(jié)果，從均值表和差異檢驗結(jié)果看，北部類群和中部類群除β-蒎烯組分差異顯著外，其余組分均沒有差異。北部類群與西南類群分化最大，除α-蒎烯外，其余組分均存在顯著差異。中部類群與西南類群茨烯組分差異顯著，其余組分不顯著。從t檢驗分析看，北部類群與西南類群分化強烈，中部類群與山東類群處于過渡狀態(tài)，中部類群較接近于北部類群，而山東類群接近于西南類群。這種在較大區(qū)域間才顯示出分化的特性，可能是由化學(xué)特性的進(jìn)行具有相對的獨立性。所受的自然選擇壓力較小的緣故。

表6 4個類群單萜烯組分值與變動系數(shù)

表7 油松化學(xué)類群間t-檢驗分析表

注：*表示在5%水平差異顯著；** 表示在1%水平差異極顯著。

3 結(jié)論與討論

油松種群單萜類總量中α-蒎烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次為β-蒎烯，茨烯、蒙烯組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，且有明顯的地區(qū)性差異，蒙烯的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種源間差異僅占2.54%，α-蒎烯和β-蒎烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然在種源間存在極顯著和顯著差異，但在種源間的變異程度不大。茨烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種源間的變異幅度較大。不同萜烯組分有不同的地理變異模式[14-17]。這3種組合可望在研究油松種源的變異中發(fā)揮較大作用。

油松劃分為4個化學(xué)類群中，北部類群與西南類群分化最大，除α-蒎烯外，其余組分均存在顯著差異。中部類群與西南類群茨烯組分差異顯著，其余組分不顯著。從t檢驗分析看，北部類群與西南類群分化強烈，中部類群與山東類群處于過渡狀態(tài)，中部類群較接近于北部類群，而山東類群接近于西南類群。這種在較大區(qū)域間才顯示出分化的特性，推測是由化學(xué)特性相對的獨立性。所受的自然選擇壓力較小的緣故。

油松化學(xué)類群的劃分，豐富了對該樹種的地理變異規(guī)律的認(rèn)識。各類群單萜組分的特性，為利用單萜烯組分初步判別種源的地理來源提供了基礎(chǔ)[18]。茨烯組分差異極顯著，與地理因子關(guān)系密切，可作為遺傳標(biāo)志在遺傳育種工作中應(yīng)用。當(dāng)然，尚需對油松單萜類的遺傳特性做深入的研究，仍需鑒定油松其它單萜烯組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

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Genetic Variation of Chinese Pine 24 Source by Monoterpene Component Analysis//

Wang Jianyi
(Shanxi Academy of Forestry Seciences, Taiyuan 030012, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(6)：22-25.

Pinustabulaeformis; Monoterpene components; Genetic variation

王建義，男，1983年6月生，山西省林業(yè)科學(xué)研究院，工程師。E-mail:kanry086@163.com。

2016年12月16日。

S722.3+3

1)山西省科技計劃項目(20130311023-1)。

責(zé)任編輯：潘 華。

With two-year shoots of needles from 24 provenances of Chinese pine tree, by monoterpene component analysis, we studied the relationship between a source component variant specific integrated terpene and geographical space. Camphene relative content variation among provenances was larger, and there was significant geographical variation trend for the relative content in a significant range of the distribution area ofPinustabulaeformis. There are significant differences between provenances ofP.tabulaeformis, which can be divided into four groups including the northern group, the central group, the southwest group and the Shandong group, and the groups of monoterpene components are significantly differentiated. There is obvious geographic variation between the contents ofα-pinene, camphene andβ-pinene and other ingredients, and the latitude and longitude of the origin source.