橡膠樹不同倍性的氣孔性狀差異研究

張源源 郭涵 袁紅章 王祥軍 黃肖 李媛 李維國

摘 要 以通過流式細胞倍性檢測鑒定出的橡膠樹二倍體、三倍體、四倍體植株為研究對象，對不同倍性植株的氣孔性狀進行觀察和統計。結果表明：不同倍性間的橡膠樹葉片的氣孔長度、氣孔寬度、氣孔密度均存在極顯著差異。隨著橡膠樹倍性的提高，氣孔的長度和寬度均增大，而氣孔密度減小。二倍體、三倍體和四倍體的氣孔長度范圍分別為10.65～15.29、14.04～18.89 、15.15～19.37 μm，氣孔寬度范圍分別為7.13～10.65、8.58～11.83、10.38～13.83 μm，氣孔密度范圍分別為520.62～867.69、402.53～764.80、381.79～555.32個/mm2。以氣孔長度15.15 μm、氣孔寬度10.38 μm和氣孔密度555.32個/mm2為臨界值，可以鑒定二、四倍體混合群體中的四倍體。三倍體和二倍體、四倍體在氣孔長度值、寬度值和密度值在分布區間上均存在較大的重復，但以氣孔長度14.04 μm，氣孔寬度8.58 μm和氣孔密度764.80個/mm2為臨界值，可以篩除二、三、四倍體混合群體中的部分二倍體，提高多倍體鑒定的效率。

關鍵詞 橡膠樹；多倍體；氣孔性狀；倍性鑒定

中圖分類號 S722.3+4 文獻標識碼 A

Abstract The differences of stomatal characters among diploid， triploid and tetraploid were investigated in rubber tree[Hevea brasiliensis Muell. Arg.]. Results showed that there were significant differences in the stomatal length， stomatal width and stomatal density among different ploidy. With the increase of ploidy， the length and width of stomata increased while the stomatal density decreased. The stomatal length ranges of diploids， triploids and tetraploids was 10.65-15.29 μm， 14.04-18.89 μm and 15.15-19.37 μm， respectively. The stomatal width ranges of diploids， triploids and tetraploids was 7.13-10.65 μm， 8.58-11.83 μm and 10.38-13.83 μm， respectively. The stomatal density of diploids， triploids and tetraploids was 520.62-867.69 個/mm2、402.53-764.80 個/mm2 and 381.79-555.32 個/mm2， respectively. The demarcation of stomatal length of 15.15 μm， stomatal width of 10.38 μm and stomatal density of 555.32 個/mm2 could be used to identify tetraploid from mixed population of diploid and tetraploid. The demarcation of stomatal length of 14.04 μm， stomatal width of 8.58 μm and stomatal density of 764.80 個/mm2 could be used to exclude diploid from mixed population of diploid， triploid and tetraploid partly.

Key words rubber tree； polyploid； stomatal character； ploidy identification

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.001

多倍體植物具有細胞體積大、個體高大、葉片寬厚、分枝數少、花果少、種子大、生長速度快、代謝速率高、特殊代謝物質產量高、抗逆性和適應性強等特點[1-4]，在以獲得生物產量為目標的生產應用中具有二倍體無可比擬的優勢。橡膠樹育種的主要目標是獲得特殊代謝物質膠乳，通過多倍體育種途徑，可以在常規雜交育種的基礎上，選育出更高產高抗的橡膠樹新品種。在云南大面積推廣的云研77-2和77-4被證明為三倍體[5]，表明橡膠樹多倍體育種作為常規雜交育種的有效補充，具有重要的研究價值。

氣孔性狀作為多倍體鑒定的指標之一，在楊樹[6]、蘋果[7]、梨[7]、葡萄[8-9]、月季[10]等多種植物上得到了研究和應用。在橡膠樹中，目前已經通過人工誘導[11-21]、自然選擇和分離[22-25]等途徑獲得了大量橡膠樹多倍體植株，其中通過形態鑒定、細胞學鑒定、流式細胞倍性檢測等方法篩選天然多倍體是最主要的途徑[26]。橡膠樹不同倍性的氣孔性狀的相關研究只有周鐘毓等[27]對比了人工誘導的四倍體與二倍體對照的差異，關于多倍性水平的氣孔性狀差異的研究至今未見報道。

本研究以通過流式細胞倍性檢測鑒定出的不同倍性的橡膠樹為研究對象，分析橡膠樹不同倍性的氣孔性狀差異，探討通過氣孔性狀快速鑒定橡膠樹倍性的可能性。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料中的二倍體和三倍體植株來源于橡膠樹GT1自然授粉子代，四倍體植株來源于人工誘導獲得的橡膠樹。因資料缺失，四倍體的原始二倍體和親本未知。所有植株的倍性均經流式細胞倍性檢測確認。

1.2 方法

1.2.1 倍性分析 流式細胞倍性檢測參考康向陽等[28]的方法，用流式細胞儀（CyFlow Ploidy Analyzer/Cy）進行倍性分析。

1.2.2 氣孔長度和寬度測量，氣孔密度的觀察與計算

對已檢測出的不同倍性植株，二倍體和三倍體分別隨機取10株，每株取1個成熟葉片，四倍體植株取10個成熟葉片。采用指甲油法[29]，在LeicaDMBL顯微鏡40×物鏡下進行氣孔性狀觀察。每片氣孔裝片隨機選取3個視野使用LeicaDFC550顯微鏡照相機拍照。每個視野中隨機取3個氣孔，使用Image J圖像分析軟件測量氣孔長度和寬度，不同倍性分別測量90個氣孔。通過一張照片氣孔數量和照片所拍攝區域的面積計算氣孔密度。測量氣孔密度的圖像所拍攝區域的面積為0.028 812 mm2。

1.3 數據處理

數據整理在Microsoft Excel 2013中進行，使用IBM SPSS Statistics22中文版進行相關性分析、方差分析和多重比較，使用R語言繪制密度分布曲線。

2 結果與分析

2.1 流式細胞倍性檢測

流式細胞倍性檢測結果如圖1所示，二倍體植株的DNA相對含量為200，三倍體植株的DNA相對含量為300，四倍體植株的DNA相對含量為400。流式細胞倍性檢測可以準確鑒定出橡膠樹的倍性。

2.2 不同倍性橡膠樹葉片氣孔性狀差異

氣孔性狀觀察結果（圖2，表1）表明橡膠樹不同倍性間的氣孔長度、氣孔寬度、氣孔密度均存在極顯著差異，二倍體、三倍體和四倍體的氣孔長度范圍分別為10.65～15.29、14.04～18.89、15.15～19.37 μm，氣孔寬度范圍分別為7.13～10.65、8.58～11.83、10.38～13.83 μm，氣孔密度范圍分別為520.62～867.69、402.53～764.80、381.79～555.32 個/mm2。表明隨著橡膠樹倍性的提高，氣孔的長度和寬度均增大，而氣孔密度減小。分別以每個視野內測量的3個氣孔的長度、寬度的平均值為結果，計算氣孔密度與氣孔長度和寬度的相關性，結果表明氣孔密度與氣孔長度和寬度存在極顯著負相關，相關系數分別為-0.55和-0.507。

不同倍性橡膠樹的氣孔性狀的密度分布（圖3、4、5）表明，四倍體和二倍體在氣孔長度值、寬度值和密度值區間上均有較大區別，以氣孔長度15.15 μm、氣孔寬度10.38 μm和氣孔密度555.32 個/mm2為臨界值，可以快速準確區分二、四倍體混合群體中的四倍體和二倍體。三倍體和二倍體、四倍體在氣孔長度值、寬度值和密度值在分布區間上均存在較大的重復，但以氣孔長度14.04 μm，氣孔寬度8.58 μm和氣孔密度764.80 個/mm2為臨界值，可以篩除二、三、四倍體混合群體中的部分二倍體，提高多倍體鑒定的效率。

3 討論

植物多倍體的氣孔密度較二倍體小，氣孔長度和寬度較二倍體大，是植物多倍體的重要特征之一。周鐘毓等[27]觀察經秋水仙堿處理和多次分離篩選與細胞學鑒定認為穩定典型的橡膠樹多倍體（四倍體）的氣孔，結果表明多倍體植株的氣孔密度比二倍體植株小10%左右，氣孔的長度、寬度比二倍體植株大10%，與其二倍體對照均存在顯著或極顯著差異。本研究對比了橡膠樹二倍體、三倍體和四倍體的氣孔性狀差異，結果表明不同倍性間的氣孔密度、氣孔長度、寬度均存在極顯著差異，隨著橡膠樹倍性的提高，氣孔的長度和寬度均增大，而氣孔密度減小，與周鐘毓的研究結果相似。

植物產生多倍體的機制主要有體細胞染色體加倍和未減數配子（2n）發生兩種，體細胞染色體加倍產生四倍體，2n配子發生產生三倍體和少量四倍體。橡膠樹四倍體和二倍體的氣孔性狀差異較大，以氣孔長度15.15 μm、氣孔寬度10.38 μm和氣孔密度555.32個/mm2為臨界值，可以快速鑒定人工誘導體細胞加倍得到的二、四倍體混合群體中的四倍體。橡膠樹三倍體和二倍體、四倍體在氣孔長度值、寬度值和密度值在分布區間上均存在較大的重復，但以氣孔長度14.04 μm，氣孔寬度8.58 μm和氣孔密度764.80個/mm2為臨界值，可以篩除2n配子發生途徑獲得的二、三、四倍體混合群體中部分二倍體，提高多倍體的篩選效率。

植物多倍體的判別和鑒定方法從原理上根據其內在和外在的特征衍生而來[30]。在橡膠樹的多倍體鑒定中，形態鑒定法、細胞學鑒定法、流式細胞檢測等是最常用的多倍體鑒定方法。

形態鑒定法主要是根據多倍體在整個生長周期內的外部形態特征，初步鑒定是否為多倍體，在大規模的鑒定中可以進行初步篩選，減少工作量。形態鑒定法在橡膠樹的多倍體（四倍體）鑒定中被大量應用。橡膠樹四倍體的主要特征有：葉片較二倍體對照顯著增厚，葉脈增粗一半以上，葉色濃綠，葉片與主動脈夾角變小[16]；古銅期葉普遍表現出葉形指數小，側脈條數少，葉脈檢定角小[17]；雌花和雄花比二倍體對照的大[31]。本研究中的三倍體和二倍體在形態特征上沒有觀察到明顯區別，因此形態鑒定法在鑒定三倍體中并不適用。

細胞學鑒定法主要是指染色體計數法。橡膠樹二倍體染色體條數為2n=36，三倍體為2n=54，四倍體2n=72。經過初步的形態鑒定后，采用染色體計數確認是常用的方法[5，14，31-37]。染色體計數法是倍性鑒定最直接、準確的方法，但其制片技術要求高，對部分植物有一定難度[38]。隨著技術的進步，染色體計數法逐漸被更加高效、便捷的流式細胞儀檢測方法替代。

流式細胞儀的工作原理是用染色劑對細胞進行染色后測定樣品熒光強度，熒光強度與DNA含量成正比，DNA含量柱形圖直接反映出不同倍性的細胞數，近年來在倍性分析中應用越來越廣泛。張源源[25]首次通過流式細胞倍性檢測法從橡膠樹GT1自然授粉群體中檢測出三倍體植株，并經染色體計數確認。

橡膠樹多倍體較二倍體還有其它性狀的差異。如黃有軍等[36]觀察到海墾2、PR107、RRIM600三個品系多倍體植株葉片主要形態特征為葉形指數、一級側脈數和主脈導管列數比二倍體的小，柵欄組織、海綿組織和葉片厚度比二倍體的大。多倍體樹皮較二倍體對照多列射線密度低，射線細胞口徑較大，“網眼”比二倍體的寬、性狀多樣、不規則、排列較亂，圍繞多列射線的乳管或軸向薄壁細胞排列變得混亂。陸永林等[31]測定多倍體花粉粒直徑有41.0%超過50 μm，甚至有超過55 μm。賴杭桂等[20]認為直徑在30～50 μm的為正?；ǚ?，50 μm以上的為加倍花粉粒。以上性狀差異因為準確性不高（葉形指數、一級側脈數等）或難以直接觀察（導管列數，花粉直徑）等原因未被應用。

本研究根據不同倍性橡膠樹氣孔性狀差異，提出以氣孔長度、氣孔寬度和氣孔密度作為橡膠樹多倍性混合群體中的多倍體的鑒別或提高篩選效率的指標，總結和討論了橡膠樹多倍體鑒定的方法及其應用，在橡膠樹多倍體育種研究中具有一定的應用價值。

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