高玉堯　許文天　劉實忠

摘 要 利用數(shù)理統(tǒng)計軟件對12份橡膠草種質(zhì)材料的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性、遺傳多樣性及聚類分析。結(jié)果表明：12份橡膠草種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀存在較大差異，其中葉片長、葉片寬、葉形指數(shù)、葉柄長變異系數(shù)均較大，Shannon-weaver多樣性指數(shù)H′在1.86～1.99，具有豐富的多樣性；葉片長、葉緣類型與其它性狀之間相關(guān)性較大，其中葉片長與葉片寬、葉形指數(shù)、葉柄長及葉緣類型均呈顯著正相關(guān)；葉緣類型與葉片長、葉片寬、葉柄長均呈顯著正相關(guān)，與葉脈顏色呈極顯著負(fù)相關(guān)；通過聚類分析將12份材料劃分為3個類群，綜合評價發(fā)現(xiàn)，Ⅱ類群的3份材料（206-1、208-1、214-1）表現(xiàn)顯著優(yōu)于Ⅰ和Ⅲ類群，可作為橡膠草育種的優(yōu)選材料。

關(guān)鍵詞 橡膠草 ；農(nóng)藝性狀 ；相關(guān)性分析 ；遺傳多樣性分析 ；聚類分析

中圖分類號 S603.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.12.005

天然橡膠是合成橡膠無法替代的一種世界性工業(yè)原料和重要的戰(zhàn)略資源，是中國工業(yè)制造和國防建設(shè)中不可或缺的原料[1]。然而，國內(nèi)天然橡膠自給率逐年下降和過度依賴進(jìn)口的局面，嚴(yán)重影響中國天然橡膠的戰(zhàn)略安全[2]。因此，開發(fā)并高效利用新型天然橡膠資源，逐步降低對東南亞三葉天然橡膠的依賴程度，將是實現(xiàn)中國天然橡膠長期、安全、穩(wěn)定供應(yīng)的有效途徑[3]。

目前，橡膠草已成為新型天然產(chǎn)膠資源開發(fā)的主要對象。橡膠草（Taraxacum kok-saghyz Rodin）又稱俄羅斯蒲公英，為菊科（Asteraceae）蒲公英屬（Taraxacum）的多年生草本產(chǎn)膠植物[4]，原產(chǎn)于歐洲、哈薩克斯坦及中國新疆的特克斯河流域，蘇聯(lián)中東地區(qū)及中國的甘肅、陜西等地也有分布[5]。橡膠草具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長周期短、適合機(jī)械化種植和采收、抗過敏性和生物相容性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且與巴西橡膠樹具有類似的乳管系統(tǒng)，多年生植株的根內(nèi)橡膠含量可達(dá)2.89%～27.89%，其橡膠的結(jié)構(gòu)和性能均與巴西橡膠樹橡膠相似[6]。因此，橡膠草最有可能成為21世紀(jì)最重要的新型天然橡膠戰(zhàn)略資源。近年來，橡膠草逐漸受到各國的重視，并紛紛開展橡膠草的種質(zhì)資源鑒定評價[7]、種苗快繁與種植栽培[8-9]、分子克隆與遺傳轉(zhuǎn)化[10]及群體遺傳學(xué)與產(chǎn)膠生物學(xué)[11]等研究。然而，國內(nèi)的橡膠草仍存在早期鑒定評價困難、優(yōu)良種質(zhì)匱乏、遺傳改良速度緩慢等問題，這些因素制約著橡膠草的良種選育及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

鑒于此，本研究對12份不同橡膠草種質(zhì)材料苗期的主要農(nóng)藝性狀及其相關(guān)性和遺傳多樣性進(jìn)行分析，為加快橡膠草優(yōu)良種質(zhì)材料篩選和新品種選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料包括從美國農(nóng)業(yè)部引進(jìn)的11份橡膠草種子和從俄羅斯瓦維洛夫研究所引進(jìn)的1份橡膠草種子，詳見表1。利用沙床培育出一批茁壯、健康的橡膠草幼苗，選取長勢良好、大小均一的健壯幼苗作為實驗材料。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院湛江實驗站科研核心基地選擇疏松、肥沃、排水良好的土壤地段作為試驗區(qū)。試驗區(qū)共設(shè)置60個試驗小區(qū)，小區(qū)的規(guī)格（長×寬×高）為5 m×1 m×30 cm。當(dāng)橡膠草幼苗真葉長至4～5葉時（2個月左右），將沙床中的每個材料按行、株距均為35 cm的密度移栽到小區(qū)上，12份材料隨機(jī)排列，并重復(fù)3次；移栽后進(jìn)行統(tǒng)一澆水、追肥、除草等田間管理。

1.2.2 調(diào)查與測量

當(dāng)橡膠草在生長至6～8片真葉時，從每個試驗小區(qū)中選取3株大小均一、長勢良好的健壯植株，調(diào)查其葉片形狀、葉片顏色、葉脈類型、葉脈顏色、葉片質(zhì)地、葉尖類型、葉緣類型等形態(tài)指標(biāo)，并測量其葉片長度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉柄長度等農(nóng)藝性狀指標(biāo)。

葉形指數(shù)=葉片長度/葉片寬度

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

1.2.3.1 差異顯著性分析

利用SPSS17.0軟件對各材料的葉片長度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉柄長度共4個農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.3.2 相關(guān)性分析

首先，將各個材料的葉片形狀、葉片顏色、葉脈類型、葉脈顏色、葉片質(zhì)地、葉尖類型、葉緣類型等形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行賦值；然后利用Excel和SPSS17.0軟件中的雙變量對各材料的形態(tài)指標(biāo)與農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.2.3.3 遺傳多樣性分析

利用Shannon-weaver 遺傳多樣性指數(shù)（Shannon weaver index of genetic diversity）來衡量群體遺傳多樣性大小。首先，利用葉片長度、葉片寬度、葉形指數(shù)、葉柄長度等性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)平均數(shù)（X）和標(biāo)準(zhǔn)差（σ）將每份材料分為10級，從第1級[Xi<（x-2σ）]到第10級[Xi≥（x+2σ）]，每0.5σ標(biāo)準(zhǔn)差為1級；然后，計算每一組的相對頻率（pi =某一性狀第i級別內(nèi)材料份數(shù)/總份數(shù)）[12]；最后，計算遺傳多樣性指數(shù)，計算公式為：H′=-∑pilnpi，ln為自然對數(shù)[13]。

1.2.3.4 聚類分析

利用DPS V6.55版軟件，采用歐氏距離可變類平均法進(jìn)行聚類分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期橡膠草主要數(shù)量性狀及頻率分布

對供試的12份橡膠草材料苗期時的葉長、葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長進(jìn)行測定及分析，結(jié)果見表2。葉片最長的為211-1（19.28 cm），最短的為204-1（9.49 cm），相差9.79 cm；葉片最寬的為208-1（2.75 cm），最窄的為204-1（1.70 cm），相差1.05 cm；葉形指數(shù)最大的為211-1（8.04），最小的為302-1（5.60），相差2.44；葉柄最長的為218-1（5.82 cm），最短的為208-1（2.32 cm），相差3.50 cm。差異顯著性分析表明，12份橡膠草材料的上述農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)出差異，其中204-1葉片最短、最窄，208-1葉片最寬、葉柄最短，211-1葉片最長、葉形指數(shù)最大，這3份材料間存在顯著差異。

2.2 苗期橡膠草主要表型性狀描述

供試橡膠草材料生長期的葉片形狀、葉片顏色、葉脈類型、葉脈顏色、葉片質(zhì)地、葉尖類型、葉緣類型等表型性狀描述見表3?？梢钥闯?，除葉脈（均為羽狀）和葉片質(zhì)地（均為肉質(zhì)）無明顯差異外，其它表型性狀均存在較大差異。葉形存在2種類型，211-1和220-1為披針形，其他材料均為倒披針形；葉脈存在2種顏色，204-1、206-1、208-1、214-1為黃綠色，其他材料均為綠色；葉尖也存在2種類型，211-1、220-1、302-1為急尖，其他材料均為鈍形；葉緣存在4種類型，211-1為鋸齒深裂，218-1和204-1為全緣，221-1、222-1、302-1為淺波狀或全緣，其他材料為淺波狀；葉片存在3種顏色，206-1、208-1、214-1為綠色，207-1、211-1、220-1、221-1為灰綠色，其它均為淺綠色。通過表型性狀描述發(fā)現(xiàn)，206-1、208-1、214-1 3份材料與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征基本一致，而211-1和220-1則相差甚遠(yuǎn)。從育種角度來看，206-1、208-1、214-1 3份材料更適合作為優(yōu)良品種選育材料。

2.3 主要數(shù)量性狀變異性及多樣性分析

為了作出更有效的評價，對供試橡膠草材料主要數(shù)量性狀的變異性及遺傳多樣性進(jìn)行了分析。結(jié)果（表4）表明：葉長、葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長均存在較大的遺傳多樣性。其中，葉柄長的變異幅度最大，變異系數(shù)為33%，而葉寬的變異幅度最小，變異系數(shù)為16%。各性狀的多樣性指數(shù)均較大，葉柄長的多樣性指數(shù)最小，為1.86，葉長和葉寬的多樣性指數(shù)最大，均達(dá)到 1.99。供試橡膠草材料的主要數(shù)量性狀指標(biāo)均存在較大的多樣性指數(shù)，說明這些材料存在豐富的遺傳多樣性，且具有很高的挖掘和利用潛力。

2.4 主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

為了解數(shù)量性狀和表型性狀之間是否有所關(guān)聯(lián)，對供試材料的葉長、葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長、葉片形狀、葉片顏色、葉脈顏色、葉尖類型、葉緣類型等進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果（表5）表明：葉長與葉寬、葉形指數(shù)、葉柄長及葉緣類型均呈顯著的正相關(guān)；葉形指數(shù)與葉柄長存在顯著的正相關(guān)；葉緣類型與葉寬、葉柄長度及葉片顏色均存在顯著的正相關(guān)，而與葉脈顏色存在顯著的負(fù)相關(guān)?？傮w來說，葉長和葉緣類型與其他性狀相關(guān)性較大，葉片越長，葉柄越長，葉寬越大，葉緣越趨于淺波狀或全緣，葉片顏色偏向綠色，葉脈顏色偏向黃綠。

2.5 聚類分析

對供試材料進(jìn)行聚類分析，在系數(shù)為3.00左右時將12份材料分為3類。以每個類群主要表型性狀作為參考，對其類群特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明這3 類群之間差異明顯。按照農(nóng)藝性狀指標(biāo)和《中國植物志》中描述的橡膠草形態(tài)特征對其進(jìn)行排序，優(yōu)劣順序為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ（圖1）。每個類群的表現(xiàn)如下：Ⅰ類群包括3個亞類群，共6個材料，其中每個亞類群有2個材料。從總體表現(xiàn)來看，Ⅰ類群的各個農(nóng)藝性狀指標(biāo)大小不一，且其表型性狀均與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征不完全一致；Ⅲ類群包括2個亞類群，共3份材料，其中302-1單獨(dú)為一個亞類群，221-1和222-1為另一個亞類群，這3份材料的各個農(nóng)藝性狀指標(biāo)比較一致，葉柄偏長，表型性狀與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征不完全相符；Ⅱ類群包含3份材料，這3份材料葉片較寬，葉柄偏短，表型性狀表現(xiàn)完全一致，且與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征完全相符。此外，類群Ⅲ中除了美國材料221-1和222-1外還包含俄羅斯材料302-1，說明俄羅斯材料302-1和美國材料221-1、222-1之間存在較近的親緣關(guān)系。對3個類群進(jìn)行綜合評價，總的來說，Ⅱ類群材料表現(xiàn)顯著優(yōu)于Ⅰ和Ⅲ類群，可作為橡膠草育種的優(yōu)選材料。

3 討論

橡膠草種質(zhì)資源的遺傳多樣性及分類與評價是育種和生產(chǎn)利用的基礎(chǔ)，盡管DNA分子標(biāo)記已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于植物種質(zhì)資源的鑒定和分類研究，但是農(nóng)藝性狀的鑒定和描述仍然是種質(zhì)資源研究的最基本的方法和途徑。在橡膠草育種中，可以考慮將植株早期的表型性狀和生長特征作為良種選育的依據(jù)之一。本研究的目的是想利用橡膠草植株早期的表型性狀和生長特征來快速鑒定篩選出性狀優(yōu)良的種質(zhì)材料。當(dāng)然，由于受種植區(qū)域氣候等因素影響，可能還需要通過開展不同試驗點(diǎn)進(jìn)一步加以驗證。

從本研究結(jié)果可以看出，橡膠草種質(zhì)的主要數(shù)量性狀在不同的材料之間表現(xiàn)出了較大的差異性及不同程度的多樣性。其中，204-1葉片最短、最窄，208-1葉片最寬、葉柄最短，211-1葉片最長、葉形指數(shù)最大，這3份材料間表現(xiàn)出顯著差異。此外，葉柄長的變異系數(shù)達(dá)33%，葉片長和葉片寬的Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H′）均達(dá)到1.99，這與楊玉雙等[15]的報道較為一致。說明這些材料存在豐富的遺傳多樣性，具有豐富的基因資源，因此對其進(jìn)行基因挖掘和雜種優(yōu)勢利用的空間還很大。

通過對供試橡膠草材料進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn)，美國材料共分為3個類群，推測這些材料可能來源于不同的地區(qū)，具有不同的遺傳背景，親緣關(guān)系也不同。其中，Ⅱ類群中的3份材料親緣關(guān)系最近，表型性狀表現(xiàn)完全一致，推測其遺傳背景可能相同，均來源于同一親本。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)，類群Ⅲ中除了美國材料221-1和222-1還包含俄羅斯材料302-1，而且這3份材料的農(nóng)藝性狀指標(biāo)比較一致，說明俄羅斯材料302-1與美國材料221-1、222-1之間存在較近的親緣關(guān)系，而與其他材料的親緣關(guān)系則較遠(yuǎn)?？傮w來看，Ⅱ類群中的材料表現(xiàn)良好，其表型性狀與《中國植物志》中所描述的橡膠草形態(tài)特征完全相符，可作為橡膠草新品種育種的優(yōu)選材料。由于本研究所用種質(zhì)材料還不夠豐富，試驗結(jié)果尚缺乏全面性，因此，還需進(jìn)一步豐富橡膠草種質(zhì)資源，加強(qiáng)對優(yōu)質(zhì)材料的鑒定評價，為今后橡膠草優(yōu)良種質(zhì)材料篩選和新品種選育提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究對12份橡膠草材料的主要數(shù)量性狀進(jìn)行測定及統(tǒng)計分析，同時對其表型性狀進(jìn)行調(diào)查描述和聚類分析，并對其數(shù)量性狀與表型性狀指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，各材料主要數(shù)量性狀均存在較大差異，其中葉片長、葉片寬、葉形指數(shù)、葉柄長變異系數(shù)均較大， Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H′）在1.86～1.99，具有豐富的多樣性。葉片長度和葉緣類型與其它性狀相關(guān)性較大，葉片越長，葉柄越長，葉寬越大，葉緣越趨于淺波狀或全緣，葉片顏色偏向綠色，葉脈顏色偏向黃綠。從聚類分析的結(jié)果來看，這些材料共分為3個類群，其中Ⅱ類群材料（206-1、208-1、214-1）表現(xiàn)顯著優(yōu)于Ⅰ和Ⅲ類群，可作為橡膠草育種的優(yōu)選材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙 佳. 我國蒲公英橡膠商業(yè)化開發(fā)進(jìn)入快車道[J]. 中國橡膠，2015（9）：29-30.

[2] 張立群， 張繼川， 王 鋒， 等. 全球天然橡膠發(fā)展趨勢及我國多元化發(fā)展之路（上）[J]. 中國橡膠， 2013（21）：18-20.

[3] 莊玉粉，郭秀麗，劉進(jìn)平. 橡膠草可作為產(chǎn)膠研究的模式植物[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，35（9）：4-8.

[4] 龔祝南，張衛(wèi)明，劉常宏，等. 中國蒲公英屬植物資源[J]. 中國野生植物資源，2001，20（3）：9-14.

[5] 王秀珍，趙麗娟，趙李婧，等. 橡膠草順式異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因的克隆與原核表達(dá)[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，24（8）：84-91.

[6] 焉 妮，薩日娜，孫樹泉，等. 蒲公英橡膠——一種亟需大力研究的NR[J]. 橡膠工業(yè)，2011，58（10）：632-637.

[7] Arias M， Herrero J， Ricobaraza M， et al. Evaluation of root biomass，rubber and inulincontents in nine Taraxacum koksaghyz Rodin populations[J]. Industrial Crops and Products， 2016， 83： 316-321.

[8] Uteulin K， Mukhambetzhanov S， Rakhimbaev I. Recovering Taraxacum kok-saghyz Rodin. via seed and callus culture[J]. World Academy of Science， Engineering and Technology， International Journal of Biological， Biomolecular， Agricultural， Food and Biotechnological Engineering， 2014， 8（4）： 385-387.

[9] 高玉堯，許文天，徐建欣，等. 不同溫度處理對橡膠草種子發(fā)芽特性的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2014，30（25）：189-193.

[10] Qiu J， Sun S， Luo S， et al. Arabidopsis AtPAP1 transcription factor induces anthocyanin production in transgenic Taraxacum brevicorniculatum[J]. Plant Cell Reports， 2014， 33（4）： 669-680.

[11] Cornish K， Xie W， Kostyal D， et al. Immunological analysis of the alternate rubber crop Taraxacum kok-saghyz indicates multiple proteins cross-reactive with Hevea brasiliensis latex allergens[J]. Journal of Biotechnology & Biomaterials， 2015， 5（4）： 1-6.

[12] 陳雪燕，王亞娟，雒景吾，等. 陜西省小麥地方品種主要性狀的遺傳多樣性研究[J]. 麥類作物學(xué)報，2007， 27（3）：456-460.

[13] Shannon C E， Weaver W. The mathematical theory of communication[M]. Urbana， Chicago， USA： The University of Illinois， 1949： 3-14.

[14] 孫亞東，梁 燕，吳江敏，等. 番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性和聚類分析[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，18（5）：297-301.

[15] 楊玉雙，張繼川，張立群，等. 利用 SSR 標(biāo)記分析橡膠草種質(zhì)資源的遺傳多樣性[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2016，32（3）：79-85.