西藏喜馬拉雅山荊子生態(tài)地理分布及表型遺傳多樣性研究

謝紅江，李艷鋒，陶 煉，楊文淵，代安國，左 力，宦云敏

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，四川 成都 610066；2.農(nóng)業(yè)部西南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；3.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院蔬菜研究所，西藏 拉薩 850032)

【研究意義】喜馬拉雅山荊子[MalusrockiiRehd. (M.baccatavar.himalaica(Maxim.) Schneid.)]，又名麗江山荊子，為薔薇科蘋果屬山荊子系植物，因長勢強(qiáng)、易繁殖且具有較強(qiáng)的抗鹽堿能力等特點(diǎn)，是我國西南蘋果產(chǎn)區(qū)常用的砧木[1]。研究西藏喜馬拉雅山荊子生態(tài)地理分布及表型遺傳多樣性，對揭示種群的蘊(yùn)藏量、分布區(qū)域、多樣性及適應(yīng)性提供科學(xué)依據(jù)，為保護(hù)資源進(jìn)而合理利用意義重要。 【前人研究進(jìn)展】野生果樹群體是品種改良與創(chuàng)新的重要基因，歷來倍受高度重視[2]，有關(guān)云南西北和四川西南的喜馬拉雅山荊子分布及相關(guān)遺傳性狀報(bào)道較多[3]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】過去受交通、語言等條件限制對野生蘋果屬種質(zhì)資源考察收集工作并不全面，而對特殊地理區(qū)位的西藏喜馬拉雅山荊子生態(tài)地理分布及表型遺傳多樣性研究鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，本研究采用實(shí)地調(diào)查及采樣研究相結(jié)合的方法，研究西藏喜馬拉雅山荊子生態(tài)地理分布、表型遺傳多樣性，分析群體自然變異類型，探討山荊子組的演化過程。

1 材料與方法

1.1 生態(tài)自然概況

由于地形、地貌和大氣環(huán)流的影響，西藏的氣候獨(dú)特且復(fù)雜多樣，西北嚴(yán)寒干燥、東南溫暖濕潤的氣候特征明顯，具有熱帶、亞熱帶、高原溫帶、高原亞寒帶、高原寒帶立體氣候類型。太陽輻射能最多的地方，比同緯度的平原地區(qū)多一倍或1/3，日照時(shí)間也是全國最長的，年均日照達(dá)2000～2700 h。南、北氣候差異很大，藏南谷地受印度洋暖濕氣流的影響，溫和多雨，年平均氣溫8 ℃，最低月均溫-16 ℃，最高月均溫16 ℃以上；藏北高原為典型的大陸性氣候，年平均氣溫0 ℃以下，冰凍期長達(dá)半年，最高的7月不超過10 ℃，6-8月較溫暖，雨季多夜雨。同時(shí)干季和雨季分明，一般每年10月至翌年4月為干季，5-9月為雨季，各地降水量也嚴(yán)重不均，雨量一般占全年降水量的90 %左右。

1.2 調(diào)查內(nèi)容及方法

到當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)局或林業(yè)局了解調(diào)查樹種的主要分布地點(diǎn)，向當(dāng)?shù)厝罕娬{(diào)查了解，請向?qū)?，找到喜馬拉雅山荊子的分布地。并在每個(gè)點(diǎn)對有代表性植株采集2～3份帶果標(biāo)本，掛簽記錄。葉片大小、果實(shí)大小和果柄長均測定20片葉或者20個(gè)果實(shí)，測胸徑和樹高，估計(jì)樹齡。實(shí)地詳細(xì)調(diào)查其生境、立地條件、土壤、植被以及生存狀況；并采集標(biāo)本，對現(xiàn)狀進(jìn)行錄像和拍照。

對每個(gè)點(diǎn)有代表性的植株描述和測量：植株高、胸徑、樹齡估計(jì)、葉片形狀、葉緣、葉尖、葉基、葉片有無毛、葉柄長、托葉形狀，一年生枝顏色，果實(shí)形狀、大小、顏色、萼片有無、心室數(shù)等植物學(xué)形態(tài)特征。在室內(nèi)對土壤樣品、果實(shí)的糖和酸含量進(jìn)行分析測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 野生居群的分布與保存現(xiàn)狀

2.1.1 居群分布、生長環(huán)境及適宜性 項(xiàng)目組分6次組織專家考察西藏全境內(nèi)的3個(gè)市82個(gè)鄉(xiāng)村，實(shí)地勘察大、小野生居群95個(gè)，行程16 530 km，采集分布區(qū)內(nèi)群體類型照片、GPS記錄數(shù)據(jù)523 份。對喜馬拉雅山荊子分布及立地環(huán)境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，生長于氣候多樣的高海拔區(qū)域，分布的范圍廣、跨度大的特點(diǎn)顯著。主要呈帶狀分布于雅魯藏布江及其下游支流的尼洋河和帕隆藏布江、怒江流域海拔2800～3300 m，集中分布在林芝縣、米林縣、工布江達(dá)、朗縣、波密縣等地，多生長于沿山谷的山坡、沖積土形成的河床半濕地、河岸的闊葉林緣或針闊葉混交林緣、或冰磧地和冰川腳下，土質(zhì)多為沙土或沙礫土。對分布區(qū)的立地氣象環(huán)境分析表明，年平均氣溫7.8～11.0 ℃，極端最低氣溫-19.7～-10.5 ℃，無霜期為153～176 d，年均降水量477～977 mm，山荊子生長結(jié)果表現(xiàn)正常，葉片較厚、被有蠟質(zhì)層，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗寒性、抗旱性。對其分布區(qū)內(nèi)立地土壤測試表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量為8.7～14.5 g/kg，氮、磷、鉀的含量也低，并且pH為7.5～8.2，土壤多為偏堿性，雖然多數(shù)資源報(bào)道山定子不耐鹽堿，可推斷山荊子具有較強(qiáng)的抗旱、耐貧瘠和耐鹽堿能力。而那些生長于江河流域附近的林緣溝渠兩邊或河谷兩岸的半濕潤地帶，則表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐濕性?？傊?，結(jié)合分布居群的立地土壤、氣候等相關(guān)資料分析表明，喜馬拉雅山荊子具有適應(yīng)強(qiáng)的基本特征突出。

表1 居群立地條件下土壤營養(yǎng)及相關(guān)氣象比較Table 1 Soil nutrition and related meteorological comparison under condition of colony site

2.1.2 樹齡結(jié)構(gòu)分布 樹齡結(jié)構(gòu)分布的研究對喜馬拉雅山荊子種群動(dòng)態(tài)的意義重大，但總體特點(diǎn)為樹齡跨度大，古老樹體結(jié)構(gòu)分布多、保存完好。調(diào)查結(jié)果表明從1年生幼樹至400余年生老樹均有分布，多年生老樹萌蘗與分枝較多，結(jié)果能力均較強(qiáng)，在樹齡較大的樹下或周圍多零星分布20年生以下的山荊子，性狀與母株相似。其中20年生以下的幼樹分布較少，主要是該地區(qū)的牛、羊以散放養(yǎng)為主，對生長的幼樹破壞較大，約占6.24 %，20～80年生之間分布占11.5 %～16.78 %，80～140年生的比較集中，占35.73 %，140年生以上占16.44 %，其中240年生以上的約為3.01 %(圖1)，田間調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，400年生以上的老樹多分布于藏民耕種的田埂或濕潤的溝渠邊上，多保存完好。

2.1.3 居群的抗病性調(diào)查 在西藏獨(dú)特的生境條件下，田間抗病性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在沒有任何人工的灌溉、藥劑防治及其它保護(hù)的條件下，其區(qū)域性特點(diǎn)明顯，整體蟲害危害少，病害發(fā)生輕重不一的特點(diǎn)突出。重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)山荊子枝干上幾乎沒有發(fā)現(xiàn)腐爛病、輪紋病等，而銹病則以米林、林芝發(fā)生重，這與立地環(huán)境中其它如松柏混生有關(guān)。褐斑病、輪斑病、斑點(diǎn)病在波密的山荊子則發(fā)生嚴(yán)重，采樣時(shí)有樹葉被病菌感染而基本全落葉。同時(shí)野生種群中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)凍害、日灼、抽條現(xiàn)象。

2.2 野生居群表型遺傳多樣性分析

2.2.1 植株生長發(fā)育的遺傳多樣性 在不同地區(qū)或同一地區(qū)的喬化成齡山荊子植株高度可達(dá)7～15 m以上，樹干光滑、少數(shù)有枝刺，如米林、林芝和波密的山荊子居群中發(fā)現(xiàn)少數(shù)樹干或枝梢分布著枝刺，但稀密程度不同；樹姿以直立型和開張型為主，僅有少量樹姿為半開張型；一年生枝多以褐色、灰褐色、暗褐色為主，這可能與植株分布海拔高度或與生長的陰坡、陽坡時(shí)所處的日照有較大的關(guān)系。而400 多年生古老大樹，株高26 m，胸徑75 cm。不同區(qū)域生長的山荊子的葉片大小、形狀、葉緣及葉基形狀同樣表現(xiàn)出多樣性(表3)。

圖1 居群樹齡結(jié)構(gòu)Fig.1 Tree-ages structure of population

2.2.2 果實(shí)的遺傳多樣性 不同地區(qū)或同一地區(qū)的山荊子不僅果實(shí)的大小、顏色、形狀和果柄長短等存在明顯的多樣性(表4、圖2)。山荊子果實(shí)顏色多樣性表現(xiàn)為紫紅、醬紅、濃紅、紅、黃色等不同類型，色澤有的由濃紅、紅、黃向淺色過渡，而有則由紫紅、紫色著色逐漸加深，但居群中紅色占主導(dǎo)，在自然授粉條件或長期的進(jìn)化中產(chǎn)生了紫色、黃色等少數(shù)變異類型，經(jīng)過多年繁衍固定了遺傳優(yōu)勢。

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，果實(shí)形狀上差異明顯，有的果實(shí)呈近球形到扁圓形，有的呈卵圓形，有的則為梨形，如在林芝增巴村的山荊子，葉較小，果少，呈梨形，有的植株上部分果存在宿萼現(xiàn)象；果實(shí)大小有大果型和小果型2種類型，田間表現(xiàn)為大果型的植株生長較直立，枝粗葉大，葉背絨毛較少，葉緣有細(xì)銳鋸齒，據(jù)當(dāng)?shù)毓r(nóng)介紹，大果型做砧木，嫁接苗木長勢旺，而小果型嫁接的蘋果有小腳現(xiàn)象，能提前結(jié)果。在居群中還發(fā)現(xiàn)山荊子果梗長短變異特征明顯，一般果梗長度3.0～4.5 cm，而在波密和林芝兩地則發(fā)現(xiàn)果梗長度僅為1.5～2.2 cm的短梗類型。

表2 居群主要病害抗性比較Table 2 Comparison of main disease resistance in population

注：“-”表示無發(fā)生；“ + ” 表示危害輕; “ + + ”表示危害較重；“ + + + ” 表示危害嚴(yán)重。
Note：‘-’means no harm；‘+’means slight harm；‘+ +’means more harm；‘+ + +’means severe harm.

表3 不同分布地點(diǎn)山荊子植物學(xué)性狀比較Table 3 Comparison of botanical characters of Malus rockii Rehd. in different distribution sites

對山荊子果實(shí)風(fēng)味分析表明，果實(shí)風(fēng)味也存在較大差異，一般糖含量11.84 %～29.36 %，酸的含量1.85 %～4.35 %，如在波密發(fā)現(xiàn)高糖含量類型，含糖量為29.36 %。并且考察區(qū)內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)山荊子一種蘋果屬植物，多數(shù)山定子都保持有較高的自然授粉結(jié)實(shí)率，每序最低坐果3個(gè)，最多的達(dá)到8個(gè)，每序平均坐果約為4.5個(gè)，雖然種子普遍較小，但子粒飽滿，一般鮮果出種率為3 %～3.5 %，每公斤種子約有13萬粒左右。

3 討 論

3.1 野生居群的生態(tài)地理分布

物種的分布多受氣候、土壤、地形及物種自身散布能力、生物之間的相互競爭等影響，有關(guān)蘋果野生種質(zhì)資源研究報(bào)道較多[4-6]，《中國果樹志·蘋果卷》、《蘋果屬植物種質(zhì)資源研究》等文獻(xiàn)中，報(bào)道了山荊子主要分布于東北、華北、西南等地[3-4]，并根據(jù)世界蘋果屬植物系統(tǒng)發(fā)育樹中提出山定子組(MalusbaccatusJiang) 最初起源于我國西南的云、貴、川等地[6-10]。2011-2017年作者先后6次實(shí)地對雅魯藏布江及其下游支流的尼洋河和帕隆藏布江、怒江流域進(jìn)行系統(tǒng)的考察，取得了新的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了規(guī)模最大的原始山荊子野生種群，居群生態(tài)地理分布表現(xiàn)為高海拔、跨度大、類型多樣，隨著海拔的升高其居群分布少、樹齡大，較低海拔則居群數(shù)量多，分布密，呈輻射狀分布與演化，樹齡結(jié)構(gòu)組成新老交替分布，生物學(xué)特性等表現(xiàn)越豐富，演化類型較多，其資源儲(chǔ)備量、變異類型、分布規(guī)模等不亞于川滇古陸范疇區(qū)域。因而可進(jìn)一步推斷經(jīng)多年演化、篩選、淘汰形成西藏高海拔特殊的群，有可能是山荊子組的地理亞中心。

表4 山荊子果實(shí)的遺傳多樣性比較Table 4 Comparison of genetic diversity of fruit of Malus rockii Rehd.

圖2 山荊子結(jié)果狀Fig.2 Fruit characters of Malus rockii Rehd.

3.2 野生居群的生態(tài)適應(yīng)性

山荊子多分布于川、滇及東北部分區(qū)域，而有關(guān)山荊子的耐濕、抗寒、抗旱及對鹽堿的反應(yīng)等多有報(bào)道，如房山山定子較抗鹽堿，嫁接蘋果不易黃化[10-12]。如伊春山嶺高地發(fā)現(xiàn)的耐旱類型，在牙克石牧源河口發(fā)現(xiàn)耐鹽堿類型等。喜馬拉雅山荊子是西藏高原重要的野生果樹資源之一，在自然選擇的壓力下，其適應(yīng)性及特異類型是多年自然選擇與進(jìn)化的結(jié)果，本考察發(fā)現(xiàn)長年生長于既無肥水灌溉條件、又無藥劑防治的高海拔低溫環(huán)境，進(jìn)一步驗(yàn)證了山荊子對西藏高海拔獨(dú)特逆境超強(qiáng)的忍耐能力，也發(fā)現(xiàn)少數(shù)耐旱、耐堿類型。

3.3 自然變異多樣性及利用

山荊子變異類型豐富，按果形分有梨形果山荊子、圓錐果山荊子、扁圓果山荊子等，按植物性狀分有闊葉山荊子、橢圓山荊子、垂枝山荊子變種等[13]。本次考察發(fā)現(xiàn)野生種群在果實(shí)大小、顏色、形狀和果梗長短等方面變異最為豐富，其中果實(shí)顏色有紫紅、醬紅、濃紅、紅、黃色等不同類型；果實(shí)有大果型和小果型；果梗變異特征明顯，如在波密和林芝兩地則發(fā)現(xiàn)果梗長度僅為1.5～2.2 cm的短梗類型和高糖含量類型等。這可能是山荊子長期受高海拔環(huán)境影響下，種間雜交產(chǎn)生變異，加上山荊子具有無融合生殖特性，在自然條件下可以獲得不同比例的無性后代，通過無融合生殖使變異的性狀得以保持，其結(jié)果使種內(nèi)遺傳多樣性更為豐富。考察還發(fā)現(xiàn)，山荊子和海棠有混生的情況僅在波密有，這為它們間的自然雜交，產(chǎn)生基因交流提供了條件，例如在波密就發(fā)現(xiàn)山荊子果實(shí)時(shí)有少量宿萼現(xiàn)象；除此之外，部分變異如抗逆性、大果類型做蘋果砧木長勢強(qiáng)等特異性在果樹遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新中意義重大，尚待挖掘利用。

4 結(jié) 論

本研究發(fā)現(xiàn)，西藏喜馬拉雅山荊子生態(tài)地理分布特點(diǎn)表現(xiàn)為數(shù)量多、分布廣、跨度大、類型多樣，受高海拔獨(dú)特生境的影響作用下，其樹齡大呈新老交替分布，生物學(xué)特性等表現(xiàn)豐富，演化類型較多，表型遺傳多樣、適應(yīng)性強(qiáng)等特征突出，結(jié)合國內(nèi)外研究進(jìn)展等分析推斷，喜馬拉雅山荊子經(jīng)多年演化、篩選、淘汰形成獨(dú)特的群體，可能為山荊子組的地理亞中心。

[1]陸秋農(nóng)，賈定賢．中國果樹志-蘋果卷[M]．北京:中國林業(yè)出版社，1999:121.

[2]劉孟軍.中國野生果樹[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.

[3]李育農(nóng)．蘋果屬植物種質(zhì)資源研究[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001．

[4]成明昊，張?jiān)瀑F，李曉林．蘋果屬植物區(qū)系地理學(xué)研究[J]．園藝學(xué)報(bào)，2002，27(S)：469-474．

[5]王力榮．我國果樹種質(zhì)資源科技基礎(chǔ)性工作30年回顧與發(fā)展建議[J]．植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2012，13(3):343-349.

[6]樊衛(wèi)國．貴州蘋果屬植物資源調(diào)查報(bào)告[J]．貴州農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，9(1):93-98.

[7]江寧拱．蘋果屬植物的起源中心初探[J]．西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1986(1)：93-97.

[8]李育農(nóng)．世界蘋果和蘋果屬植物基因中心的研究初報(bào)[J]．園藝學(xué)報(bào)，1989，16(S):101-107.

[9]俞德浚．薔薇科植物的起源和進(jìn)化[J]．植物分類學(xué)報(bào)，1984(6):431-444.

[10]李育農(nóng)．現(xiàn)代世界蘋果屬植物分類新體系芻議[J]．果樹科學(xué)，1996，13(S):82-92.

[11]中國農(nóng)科院鄭州果樹所.果樹砧木論文集[M]．西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1985:236.

[12]宗學(xué)普，段玉春，左宜澤．西藏昌都地區(qū)果樹資源[J]．作物品種資源，1983(9):25-33.

[13]李曉林，郭啟高，梁國魯，等．四川省涼山州麗江山荊子的分布及多樣性研究[J]．西南大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(10):60-64.