柳樹種質資源研究進展

侯庚

摘要 種質資源是品種選育的物質基礎。近年來，國內外關于柳樹種質資源的研究取得了許多關鍵性進展。總結了近年來柳樹種質資源的收集保存現狀、遺傳多樣性和親緣關系、遺傳圖譜構建、核心種質構建方面的主要研究進展，為有效保護和合理利用柳樹種質資源，開展柳樹遺傳育種研究工作提供參考。

關鍵詞 柳樹;種質資源;保存現狀;遺傳多樣性;遺傳圖譜;核心種質

Abstract Germplasm resource is a material basis of variety breeding. In recent years， much key progress has been made in the reseraches of willow germplasm resources at home and abroad. In this paper， the present situation of collection and conservation， genetic diversity and relationship， genetic map construction and core collection construction of willow germplasm resources in recent years were summarized to provide references for effective protection and rational utilization， research on genetic breeding of willow germplasm resources.

Key words Willow;Germplasm resources;Current preservation situation;Genetic diversity;Genetic map;Core collection

柳樹是楊柳科（Salicaceae）柳屬（Salix）植物的泛稱，落葉喬木或灌木，全球約520余種，具有速生、工藝成熟齡短、容易繁殖等特點。我國是世界上柳樹的主要分布區，擁有257個種、122個變種和33個變型[1]。柳樹在自然條件下很容易發生種間或屬間雜交，遺傳多樣性豐富。柳樹用途廣泛，是可作為防護林、水土保持林、風景林及用材林的重要樹種。大力發展柳樹栽培，對于緩解我國木材供需矛盾、改善生態環境和城鄉景觀具有重要意義。植物種質資源是發展農業生產和培育新品種的物質基礎，近年來，國內外關于柳樹種質資源的研究取得了許多關鍵性進展，為柳樹種質資源的科學保護和創新利用奠定了基礎。

1 柳樹種質資源收集保存現狀

種質資源又稱遺傳資源，包括植物野生種和栽培種[2]。歐洲各國很重視植物種質資源的收集和保存，其中英國建立了世界上最大的柳樹種質資源圃。我國擁有除美國和英國外的第三大柳樹種質資源圃，隸屬江蘇省林業科學研究院，保存著800余個柳樹種質資源，包含了世界上具有經濟價值和江蘇鄉土柳樹種質，極大地豐富了我國柳樹種質資源[3]。河北省國營海興農場是全國企業界最大的柳樹種質資源基因庫，共種植保存國內外柳樹優良種質無性系356個，成為企業界最大最全的柳樹資源匯集區，也是柳樹新品種研發基地[4]。2006年，原國家林業局國有林場和林木種苗工作總站在鄂爾多斯市造林總場建立沙柳國家林木種質資源庫，建設規模 52.5 hm2[5]。喬玉玲等[6]對國內外的柳樹種質資源進行了收集、保存，分別在山東壽光、沾化、長清和河北海興建立4處基因庫，面積共5.5 hm2，匯集基因材料1 282份。新疆伊犁林木良種繁育中心20世紀80年代從山西、遼寧、江蘇等地收集引進蘇柳178、旱×白605、爆竹柳等80余個柳樹品系并建立種質資源庫[7]。王春榮等[8]對張家口、承德等地的野生柳樹進行了調查，共收集189份種質資源并鑒定，統計出23種樹木志記載的柳樹植物，另外還發現2個尚未記載的新變種。張少偉等[9]對河南省內分布的野生柳樹種質資源進行了調查，發現35種野生柳樹種質資源，主要分布在太行山、伏牛山和大別山等地，補充完善了河南植物志的表述。羅玉松等[10]在赤峰部分地區共收集44種野生柳樹種質材料，通過鑒定統計出14種柳屬植物，并對其形態特性、自然生境和應用進行了評價。劉紅等[11]收集山東、河南、江蘇等地的杞柳，共收集杞柳種質資源114份，在馬陵山林場和沙墩鎮分別建立種質資源永久保存基地和種質生產基地，并對種質資源的葉片特征、物候期和適應性進行了觀測和評價。于振旭等[12]對山東境內的濱州、東營、濟南等地的旱柳進行了調查，共收集55株優樹的種質資源，在濟南市長清區建立旱柳無性系對比林。

2 柳樹遺傳學研究

2.1 遺傳多樣性和親緣關系

遺傳多樣性（genetic diversity）一般是指種內不同種群之間或一個種群內不同個體之間的遺傳變異，表現在分子、細胞、個體等多個水平，是生物多樣性的重要組成部分[13-14]。遺傳多樣性能夠反映一個物種對環境的適應能力及其生存能力[15]。對遺傳多樣性的研究，首先是從形態學開始的，但傳統的形態學鑒定方法不能系統地對種質資源進行遺傳多樣性研究和親緣關系鑒定。隨著分子生物學技術的不斷發展，分子標記技術不受組織、發育時期、季節環境限制，可較短時間內精確、有效地對大量品種進行鑒定、系統分類和遺傳多樣性研究[16-18]。柳樹天然雜交容易，自然界中存在許多天然雜種，種內和種間遺傳變異明顯，遺傳多樣性豐富，具有較高的遺傳學研究價值。于振旭[19]對旱柳（Salix matsudana）野生種質資源進行表型和分子水平遺傳多樣性分析，結果表明，旱柳種質資源群體內存在豐富的表型變異和分子遺傳變異，不同無性系枝干顏色、主干和小枝形態差異顯著，不同無性系樹高、地徑、葉長、葉寬、葉面積變異差異極顯著，旱柳觀測位點的平均多態性比率高達99.5%，顯示出極高的多態性。韓彪等[20]對不同種源天然單株和雜交無性系柳樹的16個表型性狀遺傳多樣性研究表明，柳樹種源間和種源內變異系數較大，變異區間分別為9.0%～35.4%、6.4%～57.3%，16個表型性狀存在不同層度的差異，東營柳樹資源種源內差異顯著，聚類分析表明江蘇種源與其他種源差異較大。郝蕾等[21-22]研究表明，北沙柳（S.psammophila）表型性狀變異豐富，變異系數為17.64%～28.79%，表型性狀中分枝角度多樣性指數最大，地徑多樣性指數最小，葉面積、葉周長、葉長、葉柄長和葉寬對分組的貢獻率較大;北沙柳種質資源在分子水平同樣具有豐富的遺傳多樣性，是其耐旱、耐寒、耐高溫、耐沙埋和抗風蝕等適應性較強的分子基礎。Beismann等[23]對白柳（S.alba）和爆竹柳（S.fragilis）及其雜交種進行了AFLP分析，支持了先前通過形態學特征確定的分布，同時解決了爆竹柳及其雜交種形態上難區分的難題。Trybush等[24]對英國涵蓋50個柳樹種的154份種質資源利用AFLP方法進行聚類分析，對種-組-亞屬的分類體系提出了新觀點，研究將三蕊柳（S.triandra）劃分到柳亞屬。呂金輝等[25]以銀芽柳（S.leucopithecia）和綿毛柳（S.erioclada）為材料，基于毛細管電泳技術體系建立并優化了AFLP分子標記技術，成功構建了AFLP-毛細管電泳體系。賈會霞等[17]利用毛細管電泳-AFLP對從國內外收集的生產上常用的37份柳樹種質資源進行了遺傳多樣性和親緣關系分析，結果表明柳樹種質間遺傳多樣性較高，將37份種質分為兩大類，一類是喬木柳，一類除小喬木康定柳外，其余都是灌木柳，分析結果與傳統形態分類基本一致。王輝[26]利用SSR標記技術對20個柳樹品種進行遺傳多樣性分析，12對引物共擴增出96個位點，其中91個多態性位點，多態性比率94.79%，說明柳樹間存在較大的遺傳變異。張亮等[27]利用SSR技術對山西省7個地區49份旱柳古樹的遺傳多樣性進行分析，10對引物共擴增26條多態性條帶，多態性比率為78.79%，等位基因數、有效等位基因數、Neis遺傳多樣性指數和Shannon多樣性信息指數分別為1.787 9、1.332 3、0.205 9和0.324 2，表明古樹間具有較豐富的遺傳變異。

2.2 遺傳圖譜構建

遺傳連鎖圖譜（genetic linkage map）是指基因在染色體上相對位置的排列分布圖，是遺傳育種工作的重要技術平臺，是基因定位克隆及基因組學研究的基礎和依據[28-29]。Tsarouhas等[30]利用AFLP和RFLP技術，以87個柳樹雜交子代為材料，首次構建了柳樹遺傳圖譜，包含325個AFLP標記和38個RFLP標記。Hanley等[31]采用雙點擬測交法，對蒿柳（S.viminalis）1個全同胞家系的66個個體構建親本遺傳圖譜并整合到1張蒿柳遺傳連鎖圖譜，包含291個AFLP標記和39個SSR標記，圖譜總距離為1 256.5 cM，標記間平均間隔4.4 cM。劉恩英等[32]以簸箕柳295×棉毛柳716的親本及F1代群體為材料，構建一張柳樹遺傳圖譜，包含56個SSR標記、54個SRAP標記、5個SCAR標記和2個性別標記，圖譜總距離為1 631.4 cM，標記間平均距離14.1 cM。Berlin等[33]構建了蒿柳×（蒿柳×S.schwerinii）遺傳圖譜，包含307個SNP標記和45個SSR標記，總圖距2 477 cM，平均距離5.0 cM。賈會霞[34]以棉毛柳P718×P719雜交的F1代280個個體為材料，采用JoinMap 4.0軟件對符合孟德爾分離定律的902個標記構建遺傳圖譜，共獲得19個主要連鎖群，包含609個AFLP標記和8個SSR標記，圖距在47.32～225.30 cM，總圖距為2 481.75 cM。呂金輝[35]選取銀芽柳（S.leucopithecia）×棉毛柳的243個F1單株為材料，采用擬測交策略構建了2個親本的遺傳框架圖譜。

3 柳樹核心種質構建

豐富多樣性的遺傳資源為遺傳育種提供了物質基礎，同時也給種質資源的保存、研究和利用帶來了困難。核心種質（core collection）是指采用一定方法將原群體種質資源中能夠代表整個群體的遺傳范圍的種質挑選出來，盡量以最少的種質材料來保存種質資源庫的遺傳多樣性和遺傳結構[36]。核心種質具有代表性、實用性、動態性和有效性，其目的是去除種質中的遺傳重復，能夠解決上述難題，提高了種質資源的研究和利用效率[37]。DNA標記技術能夠在較短時間內獲得大量的遺傳信息，能夠很好地分析種質資源的遺傳多樣性和遺傳關系，目前，在物種核心種質構建上已得到廣泛應用，但柳樹種質資源核心種質構建方面研究報道較少。郝蕾[38]利用SSR分子標記采用改進的最小距離逐步取樣法和分組最小距離逐步取樣法構建了北沙柳核心種質庫，共53個無性系，核心庫方差差異百分率（VD）為14.29%，變異系數變化率（VR）為100.47%，極差符合率（CR）為66.39%，具有很好的代表性、異質性和多樣性。臺秀國[39]對從山東省內外收集的119份種質資源，利用AFLP分子標記技術，采用分組后組內簡單比例法和聚類抽樣法的策略，并結合地理分布和生長指標構建柳樹核心種質，核心種質共41份，保留了原始種質的34.45%，多態帶數和多態帶比例保留率分別達到9325%和99.34%，觀測等位基因數、有效等位基因數、Neis基因多樣性、Shannons信息指數保留率分別為99.81%、100.92%、106.42%、107.83%，核心種質庫能夠代表原始種質的遺傳多樣性。

4 小結

優良新品種的培育需要豐富的種質資源作為物質基礎，因此，對種質資源的收集、保存及遺傳學研究應予以高度重視。目前，我國學者對柳樹種質資源的遺傳學研究相對較少，僅對部分柳樹種進行了遺傳多樣性及遺傳圖譜構建等方面的研究，還存在許多不足之處。我國擁有豐富的柳樹種質資源，自然界中存在許多天然雜種，種內和種間遺傳變異明顯，遺傳多樣性豐富，因此，要加強鄉土柳樹種質資源的表型及分子遺傳學研究，在此基礎上構建核心種質庫，促進鄉土柳樹種質資源的深入研究，為優異基因挖掘提供核心材料，為種質資源長期科學保存、評價提供理論依據，為種質創新利用提供物質基礎，加之我國有良好的柳樹遺傳改良基礎，力爭選育出更多的滿足各種用途的新品種。

參考文獻

[1] 中國科學院《中國植物志》編輯委員會.中國植物志：第20卷 第2分冊[M].北京：科學出版社，1984.

[2] 胡雪華.矮楊梅種質資源評價及繁殖技術研究[D].貴陽：貴州師范大學，2007.

[3] 潘建明.柳樹的遺傳改良及栽培技術[J].林業科技開發，2004，18（3）：3-7.

[4] 陳建建.柳樹種質資源收集及抗鹽堿性評價[D].泰安：山東農業大學，2015.

[5] 呂廣林.沙柳國家林木種質資源庫建設技術[J].內蒙古林業，2019（9）：20-22.

[6] 喬玉玲，秦光華，宋玉民，等.柳樹基因資源收集與優樹選擇研究[J].山東林業科技，2016（6）：8-11.

[7] 李斌，史開奇，陳勇，等.柳樹種質資源的收集保存及品種對比試驗[J].防護林科技，2017（11）：44-48.

[8] 王春榮，梁海永，劉晶芳，等.張承地區柳樹野生資源調查報告[J].河北林業科技，2017（3）：35-38.

[9] 張少偉，韓愛蘭，張丹，等.河南野生柳樹種質資源調查及園林應用研究[J].河南農業，2017（24）：47-49.

[10] 羅玉松，宋志強，劉俊，等.赤峰市部分地區柳樹野生柳樹資源調查及評價[J].北方農業學報，2016，44（2）：29-35.

[11] 劉紅，殷瑞雪，田雨林.杞柳種質資源的收集與保存[J].山東林業科技，2014（4）：41-43.

[12] 于振旭，秦光華，宋玉民，等.旱柳野生種質資源收集及多樣性分析[J].北京林業大學學報，2018，40（10）：67-76.

[13] 黃春瓊.狗牙根種質資源遺傳多樣性分析及評價[D].海口：海南大學，2010.

[14] 錢迎倩.生物多樣性的保護和永續利用[J].廣西科學院學報，1994，10（1）：4-7.

[15] 王洪新，胡志昂.植物的繁育系統、遺傳結構和遺傳多樣性保護[J].生物多樣性，1996，4（2）：32-36.

[16] RAHMAN M H，RAJORA O P.Microsatellite DNA fingerprinting，differentiation，and genetic relationships of clones，cultivars，and varieties of six poplar species from three sections of the genus Populus[J].Genome，2002，45（6）：1083-1094.

[17] 賈會霞，吳立栓，胡建軍，等.柳樹種質資源遺傳多樣性和親緣關系的CE-AFLP分析[J].林業科學，2013，49（6）：37-44.

[18] RAJORA O P，RAHMAN M H.Microsatellite DNA and RAPD fingerprinting，identification and genetic relationships of hybrid poplar（Populus×canadensis）cultivars[J].Theor Appl Genet，2003，106：470-477.

[19] 于振旭.旱柳種質資源遺傳多樣性評價與利用特性研究[D].泰安：山東農業大學，2017.

[20] 韓彪，穆艷娟，韓慶軍，等.柳樹表型遺傳多樣性研究[J].山東林業科技，2016（1）：5-9.

[21] 郝蕾，張國盛，穆喜云，等.北沙柳種質資源居群表型多樣性[J].西北植物學報，2017，37（5）：1012-1021.

[22] 郝蕾，張磊，張國盛，等.北沙柳群體遺傳多樣性和遺傳結構分析[J].西北植物學報，2017，37（8）：1507-1516.

[23] BEISMANN H，BARKER J H A，KARP A，et al.AFLP analysis sheds light on distribution of two Salix species and their hybrid along a natural gradient[J].Molecular ecology，1997，6（10）：989-993.

[24] TRYBUSH S，JAHODOV ，MACALPINE W，et al.A genetic study of a Salix germplasm resource reveals new insights into relationships among subgenera，sections and species[J].Bioenergy research，2008，1（1）：67-79.

[25] 呂金輝，胡建軍，盧孟柱.基于毛細管電泳的柳樹AFLP分子標記研究[J].北京林業大學學報，2012，34（1）：51-57.

[26] 王輝.楊柳樹SSR遺傳多樣性分析及4種柳樹耐鹽性比較研究[D].保定：河北農業大學，2008.

[27] 張亮，王振龍，高志文，等.山西省旱柳古樹資源遺傳多樣性的SSR分析[J].山西林業科技，2018，47（1）：6-9.

[28] 韓國輝，向素瓊，洪棋斌，等.柑橘分子遺傳連鎖圖譜的構建與比較[J].園藝學報，2013，40（S）：2620.

[29] 藕丹.美洲黑楊×青楊派雜種無性系SSR和SCoT指紋圖譜的構建與遺傳關系分析[D].楊凌：西北農林科技大學，2017.

[30] TSAROUHAS V，GULLBERY U，LAGERCRANTZ U.An AFLP and RFLP linkagemap and quantitative trait locus（QTL）analysis of growth traits in Salix[J].Theor Appl Genet，2002，105（2/3）：277-288.

[31] HANLEY S，BARKER J H A，VAN OOIJEN J W，et al.A genetic linkage map of willow（Salix viminalis）based on AFLP and microsatellite markers[J].Theor Appl Genet，2002，105：1087-1096.

[32] 劉恩英，王源秀，徐立安，等.基于SSR和SRAP標記的簸箕柳×綿毛柳遺傳框架圖[J].林業科學，2011，47（5）：23-30.

[33] BERLIN S，LAGERCRANTZ U，VON ARNOLD S，et al.Highdensity linkage mapping and evolution of paralogs and orthologs in Salix and Populus[J].BMC Genomics，2010，11（1）：1-14.

[34] 賈會霞.綿毛柳遺傳圖譜構建及生物能源性狀的QTLs定位[D].北京：中國林業科學研究院，2013.

[35] 呂金輝.銀芽柳×綿毛柳遺傳圖譜構建[D].北京：中國林業科學研究院，2011.

[36] FRANKEL O H.Genetic perspective of germplasm conservation[M]//ARBER W，LLIMENSEE K，PEACOCK W J，et al.Genetic manipulations：Impact on man and society.Cambridge，UK：Cambridge University Press，1984：161-170.

[37] 崔艷華，邱麗娟，常汝鎮，等.植物核心種質研究進展[J].植物遺傳資源學報，2003，4（3）：279-284.

[38] 郝蕾.北沙柳種質資源評價、鑒定及核心庫構建[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2018.

[39] 臺秀國.柳樹抗旱性研究和核心種質的構建[D].泰安：山東農業大學，2016.