云南松材用種質(zhì)保存庫的構(gòu)建策略及檢驗

王曉麗， 高成杰， 李 昆，①

(1. 中國林業(yè)科學研究院資源昆蟲研究所， 云南 昆明 650224； 2. 西南林業(yè)大學林學院， 云南 昆明 650224)

植物種質(zhì)資源在育種、培育及其他相關(guān)研究領(lǐng)域中均有重要作用，對種質(zhì)資源的廣泛收集和頻繁交換，使得種質(zhì)資源不僅數(shù)量龐大，而且遺傳多樣性高度重復，給種質(zhì)資源的收集、保存、評價和利用帶來很大困擾[1]。核心種質(zhì)是種質(zhì)資源中最具代表性的樣本，在種質(zhì)資源收集、評價和利用時享有優(yōu)先權(quán)[2-3]。核心種質(zhì)構(gòu)建的主要內(nèi)容是尋找有效方法，在不同植物核心種質(zhì)的適宜取樣策略和核心種質(zhì)評價方面進行分析和探討[2-4]，[5]3-20，[6-10]。研究結(jié)果表明：用分組方法構(gòu)建的核心種質(zhì)對整個種質(zhì)資源的代表性優(yōu)于隨機方法[6]；在進行組內(nèi)取樣時采用系統(tǒng)取樣法構(gòu)建的核心種質(zhì)明顯優(yōu)于完全隨機取樣法，且系統(tǒng)取樣法中的多樣性指數(shù)法更為可靠[2]；改進的最小距離逐步取樣法比隨機刪除法更具針對性和可靠性[5]36-45，[10]；從抽樣比例看，不同植物核心種質(zhì)的抽樣比例一般為原群體的5%～30%[2]。

表型性狀是基因和環(huán)境互作的直觀結(jié)果，且數(shù)據(jù)可在短時間內(nèi)獲得?；蛐椭惦m能反映不同樣本間的本質(zhì)差異，但需通過田間試驗獲得[10]，而林木生長周期長的特性導致基因型值難以獲得，因而，目前尚未見采用基因型值構(gòu)建林木核心種質(zhì)。國內(nèi)外依據(jù)表型性狀值構(gòu)建植物核心種質(zhì)的研究主要集中在一年生的草本植物和農(nóng)作物，如小豆〔Vignaangularis(Willd.) Ohwi et Ohashi〕[11]、小麥(TriticumaestivumLinn.)[12]、扁豆〔Lablabpurpureus(Linn.) Sweet〕[13]和花生(ArachishypogaeaLinn.)[14]等；對木本植物的相關(guān)研究較少且主要集中在利用價值較高的經(jīng)濟林木，如木豆〔Cajanuscajan(Linn.)Millisp.〕[4，15]、蠟梅〔Chimonanthuspraecox(Linn.) Link〕[6]、油桐〔Verniciafordii(Hemsl.) Airy Shaw〕[9]和野杏〔Armeniacavulgarisvar.ansu(Maxim.) Yü et Lu〕[16]等；對材用林木的此類研究則更少，只針對少數(shù)林木在種質(zhì)資源保存的基礎(chǔ)上構(gòu)建了核心種質(zhì)，如白樺(BetulaplatyphyllaSuk.)[7-8]、灰楸(CatalpafargesiiBur.)[17]和尾葉桉(EucalyptusurophyllaS. T. Blake)[18]等。

云南松(PinusyunnanensisFranch.)為中國西南地區(qū)特有的材用樹種，除人工林外，該區(qū)域還保存有大面積的天然林。目前，云南松林分衰退問題日益突出，林分中低矮、彎曲、扭曲等不良個體的比例偏高[19]1-13，因此，如何更有效地保存云南松優(yōu)良種質(zhì)資源，是當前云南松天然林保護和人工林發(fā)展過程中亟待解決的問題。目前，國家林業(yè)和草原局還沒有組織建立云南松國家級林木種質(zhì)保存庫[20]，只是依托生產(chǎn)性育種工作，云南省林業(yè)廳組織建立了云南松一代無性系種子園[21]。對于暫時沒有建立種質(zhì)保存庫的云南松來說，借鑒植物核心種質(zhì)構(gòu)建的方法和抽樣策略，探討云南松材用種質(zhì)資源保存的抽樣策略，有利于其優(yōu)良種質(zhì)資源的保存和利用。

作者以云南松種源區(qū)劃[19]244-248為基礎(chǔ)，結(jié)合云南松的地理分布狀況，在云南松全分布區(qū)內(nèi)選取具有材用代表性的地理種群26個，每個種群選取干形通直圓滿的樣株30株，參考劉寧寧[5]36-45和趙冰等[6]的種質(zhì)資源保存和核心種質(zhì)構(gòu)建方法，通過不同抽樣比例的比較，篩選出適合云南松材用種質(zhì)保存庫的構(gòu)建方法和抽樣策略，并獲得其代表性種質(zhì)，以期為云南松優(yōu)良材用種質(zhì)資源的保護和利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

以云南松種源區(qū)劃為主，結(jié)合云南松的地理分布狀況，在云南松全分布區(qū)內(nèi)選取具有材用代表性的地理種群26個，其中，南部種源區(qū)9個(包括西部亞區(qū)3個、東部亞區(qū)6個)，西北部種源區(qū)3個，中部種源區(qū)13個(包括中部亞區(qū)10個、滇東北亞區(qū)3個)，西藏種源區(qū)1個。各種群的地理信息見表1。

在每個種群中選取株齡25～30 a、生長正常且干形通直圓滿的樣株30株，樣株間距在5倍樹高以上[22-23]；26個種群共計780株樣株，據(jù)此組成原種質(zhì)集。分別測定各樣株的枝下高、長冠徑和短冠徑；從各樣株樹冠中部生長健壯的枝條上分別采集2年生針葉20束以及當年成熟球果10個，帶回實驗室，用于針葉和球果表型性狀測量；然后采用自然干燥法進行種實調(diào)制，使球果鱗片開裂并脫出種子，測量種子的表型性狀。

1.2 方法

1.2.1 表型性狀測定及數(shù)據(jù)標準化處理 參照文獻[22，24-26]的指標和方法測定各樣株針葉、球果以及植株形態(tài)的18個表型性狀。

每樣株選10束針葉，用直尺(精度1 mm)測量針葉長和葉鞘(包裹在針葉束基部的鞘狀物)長，用游標卡尺(精度0.02 mm)測量針葉寬和針葉束寬，結(jié)果取平均值，并計算針葉長/針葉寬、針葉長/葉鞘長和針葉束寬/針葉寬3個比值。

每樣株選10個球果，用游標卡尺測量球果長、球果寬、種翅長和種翅寬，用FA1004B電子天平(精度0.1 mg)稱量球果質(zhì)量和1 000粒種子的質(zhì)量(千粒質(zhì)量)，結(jié)果取平均值，并計算球果長/球果寬和種翅長/種翅寬2個比值。

采用每木調(diào)查法，用皮尺(精度1 mm)測量各樣株的枝下高、長冠徑和短冠徑。

1.2.2 種質(zhì)保存庫的構(gòu)建方法 按照先用某一原則對所有材料進行分類，并分為互不重疊的小組，再從各小組中抽取樣株組成種質(zhì)保存庫的原則，參考趙冰等[6]和徐寧等[11]的方法對核心種質(zhì)進行分組，26個地理種群組成原種質(zhì)集，每個種群為1個小組，共26個小組。以小組為單位，使用NTSYSpc 2.10s軟件，采用不加權(quán)類平均法基于18個表型性狀標準化數(shù)據(jù)進行聚類分析，樣株間遺傳距離采用歐氏距離，完成聚類分析后進行取樣。

由于總體抽樣比例會影響種質(zhì)保存庫的規(guī)模和代表性，因此，取樣時首先確定原種質(zhì)集的總體抽樣比例，設定抽樣比例分別為10%、20%、30%和40%，并篩選適合的抽樣比例。采用多樣性指數(shù)法[6]確定各組內(nèi)的取樣量并進行系統(tǒng)取樣；參考徐海明[10]的抽樣策略，采用改進的最小距離逐步取樣法篩選進入種質(zhì)保存庫的樣株，構(gòu)建種質(zhì)子集。

1.2.3 種質(zhì)保存庫的檢測和評價方法 為了比較具有不同抽樣比例的各種質(zhì)子集對原種質(zhì)集的代表性，明確云南松材用種質(zhì)保存庫的抽樣比例，并構(gòu)建其種質(zhì)保存庫，參照文獻[1，16，18]的方法和參數(shù)，對核心種質(zhì)的代表性進行檢測。首先，對原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集的各表型性狀進行均值t檢驗、方差F檢驗、頻率分布χ2檢驗和Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)(H′)分析，以檢測原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集均值的差異性、變異的同質(zhì)性、表型頻率分布的一致性以及表型遺傳多樣性的差異性；同時，結(jié)合種質(zhì)子集的表型性狀保留比例、均值差異百分率、變異系數(shù)變化率、極差符合率和方差差異百分率5個評價參數(shù)，對不同抽樣比例種質(zhì)子集的代表性進行全面評價，篩選出適宜抽樣比例的種質(zhì)子集。上述參數(shù)的檢驗和計算均采用SPSS 17.0和EXCEL 2007軟件完成。

表1云南松材用種質(zhì)資源種源區(qū)及采樣點的地理信息

Table1Geographicalinformationofprovenanceregionandsamplingplotoftimber-usedgermplasmresourceofPinusyunnanensisFranch.

種源區(qū)和采樣點Provenance region and sampling plot緯度 Latitude 經(jīng)度 Longitude 海拔/mAltitude南部種源區(qū)Southern provenance region 云南龍陵Longling of YunnanN24°25′30″E98°57′14″1 367.4 云南雙江Shuangjiang of YunnanN23°25′13″E99°44′31″1 244.8 云南雙江Shuangjiang of YunnanN23°22′40″E99°46′48″1 047.2 云南馬關(guān)Maguan of YunnanN23°02′09″E104°24′14″1 445.6 云南元江Yuanjiang of YunnanN23°45′51″E102°01′56″1 564.7 云南富寧Funing of YunnanN23°25′30″E105°21′15″1 315.7 廣西樂業(yè)Leye of GuangxiN24°51′33″E106°19′26″1 018.4 廣西樂業(yè)Leye of GuangxiN24°53′02″E106°17′57″852.1 廣西隆林Longlin of GuangxiN24°41′59″E104°53′56″1 123.7西北部種源區(qū)Northwestern provenance region 云南香格里拉Shangri-La of YunnanN26°59′52″E99°59′23″2 178.0 云南福貢Fugong of YunnanN26°33′18″E98°56′19″2 397.0 云南麗江Lijiang of YunnanN27°17′40″E100°22′06″2 867.8中部種源區(qū)Central provenance region 云南新平Xinping of YunnanN24°02′10″E101°46′40″2 179.0 云南曲靖Qujing of YunnanN25°21′32″E103°49′24″2 121.6 云南雙柏Shuangbai of YunnanN24°32′59″E101°38′58″1 785.7 云南永仁Yongren of YunnanN26°10′30″E101°31′30″1 615.0 云南云龍Yunlong of YunnanN26°02′02″E99°16′05″2 452.5 云南祿豐Lufeng of YunnanN25°14′20″E101°53′20″2 017.5 四川米易Miyi of SichuanN26°59′40″E102°00′19″1 905.9 四川西昌Xichang of SichuanN27°53′40″E102°06′18″2 109.1 貴州興義Xingyi of GuizhouN25°04′13″E104°59′14″1 206.5 貴州冊亨Ceheng of GuizhouN24°50′46″E105°55′48″792.4 貴州大方Dafang of GuizhouN26°57′32″E105°45′56″1 248.0 貴州水城Shuicheng of GuizhouN26°14′00″E104°46′23″1 634.4 云南鎮(zhèn)雄Zhenxiong of YunnanN27°22′29″E104°53′28″1 696.5西藏種源區(qū)Tibet provenance region 西藏察隅Chayu of TibetN28°37′16″E97°19′12″2 071.0

1.2.4 種質(zhì)保存庫的確認方法 采用SAS 8.1軟件，參考劉娟等[16]的核心種質(zhì)確認方法，通過主成分分析，比較原種質(zhì)集與所選種質(zhì)子集的各主成分特征值和累計貢獻率，并基于主成分分析結(jié)果繪制各自的樣株分布散點圖，通過遺傳多樣性和樣株間的聚類關(guān)系評價種質(zhì)子集的代表性和實用性，對種質(zhì)保存庫進行確認。

2 結(jié)果和分析

2.1 原種質(zhì)集與種質(zhì)子集表型性狀的均值t檢驗和方差F檢驗

云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集18個表型性狀的均值t檢驗和方差F檢驗結(jié)果見表2。

表2云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集18個表型性狀的均值t檢驗和方差F檢驗結(jié)果

Table2Resultsofmeant-testandvarianceF-testof18phenotypictraitsbetweenoriginalgermplasmsetandgermplasmsubsetswithdifferentsamplingpercentagesoftimber-usedgermplasmofPinusyunnanensisFranch.

表型性狀1)Phenotypic trait1)原種質(zhì)集Original germplasm set40%抽樣比例種質(zhì)子集Germplasm subset with 40% sampling percentage30%抽樣比例種質(zhì)子集Germplasm subset with 30% sampling percentage X±SD方差Variance X±SDt檢驗2)t-test2)方差VarianceF檢驗2)F-test2) X±SDt檢驗2)t-test2)方差VarianceF檢驗2)F-test2)LN/cm23.76±3.35 11.25 23.76±3.65NS13.35NS23.91±3.87NS15.00?WN/mm0.65±0.110.010.65±0.13NS0.02?0.66±0.14NS0.02?LS/cm18.34±3.6513.2918.48±3.90NS15.20NS18.40±4.09NS16.73?WNF/mm1.42±0.240.061.43±0.28NS0.08?1.43±0.29NS0.08?LN/WN376.17±68.984 758.08 378.59±77.36NS5 984.08 ?379.39±79.96NS6 393.24 ?LN/LS13.48±2.606.76 13.45±2.85NS8.10?13.63±2.94NS8.62?WNF/WN2.20±0.230.052.22±0.27NS0.08?2.21±0.28NS0.08NSmC/g41.04±14.08198.1141.21±15.40NS237.09NS41.04±16.28NS264.96?LC/mm68.65±9.9799.3668.64±10.80NS116.68NS68.48±11.31NS127.98?WC/mm38.07±4.4519.7738.09±4.89NS23.91NS38.01±5.17NS26.75?LC/WC1.81±0.180.031.80±0.19NS0.04?1.80±0.19NS0.04NSLSW/cm2.16±0.280.082.19±0.30NS0.09?2.18±0.32NS0.10?WSW/cm0.66±0.070.010.66±0.08NS0.01?0.65±0.09NS0.01?LSW/WSW3.34±0.370.143.38±0.42NS0.18?3.39±0.45NS0.21?mTS/g16.30±3.6012.9616.13±3.65NS13.35NS16.10±3.73NS13.95NSHUB/m4.74±2.154.634.74±2.33NS5.45NS4.64±2.32NS5.39NSDLC/m5.23±1.552.405.33±1.76NS3.11?5.29±1.78NS3.17?DSC/m4.77±1.361.854.98±1.58NS2.50?4.98±1.59NS2.54?表型性狀1)Phenotypic trait1)20%抽樣比例種質(zhì)子集Germplasm subset with 20% sampling percentage10%抽樣比例種質(zhì)子集Germplasm subset with 10% sampling percentage X±SDt檢驗2)t-test2)方差VarianceF檢驗2)F-test2) X±SDt檢驗2)t-test2)方差VarianceF檢驗2)F-test2)LN/cm23.88±4.10NS 16.79?23.76±3.72NS 13.83NSWN/mm0.66±0.14NS0.02?0.66±0.15NS0.02?LS/cm18.43±4.26NS18.11?18.86±4.10NS16.78NSWNF /mm1.44±0.30NS0.09?1.45±0.31NS0.10?LN/WN380.83±85.49NS7 307.75 ?382.19±89.70NS8 045.65 ?LN/LS13.60±2.91NS8.45?13.21±2.75NS7.57NSWNF /WN2.23±0.29NS0.08NS2.26±0.35NS0.12?mC/g41.24±15.99NS255.77?40.64±17.19NS295.53?LC/mm68.84±11.63NS135.15?68.32±13.28NS176.34?WC/mm38.06±5.20NS27.07?37.64±5.47NS29.96?LC/WC1.81±0.20NS0.04?1.81±0.20NS0.04NSLSW/cm2.19±0.31NS0.10?2.17±0.36NS0.13?WSW/cm0.66±0.09NS0.01?0.66±0.11NS0.01?LSW/WSW3.40±0.47NS0.22?3.37±0.50NS0.25?mTS/g16.17±3.91NS15.26NS16.52±3.85NS14.83NSHUB/m4.48±2.22NS4.92NS4.43±2.13NS4.52NSDLC/m5.41±1.83NS3.36?5.44±2.04NS4.16?DSC/m5.07±1.67NS2.80?5.04±1.80NS3.24?

1)LN： 針葉長Needle length； WN： 針葉寬Needle width； LS： 葉鞘長Sheath length； WNF： 針葉束寬Needle fascicle width； LN/WN： 針葉長/針葉寬Needle length/needle width； LN/LS： 針葉長/葉鞘長Needle length/sheath length； WNF/WN： 針葉束寬/針葉寬Needle fascicle width/needle width；mC： 球果質(zhì)量Cone mass； LC： 球果長Cone length； WC： 球果寬Cone width； LC/WC： 球果長/球果寬Cone length/cone width； LSW： 種翅長Seed wing length； WSW： 種翅寬Seed wing width； LSW/WSW： 種翅長/種翅寬Seed wing length/seed wing width；mTS： 千粒質(zhì)量1 000-grain mass； HUB： 枝下高Under branch height； DLC： 長冠徑Long crown diameter； DSC： 短冠徑Short crown diameter.

2)NS： 原種質(zhì)集與不同種質(zhì)子集的各表型性狀指標無顯著差異 There is no significant difference in each phenotypic trait index between original germplasm set and different germplasm subsets； *： 原種質(zhì)集與不同種質(zhì)子集的各表型性狀指標在0.05水平上存在顯著差異 There is significant difference in each phenotypic trait index between original germplasm set and different germplasm subsets at 0.05 level.

由表2可見：4個種質(zhì)子集與原種質(zhì)集18個表型性狀的均值t檢驗均無顯著差異，說明各種質(zhì)子集與原種質(zhì)集的表型性狀均值無差異，因此，從均值t檢驗結(jié)果看，4個種質(zhì)子集皆可代表原種質(zhì)集。方差F檢驗中，40%抽樣比例種質(zhì)子集有11個表型性狀與原種質(zhì)集存在顯著差異，且這11個表型性狀的方差總體上均大于原種質(zhì)集，說明該種質(zhì)子集樣株的這11個表型性狀的取值分散程度總體上大于原種質(zhì)集，即該種質(zhì)子集這11個表型性狀的變異更大；類似的，30%、20%和10%抽樣比例種質(zhì)子集分別有14、15和12個表型性狀與原種質(zhì)集存在顯著差異，且各種質(zhì)子集這些表型性狀的方差總體上也均大于原種質(zhì)集。結(jié)合均值t檢驗和方差F檢驗結(jié)果認為4個種質(zhì)子集均能夠代表原種質(zhì)集。

2.2 原種質(zhì)集與種質(zhì)子集表型性狀頻率分布的χ2檢驗

云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集18個表型性狀頻率分布的χ2檢驗結(jié)果見表3。原種質(zhì)集與4個種質(zhì)子集的樣株在不同等級的分布頻率見表4。

由表3可見：通過χ2檢驗，40%、30%和20%抽樣比例種質(zhì)子集與原種質(zhì)集18個表型性狀的頻率分布均無顯著差異，說明這3個種質(zhì)子集表型性狀的頻率分布與原種質(zhì)集一致；10%抽樣比例種質(zhì)子集的種翅寬和短冠徑2個表型性狀的頻率分布與原種質(zhì)集分別存在極顯著和顯著差異，說明10%抽樣比例種質(zhì)子集的種翅寬和短冠徑2個表型性狀的頻率分布與原種質(zhì)集不一致。

表3云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集18個表型性狀頻率分布的χ2檢驗結(jié)果

Table3Resultofχ2-testoffrequencydistributionof18phenotypictraitsbetweenoriginalgermplasmsetandgermplasmsubsetswithdifferentsamplingpercentagesoftimber-usedgermplasmofPinusyunnanensisFranch.

表型性狀1)Phenotypic trait1)種質(zhì)集2)Germplasm set2)χ2檢驗3)χ2-test3)表型性狀1)Phenotypic trait1)種質(zhì)集2)Germplasm set2)χ2檢驗3)χ2-test3)表型性狀1)Phenotypic trait1)種質(zhì)集2)Germplasm set2)χ2檢驗3)χ2-test3)LNOGS-GS401.928WNF/WNOGS-GS402.197WSWOGS-GS402.393OGS-GS303.209OGS-GS303.726OGS-GS304.770OGS-GS206.134OGS-GS203.958OGS-GS207.661OGS-GS106.658OGS-GS107.747OGS-GS1025.038??WNOGS-GS402.297mCOGS-GS401.459LSW/WSWOGS-GS403.190OGS-GS304.622OGS-GS302.950OGS-GS305.789OGS-GS206.086OGS-GS203.780OGS-GS208.010OGS-GS108.691OGS-GS1014.650OGS-GS108.232LSOGS-GS401.271LCOGS-GS401.120mTSOGS-GS401.096OGS-GS302.687OGS-GS302.419OGS-GS302.057OGS-GS205.474OGS-GS203.970OGS-GS202.044OGS-GS109.187OGS-GS1014.203OGS-GS101.712WNFOGS-GS402.668WCOGS-GS401.970HUBOGS-GS402.065OGS-GS303.916OGS-GS304.651OGS-GS302.436OGS-GS205.201OGS-GS203.808OGS-GS203.494OGS-GS109.242OGS-GS107.720OGS-GS104.729LN/WNOGS-GS401.535LC/WCOGS-GS402.471DLCOGS-GS403.298OGS-GS303.773OGS-GS301.975OGS-GS304.638OGS-GS205.100OGS-GS204.929OGS-GS205.738OGS-GS1012.186OGS-GS108.443OGS-GS109.830LN/LSOGS-GS401.152LSWOGS-GS402.060DSCOGS-GS404.997OGS-GS301.609OGS-GS304.828OGS-GS305.675OGS-GS203.547OGS-GS204.586OGS-GS208.617OGS-GS106.779OGS-GS1010.264OGS-GS1019.591?

1)LN： 針葉長Needle length； WN： 針葉寬Needle width； LS： 葉鞘長Sheath length； WNF： 針葉束寬Needle fascicle width； LN/WN： 針葉長/針葉寬Needle length/needle width； LN/LS： 針葉長/葉鞘長Needle length/sheath length； WNF/WN： 針葉束寬/針葉寬Needle fascicle width/needle width；mC： 球果質(zhì)量Cone mass； LC： 球果長Cone length； WC： 球果寬Cone width； LC/WC： 球果長/球果寬Cone length/cone width； LSW： 種翅長Seed wing length； WSW： 種翅寬Seed wing width； LSW/WSW： 種翅長/種翅寬Seed wing length/seed wing width；mTS： 千粒質(zhì)量1 000-grain mass； HUB： 枝下高Under branch height； DLC： 長冠徑Long crown diameter； DSC： 短冠徑Short crown diameter.

2)OGS： 原種質(zhì)集Original germplasm set； GS40，GS30，GS20，GS10： 分別為40%、30%、20%和10%抽樣比例的種質(zhì)子集Germplasm subsets with 40%， 30%， 20% and 10% sampling percentages， respectively.

3)*： 原種質(zhì)集與不同種質(zhì)子集的各表型性狀指標在0.05水平上存在顯著差異 There is significant difference in each phenotypic trait index between original germplasm set and different germplasm subsets at 0.05 level； ** ： 原種質(zhì)集與不同種質(zhì)子集的各表型性狀指標在0.01水平上存在顯著差異 There is significant difference in each phenotypic trait index between original germplasm set and different germplasm subsets at 0.01 level.

表4云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集和不同抽樣比例種質(zhì)子集的樣株在10個標準化等級的分布頻率

Table4Distributionfrequencyofsamplingplantsoforiginalgermplasmsetandgermplasmsubsetswithdifferentsamplingpercentagesoftimber-usedgermplasmofPinusyunnanensisFranch.in10standardizedclasses

種質(zhì)集1)Germplasm set1)在不同等級的分布頻率/% Distribution frequency in different classes12345678910OGS1.54.19.416.522.119.112.97.53.83.0GS402.24.810.416.119.517.512.37.85.04.8GS302.55.111.115.219.316.611.77.95.45.3GS203.04.811.014.918.816.211.48.35.75.9GS103.55.011.715.518.314.310.37.56.77.1

1)OGS： 原種質(zhì)集Original germplasm set； GS40，GS30，GS20，GS10： 分別為40%、30%、20%和10%抽樣比例的種質(zhì)子集Germplasm subsets with 40%， 30%， 20% and 10% sampling percentages， respectively.

由表4可見：在原種質(zhì)集和4個種質(zhì)子集中，不同等級樣株的分布頻率基本相同，但隨抽樣比例降低，位于兩端等級(1級、9級和10級)的樣株比例逐漸增大，說明在構(gòu)建種質(zhì)保存庫時，應該適當增加極端樣株的比例，減少中間等級樣株的比例，從而減少冗余。綜合比較認為40%、30%和20%抽樣比例的種質(zhì)子集均可有效代表原種質(zhì)集。

2.3 原種質(zhì)集與種質(zhì)子集表型性狀的遺傳多樣性比較

云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集與不同抽樣比例種質(zhì)子集18個表型性狀的Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)(H′)見表5。

表5云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集和不同抽樣比例種質(zhì)子集18個表型性狀的Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)

Table5Shannon-Weavergeneticdiversityindexof18phenotypictraitsoforiginalgermplasmsetandgermplasmsubsetswithdifferentsamplingpercentagesoftimber-usedgermplasmofPinusyunnanensisFranch.

表型性狀 Phenotypic trait各種質(zhì)集的Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)1)Shannon-Weaver genetic diversity index of each germplasm set1)OGSGS40GS30GS20GS10針葉長Needle length2.0812.1332.1732.1802.071針葉寬Needle width2.0512.1362.1842.1912.231葉鞘長Sheath length2.0942.1452.1802.1982.113針葉束寬Needle fascicle width2.0462.1512.1752.1992.208針葉長/針葉寬Needle length/needle width2.0472.1092.1162.1292.082針葉長/葉鞘長Needle length/sheath length2.0082.0642.0872.0992.119針葉束寬/針葉寬Needle fascicle width/needle width1.8861.9521.9251.9431.963球果質(zhì)量Cone mass2.0682.1072.1532.1722.181球果長Cone length2.0542.1232.1562.1522.218球果寬Cone width2.0492.1262.1442.1562.209球果長/球果寬Cone length/cone width2.0802.1492.1372.1772.104種翅長Seed wing length2.0562.1402.1432.1412.221種翅寬Seed wing width2.0242.1222.1272.1172.125種翅長/種翅寬Seed wing length/seed wing width2.0422.0972.1282.1442.089千粒質(zhì)量1 000-grain mass2.0842.0822.0722.1042.138枝下高Under branch height1.9101.9771.9721.9011.776長冠徑Long crown diameter1.9832.0562.0612.0892.093短冠徑Short crown diameter2.0482.1322.1472.1762.136均值2)Mean2)2.034Bb2.100ABab2.116ABa2.126Aa2.115ABa

1)OGS： 原種質(zhì)集Original germplasm set； GS40，GS30，GS20，GS10： 分別為40%、30%、20%和10%抽樣比例的種質(zhì)子集Germplasm subsets with 40%， 30%， 20% and 10% sampling percentages， respectively.

2)不同的大寫和小寫字母分別表示在0.01和0.05水平上差異顯著 Different capitals and lowercases indicate the significant difference at 0.01 and 0.05 levels， respectively.

由表5可見：4個種質(zhì)子集各表型性狀的H′值普遍高于原種質(zhì)集，且隨著抽樣比例下降H′值總體增大；但當抽樣比例降至10%時，針葉長、葉鞘長、針葉長/針葉寬、球果長/球果寬、種翅長/種翅寬、枝下高和短冠徑7個表型性狀的H′值則下降，其中，針葉長和枝下高的H′值甚至低于原種質(zhì)集。說明按照一定的抽樣比例(40%、30%和20%)構(gòu)建種質(zhì)子集有利于云南松材用種質(zhì)資源遺傳多樣性指數(shù)的提高，降低遺傳冗余。

多重比較結(jié)果表明：30%和10%抽樣比例種質(zhì)子集與原種質(zhì)集表型性狀的H′均值存在顯著差異， 20%抽樣比例種質(zhì)子集與原種質(zhì)集表型性狀的H′均值存在極顯著差異，即20%抽樣比例種質(zhì)子集表型性狀的H′均值極顯著大于原種質(zhì)集。據(jù)此可認為，20%抽樣比例種質(zhì)子集可較為客觀地反映云南松材用種質(zhì)原種質(zhì)集表型性狀的遺傳多樣性。

2.4 各種質(zhì)子集5個評價參數(shù)的比較

云南松材用種質(zhì)的不同抽樣比例種質(zhì)子集的表型性狀保留比例、均值差異百分率、變異系數(shù)變化率、極差符合率和方差差異百分率見表6。

表6云南松材用種質(zhì)的不同抽樣比例種質(zhì)子集5個評價參數(shù)的比較

Table6Comparisonon5evaluationparametersofgermplasmsubsetswithdifferentsamplingpercentagesoftimber-usedgermplasmofPinusyunnanensisFranch.

種質(zhì)子集1)Germplasm subset1)樣株數(shù)Number of sampling plant表型性狀保留比例/%Retention percentage of phenotypic trait均值差異百分率/%Percentage of mean difference變異系數(shù)變化率/%Change rate of variation coefficient極差符合率/%Coincidence rate of range方差差異百分率/%Percentage of variance differenceGS40312100.0006.082110.30894.14261.111GS30232100.0006.378115.32793.67477.778GS2015699.4416.363124.44891.09983.333GS107898.3246.576117.36485.80466.667

1)GS40，GS30，GS20，GS10： 分別為40%、30%、20%和10%抽樣比例的種質(zhì)子集Germplasm subsets with 40%， 30%， 20% and 10% sampling percentages， respectively.

比較結(jié)果表明：各種質(zhì)子集的均值差異百分率均小于20%，極差符合率均大于80%，說明4個種質(zhì)子集都可以代表原種質(zhì)集的表型性狀遺傳多樣性，也均符合種質(zhì)保存庫的要求。其中，20%抽樣比例種質(zhì)子集的變異系數(shù)變化率和方差差異百分率最大，表型性狀保留比例和極差符合率也較大，且均值差異百分率較小，樣株數(shù)量也較少，因而，20%抽樣比例種質(zhì)子集的5個評價參數(shù)值的綜合效應優(yōu)于其他3個種質(zhì)子集，且可減少種質(zhì)資源保存的工作量。因此，在構(gòu)建云南松材用種質(zhì)保存庫時采用20%抽樣比例更具有效性和實用性。

2.5 種質(zhì)保存庫的確認

依據(jù)上述研究結(jié)果，以18個表型性狀測定值為源數(shù)據(jù)，對原種質(zhì)集(780株樣株)和種質(zhì)保存庫(20%抽樣比例，156株樣株)進行主成分分析，結(jié)果見表7。結(jié)果表明：原種質(zhì)集與種質(zhì)保存庫的前7個主成分的特征值均大于1，累計貢獻率分別達到79.376%和83.539%，且種質(zhì)保存庫前7個主成分的累計貢獻率大于原種質(zhì)集且接近85%，說明提取同樣數(shù)量的主成分，種質(zhì)保存庫能夠解釋的表型遺傳信息量大于原種質(zhì)集。由于種質(zhì)保存庫剔除了更多的重復種質(zhì)，因而其代表性和實用性更強。

表7云南松材用種質(zhì)的原種質(zhì)集和種質(zhì)保存庫(20%抽樣比例)的主成分分析結(jié)果

Table7Resultofprincipalcomponentanalysisonoriginalgermplasmsetandgermplasmconservationbank(20%samplingpercentage)oftimber-usedgermplasmofPinusyunnanensisFranch.

主成分Principal component原種質(zhì)集 Original germplasm set種質(zhì)保存庫 Germplasm conservation bank特征值Eigenvalue貢獻率/%Contribution rate累計貢獻率/%Cumulative contribution rate特征值Eigenvalue貢獻率/%Contribution rate累計貢獻率/%Cumulative contribution rate14.37524.30324.3034.94927.49727.49722.31612.86837.1712.49013.83141.32831.83810.20947.3811.97310.96052.28841.6259.02956.4101.7979.98362.27151.4678.14864.5581.4658.14070.41161.4307.94572.5031.3207.33177.74271.2376.87379.3761.0435.79783.539

分別以第1和第2主成分為橫坐標和縱坐標，繪制原種質(zhì)集和種質(zhì)保存庫的樣株分布散點圖，結(jié)果見圖1。通過對比可見：種質(zhì)保存庫的樣株分布范圍整體上與原種質(zhì)集基本一致，且在種質(zhì)保存庫中保留了大量分布外緣的樣株，但分布中心區(qū)域的大量重疊樣株則在種質(zhì)保存庫中保留較少，從而減少了種質(zhì)保存庫的樣本冗余。

通過上述分析，確認20%抽樣比例種質(zhì)保存庫可以作為云南松材用種質(zhì)的代表性子集。

A： 原種質(zhì)集 Original germplasm set； B： 種質(zhì)保存庫(20%抽樣比例) Germplasm conservation bank (20% sampling percentage).

3 討論和結(jié)論

在野外，云南松不同種群間和同一種群不同單株間的針葉和球果性狀以及枝下高、長冠徑和短冠徑等表型性狀均存在較豐富的變異。為此，作者在構(gòu)建云南松材用種質(zhì)保存庫時，除借鑒許玉蘭[22]的研究結(jié)果選擇針葉和球果的表型性狀外，還增加了與材用性密切相關(guān)的表型性狀，以上述18個表型性狀測定值作為源數(shù)據(jù)。從方差分量百分比看，在云南松材用種質(zhì)全分布區(qū)的26個地理種群中，群體內(nèi)18個表型性狀的平均方差分量百分比是群體間的近2倍(未發(fā)表數(shù)據(jù))，說明云南松材用種質(zhì)的群體內(nèi)變異遠大于群體間變異。

研究抽樣策略，首先要考慮總的種質(zhì)資源的分組原則和分組方法。Diwan等[27]認為，采用分組方法構(gòu)建的核心種質(zhì)對整個種質(zhì)資源的代表性優(yōu)于采用隨機方法構(gòu)建的核心種質(zhì)。結(jié)合云南松材用種質(zhì)的表型性狀在群體間和群體內(nèi)的變異規(guī)律，作者認為以地理種群為單位分組構(gòu)建種質(zhì)保存庫更為有效。根據(jù)前人的研究結(jié)果[2]，[5]36-45，[6，10]，本文以多樣性指數(shù)法和改進的最小距離逐步取樣法作為抽樣方法，使組內(nèi)取樣更具針對性、有效性和可靠性。抽樣比例決定了種質(zhì)保存庫和核心種質(zhì)的規(guī)模，并決定了其能否代表種質(zhì)資源的多樣性。本文用780株云南松構(gòu)建云南松材用種質(zhì)保存庫，確認其適合的抽樣比例為20%，符合李自超等[2]提出的“不同植物核心種質(zhì)的抽樣比例應為原群體的5%～30%”的要求，且與其他林木核心種質(zhì)的抽樣比例相當，如油桐核心種質(zhì)的20%最佳取樣比例[9]和野杏核心種質(zhì)的25%最適宜取樣比例[16]等。本研究中構(gòu)建的云南松材用種質(zhì)保存庫從表型性狀的Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)、遺傳變異和遺傳結(jié)構(gòu)等方面均可全面代表原種質(zhì)集，同時也具有較高的實用性，因此，按地理種群分組并采用歐氏距離和不加權(quán)類平均法聚類、20%抽樣比例、多樣性指數(shù)法和改進的最小距離逐步取樣法進行組內(nèi)取樣所構(gòu)建的包含156株樣株的云南松材用種質(zhì)保存庫可以作為整體資源的代表性子集。

由于受研究時間的限制，本研究僅以云南松的表型性狀探討其種質(zhì)保存庫的構(gòu)建，研究過程缺乏一定的全面性和深入性。后續(xù)將利用GPS精確定位對入選種質(zhì)保存庫的156株云南松個體進行原地保存和種子異地保存，進而對云南松材用種質(zhì)資源進行全面的研究、評價和利用。隨著研究工作的進一步開展，還可利用分子標記或表型性狀與分子標記相結(jié)合的方法構(gòu)建云南松材用種質(zhì)保存庫，有望進一步提高其優(yōu)良種質(zhì)資源保存和利用的有效性和效率，為云南松優(yōu)良材用種質(zhì)保存庫的建立提供更多的材料和依據(jù)。