7個橡膠樹品系樹皮結(jié)構(gòu)與農(nóng)藝性狀相關(guān)性研究

胡欣欣，李維國，王祥軍，張源源，黃 肖，高新生

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 橡膠研究所，海南 儋州 571737；2.海南大學(xué)熱帶農(nóng)林學(xué)院，海南 海口 570228；3.國家橡膠樹育種中心，海南 儋州 571737）

巴西橡膠樹Hevea brasiliensis是原產(chǎn)南美亞馬遜流域的熱帶高大喬木, 其主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品是一種含橡膠的細(xì)胞質(zhì)，即切割樹皮中的次生乳管合成和積累的膠乳，其所提煉的天然橡膠是重要的工業(yè)原料和戰(zhàn)略資源[1-2]。作為一種育種周期較長的經(jīng)濟(jì)作物，膠乳產(chǎn)量和莖圍生長一直是橡膠樹最重要的農(nóng)藝性狀。當(dāng)前，聚焦以橡膠產(chǎn)量和木材產(chǎn)量雙重目標(biāo)的膠木兼優(yōu)品種的選育已成為世界橡膠樹品種選育的一個最重要的方向。

早在1923年，Bobilioff[3]首次指出了橡膠樹的膠乳的產(chǎn)量與樹皮的解剖結(jié)構(gòu)的特性有關(guān)；后續(xù)多人研究證明橡膠樹樹皮結(jié)構(gòu)中次生乳管列數(shù)目與天然橡膠產(chǎn)量高度相關(guān)[4-5]；同時，環(huán)境因子、割膠、機(jī)械損傷、茉莉酸類物質(zhì)等對橡膠樹次生乳管也有很大影響[6-11]。成齡橡膠樹樹皮中分布大量的石細(xì)胞，其細(xì)胞數(shù)量多少，出現(xiàn)早晚是橡膠樹品系特征之一。在同一橡膠樹的不同部位的樹皮中石細(xì)胞的形成也有明顯的差異[12-13]，同時石細(xì)胞也受環(huán)境因子、割膠、機(jī)械損傷、茉莉酸類物質(zhì)的影響。近年來也有人研究，證實了橡膠樹產(chǎn)量與莖圍大小呈顯著正相關(guān)[14]?；谙鹉z樹大田系統(tǒng)鑒定的傳統(tǒng)品種評價方法所需周期較長，通過以農(nóng)藝性狀密切相關(guān)的樹皮乳管分化能力輔助評價品系特性一直是橡膠樹的一個重要研究方向。

目前有關(guān)橡膠樹品系的次生乳管分化相關(guān)研究中，絕大多數(shù)只統(tǒng)計到石細(xì)胞團(tuán)以內(nèi)的乳管列數(shù)，本研究在參考郝秉中等[16-17]人方法的基礎(chǔ)上，以我國自主選育的熱試662、熱試419、熱試9359、熱試647、熱試451等5個無性系為試材，觀測了其樹皮乳管列數(shù)、厚度等次生乳管分化能力的相關(guān)參數(shù)，分析了上述參數(shù)與膠乳產(chǎn)量、莖圍等主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性，旨在為以樹皮乳管分化指標(biāo)輔助評價主要農(nóng)藝性狀提供參考，同時也為參試品系配套割制等配套栽培技術(shù)的開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

實驗地點(diǎn)為中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗場二隊的高級系比區(qū)，定植時間為2006年，開割時間為2013年，參試的7個橡膠樹品系分別為熱試662、熱試419、熱試647、熱試9359和熱試451，以RRIM600和PR107作為對照。開割時離地1.3 m處割膠，采用s/2 d3的非刺激割制。

參試材料的遺傳關(guān)系如圖1 所示，其中4個供試品系的親本比較相近，熱試662與熱試662為同一親本，熱試419與熱試451為同一親本。從上述品系中各選10棵健康植株，定株分析其乳管分化能力及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性。

圖1 7個巴西橡膠樹無性系的親本譜Fig.1 Parental spectrum of seven clones of Hevea brasiliensis

1.2 方 法

1.2.1 樹皮樣品采集

試驗材料在2017年開割后的6月采集樹皮，方法為在割線上方10 cm左右用直徑1.5 cm的打孔器采集。

1.2.2 樹皮結(jié)構(gòu)觀察

以直徑1.5 cm 打孔器在樹干距離地面 150 cm上垂線位置取樹皮樣本，放入80%酒精固定，并經(jīng)含碘和溴的冰醋酸溶液處理，然后用酒精梯度脫水，正丁醇透明，最后石蠟包埋。最后用旋轉(zhuǎn)切片機(jī)進(jìn)行制片，每一樣品取3個玻片，在顯微鏡下觀察樹皮結(jié)構(gòu)[18]。

1.2.3 觀測參數(shù)

每株樹的樹皮標(biāo)本做一張切片，每張切片統(tǒng)計 5 個不同視野。統(tǒng)計的參數(shù)如下：1）石細(xì)胞以內(nèi)次生乳管列數(shù)目（NSLWS）；2）石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目（NSLOS）；3）樹皮的次生乳管列數(shù)目（TC）；4）石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度(mm)（TSLWS）；5）石細(xì)胞以外的次生韌皮部的乳管列數(shù)的厚度(mm)（NTSLOS）；6）石細(xì)胞以外的沒有乳管列數(shù)的次生韌皮部的厚度（TSLOS）；7）樹皮的總厚度(TT)；8）割線長度(cm)(SL)；9）莖圍（cm）（SG）；10）原生皮的厚度（μm）（TV）；11）再生皮厚度（μm）(TR)；12）膠乳產(chǎn)量（mL）(LY)；13）石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度的比值（NSLWS /TSLWS）；14）石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以外的次生韌皮部厚度的比值（NSLOS/ NTSLOS）；15）樹皮中的次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度的比值（TC/TT）。

1.2.4 膠乳產(chǎn)量

統(tǒng)計取樣株上一年度即2016―2017年株次產(chǎn)膠量的均值作為該品系膠乳產(chǎn)量。

1.2.5 割線長度和莖圍測量

在2017年7月底，使用測量尺于樹干距地面1.5 m處測量。

1.2.6 樹皮厚度測量

2017年7月底，以游標(biāo)卡尺對割線垂直上方2 cm原生皮和上年度割面中間位置再生皮的厚度進(jìn)行測量[18]。

1.2.7 統(tǒng)計方法

數(shù)據(jù)用SPSS V22 和excel V2010軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用 Duncan新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品系乳管分化參數(shù)的多重比較

從樹皮的橫切面看（圖2），各品種石細(xì)胞以內(nèi)的乳管列數(shù)目排列整齊和緊密。從表1可以得出，從石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目來看，石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目為8.56～19.89，其中PR107品種與熱試662，熱試9359，熱試451等品種呈顯著差異；從石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目來看，石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目為4.89～12.11，其中熱試647品種與熱試419，熱試451，PR107，熱試9359品種的呈顯著差異；從樹皮的次生乳管列數(shù)目來看，樹皮結(jié)構(gòu)次生乳管列數(shù)目為15.44～31.89，其中熱試647，PR107，RRIM600品種與其他4個品種呈顯著差異；從石細(xì)胞以內(nèi)次生韌皮部的厚度來看，石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度為0.97～1.96 mm，其中PR107與其他6個品種呈顯著差異；從石細(xì)胞以外的次生韌皮部的乳管列數(shù)目的厚度來看，石細(xì)胞以外的次生韌皮部的乳管列數(shù)目的厚度為1.98～3.11 mm，其中熱試647品種與RRIM600品種無顯著差異；從石細(xì)胞以外的沒有乳管列數(shù)目的次生韌皮部的厚度來看，石細(xì)胞以外的沒有乳管列數(shù)目的次生韌皮部的厚度為1.75～2.63 mm，其中熱試451品種與熱試662品種呈顯著差異；從樹皮的總厚度來看，樹皮總厚度為5.69～7.44 mm，其中熱試647品種與熱試662，熱試9359，熱試451，RRIM600品種呈顯著差異；從石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度的比值來看，石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度的比值為6.83～11.13，其中熱試647和RRIM600品種與其他4個品種呈顯著差異；從石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以外的次生韌皮部厚度的比值來看，石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以外的次生韌皮部厚度的比值為2.44～4.30，各品種之間無顯著差異；從樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度的比值來看，樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度的比值為2.71～4.92，其中熱試647品種與PR107和RRIM600品種無顯著差異。

具體從品種來看，熱試451和熱試419品種的石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目，樹皮的次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度的比值，樹皮的次生乳管列數(shù)與樹皮的總厚度的比值等參數(shù)均較高，石細(xì)胞以外的沒有乳管列數(shù)目的次生韌皮部的厚度和樹皮的總厚度與其他品種相比相對較低。

2.2 各品系農(nóng)藝性狀參數(shù)的多重比較

從表2可以看出，各品系的莖圍，原生皮厚度，再生皮厚度數(shù)值較為相近。從膠乳產(chǎn)量來看，膠乳產(chǎn)量為68.77～320 ml，其中熱試419品種與其他6個品種呈顯著差異；從割線長度來看，割線長度為32.94～38.22 cm，各品種之間無顯著差異；從莖圍來看，莖圍為58.78～ 68 cm，各品種之間無顯著差異；從原生皮的厚度來看，原生皮的厚度為8.18～8.87 μm，各品種間無顯著差異；從再生皮的厚度來看，再生皮的厚度為5.85～7.77 μm，其中熱試9359和RRIM600品種與熱試647和熱試419品種呈顯著差異。

具體從品種來看，熱試419品種的膠乳產(chǎn)量，割線長度，莖圍最高，而原生皮的厚度和再生皮的厚度相對其他6個品種相對較低；熱試9359和RRIM600品種的割線長度，原生皮的厚度，再生皮的厚度均較高，具有一定的產(chǎn)膠潛力。

圖2 不同品系樹皮的橫切面Fig.2 Cross sections of barks of different clones

2.3 橡膠樹樹皮乳管分化參數(shù)的主成分分析

主成分分析可對多變量系統(tǒng)進(jìn)行有效綜合和簡化，將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)獨(dú)立的綜合指標(biāo)，避免指標(biāo)間的信息重疊。如上述10個樹皮乳管分化參數(shù)去評價其乳管分化能力，效率低，且操作性差。因此，對上述參數(shù)進(jìn)行主成分分析，取大于1的特征值，共獲得4個主成分（表3），即4個綜合指標(biāo)。第 1 成分的貢獻(xiàn)率為46.911%，第2 成分的貢獻(xiàn)率為17.305%，第 3 成分的貢獻(xiàn)率為14.057%，第 4 個成分的貢獻(xiàn)率為12.970%，前 4個成分的累計貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到91.242%，可見前4個成分足以說明該數(shù)據(jù)的變化趨勢完全符合主成分分析的要求，故取前 4 個主成分作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。

表1 巴西橡膠樹品系乳管分化參數(shù)的方差分析?Table1 Variance analysis on milk duct differentiation parameters of Brazilian rubber tree clone stains

表2 各品系農(nóng)藝性狀的方差分析?Table2 Variance analysis on agronomic traits of different clone stains

由表4 可以看出，第1主成分貢獻(xiàn)最大的是樹皮的次生乳管列數(shù)目，樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度比值，石細(xì)胞以內(nèi)次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目，負(fù)荷量分別為0.989、0.911、0.849、0.721；第2主成分貢獻(xiàn)最大的是石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度，負(fù)荷量為0.777；第3個主成分貢獻(xiàn)最大的是石細(xì)胞以外的次生韌皮部的乳管列數(shù)目的厚度，負(fù)荷量為0.919；第4個主成分貢獻(xiàn)最大的是石細(xì)胞以外的沒有乳管列數(shù)目的次生韌皮部的厚度，負(fù)荷量為0.622。主要提取第1和2主成分，所以可以認(rèn)為樹皮結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)是樹皮結(jié)構(gòu)的次生乳管列數(shù)，樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度比值，石細(xì)胞以內(nèi)次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度。

表3 不同性狀的特征值Table3 Eigenvalues of different stain’s traits

表4 主成分載荷矩陣Table4 Principal component loading matrix

用x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7分 別 表示 原先的7個品系，7個品系分別是熱試662、熱試419、熱試9359、熱試647、熱試451，PR107、RRIM600。而用Y1，Y2，Y3，Y4表示新的主成分，那么這4個主成分（表6 ）為：

Y1=0.028 889x1-0.181 110x2+0.057 778x3+0.131 111

x4+0.132 222x5-0.114 44x6-0.07x7；

Y2=0.181 111x1+0.072 222x2-0.033 33x3-0.144 440

x4-0.017 780x5-0.235 56x6+0.191 111x7；

Y3=0.067 778x1-0.092 22x2+0.207 778x3-0.055 562

x4-0.126 67x5+0.01x6+0.031111x7；

Y4=0.285 556x1-0.161 11x2-0.086 67x1-0.166 67

x4-0.098 89x5-0.163 333x6-0.018 89x7。

由表5得知，第1主成分得分最高的品系為熱試451，第2主成分得分最高的品系為RRIM600，第3主成分得分最高的品系為熱試9359，第4主成分得分最高的品系為熱試662。

表5 主成分得分Table5 Principal component scores

2.4 各品系樹皮乳管分化主成分與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

從表6可以看出，樹皮的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目及石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目呈正相關(guān)；樹皮中的次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度的比值，與石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目呈正相關(guān)，且與石細(xì)胞以外次生乳管列數(shù)目和次生乳管的總列數(shù)目呈極顯著正相關(guān)；石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度與莖圍、再生皮的厚度呈正相關(guān)；膠乳產(chǎn)量與石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目，樹皮中的次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度的比值呈正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

橡膠樹的乳管系統(tǒng)是合成和貯藏橡膠膠乳的組織，樹皮內(nèi)的次生乳管是產(chǎn)膠的基礎(chǔ)。在天然橡膠生產(chǎn)中，樹皮的乳管列數(shù)目與膠乳產(chǎn)量密切相關(guān)[18]。己研究過的相關(guān)參數(shù)中，在幼苗中初生乳管的列數(shù)目與成齡樹的產(chǎn)量有一定相關(guān)性，可以作為橡膠樹育種早期選擇的重要指標(biāo)[18-19]。次生乳管列數(shù)目一般統(tǒng)計由形成層到石細(xì)胞出現(xiàn)的位置的乳管列數(shù)目[15]。盧世香等[15,20]認(rèn)為，最內(nèi)層石細(xì)胞團(tuán)以內(nèi)的次生韌皮部中乳管列數(shù)目與最內(nèi)層石細(xì)胞團(tuán)以內(nèi)的次生韌皮部厚度的比值與膠乳產(chǎn)量成正相關(guān)。筆者在借鑒此方法的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計了石細(xì)胞以內(nèi)次生乳管列數(shù)目，次生乳管列數(shù)目，樹皮的總列數(shù)目與總厚度比值等10個參數(shù)，觀測不同品系的乳管分化能力。其中，從石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目來看，石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目為8.56～19.89，其中PR107品種與熱試662、熱試9359、熱試451等品種呈顯著差異；從樹皮的次生乳管列數(shù)目來看，樹皮結(jié)構(gòu)次生乳管列數(shù)目為15.44～31.89，其中熱試647、PR107、RRIM600品種與其他4個品種呈顯著差異；從樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度的比值來看，樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度的比值為2.71～4.92，其中熱試647品種與PR107和RRIM600品種無顯著差異。

表6 樹皮結(jié)構(gòu)的主要因子與農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)?Table6 Correlation coefficients of main factors and agronomic traits of tree bark structure

鑒于乳管的列數(shù)目與產(chǎn)膠量密切相關(guān)，乳管分化能力強(qiáng)的特異性種質(zhì)能為其合成橡膠和貯存膠乳提供有利的條件，因此建立起橡膠樹乳管分化能力的簡便評價方法并用于特異性種質(zhì)的篩選，對于橡膠樹的早期預(yù)測及無性系系統(tǒng)鑒定具有重要的意義。針對橡膠樹乳管分化能力評價參數(shù)較多，主效因子不明確的問題，本研究采用了主成分分析方法研究了不同品系間樹皮乳管系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，對多變量系統(tǒng)進(jìn)行有效綜合和簡化，將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)獨(dú)立的綜合指標(biāo)，避免指標(biāo)間的信息重疊，繼而找出引起樹皮乳管分化的主要參數(shù)，結(jié)果表明，其主要參數(shù)分別為樹皮的次生乳管列數(shù)，樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度比值，石細(xì)胞以內(nèi)次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以外的次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度。通過主成分分析找出上述參數(shù)中的主效因子，并分析乳管分化各因子與品種農(nóng)藝性狀間的關(guān)系，對該乳管分化能力的評價方法進(jìn)行了進(jìn)一步拓展與完善，也為該方法應(yīng)用于橡膠樹品種選擇提供了參考。結(jié)果表明，樹皮中的次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度的比值，與石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目呈正相關(guān)，且與石細(xì)胞以外次生乳管列數(shù)目和次生乳管的總列數(shù)目呈極顯著正相關(guān)；石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度與莖圍，再生皮的厚度呈正相關(guān)；膠乳產(chǎn)量與石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目，樹皮中的次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度的比值呈正相關(guān)。比如，熱試419品系的石細(xì)胞以內(nèi)的乳管列數(shù)較多，樹皮中次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度比值較大，膠乳產(chǎn)量最高；熱試9359和RRIM600品系的石細(xì)胞以內(nèi)的次生次生韌皮部的厚度較厚，莖圍就較大，再生皮的厚度就較厚，產(chǎn)膠潛力較大。上述研究，進(jìn)一步明確了乳管分化指標(biāo)與重要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，也對不同品系乳管分化能力有了系統(tǒng)了解。

結(jié)合參試材料的遺傳背景來看，本研究7個參試無性系中，由于次生乳管的特征表現(xiàn)分化，其中熱試419與熱試451屬于同一親本組合，品種間膠乳產(chǎn)量有顯著差異，其他參數(shù)均無顯著差異；而熱試662和熱試647屬于同一親本，品種之間的石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目，樹皮的次生乳管列數(shù)目，石細(xì)胞以外的次生韌皮部的乳管列數(shù)目的厚度，樹皮的總厚度，石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目與石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部的厚度比值，樹皮的次生乳管列數(shù)目與樹皮的總厚度的比值呈顯著差異。RRIM600、PR107和熱試9359品種之間親緣關(guān)系不相近并且與以上4個品種親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。在農(nóng)藝性狀方面，同組合無性系雖然在莖圍、樹皮生長速度方面無統(tǒng)計學(xué)差異，但在產(chǎn)量方面分化更為明顯。筆者認(rèn)為，樹皮結(jié)構(gòu)作為無性系的遺傳特性，品系間樹皮結(jié)構(gòu)的相似性應(yīng)與其遺傳背景相似性有很大關(guān)系，本研究中，兩個相同組合子代的無性系在乳管相關(guān)參數(shù)表現(xiàn)分化，一方面在于橡膠樹基因型高度雜合，作為同組合子代的F1代會產(chǎn)生基因分離，其基因型和表型均會有很大差異，一方面也在于樣本量太少。而在農(nóng)藝性狀方面，尤其在產(chǎn)量性狀方面，除受基因型控制外，也受其他重要因素影響，如當(dāng)前橡膠樹種苗繁育均屬無性繁殖，砧木一般采用GT1的F1代種子苗，因此砧木基因型各不相同，而砧木和上部接穗部分會產(chǎn)生較強(qiáng)的互作效應(yīng)，導(dǎo)致了即使在同一品種內(nèi)，株間產(chǎn)量也存在較大的變異，這均導(dǎo)致了品系間遺傳背景相似而產(chǎn)量差別顯著。結(jié)果表明，通過主成分分析和相關(guān)分析可以得出，在7個品系中，石細(xì)胞以內(nèi)的次生韌皮部厚度與莖圍，再生皮的厚度呈正相關(guān)；膠乳產(chǎn)量與石細(xì)胞以內(nèi)的次生乳管列數(shù)目，樹皮中的次生乳管列數(shù)目與樹皮總厚度的比值呈正相關(guān)。其中，熱試419品系樹皮結(jié)構(gòu)的次生乳管列數(shù)目與樹皮結(jié)構(gòu)的總厚度的比值明顯高于其他品系，次生乳管的總列數(shù)最多，乳管分化能力較強(qiáng)，且膠乳產(chǎn)量最高；熱試9359和 RRIM600品系的次生乳管的分化能力較強(qiáng)，產(chǎn)膠潛力大。該研究對乳管分化指標(biāo)與重要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系起到積極輔助作用，但具體評價橡膠樹膠乳產(chǎn)量還需考慮很多因素，如干膠含量，膠乳生理參數(shù)，內(nèi)源激素等。