白柳和旱柳種間雜交后代性狀分析

崔華蕾，米昊雨，馬小欣，劉彥澤，龐丁瑋，梁海永

(1.河北霧靈山國家級自然保護區管理中心，河北 承德 067300；2.河北農業大學 林學院，河北 保定 071000)

1 引言

楊柳科(Salicaceae)柳屬(Salix)植物通常泛稱柳樹，一般為落葉喬木或灌木，全球約有520余種，在我國有柳樹257個種、122個變種和33個變型[1,2]。柳樹速生、工藝成熟齡短、容易繁殖等特點使得其用途非常廣泛，主要應用于防護林、水土保持林、風景園林及用材林等。柳樹在自然分布狀況下，其生態多樣性和遺傳多樣性相對比較豐富，因此，可將其作為選育新品種和優良性狀的重要材料[3]。通過遠緣雜交方法選育優良性狀、培育新品種，在李、杏、楸樹、楊樹、棉花和竹子等眾多植物中已略有成效，這對植物遺傳基礎的拓寬和植物種質資源的創新具有重要意義[4～9]。植物的表型性狀特點便于調查、比較直觀，對于分析和評價種質資源性狀多樣性，表型性狀是主要的特征指標[10]。

白柳枝條、葉片顏色明亮，是優良的鄉土樹種之一。目前，我國科研工作者對柳樹種質資源的遺傳學研究還是相對較少，僅對一些柳樹種進行了遺傳多樣性及遺傳圖譜構建等方面的研究[11,12]，導致還存在許多不足之處。本試驗以白柳、旱柳雜交后代為研究材料，對后代苗高、地徑以及枝條、葉片性狀進行分析，為柳樹種間雜交子代的早期選擇和遺傳改良提供了理論依據，力爭選育出更多的滿足各種用途的柳樹新品種。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本試驗在河北農業大學西校區林學苗圃地進行，以白柳和旱柳雜交子代1年生和2年生雜種苗為試驗材料。株行距0.5 m×0.5 m。冬季12月份對雜交子代的苗高和地徑進行測定和分析，同時采集枝條對子代枝條色差特征進行分析；夏季5月份采集葉片進行形態測定。

2.2 試驗方法

2.2.1 苗高地徑調查與測定

使用塔尺和游標卡尺對各雜交子代的苗高與地徑生長情況進行測量，并進行記錄。以植株自然生長最高點的高度為苗高，以植株主干地上5 cm處直徑為地徑[13]。

2.2.2 枝條顏色調查與測定

選取1年生雜交子代苗和2年生雜交子代苗上中下不同部位的枝條，用清水清洗干凈，擦干水分；在統一自然光下，將白紙作為背景拍照后進行記錄，為減少試驗誤差，確保試驗準確性，所有枝條均選擇向光面，做3次重復，用Photoshop調節白平衡，利用Photoshop中的取色器查看調節白平衡后的枝條Lab值，并記錄亮度值L、紅綠度a、黃藍度b。

其中L值表示枝條的亮暗程度，L值越大表明枝條越亮，L值越小表明枝條越暗；a值顯示紅綠程度，“+”表示偏紅，“-”表示偏綠；絕對值越大則表明枝條呈現的紅色或綠色越深；b值顯示黃藍程度，“+”表示偏黃，“-”表示偏藍；絕對值越大則說明條呈現的黃色或藍色越深[14]。

2.2.3 葉片形態調查與測定

選取枝條頂端往下第5～7片的成熟葉，使用掃描儀對葉片進行掃描，利用Lamina分析軟件測定1年生和2年生雜交子代葉片的長度、寬度、葉面積等指標，每個做3次重復。

2.3 數據分析

運用Excel 2010、SPSS 21.0、DPS7.05等軟件進行數據整理和統計分析，同時繪制頻次分布圖及分布曲線。

3 結果與分析

3.1 雜交子代苗高、地徑

苗高和地徑是反映樹木生長快慢和長勢好壞的重要指標[15]。對1a和2a生雜種苗植株的苗高和地徑進行測量和統計，用SPSS軟件繪制子代苗高地徑頻次分布圖和分布曲線，結果見表1、表2、圖1和圖2。

3.1.1 1a、2a生雜交子代苗高性狀表現

從表1可以看出，白柳與旱柳種間雜交子代苗高具有較大的遺傳差異，1 a、2 a生雜交子代株高均值分別為130.69 cm、224.53 cm，變異系數分別為26.05%、20.40%。由表1和圖1可知，白柳與旱柳種間雜交子代1 a、2 a生群體的株高呈現連續分布，表現出典型數量性狀特征。從株高性狀的偏度和峰度看，1 a生株高偏度為0.262>0，呈現正偏態連續分布，2 a生株高偏度為-0.273<0，呈現負偏態連續分布。

表1 1 a、2 a生雜交子代株高性狀表現

3.1.2 1 a、2 a生雜交子代地徑性狀表現

從表2可以看出，白柳與旱柳種間雜交子代地徑具有較大的遺傳差異，1 a、2 a生雜交子代地徑均值分別為6.56 mm、15.60 mm，變異系數分別為25.32%、28.60%。由表2和圖2可知，種間雜交子代1 a、2 a生子代的地徑也呈現連續分布，表現出典型數量性狀特征。從地徑性狀的偏度和峰度看，1 a、2 a生偏度均>0，呈現正偏態連續分布，1 a生地徑峰度>3，分布曲線更加陡峭。

圖1 1 a、2 a生雜交子代株高分布

表2 1 a、2 a生雜交子代地徑性狀表現

圖2 1 a、2 a生雜交子代地徑分布

3.2 雜交子代枝條顏色

枝條顏色和葉片顏色是園林植物重要的觀賞性狀。測定柳樹1 a、2 a生雜交子代枝條的L、a、b值，根據這些數值可以分析出枝條顏色特征，對枝條色澤參數a值進行聚類得出a值聚類分析圖。

3.2.1 1 a、2 a生雜交子代枝條顏色分析

由表3可知：1 a生雜交子代中1、54、55、56、57的L值相對較大，分別為47.67、37.33、39.33、42.33、39.00，由此可以看出這幾株枝條相對比較光亮。通過對a值的分析可得，在1 a生子代的59個株系中只有13、34這兩個株系a值為-3.33和-1.33均小于0，枝條顏色接近淺綠色。在其他a值大于0的57個株系中，2、22、30的a值較大，分別為18.67、21.00、20.33，枝條顏色最紅，呈現深紅色。11、27、38、55的a值最小，分別為0.33、0.67、1.67、1.00，顏色較淺，呈現淺紅色。對b值的分析可得，所有枝條b值都大于0，且數值較大，變幅范圍在10.67～54.00，說明枝條顏色在藍黃分析中偏黃。

而由表4可知：2 a生雜交子代中1、4、7的L值最大，分別為39.67、39.33、38.67，由此可以看出這幾株枝條比較光亮。通過對a值的分析可得，在2 a生子代的19個株系中只有18這個株系a值小于0，枝條顏色接近淺綠色，a值為-2。在其他a值大于0的18個株系中，5、9的a值相對較大，分別為17.67、16.33，枝條顏色相對較紅。1、11、14、16的a值較小，分別為2.33、1.67、2.67、1，顏色較淺，呈現淺紅色。對b值的分析可得，所有枝條b值都大于0，變幅范圍在19.00～47.00，且數值較大，說明枝條顏色在藍黃分析中偏黃。

表3 1 a生雜交子代枝條顏色分析

續表3

表4 2 a生雜交子代枝條顏色分析

通過對雜交子代枝條的觀測，可明顯看出不同株系之間枝條顏色存在差異。根據枝條顏色特征將典型枝條進行拍攝并記錄，能夠更清晰的體現枝條顏色的遺傳差異。由圖3可知，雜交子代枝條呈現多種顏色，包括綠色、黃綠、淺紅、紅色、橙紅、深紅等。

3.2.2 1 a生雜交子代枝色a值聚類分析

由圖4可以看出，通過對1 a生雜交子代的枝色參數a值進行聚類，首先可以將枝條顏色分成兩大類，分別為a值偏小接近0和a值偏大。其中顏色較淺即a值偏小的枝條較多(圖4中縱軸上從1～34都為偏淺的枝條)。淺色枝條又可分為兩大亞類，其中第一亞類枝條偏多且a值均>0，枝條呈現淺紅色；第二亞類枝條a值為負值且接近0(在圖4縱軸上為13、34)，枝條顏色接近淺綠色。顏色較深即a值偏大的枝條也可分為兩大亞類，其中第一類枝條a值較大(在圖2縱軸上為2、22、30)，枝條呈現深紅色；第二亞類枝條顏色呈現紅色(在圖2縱軸上從4～16)。從總體看1a生雜交子代枝條色澤以偏紅色為主，有個別植株枝條呈現淺綠色。

圖3 雜交子代典型枝條顏色觀測

圖4 1 a生雜交子代枝色參數a值聚類分析

3.2.3 2 a生雜交子代枝色a值聚類分析

同理，由圖5可以看出，通過對2 a生雜交子代的枝色參數a值進行聚類，也可以將枝條顏色分成兩大類，分別為a值偏小接近0和a值偏大。這兩大類株系數量相近。淺色枝條(在圖5縱軸上從1～18)可分為兩大亞類，其中第一亞類枝條偏多且a值均>0，枝條呈現淺紅色；第二亞類枝條a值為負值且接近0(在圖5縱軸上為18)，枝條顏色接近淺綠色。深色枝條也可分為兩大亞類，其中第一亞類枝條顏色呈現紅色(在圖5縱軸上從3～8)；第二類枝條a值較大(在圖5縱軸上從5～12)，枝條呈現深紅色。大體上2 a生雜交子代枝條顏色為偏紅色，有極個別植株枝條呈現淺綠色。

圖5 2 a生雜交子代枝色參數a值聚類分析

3.3 雜交子代幼葉形態

3.3.1 雜交子代幼葉葉片形態的差異分析

由表5可知：白柳和旱柳的雜交子代幼葉葉片形態指標中，葉周長、葉長、寬長比存在極顯著差異(P<0.01)，葉面積、葉寬存在顯著差異(P<0.05)；葉面積的變異范圍為87.14～852.25 mm2，葉周長的變異范圍為38.25～136.98 mm，葉長的變異范圍為19.96～66.71 mm，葉寬的變異范圍為2.87～17.66 mm，葉寬長比的變異范圍為0.09～0.39；葉片形態變異系數的范圍為22.71%～44.32%，其中葉周長的變異系數最小，而葉面積的變異系數最大為44.32%，遠大于其他指標，葉面積反映了葉大小情況，雜交子代最大面積約為最小面積的10倍，由此說明葉面積即葉片大小變異最為明顯。

表5 雜交子代葉片形態差異分析

3.3.2 幼葉葉片形態的聚類分析

葉面積可顯示葉片大小，葉寬長比可顯示葉片的形態，因此根據幼葉葉片面積和葉片寬長比針對葉片形態進行聚類分析，結果見圖6。可以看出，在歐式距離為1100時，可以根據葉片形態將子代株系分為兩大類，分別為寬葉型和窄葉型。第一類群株系屬于寬葉型(在圖6縱軸上從1～7)，其主要特征為葉面積較大，葉子較寬，葉寬長比較大，葉片形狀近似于闊披針形，從整體上看屬于寬葉型株系。第二類群株系屬于窄葉型(在圖6縱軸上從12～26)，其主要特征為葉面積較小，葉子較窄，葉寬長比較小，葉片形狀近似于披針形，從整體上看屬于窄葉型株系。圖7為雜交子代典型葉片形態的觀測圖，葉片大致上可分成以上總結的兩類。

圖6 雜交子代葉片形態聚類分析

圖7 雜交子代典型葉片形態觀測

4 討論

由于形態學標記特點明顯、鑒別簡單、方便、易于觀察，在植物遺傳育種研究與工作中得到廣泛使用，直到如今仍然是鑒別種類和品種的最基本性依據[16]。本研究通過對雜交子代的苗高、地徑、枝條顏色、葉型等早期選擇指標遺傳變異規律進行統計分析，為柳樹雜交子代的早期鑒定和篩選提供了必要依據[17]。

通過對種間雜交子代生長狀況進行統計分析發現，所有子代的苗高、地徑均呈現連續分布，表現出典型數量性狀特征[18]。1 a生株高、地徑均為正偏態連續分布，2 a生地徑為正偏態連續分布，2 a生株高為負偏態連續分布。1 a生和2 a生雜交子代苗高、地徑的變異系數較大，株高變異系數分別為26.05%、20.40%，地徑變異系數分別為25.32%、28.60%。由此可見，雜交子代在這方面存在較大的遺傳差異，韓彪等對雜交無性系柳樹的16個表型性狀遺傳多樣性研究結果也表明柳樹資源存在較大變異，且以種源內變異為主[19]。

現代城市園林綠化需要植物具有較高的觀賞價值，樹木的觀賞特性通常包括樹形、葉、花、果實、枝干等方面，而枝干的觀賞性狀包括枝條形態和色彩等方面[20]。通過對子代枝條顏色a值進行分析發現，1 a生和2 a生群體枝條顏色表現出一致的遺傳特征，枝色均可分成兩大類，即顏色較淺和顏色較深，枝條顏色基本上都呈偏紅色，只有極少數個體呈現偏綠色。在1 a生偏紅色類群中a值的變化范圍為0.33～21，在2 a生偏紅色類群中a值的變化范圍為1～17.67，同時偏紅色枝條又可分為淺紅色、紅色、深紅色枝條。1 a生偏綠色株系只有兩株，a值分別為-3.33和-1.33，2 a生只有一株枝色偏綠，a值為-2。b值反應的是枝條的黃藍程度。所有子代的b值都為“+”值，這說明枝條顏色在藍黃分析中偏黃，通過對雜交子代枝條觀測可知，子代枝條呈現綠色、黃綠、淺紅、紅色、橙紅、深紅等多種顏色。劉麗對20個柳樹無性系的枝條顏色分析得出柳樹小枝顏色豐富，綠、黃綠、黃、紅黃、紅均有呈現[21]，與本研究結果一致。由此可知通過雜交育種可以得到枝條顏色多樣的柳樹雜交子代，在挑選園林綠化柳樹雜交子代時，枝條顏色可以作為一個重要的參考指標。

葉片表型性狀特征可以有效反映植物栽培性狀和生物學性狀[22]。通過對雜交子代幼葉進行形態分析發現，葉片形態指標中葉周長、葉長、寬長比存在極顯著差異(P<0.01)，葉面積、葉寬存在顯著差異(P<0.05)。各指標變異系數由大到小依次為：葉面積、寬長比、葉寬、葉長、葉周長，其中葉面積的變異系數為44.32%，遠大于其他指標。通過葉片形態聚類分析發現，幼葉的葉片大致可分成兩類，分別為寬葉型和窄葉型，葉片形狀分別為近似披針形和闊披針形。王曉葉等對金枝黃花柳半同胞家系子代葉片形態進行分析，結果表示各植株的葉片大小、形態均存在較大差異，各指標變異系數最大的也為葉面積，且葉形分為橢圓狀披針形、卵形、長卵形、橢圓形、披針形5種形態[13]。

5 結論

通過種間雜交來獲得雜種優勢是林木遺傳改良的常用方法，利用這種方法科研工作者培育出了許多用材林、經濟林和觀賞林優良品種，這也使人們看到了種間雜交育種發展的廣闊前景[23～26]。本文通過觀察記錄柳樹種間雜交后代的相關性狀與生長狀況，利用SPSS和DPS軟件對有關數據統計分析和聚類分析得出，雜交后代的性狀遺傳差異較大，存在比較豐富的遺傳多樣性。在苗高、地徑以及枝條顏色方面，1年生和2年生雜交子代的遺傳特性相似，而不同株系間遺傳差異大。雜交子代枝條呈現綠色、黃綠、淺紅、紅色、橙紅、深紅等多種顏色。葉片形狀可分成兩大類，分別為寬葉型和窄葉型。據此可以為柳樹觀賞性狀挖掘、柳樹遠緣雜交和新品種的選育等提供重要的理論參考，但由于結論受到環境和栽培條件的影響較大，還需要對雜交后代后期生長情況進行觀察與分析，并作進一步分子生物學鑒定。