全 文 ：第 25 卷 第 3 期
2004 年 9 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal of I nner Mongolia Agricultural University
Vol.25 No.3
Sep.2004
文章编号:1009-3575(2004)03-0018-06
以无性系育种与等位酶技术对沙柳
优良无性系的选择研究
宁明世1 , 李奇2 , 侯春艳3
(1. 内蒙古林木种苗站 , 呼和浩特 010010;2. 内蒙古农业大学 , 呼和浩特 010019;
3.内蒙古牙克石林业学校 , 牙克石 022100)
摘要: 沙柳是防沙固沙 、水土保持的优良灌木树种 , 也是重要的工业用材树种。自 1996 年 ～ 2000 年 , 历时 5a ,
对 4个种源区 92 个优树进行田间试验 ,通过生物学特性 ,形态特征和经济性状的观测 , 及方差 、相关 、通径等多元
统计分析;遗传多态性的筛选 , 选择了生长快 、抗性强 、生物量大 、高产优质的Ⅴ-Ⅰ 、Ⅹ Ⅳ-13 、Ⅲ-01 、Ⅹ Ⅳ-08、
达采等 7 个优良无性系 ,为西部生态环境建设提供理论依据和物质基础。
关键词: 沙柳; 无性系; 等位酶; 选择
中图分类号: S 722.3 文献标识码: A
STUDIES ON THE SELECTION FOR GOOD Salix
Psammophila CLONESWITH THE TECHNIQUE
OF CLONE BREEDING AND ALLELIC ENZYME
NINGMing-shi1 , LI Qi2 , HOU Chun-yan3
(1.I nner Mongolia Forest Seeding Station;2.Inner Mongolia Ag ricultural University ,Huhhot 010010;
3.Yakeshi College of Fo restry , Inner Mongo lia Yakeshi , 022100 China)
Abstract: Salix psammophila is a kind of good shrub , which can be used to resist w ind , preserve natural en-
vironment and climate.It is also an impo rtant indust rial material.From 1996 to 2000 , during these 5 years ,
field experiment was done on 92 good trees of 4 seed source areas.The biological character , morphological char-
acter and economic character w ere observed.By using the method of variance analy sis , relevance analysis and
sif ting the genet ic diversification , 7 clones such as Ⅴ-Ⅰ 、Ⅹ Ⅳ-13 、Ⅲ-01 、Ⅹ Ⅳ-08 , Dacai were chosen as
good clones.These clones grow fast , have st rong hardiness , large biotic quantity ,high production and good quali-
ty.The result provides theo retic and substance basis for ecology and environmental const ruction of the w est.
Key words: Salix psammophila; clone; allelic enzyme; selection
沙柳(Salix psammophi la)又叫西北沙柳 ,北沙柳 ,杨柳科柳属。主要分布于内蒙古 、宁夏 、新疆 、陕西等
干旱半干旱地区 。天然沙柳生长在固定 、半固定沙地 ,常与乌柳形成柳湾林 ,成为沙地天然“绿洲” 。
利用沙柳营造防风固沙林 、护路林 、护牧林 、农田防护林 ,不仅有效的阻止流沙迁移 ,而且有较强的耐沙
埋和萌蘖能力 ,通常沙柳造林 3a 后 ,植被覆盖率可提高 40%,土壤粘性增加 4.4%,有机质含量增加0.45%,
空气相对湿度提高 1%,最高气温减低 2.3℃,蒸发量减少 347.8mm ,与沙区其它灌木相比可收到更明显效
收稿日期: 2004-03-22作者简介: 宁明世(1961—),男,工程师 ,从事林木良种培育工作.
益。
鉴于沙柳不仅具有良好的生态和经济效益 ,而且目前对沙柳的研究尚不够深入 ,特别是遗传改良至今未
见报道 ,为此 ,本研究收集了内蒙古准格尔等 4个种源区 92个优树 ,营建了沙柳扦插试验林(亦即 92个无性
系),经过 5a的田间试验 ,观测了生物学特性 、形态特征和重要的经济性状 ,对数据进行多元统计分析 ,并运
用等位酶技术测定遗传多态性 ,选择了生物量大 、抗性强 、速生优质的 7个优良无性系。
1 田间试验
1.1 试验地概况
沙柳无性系测定林营建于大青山南部 ,土默川平原东端 ,属于高平原干草原地带 。北纬 40°17′,东经
111°41′,海拔 1050m ,年平均气温 6.4℃, 7月份平均气温 22.5℃,最低温度-31.2℃,无霜期 130d ～ 140d ,
日照时数 3 000h ,年降水量 426.1mm 。试验田地势平坦 ,土壤为沙壤土 ,ph值为 7 ～ 7.5 ,肥力均匀。
1.2 材料与方法
1.2.1 试验材料 1996年采自毛乌素 、乌审旗 、库布齐 、准格尔 4个种源区 ,按照树高 、地茎 、灌丛枝条数 、
冠幅等 ,选择优树 92株 ,于同年 4月营建沙柳扦插试验林 。本研究田间观测数据和等位酶实验材料均来自
试验林。
1.2.2 方法 插穗长度 20cm ,株行距为 30cm ×30cm 采取完全随机区组排列设计 ,5 次重复 ,8 株小区 ,以
当地良种为对照 ,环境条件及管理水平力求一致。
观测性状:
1.2.2.1 生物学特性:生长习性 ,物候期 ,存活率 ,萌发率 ,抗病性 ,抗寒性等。
1.2.2.2 形态特征:株高(H),地茎(D),枝条数 ,叶数 ,叶重 ,枝下高 。
1.2.2.3 经济性状:生物量(地上部分干重),产量(干重/小区),品质 ,用途等 ,
数据处理:采用方差 ———协方差 ,相关 、通径 ,多重比较和聚类多元统计分析 。
2 结果分析
2.1 环境变异和遗传变异分析
结果列表 1。
表 1 沙柳主要性状方差分析及遗传参数
性状 表型均值 均 方无性系(V 1) 机误(V2) F 值 重复力
遗传变异
系数(%)
存活率 82.37 0.266 0.162 2.15＊＊ 0.391 34.43
萌发率 96.55 0.815 0.420 2.45＊＊ 0.485 37.58
生物量 2 378.03 11 817 963.57 3 935 931.07 3.00＊＊ 0.667 68.18
干枝比 8.817 21.33 8.46 3.78＊＊ 0.736 23.19
枝下高 107.75 3 651.42 756.64 4.83＊＊ 0.793 28.82
枝条数 4.89 21.288 3.793 5.61＊＊ 0.822 49.38
叶数 3 498.54 10 947 642.51 4 593 076.44 6.35＊＊ 0.580 41.60
叶重 0.92 1.14 0.15 7.60＊＊ 0.868 62.44
地茎 1.22 3.04 0.32 9.49＊＊ 0.895 78.04
树高 262.15 98 039.31 8 826.67 11.11＊＊ 0.910 65.78
F0.05(91 , 182)=1.34 F0.01(91 , 182)=1.51 ＊—显著 ＊＊—极其显著
结果表明:各性状无性系间差异极显著 ,主要由遗传因素引起的 ,因此 ,对该群体进行无性系选择潜在明
显效益。
2.2 主要性状间的相关变异
结果列表 2。
19第 3 期 宁明世等: 以无性系育种与等位酶技术对沙柳优良无性系的选择研究
表 2 对各性状表型相关和遗传相关的分析
性状 干枝比 高度(cm)
地径
(cm) 生物量 枝条数 叶重 叶数 枝下高 萌发率 存活率
干枝比 0.204 0.142 0.103 0.204 0.110 0.071 0.130
高度 0.213 0.728＊＊ 0.876＊＊ 0.299 0.694＊＊ 0.461＊＊ 0.199
地径 0.149 0.742 0.735＊＊ 0.271 0.598＊＊ 0.405＊＊ 0.099
生物量 0.112 0.899＊＊ 0.750＊＊ 0.358＊＊ 0.635＊＊ 0.358＊＊ 0.081 0.281 0.656＊＊
枝条数 0.083 0.300 0.298 0.400＊＊ 0.433＊＊ 0.450＊＊ 0.183
叶重 0.120 0.706＊＊ 0.610＊＊ 0.699＊＊ 0.500＊＊ 0.776＊＊ 0.144
叶数 0.075 0.480＊＊ 0.410＊＊ 0.400＊＊ 0.495＊＊ 0.780＊＊ 0.780
枝下高 0.138 0.205 0.101 0.102 0.216 0.145 0.081 0
萌发率 0.310 0.550＊＊
存活率 0.680＊＊ 0.527＊＊
右上角为表型相关系数 ,左下角为遗传相关系数。
结果表明:表型相关和遗传相关方向一致 。其中树高 、地径 、叶重 、叶数 、枝条数 、存活率 ,与生物量呈显
著相关 ,树高与生物量相关系数最大 ,其次为地径 。
2.3 通径系数分析
设干枝比 X1 、树高 X2 等 9个性状对生物量作通径分析 列表 3 。
表 3 各性状对生物量的通径分析
性状 PX4Xi 干枝比-0.0002
高度
0.4867
地径
0.2362
枝条数
0.0812
叶重
0.1670
叶数
-0.2524
枝下高
-0.0923
存活率
0.2471
萌发率
0.0933
X1=RX1XiPX4X1 -0.0002 0.1037 0.0352 0.0067 0.0200 -0.0189 -0.0127 0.0247 -0.0027
X2=RX2XiPX4X2 -0.0000 0.4867 0.1752 0.0243 0.1179 -0.1211 -0.0189 0.1376 -0.0027
X3=RX3XiPX4X3 -0.0000 0.3611 0.2362 0.0242 0.1019 -0.1035 -0.0993 0.1216 0.0179
X5=RX5XiPX4X5 0.0000 0.1460 0.0707 0.0812 0.0835 -0.1249 -0.0199 0.1613 0.0205
X6=RX6XiPX4X6 0.0000 0.3436 0.1441 0.0406 0.1670 -0.1969 -0.0134 0.1265 0.0235
X7=RX8XiPX4X7 0.00 0.2336 0.0968 0.0402 0.1302 -0.2525 -0.0075 0.0991 0.0179
X8=RX8XiPX4X8 0.0000 0.0998 0.0239 0.0175 0.0242 -0.0204 -0.0923 0.0376 0.0091
X9=RX9XiPX4X9 0.0000 0.2711 0.1162 0.0333 0.0855 -0.1022 -0.0473 0.2471 0.0513
X10=RX10XiPX4X10 0.0000 -0.0141 0.0453 0.0179 0.0421 -0.0485 0.0090 0.1359 0.0923
对角线数值为各性状对生物量的直接作用 ,非对角线数值为各性状通过另一性状对生物量的间接作用。
结果表明:平均高 、地径 、存活率 、叶重对生物量的直接作用较大(Px4x1 =0.4867 、Px4x2 =0.2362 、
Px4x6=0.1670 、P x4x9=0.2471),其中树高的直接作用最大 ,地径 、叶重 、叶数通过树高对生物量有较大的间接
作用 。因此 ,增大树高 、地径 、叶重 、存活率对生物量积累有利。
2.4 主要性状的早晚期相关分析
平茬后 ,对树高 、地径与生物量的早晚期相关分析 列表 4。
表 4 树高 、地径与生物量的早晚期相关分析
X 1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
X1 1.00
X2 0.980＊＊ 1.00
X3 0.980＊＊ 0.980＊＊ 1.00
X4 0.700＊＊ 0.730＊＊ 0.930＊＊ 1.00
X5 0.806＊＊ 0.890＊＊ 0.720＊＊ 0.740＊＊ 1.00
X6 0.988＊＊ 0.887＊＊ 0.742＊＊ 0.876＊＊ 0.785＊＊ 1.00
X7 0.742＊＊ 0.725＊＊ 0.968＊＊ 0.927＊＊ 0.689＊＊ 0.789＊＊ 1.00
＊—显著 ＊＊—极显著
20 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2004 年
X1 、X2 为一 、二年生树高 ,X3 、X4 为一 、二年生地径 ,X5为二年生生物量 , X6 为平茬前树高 ,X7 为平茬前
地径 。结果表明 ,树高 、地径与生物量存在显著或极显著早晚期相关 ,沙柳具有早期预测的可能性 ,早期树高
与晚期生物量的相关程度大。(r =0.806)
2.5 综合评价和优良无性系的初步选择
在方差等参数分析的基础上 ,对树高 、地径与生物量作多重比较和聚类分析 ,结果分为三类 ,其中一类为
10个无性系 ,二类为 37个无性系 ,三类为 45个无性系 ,初步选择了 Ⅹ Ⅳ-08等 10个优良无性系 。
3 沙柳等位酶分析
3.1 几种等位酶的分析
3.1.1 过氧化物酶简称 POD ,在电泳中采用凝胶系统 Ⅰ ,检测出 3组活性区(如图版Ⅰ),1 、3活性区为重复
位点 ,8个等位酶基因 ,命名为 POD—2 、POD—3各无性系符合单体酶重复位点表型 。
3.1.2 酯酶简称 EST ,在凝胶系统 Ⅱ表现 3组活性区(如图版Ⅱ),1活性区为 2个基因位点 ,有 3个等位基
因 ,命名为 EST -1。2活性区为另一基因位点 ,4个等位基因 ,命名为 ES T -2 ,3活性区为一个基因位点 ,2
个等位基因命名为 EST -3 ,据酶带推测 EST 在沙柳中为二聚体酶 。
3.1.3 天冬氨酸转氨酶即AAT ,采用凝胶系统Ⅱ检测出 2组活性区(如图版Ⅲ),1活性区在 92个无性系中
均有相同条带 ,为杂和位点 ,两个等位基因 ,命名为 AAT -1 , 2活性区为纯合位点 ,一个等位基因 ,命名为
AA T-2 ,该酶在沙柳中为二聚体。根据酶谱可推测 4个种源区起源于共同祖先 。
3.1.4 乙糖激酶为 HEX ,采用凝胶系统 Ⅰ检测出 3组活性区(如图版Ⅳ), 1活性区为 1个基因位点 ,纯合型
命名为 HEX-1 ,2活性区为 4个基因位点 ,有纯合和杂合位点 ,命名为 HEX-2 , 3活性区为 2个基因位点 ,
命名为HEX-3 ,该酶在沙柳中为单体酶。
3.2 等位基因与基因频率
结果列表 5
表 5 等位基因频率及相应迁移值
基因位点 等位基因及相应迁移值
等位基因
频率 基因位点
等位基因及
相应迁移值
等位基因
频率
POD-1
a 0.68
b 0.65
c 0.62
d 0.61
0.231 1
0.306 5
0.252 7
0.209 7
EST-2
a 0.43
b 0.42
c 0.39
d 0.38
0.263 4
0.236 6
0.241 9
0.258 1
POD-2
a 0.52
b 0.50
c 0.47
d 0.45
0.145 3
0.107 5
0.247 3
0.338 7
EST-3 a 0.21
b 0.18 0.516 10.483 9
POD-3
e 0.42
f 0.40
g 0.38
h 0.32
0.198 9
0.333 3
0.295 7
0.333 3
HEX-1 a 0.90 1.000 0
AAT-1 a 0.54
b 0.49 0.500 00.500 0 HEX-2
a 0.88
b 0.86
c 0.82
d 0.78
0.536 7
0.209 7
0.150 5
0.102 2
AAT-2 a 0.38 1.000 0 HEX-3 a 0.20
b 0.13 0.548 40.451 6
EST-1 a 0.63b 0.60
c 0.58
0.408 6
0.338 7
0.522 7
21第 3 期 宁明世等: 以无性系育种与等位酶技术对沙柳优良无性系的选择研究
结果表明:4种酶系统多数位点等位基因频率相差不大 ,而少数位点 ,其频率差异较大 ,可见沙柳群体内
存在较丰富的变异 ,杂合程度较高 。
3.3 基因频率与相关性状
树高和地径的不同生长水平基因频率也不同 ,并表现出规律性变化 。另外 POD-2b 和 HEX-2d基因
主要控制沙柳高生长及其生物量的积累 ,在田间试验初选的 10个无性系中 ,有 9个无性系携带以上两个基
因或其中一个基因。为了明确 POD-2b和 HEX-2d 基因与沙柳高生长的关系 ,按树高与基因频率进行相
关分析 ,结果列表 6。
从表 6可以看出:树高与 POD-2b 、HEX-2d 基
因频率相关极显著 ,可见这两个基因可能为连锁基
因。为了证明这一推论 ,在 92个无性系中根据以上
两个基因的有无 ,分成 4个水平 ,与树高进行方差分
析 ,结果表明 ,同时携带 POD-2b 和 HEX-2d 基因
树高平均值>单独携带 HEX-2d>POD-2b>不携
带以上基因的平均值 。
表 6 树高与基因间的相关程度
树高 POD-2b HEX-2d
树高 1.00 0.720＊＊ 0.782＊＊
POD-2b 0.720＊＊ 1.000 0.999
HEX-2d 0.782＊＊ 0.999 1.000
图版Ⅰ
图版Ⅱ 图版Ⅲ
22 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2004 年
4 优良无性系的选择
根据田间试验和等位酶分析 ,并结合聚类分析等
数据处理结果 ,把生长快 、抗性强 、生物量大 ,同时携
带 POD-2b和 HEX-2d基因的 7个无性系即达采 、
Ⅴ-11 、Ⅹ Ⅳ-13 、Ⅲ -01 、Ⅴ-02 、Ⅹ Ⅳ-08 、Ⅸ -05
入选为优良无性系。
5 结论
5.1 种内无性系间在经济性状和适应性方面存在广
泛变异 ,可见 ,无性系间适应性差异显著 ,选择潜力
大。 图版Ⅳ
5.2 树高 、地径 、叶重 、叶数 、枝条数 、存活率 、与生物量相关极显著 ,其中树高 、地径对生物量有直接作用 ,可
作为独立性状选择。
5.3 4种酶系统至少有 12个基因位点控制 ,多数位点有 2个或 2个以上等位基因 ,杂质结合程度高 。
5.4 POD-2b 和HEX-2d 基因为生物量的目标基因 ,二基因可能紧密连锁。
5.5 所选择的 X Ⅳ—08等 7个优良无性系 ,可在生产中推广应用 ,入选率 P=7.69%,遗传增益为53.18%。
参 考 文 献:
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