黃波欏生長(zhǎng)性狀種內(nèi)遺傳變異

唐曉杰，潘樹百，王德秋，張 悅，王連福，程廣有

(1.北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.吉林省臨江林業(yè)局，吉林 臨江 134600)

黃波欏(PhellodendronamurenseRupr.)為蕓香科黃檗屬落葉喬木[1-2]，是東北亞特有種，陽(yáng)性樹種，耐嚴(yán)寒，不耐蔭，在林冠下自我更新不良，但能在空曠地完成更新.黃波欏是古老的孑遺植物，被列為國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹種[3-6].黃波欏是我國(guó)東北闊葉紅松林的重要伴生樹種，是重要的國(guó)防和工業(yè)用材，為“東北三大硬闊”之一[7-9]，韌皮部即關(guān)黃柏，經(jīng)炮制后入藥，是臨床應(yīng)用廣泛的藥物[10-11].黃波欏廣泛應(yīng)用于園林景觀中[12]，可做殺蟲劑[13]，可制成美容類產(chǎn)品、天然防腐劑[14].

黃波欏以種子繁殖為主.種子有休眠，春季播種前需要層積處理50～60 d，也可在11月進(jìn)行秋播.黃波欏韌皮部含有多種生物堿，植株中的生物堿含量因樹齡、季節(jié)、栽培措施不同而異[15-20]，不同群體、個(gè)體間活性成分含量也不同[21-23].隨著對(duì)黃波欏生物堿藥理作用研究的深入，以黃波欏為原料生產(chǎn)的生物藥品種越來越多.由于過度采伐，黃波欏資源處于衰竭狀態(tài)，木材和關(guān)黃柏供不應(yīng)求.遺傳變異是良種選育的理論基礎(chǔ)，到目前為止，有關(guān)黃波欏生長(zhǎng)性狀變異規(guī)律的報(bào)道甚少.本文主要研究無性繁殖條件下黃波欏的生長(zhǎng)性狀變異規(guī)律，以期為黃波欏優(yōu)良品種選育提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃波欏無性系對(duì)比林建于1999年，位于臨江林業(yè)局金山林場(chǎng)，N 126°54′，E 41°48′，海拔793 m，年均氣溫2～4 ℃，全年降水量750～1 000 mm，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候.2017年7月，在黃波欏無性系測(cè)定林中選擇黑龍江種源1、臨江種源1、臨江種源2、臨江種源3，調(diào)查樹高、胸徑、冠幅、樹皮厚度和枝條連年生長(zhǎng)量.其中，黑龍江種源1雌無性系20個(gè)、雄無性系10個(gè)；臨江種源1雌無性系22個(gè)、雄無性系15個(gè)；臨江種源2雌無性系18個(gè)、雄無性系10個(gè)；臨江種源3雌無性系24個(gè)、雄無性系5個(gè).上述雌無性系各25個(gè)分株，雄無性系各10個(gè)分株.文中用字母代表種源和無性系，比如，H1M8代表黑龍江種源1第8號(hào)雄無性系，L2F9代表臨江種源2第9號(hào)雌無性系.

1.2 試驗(yàn)方法

測(cè)量并記錄各種源無性系樹高、胸徑、冠幅、樹皮厚度以及枝條連年生長(zhǎng)量.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

利用離差平方和法對(duì)不同種源雌、雄無性系生長(zhǎng)性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析.按照歐氏距離D2將各無性系劃分為不同組別.

假設(shè)所有對(duì)象的X的均值為m，標(biāo)準(zhǔn)差為s，則標(biāo)準(zhǔn)化后的值=(標(biāo)準(zhǔn)化前的值-各屬性的均值)/各屬性的標(biāo)準(zhǔn)差，所以加權(quán)的歐式距離為

式中：Distance(Ui，Uj)為標(biāo)準(zhǔn)化后的(距離)值；Uik為某個(gè)性狀(k)第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化前的值；Sk為該性狀標(biāo)準(zhǔn)差；n為該性狀觀測(cè)個(gè)體數(shù)量.

2 結(jié)果與分析

2.1 黃波欏生長(zhǎng)性狀

黃波欏無性系樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1.由表1可知：種源內(nèi)，樹高和冠幅平均值雌、雄株間差異不大，變異系數(shù)較小，說明樹高和冠幅種源內(nèi)單株間變異較小.黑龍江種源內(nèi)地徑和樹皮厚度平均值雌、雄株間差異較大，變異系數(shù)亦較高，表明種源內(nèi)個(gè)體間徑向生長(zhǎng)變異大.樹高和冠幅的標(biāo)準(zhǔn)差較小，而連年生長(zhǎng)量和地徑標(biāo)準(zhǔn)差較大.標(biāo)準(zhǔn)差是個(gè)體偏離平均值距離的體現(xiàn)，說明黃波欏樹高和冠幅的個(gè)體觀測(cè)值與平均值接近，連年生長(zhǎng)量和地徑的觀測(cè)值偏離平均值較遠(yuǎn).黃波欏無性系對(duì)比林是采用隨心形成層對(duì)接方法繁殖的嫁接苗，砧木和嫁接技術(shù)不同會(huì)影響嫁接植株生長(zhǎng)發(fā)育.

2.2 黃波欏種源間生長(zhǎng)性狀變異

黃波欏種源間各生長(zhǎng)性狀方差分析結(jié)果見表2.由表2可知：黃波欏樹高、地徑、冠幅和連年生長(zhǎng)量種源間差異均達(dá)到極顯著水平，雄無性系樹皮厚度種源間差異極顯著，雌無性系樹皮厚度種源間差異不顯著，說明黃波欏生長(zhǎng)性狀種源間變異較大.

進(jìn)一步對(duì)種源間生長(zhǎng)性狀進(jìn)行多重比較，結(jié)果見圖1～3.結(jié)果表明：同一種源黃波欏樹高、地徑和冠幅雌、雄株間差異不顯著；不同種源間差異顯著性方面，黑龍江種源株高、地徑和冠幅均顯著高于臨江種源，臨江種源1顯著高于臨江種源2和3，臨江種源2和3間差異不顯著.

表1 黃波欏無性系生長(zhǎng)性狀統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical results of growth traits of asexual lines of Phellodendron amurense Rupr.

表2 黃波欏種源間各生長(zhǎng)性狀方差分析Tab.2 Variance analysis of growth traits among provenances of Phellodendron amurense Rupr.

注：**.差異極顯著；*.差異顯著.下同.

2.3 黃波欏無性系間生長(zhǎng)性狀變異

黑龍江種源內(nèi)無性系間生長(zhǎng)性狀方差分析結(jié)果見表3.由表3可知：雌性樹高無性系間差異顯著，雄性樹高無性系間差異極顯著，無性系間地徑、冠幅和樹皮厚度差異不顯著.

臨江種源1無性系間生長(zhǎng)性狀方差分析結(jié)果見表4.由表4可知：臨江種源1雌性樹高和冠幅無性系間差異極顯著，雌無性系間地徑和樹皮厚度差異不顯著，樹高、地徑、冠幅和樹皮厚度雄無性系間差異均不顯著.

圖2種源間地徑多重比較Fig.2Multiple comparisons of diameteramong provenances 圖3種源間冠幅多重比較Fig.3Multiple comparisons of crownamong provenances

表3 黑龍江種源無性系間各生長(zhǎng)性狀方差分析Tab.3 Variance analysis of growth traits among the asexual lines of Heilongjiang provenance

表4 臨江種源1無性系間生長(zhǎng)性狀方差分析Tab.4 Variance analysis of growth traits among the asexual lines of Linjiang Ⅰ provenance

黑龍江種源無性系間聚類分析結(jié)果見圖4、圖5.由圖4、圖5可知，當(dāng)歐氏距離D2=7.5時(shí)，將10個(gè)雄無性系聚為3類：H1M8、H1M9和H1M2聚為一類；H1M1、H1M6和H1M5聚為一類；其余4個(gè)無性系聚為一類.其中，H1M3自成1個(gè)亞類；H1M4、H1M7和H1M10被聚為第2個(gè)亞類.當(dāng)D2=8.5時(shí)，將20個(gè)雌無性系聚為4類：H1F14、H1F15、H1F13、H1F5、H1F7和H1F16聚為一類；H1F1、H1F4、H1F9和H1F12聚為一類；H1F17自成一類；其余9個(gè)無性系聚為一類.進(jìn)一步分類可知：H1F18和H1F20被聚為第1個(gè)亞類；H1F3、H1F19、H1F2、H1F8、H1F11、H1F10和H1F6聚為第2個(gè)亞類.

圖4黑龍江種源雄無性系間聚類分析Fig.4Cluster analysis of male asexual lines ofHeilongjiang provenance圖5黑龍江種源雌無性系間聚類分析Fig.5Cluster analysis of female asexual linesof Heilongjiang provenance

臨江種源1無性系間聚類分析結(jié)果見圖6、圖7.由圖6、圖7可知，當(dāng)D2=10時(shí)，將15個(gè)雄無性系聚為3類：L1M2、L1M9、L1M4和L1M13被聚為一類；L1M1、L1M15、L1M10和L1M11被聚為一類；其余7個(gè)無性系聚為一類.其中，L1M7和L1M14被聚為1個(gè)亞類；L1M5、L1M12、L1M8、L1M3和L1M6被聚為第2個(gè)亞類.當(dāng)D2=9.5時(shí)，將22個(gè)雌無性系聚為3類：L1F19和L1F20被聚為一類；L1F17、L1F21和L1F14被聚為一類；其余17個(gè)無性系被聚為一類.其中，L1F4、L1F16、L1F15、L1F18、L1F9、L1F6、L1F12和L1F11被聚為1個(gè)亞類；L1F5、L1F7、L1F13、L1F3、L1F22、L1F1、L1F10、L1F2和L1F8被聚為第2個(gè)亞類.

圖6臨江種源1雄無性系間聚類分析Fig.6Cluster analysis of male asexual lines ofLinjiangⅠprovenance圖7臨江種源1雌無性系間聚類分析Fig.7Cluster analysis of female asexual linesof LinjiangⅠprovenance

臨江種源2無性系間聚類分析結(jié)果見圖8、圖9.由圖8、圖9可知，當(dāng)D2=15時(shí)，將10個(gè)雄無性系聚為3類：L2M1、L2M4和L2M7被聚為一類；L2M3、L2M10和L2M5被聚為一類；L2M2、L2M8、L2M9和L2M6被聚為一類.當(dāng)D2=10時(shí)，將18個(gè)雌無性系聚為4類：L2F14自成一類，L2F3、L2F13和L2F6被聚為一類；L2F1、L2F10、L2F2、L2F15、L2F18和L2F4被聚為一類；其余8個(gè)無性系聚為一類.其中，L2F7自成1個(gè)亞類；L2F9、L2F12和L2F5被聚為第2個(gè)亞類；L2F16、L2F17、L2F8和L2F11被聚為第3個(gè)亞類.

臨江種源3無性系間聚類分析結(jié)果見圖10、圖11.由圖10、圖11可知，當(dāng)D2=12.5時(shí)，將5個(gè)雄無性系聚為2類：L3M2和L3M4被聚為一類；其余3個(gè)無性系聚為一類.其中，L3M5自成1個(gè)亞類；L3M1和L3M3被聚為第2個(gè)亞類.當(dāng)D2=15時(shí)，將24個(gè)雌無性系聚為2類：L3F14、L3F19、L3F15、L3F20和L3F12被聚為第一類的第1個(gè)亞類，L3F5、L3F8、L3F21和L3F24被聚為第2個(gè)亞類，L3F13和L3F23聚為第3個(gè)亞類；L3F10自成第2類的第1個(gè)亞類，L3F2、L3F11、L3F22、L3F1和L3F18聚為第2個(gè)亞類，L3F6、L3F9、L3F16、L3F7、L3F3、L3F4和L3F17聚為第3個(gè)亞類.

圖8臨江種源2雄無性系間聚類分析Fig.8Cluster analysis of male asexual lines ofLinjiangⅡ provenance圖9臨江種源2雌無性系間聚類分析Fig.9Cluster analysis of female asexual linesof LinjiangⅡ provenance圖10臨江種源3雄無性系間聚類分析Fig.10Cluster analysis of male asexual lines ofLinjiang Ⅲ provenance圖11臨江種源3雌無性系間聚類分析Fig.11Cluster analysis of female asexual linesof LinjiangⅢ provenance

2.4 黃波欏生長(zhǎng)性狀特征方差分量分析

計(jì)算無性系對(duì)比林內(nèi)雌、雄株生長(zhǎng)性狀特征的方差分量比，用方差分量占遺傳總變異的比例表示種源間的表型分化系數(shù)，結(jié)果見表5.由表5可知：樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量表型分化系數(shù)的變異幅度為45.74%～99.68%.雌株樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量的表型分化系數(shù)均值分別為93.36%、98.30%、97.21%、97.16%和94.61%，雄株樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量的表型分化系數(shù)均值分別為87.29%、45.74%、99.68%、94.67%和97.22%.由各生長(zhǎng)性狀的表型性狀平均值可以發(fā)現(xiàn)，種源間平均表型方差分量占總變異的37.09%，種源內(nèi)無性系間平均表型方差分量占總變異的1.64%，機(jī)誤的方差分量占總變異的61.27%.樹高、地徑、冠幅和樹皮厚度種源間方差分量比例均大于30%，且均大于林分內(nèi)無性系間的方差分量比例.進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，黃波欏無性系測(cè)定林各生長(zhǎng)性狀種源間變異對(duì)總變異的貢獻(xiàn)為95.77%，種源內(nèi)無性系間的貢獻(xiàn)為4.23%，說明黃波欏群體間的遺傳變異大于個(gè)體間.

表5 黃波欏生長(zhǎng)性狀遺傳參數(shù)Tab.5 Genetic parameters of growth traits of Phellodendron amurense Rupr.

3 小 結(jié)

1)生長(zhǎng)性狀種源間變異.同一黃波欏種源樹高、地徑和冠幅雌、雄株間差異較小.樹高、地徑和冠幅種源間差異均達(dá)到極顯著水平，雄性樹皮厚度種源間差異極顯著，雄性連年生長(zhǎng)量種源間差異極顯著.黑龍江種源株高、地徑和冠幅均顯著高于其他種源.

2)生長(zhǎng)性狀無性系間變異.黑龍江種源內(nèi)黃波欏樹高雌性無性系間差異顯著，雄性無性系間差異極顯著，無性系間地徑和冠幅差異不顯著.臨江種源1內(nèi)樹高和冠幅雌性無性系間差異極顯著.黑龍江種源內(nèi)，當(dāng)D2=7.5時(shí)，將10個(gè)雄無性系聚為3類；當(dāng)D2=8.5時(shí)，將20個(gè)雌無性系聚為4類.臨江種源1內(nèi)，當(dāng)D2=10時(shí)，將15個(gè)雄無性系聚為3類；當(dāng)D2=9.5時(shí)，將22個(gè)雌無性系聚為3類.臨江種源2內(nèi)，當(dāng)D2=15時(shí)，將10個(gè)雄無性系聚為3類；當(dāng)D2=10時(shí)，將18個(gè)雌無性系聚為4類.臨江種源3內(nèi)，當(dāng)D2=12.5時(shí)，將5個(gè)雄無性系聚為2類；當(dāng)D2=15時(shí)，將24個(gè)雌無性系聚為2類.

3)生長(zhǎng)性狀變異來源.樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量表型分化系數(shù)的變異幅度為45.74%～99.68%，雌株樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量的表型分化系數(shù)均值分別為93.36%、98.30%、97.21%、97.16%和94.61%，雄株樹高、地徑、冠幅、樹皮厚度和連年生長(zhǎng)量的表型分化系數(shù)均值分別為87.29%、45.74%、99.68%、94.67%和97.22%.種源間平均表型方差分量占總變異的37.09%，種源內(nèi)無性系間平均表型方差分量占總變異的1.64%，機(jī)誤的方差分量占總變異的61.27%；黃波欏無性系測(cè)定林各生長(zhǎng)性狀種源間變異對(duì)總變異的貢獻(xiàn)為95.77%，種源內(nèi)無性系間的貢獻(xiàn)為4.23%，說明黃波欏群體間的遺傳變異大于個(gè)體間.