伊犁野生橡膠草居群的表型多樣性分析

任海龍，張學超，張 龑，高 強，周 勃，徐 麟

（1.廣州市農業科學研究院，廣東廣州510335；2.新疆農業科學院海南三亞農作物育種試驗中心，海南三亞572014；3.伊犁哈薩克自治州農業科學研究所，新疆伊寧835000；4.新疆農業科學院農作物品種資源研究所，新疆烏魯木齊830091）

橡膠草（Taraxacum kok-saghyz Rodin，TKS）又名俄羅斯蒲公英或青膠蒲公英，為菊科蒲公英屬多年生草本植物。原產于哈薩克斯坦以及我國新疆等地，常生長在鹽堿化草甸、河漫灘草甸及農田水渠邊[1-2]。因橡膠草根部含有豐富的高品質橡膠，且分子結構與三葉橡膠相同，所以被認為是極具發展前途的巴西橡膠樹替代產膠作物[3]。

作為一種重要的產膠替代作物，橡膠草得到歐美國家的廣泛重視，各國都加大了對橡膠草的研究力度[4-10]，紛紛以合作、調查等方式多次到哈薩克斯坦、吉爾吉斯坦等國搜集橡膠草種質資源，為橡膠草的品種選育奠定材料基礎，例如PENRA（美國）和EU-PEARLS（歐洲）計劃等[2，11-12]。由于各國對戰略資源的保護，限制了我國從歐美等國家獲取橡膠草種質的渠道。因此，開展以橡膠草原產地——新疆為重點的野生橡膠草種質資源的收集與評價工作極為重要。

自2013 年起，新疆農業科學院聯合中國熱帶農業科學院橡膠研究所、北京化工大學、黑龍江科學院等國內多方科研力量沿天山山脈在我國新疆開展了野生橡膠草的收集、調查工作。歷經多年，在伊犁昭蘇天山鄉、夏塔鄉、察汗烏蘇鄉，特克斯縣呼吉爾圖蒙古鄉，農四師74 團，石河子和中哈邊境線都發現了野生橡膠草的分布。其中，沿新疆伊犁河谷地區的野生橡膠草資源最為豐富，形態多樣，含膠量也最高（根部含膠量達10%以上），生境包括了河岸、草場等多種類型，被認為是實現我國橡膠草優良品種突破的希望。

本研究對新疆伊犁地區的3 個野生橡膠草居群進行了表型多樣性分析，以期揭示伊犁野生橡膠草的表型變異程度與規律，為橡膠草種質資源調查、保護和遺傳改良提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在新疆伊寧市伊犁州農業科學研究所試驗地進行。該地土壤為灰鈣土，pH 值為7.99，有機質21.2 g/kg，全氮0.83 g/kg，全磷2.87 g/kg，堿解氮61.38mg/kg，速效磷36.55mg/kg，速效鉀165.1mg/kg[13]。

1.2 試驗材料

在對伊犁野生橡膠草分布區內居群調查的基礎上，選取昭蘇縣和特克斯縣3 個相對隔離的野生橡膠草居群。其中，昭蘇縣2 個居群（命名群體A 和B），相對距離較近，但生境差別很大；特克斯縣1 個居群（命名群體C）與昭蘇縣的2 個群體地理距離較遠，但與昭蘇縣的群體B 生境類似（表1）。

表1 橡膠草居群的地理位置和生態因子情況

1.3 試驗方法

采用小樣本進行采樣，每個群體內選取15 個以上單株，于2017 年6 月18 日采集并移栽到伊犁州農業科學研究所的試驗田，2018 年9 月20 日隨機選擇15 株進行表型性狀統計。

1.4 表型測定項目及方法

用直尺測量橡膠草盛花期的最大株幅、葉片長、葉片寬和花葶長；用游標卡尺測量葉片厚和花葶粗；花葶數為盛花期的花葶總數；初花期天數為橡膠草移栽后到第2 年首次開花的天數。

1.5 數據統計分析方法

使用Microsoft Excel 統計并計算各個性狀的最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數（CV，coefficient of variation）；采用SPSS 19.0 軟件數據處理系統進行方差分析和系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 野生橡膠草表型性狀調查及統計結果

變異系數從某種程度上能反映出性狀的差異性和多樣性，變異系數越大分化程度越高、多樣性越顯著；變異系數小則性狀相對穩定、一致性較高[14]。對45 份伊犁野生橡膠草材料的表型性狀進行測定，結果顯示（表2），橡膠草的表型性狀存在較大差異，其中，花葶數的變異系數最大，為47.54%，變化范圍在3～30 個，平均為12.47 個；初花期天數的變化最小，范圍為325～335 d，平均初花期天數為329.2 d，變異系數僅為0.77%；剩下的依次是葉片長、株幅、花葶長、葉片厚、葉片寬和花葶粗，變異系數分別為39.87%，37.95%，34.25%，29.37%，29.05%和26.46%，8 個表型性狀的變異系數平均值為30.66%。

2.2 野生橡膠草居群間、居群內表型性狀變異特征

野生橡膠草的部分表型性狀在居群間存在顯著差異（表3），具體表現為昭蘇縣居群A、B 和特克斯縣居群C 在株幅、葉片長、葉片寬、葉片厚和花葶粗等表型性狀存在顯著差異，其中，特克斯縣居群C 的株幅最大，昭蘇縣居群A 的株幅最小，相差近1 倍；特克斯縣居群C 的初花期天數最長，昭蘇縣居群B 的初花期天數最短，但3 個居群間沒有顯著差異；特克斯縣居群C 的葉片長最大，昭蘇縣居群A 的葉片長最小，相差近1 倍；特克斯縣居群C 的葉寬最大，昭蘇縣居群A 的葉寬最小；特克斯縣居群C 的葉片厚最大，昭蘇縣居群A 的葉片厚最小；特克斯縣居群C 的花葶數最多，昭蘇縣居群B 的花葶數最少，但居群間沒有顯著差異；特克斯縣居群C 的花葶長最長，昭蘇縣居群A 的花葶長最短；特克斯縣居群C 的花葶粗最大，昭蘇縣居群B 的葶粗最小；昭蘇縣居群A 和B 僅葉片寬存在顯著差異，其他表型性狀無明顯差異。

表2 45 份野生橡膠草材料的表型性狀統計

表3 橡膠草3 個居群表型性狀的平均值

方差分析結果表明（表4），橡膠草株幅和葉片長這2 個性狀，居群間的多樣性要高于居群內的多樣性，而初花期天數、葉片寬、葉片厚、花葶數、花葶長和花葶粗等6 個表型性狀則表現為居群內多樣性更高。

表4 橡膠草居群表型性狀的方差分析

2.3 野生橡膠草居群表型聚類分析

以株幅、初花期天數、葉片長、葉片寬、葉片厚、花葶數、花葶長和花葶粗等8 個表型性狀為指標，采用系統聚類分析法對野生橡膠草3 個居群進行聚類分析，結果顯示（圖1），以歐氏距離15 為閾值，3 個野生居群被分為3 大類群，第Ⅰ類群包括全部昭蘇縣的居群B 和部分昭蘇縣居群A 與特克斯縣居群C 的材料，這一類群所含材料數最多，表型特征不明顯；第Ⅱ類群只包括了特克斯縣居群A的2 份材料，該類材料的花葶數最多；第Ⅲ類群僅包括特克斯縣居群C 的7 份材料，此類材料具有株幅大、葉片較寬以及花葶較粗的特點。

3 結論與討論

物種的遺傳多樣性是其適應（生存）和進化（發展）的前提，是物種長期進化的產物。一個物種的遺傳多樣性越高，往往對環境變化的適應能力越強，反之亦然[15]。植物表型多樣性是遺傳多樣性的重要表現形式，是基因型和環境因子共同作用的結果[16]。盡管分子標記技術已經被應用于橡膠草種質資源的鑒定和分類研究，但是表型性狀的鑒定仍然是橡膠草種質資源研究最基本的方法和途徑[17-18]。本研究結果表明，伊犁野生橡膠草在株幅、葉片長、葉片寬、葉片厚和花葶粗等表型性狀上存在顯著差異，居群內的多樣性十分豐富，該結果與高玉堯等[17]對橡膠草種質苗期農藝性狀多樣性的報道結果較為一致，說明伊犁野生橡膠草資源的多樣性很豐富，可發掘利用的遺傳變異較多。

聚類分析結果表明，3 個伊犁野生橡膠草居群間既有相似性，又有一定的區別，表現為昭蘇縣2 個居群由于相對距離較近，即使生境差別很大，仍然大都聚為一類；特克斯縣的居群與昭蘇縣的居群地理距離較遠，即便生境類似，表型性狀上也存在明顯的區別，這可能與橡膠草種子借助風力的傳播方式有關，另外，橡膠草所在的蒲公英屬，種間雜交現象普遍，演化關系復雜，也對橡膠草的群體進化產生了一定影響[14]。2012 年，李若霖[19]根據一個橡膠草特異DNA 片段（GenBank 登錄號為HB850815.1）設計了1 對橡膠草特異性鑒定引物TKp2-2L 和TKp2-2R，并通過測序及Southern 技術驗證得出，該引物能有效地鑒定橡膠草，還利用13 條RAPD引物對62 份采自新疆以及1 份采自美國的橡膠草種質資源進行了遺傳多樣性分析。2016 年，楊玉雙等[12]利用23 對SSR 引物對2 份俄羅斯引進材料、11 份美國引進材料和83 份新疆地區采集的野生橡膠草材料進行了遺傳多樣性分析。研究結果均認為，新疆的橡膠草種質資源具有豐富的多樣性且遺傳背景較為復雜，與本試驗得出的伊犁野生橡膠草居群表型多樣性的研究結論一致。因此，全面了解伊犁河野生橡膠草居群的遺傳背景和多樣性，對于我國橡膠草這種戰略資源的保護及今后橡膠草育種材料的選配都具有重要的參考意義。