全 文 :书广西省芒野生居群表型多样性研究
肖亮1,蒋建雄1,易自力1,艾辛1,覃静萍1,刘树玲1,陈智勇1,林聪2
(1.湖南农业大学生物科学技术学院,湖南 长沙410128;2.中国科学院植物研究所,北京100093)
摘要:通过方差、聚类和相关分析等方法对分布在我国广西省芒的13个野生居群的18个叶片、茎秆、花序和小穗
的表型性状进行居群内和居群间的遗传多样性研究。结果表明,18个表型性状在居群内和居群间均存在极显著差
异,说明芒种群内表型性状变异较丰富且遗传多样性较高。表型分化系数的变幅为17.99%~47.21%,其中,叶
片、茎秆、花序和小穗性状分别为38.01%,29.80%,32.84%和27.14%,所有性状均值为32.05%,说明芒表型性
状的变异主要来源于居群内。UPGMA聚类结果表明,在阈值5.388处可以将13个居群分为4个类群,聚类结果
表明,聚成一类的居群在地理位置上并不靠近。表型性状与地理因子的相关性分析表明,部分表型性状的变化与
地理因子呈显著或极显著相关性。本研究结果为我国芒属能源植物在遗传改良以及野生资源的保护与利用等方
面提供了可参考的理论依据。
关键词:广西省;芒;野生居群;表型多样性
中图分类号:Q948.15 文献标识码:A 文章编号:10045759(2013)04004308
犇犗犐:10.11686/cyxb20130405
芒(犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊)隶属于禾本科(Poaceae)黍亚科(Subfam.Panicoideae)须芒草族(Trib.Andro
pogoneae)甘蔗亚族(Subtrib.Saccharinae)芒属(犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊)[1]。芒为多年生、宿根型C4 高大草本,丛生,花果
期9-11月,顶生圆锥型花序,茎秆粗壮,具有发达的地下根状茎,主要分布在安徽、重庆、福建、甘肃、广东、广西、
贵州、海南、黑龙江、河南、湖北、湖南、江苏、江西、吉林、辽宁、陕西、山东、四川、台湾、云南、浙江22个省(自治
区),水平分布范围为北纬18°~43°、东经97°~126°、垂直分布范围为0~2000m[2]。芒因生物量大、抗逆性强、
木质纤维素含量高、易繁殖等优点被认为是具有巨大开发前景的生态改良作物[3,4]和能源作物[57]。
目前,国内外对芒的研究相对较少,Yan等[8]将芒野生种子播种到湖北江夏、甘肃庆阳和内蒙古锡林格勒三
地以评价芒的生态适应性,认为芒的生态适应性非常广泛。Qin等[9]测定了217份不同来源芒种质资源的化学
组分,发现纤维素、半纤维素、木质素等主要化学成分在种群内变异较大,认为芒种质资源改良的潜力巨大。Xu
等[10]通过对不同来源的芒分别进行化学成分和糖转化率测定,发现半纤维素是影响糖转化效率低的关键因素,
周靖等[11]利用最大熵模型(MAXENT),通过431个芒野生居群地理因子信息,预测了芒在我国的潜在分布,认
为我国大部分边际土地可以栽培芒,朱明东等[12]则通过测定13份福建省芒与五节芒疑似杂交种的犃犱犺1基因
序列,通过与亲本比对证明了芒和五节芒(犕.犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊)存在天然杂交现象。遗传多样性方面,Greef等[13]利用
AFLP标记对芒、荻、奇冈等芒属等级下不同种进行遗传多样性分析,认为AFLP标记技术可以有效应用于芒属
植物遗传多样性研究。卢玉飞等[14]在382对玉米(犣犲犪犿犪狔狊)SSR引物和100对甘蔗(犛犪犮犮犺犪狉狌犿狅犳犳犻犮犲狀犪狉狌犿)
EST-SSR中筛选出了在芒属遗传多样性分析中可通用引物84对。然而到目前为止,关于芒野生居群表型多样
性方面的研究还未见报道。
表型性状或形态标记是指那些能够明确显示遗传多态性的外观性状,是利用可以观察到的性状来检测生物
遗传变异的方法。在植物遗传多样性研究中对于表型性状多样性的研究因具有简便、低成本、直观、周期短且样
本量大等优点而被相关领域学者广泛接受[1518]。为了了解芒的分布和多样性程度,本试验选择地形和生态环境
第22卷 第4期
Vol.22,No.4
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
43-50
2013年8月
收稿日期:20121121;改回日期:20130318
基金项目:国家自然科学基金项目(30971832)和美国孟德尔生物技术公司合作项目(SR0373)资助。
作者简介:肖亮(1979),男,湖南津市人,在读博士。Email:xiaoliang_1979@yahoo.cn
通讯作者。Email:yizili889@163.com
相对复杂的广西省为调查对象,并在该省内不同的县(市)筛选具有代表性的芒野生居群13个,结合芒的外部形
态特点,调查目标涉及叶片、茎秆、花序及小穗等18个表型性状,旨在通过分析各性状在居群内和居群间的变异
程度来揭示我国芒种质资源的多样性和分布规律,并进一步为芒属能源植物的开发与利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与调查方法
于2009年10月间在我国广西省境内的百色县、防城港市、桂平县、贺州市、环江县、金秀县、龙胜县、南丹县、
南宁市、凭祥县、三江县、田林县和玉林县13个县(市)对芒的分布进行考察。各县(市)随机选择有代表性的芒居
群1个,参考金燕和卢宝荣[19]关于遗传多样性取样策略的方法选取观测单株,各居群地理位置和生境见表1。
表1 居群的地理位置和生境情况
犜犪犫犾犲1 犔狅犮犪狋犻狅狀狊犪狀犱犺犪犫犻狋犪狋狅犳犕.狊犻狀犲狀狊犻狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊犻狀犌狌犪狀犵狓犻
居群
Populations
采集地
Location
经度
Latitude
(E°)
纬度
Longitude
(N°)
海拔
Altitude
(m)
生境
Habitat
观测单株
Observed
plants
P1 百色市永乐乡Yongletown,Baisecity 106.47 23.84 327 山坡灌丛中Shrubattheslopeofhil 20
P2 防城港市江山镇Jiangshantown,Fangchenggangcity 108.31 21.53 1 山谷荒草中Openfieldinthevaley 20
P3 桂平市郊SuburbofGuipingcity 110.30 23.82 79 路边荒草中Openfieldattheroadside 20
P4 贺州市姑婆山Guposhanmountain,Hezhoucity 111.57 24.57 341 山中荒野Openfieldinthemountain 20
P5 环江县穿山镇Chuanshantown,Huanjiangcounty 108.05 25.13 390 路边Roadside 20
P6 金秀县圣堂山林场Shengtangshanmountain,Jinx
iucounty
109.93 24.10 476 山上开阔地带Openfieldinthemountain 20
P7 龙胜县城关镇Longshengtown,Longshengcounty 109.97 25.80 245 山谷溪水的灌木丛中Shrubatthewaterside
inthevaley
20
P8 南丹县火幕村 Huomuvilage,Nandancounty 107.46 24.94 567 山谷中Inthevaley 20
P9 南宁市东郊风铃村Fenglingvilage,easternsub
urbofNanningcity
108.35 22.79 88 路边开阔地带Openfieldattheroadside 20
P10 凭祥市郊区SuburbofPingxiangcity 106.78 22.20 143 山谷开阔地带Openfieldinthevaley 20
P11 三江县良口镇Liangkoutown,Sanjiangcounty 109.53 25.12 335 水边灌丛中Shrubatthewaterside 20
P12 田林县浪平镇Langpingtown,Tianlincounty 106.43 24.69 1352 山上公路边的灌丛中Shrubattheroadside
inthemountain
20
P13 玉林市成钧镇Chengjuntown,Yulincity 110.15 22.69 540 山顶开阔地带Openfieldatthetopofhil 20
1.2 观测内容与方法
表型性状的测量标准参考《牧草种质资源描述规范和数据标准》[20],每个居群随机抽取20个单株进行性状
测量,单株之间直线距离超过5m。
1.2.1 叶片性状 每株随机选取茎秆10根,选择旗叶和目测最长叶片,用游标卡尺测量旗叶和最长叶片的最宽
处,分别用直尺和卷尺测量旗叶和最长叶片的长度,重复测量3次后取平均值。
1.2.2 茎秆性状 每株随机选取开花完全的生殖枝5个,齐地面处剪断。用卷尺测量茎秆基部至花序轴的长
度,剥开叶鞘测量与花序轴相连的第一节长度,并统计每个茎秆的节数。然后用枝剪剪成15cm左右的小段若
干,用大号密封袋封装并逐一编号。待所有样品取完后带回实验室,在80℃烘箱内烘烤至恒重,冷却后用电子天
平称量各样品重量,重复测量3次后取平均值。
1.2.3 花序性状 每株随机选取花序10枚,密封袋封好编号。带回实验室后用直尺测量花序的长度、花序主轴
的长度。从花序主轴上剥离所有一级分枝,分别测量各一级分枝的长度,计数一级分枝上的小穗数,最后统计花
44 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4
序上所有小穗数量。以上数据重复3次后取平均值。
1.2.4 小穗性状 每株随机选50个小穗,用游标卡尺测量颖的长度、颖的宽度、基盘毛的长度和芒的长度,重复
3次后取平均值。
1.3 统计分析方法
表型分化系数按照葛颂等[21]的公式计算:
犞狊狋=[(δ2狋/狊)/(δ2狋/狊+δ2狊)]×100%
式中,δ2狋/狊为居群间方差分量,δ2狊 为居群内方差分量,犞狊狋为表型分化系数,表示居群间变异占遗传总变异的百分比。
聚类分析采用NTSYSpc2.0软件进行,方差分析和表型性状与地理因子的相关分析采用DPS6.50软件进行。
2 结果与分析
2.1 居群间和居群内的形态变异
对广西省13个芒天然居群的18个性状进行方差分析结果(表2)表明,本试验所研究的18个表型性状在居
群内和居群间犉值的变化范围分别为2.48~35.55和3.89~13.72,且各表型性状在居群内的和居群间差异均
达到极显著水平(犘<0.01)。18个表型性状多重比较(表3)表明,4个叶片性状在13个居群间具有显著差异,旗
叶长和旗叶宽的最大值分别出现在三江(P11)居群和田林(P12)居群,最小值均出现在凭祥(P10)居群。最大叶
表2 居群间和居群内表型性状方差分析
犜犪犫犾犲2 犞犪狉犻犪狀犮犲犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狆犺犲狀狅狋狔狆犻犮狋狉犪犻狋狊犪犿狅狀犵犪狀犱狑犻狋犺犻狀犕.狊犻狀犲狀狊犻狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
性状Traits
均方 MS
居群间
Among
populations
居群内
Within
populations
随机误差
Random
errors
犉值 Value
居群间
Among
populations
居群内
Within
populations
旗叶长Flagleaflength 142.43 10.38 0.54 13.72 19.37
旗叶宽Flagleafwidth 3.84 0.34 0.02 11.29 14.17
最大叶片长Largestleaflength 455.06 58.09 1.63 7.83 35.55
最大叶片宽Largestleafwidth 56.04 7.72 0.36 7.26 21.62
单茎干重Dryweightpertiler 719.64 99.89 15.01 7.20 6.65
秆高Stemheight 379.21 69.22 5.91 5.48 11.71
第一节长Firstnodelength 61.47 12.29 4.96 5.00 2.48
节数Nodenumberpertiler 83.11 11.84 1.23 7.02 9.65
花序长Paniclelength 82.27 12.19 3.49 6.75 3.49
花序主轴长Paniclemainaxislength 57.90 7.41 0.24 7.81 30.49
一级分枝长Firstclassbranchlength 48.68 7.85 0.88 6.20 8.93
一级分枝数Firstclassbranchnumberofpanicle 306.97 36.46 1.71 8.42 21.28
一级分枝小穗数Spikeletnumberonfirstclassbranch 607.35 76.00 2.73 7.99 27.81
小穗总数Totalspikeletnumberonpanicle 6371350.68 712659.29 21898.34 8.94 32.54
芒长Awnlength 9.57 1.39 0.14 6.88 10.00
基盘毛长Calushairlength 0.68 0.12 0.01 5.67 13.33
颖长Grainlength 0.83 0.11 0.02 7.55 5.24
颖宽Grainwidth 0.35 0.09 0.01 3.89 8.18
注:表示极显著差异(犘<0.01)。
Note:showextremelysignificantdifferenceat犘<0.01.
54第22卷第4期 草业学报2013年
表3 广西芒草13个天然居群各性状平均数及标准差
犜犪犫犾犲3 犕犲犪狀狆犺犲狀狅狋狔狆犻犮狋狉犪犻狋狊犻狀狀犪狋狌狉犪犾狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊犪狀犱狊狋犪狀犱犪狉犱犱犲狏犻犪狋犻狅狀
居群
Populations
性状Traits
旗叶长
Flagleaf
length(cm)
旗叶宽
Flagleaf
width(mm)
最大叶片长
Largestleaf
length(cm)
最大叶片宽
Largestleaf
width(mm)
单茎干重
Dryweight
pertiler(g)
秆高
Stemheight
(cm)
P1 10.82±6.41cd 2.89±2.46ab 87.87±14.46b 27.04±3.83a 50.38±15.23bc 277.68±29.38abcd
P2 9.31±3.88d 2.08±0.74b 84.60±13.82b 22.25±4.77abc 55.53±13.14ab 279.10±46.29abcd
P3 20.66±12.51ab 3.20±1.12ab 106.47±9.87a 17.44±2.26c 48.43±13.82bc 306.41±28.71abc
P4 15.93±8.73abcd 3.42±1.65ab 77.43±10.23bc 19.67±1.29bc 28.44±3.89e 294.20±32.20abcd
P5 14.64±11.20bcd 3.43±2.10ab 79.07±9.43bc 23.89±4.82ab 53.74±13.87bc 117.29±62.30e
P6 11.72±5.29bcd 4.14±2.60ab 82.89±10.33b 23.76±4.58ab 45.31±13.47bcde 243.24±52.57d
P7 13.63±6.90bcd 2.66±1.81b 82.52±12.00b 17.26±3.75c 29.90±10.80de 280.88±44.87abcd
P8 10.80±7.20cd 3.14±1.93ab 65.56±7.37c 26.52±4.56a 47.88±24.17bc 265.46±24.27bcd
P9 13.82±5.62bcd 2.34±0.38b 93.49±29.97ab 17.71±5.51c 37.94±17.34cde 331.23±58.70a
P10 7.22±2.05d 2.00±0.65b 85.36±4.30b 24.50±3.91ab 71.68±13.34a 319.52±21.51ab
P11 25.10±5.90a 3.65±1.01ab 86.36±5.02b 20.21±2.72bc 48.06±7.68bc 303.10±44.86abc
P12 19.86±12.07abc 5.14±3.54a 80.21±7.72bc 20.02±4.16bc 30.15±6.56de 257.86±57.05cd
P13 7.51±2.97d 2.46±0.74b 91.71±12.00ab 19.94±5.33bc 46.93±11.15bcd 240.84±36.85d
居群
Populations
性状Traits
第一节长
Firstnode
length(cm)
节数
Nodenumber
pertiler(No.)
花序长
Paniclelength
(cm)
花序主轴长
Paniclemain
axislength(cm)
一级分枝长
Firstclassbranch
length(cm)
一级分枝数First
classbranchnumber
ofpanicle(No.)
P1 17.04±2.93de 18.81±5.12bc 30.07±6.90abc 21.12±4.53bc 14.51±4.85abcde 43.61±14.13bc
P2 14.72±3.53e 22.52±1.45ab 23.88±5.77c 16.83±4.14cde 10.43±3.68de 49.13±17.23ab
P3 24.81±2.96ab 15.95±1.61cd 37.22±5.01a 26.89±3.98a 15.76±2.79abcd 46.51±5.28abc
P4 22.47±3.81abcd 14.45±2.43cd 27.46±1.37bc 18.25±2.13bcde 13.69±2.33abcde 42.37±5.70bc
P5 20.37±3.76bcd 22.77±3.49ab 29.99±5.15abc 21.75±4.88b 13.52±3.46bcde 51.75±16.45ab
P6 20.42±5.09bcd 18.46±4.00bcd 26.23±5.72bc 18.17±3.59bcde 11.84±3.85de 42.00±12.21bc
P7 22.37±3.94abcd 14.12±2.96d 32.14±6.81ab 16.02±2.50de 18.93±4.74a 48.51±14.49ab
P8 19.41±2.71bcde 18.65±5.57bcd 28.37±6.69bc 19.58±4.55bcde 12.76±2.60cde 49.05±10.45ab
P9 27.51±5.26a 14.32±4.17cd 32.41±5.59ab 19.52±1.99bcde 17.35±6.74abc 38.25±12.35bc
P10 17.75±4.25de 26.37±3.78a 31.44±2.49ab 20.22±5.16bcd 11.56±4.14de 50.55±12.01ab
P11 24.25±6.70abc 16.32±2.96cd 32.84±8.88ab 20.67±6.44bcd 18.55±4.48ab 60.91±12.72a
P12 19.17±5.39cde 14.95±3.07cd 33.53±9.29ab 20.30±3.51bcd 17.95±7.07abc 52.61±15.04ab
P13 18.79±5.63cde 21.91±3.29ab 22.87±6.33c 15.22±4.60e 9.74±2.08e 31.82±9.17c
居群
Populations
性状Traits
一级分枝小穗数
Spikeletnumberon
firstclassbranch(No.)
小穗总数
Totalspikeletnumber
onpanicle(No.)
芒长
Awnlength
(mm)
基盘毛长
Calushair
length(mm)
颖长
Grainlength
(mm)
颖宽
Grainwidth
(mm)
P1 59.12±22.52cde 3731.03±2053.53bcd 5.68±0.94ab 4.95±0.73ab 4.51±0.45abc 0.76±0.09de
P2 48.96±17.45de 3221.74±1913.63cd 5.12±0.92bc 4.35±0.56c 4.16±0.16abcd 0.90±0.15ab
P3 67.80±12.67abc 5144.34±1263.10ab 6.11±0.25a 5.06±0.49a 4.52±0.62ab 0.89±0.11abc
P4 59.08±10.00cde 3154.67±447.25cd 5.08±1.05bc 4.64±0.38bc 4.37±0.30abc 0.87±0.10abc
64 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4
续表3 Continued
居群
Populations
性状Traits
一级分枝小穗数
Spikeletnumberon
firstclassbranch(No.)
小穗总数
Totalspikeletnumber
onpanicle(No.)
芒长
Awnlength
(mm)
基盘毛长
Calushair
length(mm)
颖长
Grainlength
(mm)
颖宽
Grainwidth
(mm)
P5 51.00±8.70de 3883.73±1251.68bcd 4.54±1.00c 4.31±0.49c 3.74±0.68d 0.70±1.08e
P6 48.64±11.89de 3526.07±1395.42bcd 5.04±1.15bc 4.39±1.29c 3.91±0.83cd 0.92±0.18ab
P7 77.80±8.20ab 4677.09±1316.61abc 4.97±1.33bc 4.09±0.56d 3.98±0.25bcd 0.80±0.15bcd
P8 53.15±9.45cde 4047.36±207.27bc 5.70±1.77ab 4.61±0.81bc 3.68±0.36d 0.74±0.11de
P9 61.80±8.42bcde 3239.36±1177.15cd 5.46±0.82ab 4.43±0.94c 4.69±0.81a 0.90±0.07ab
P10 47.30±10.52e 3051.60±1861.68cd 5.06±1.20bc 4.24±1.08d 4.28±0.62abcd 0.81±0.07bcd
P11 79.00±15.00a 6451.30±2528.69a 3.64±0.86d 4.78±0.70ab 3.92±0.24cd 0.98±0.11a
P12 64.56±20.54abcd 4760.23±1723.69abc 5.28±0.49bc 4.79±1.00ab 4.13±0.27abcd 0.84±0.10bcd
P13 46.96±8.13e 2020.88±898.51d 4.64±1.01c 4.41±1.78c 4.16±0.56abcd 0.76±0.08de
注:同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。
Note:Differentnormallettersinthesamerowshowsignificantdifferenceat犘<0.05.
长和最大叶宽的最大值分别出现在桂平(P3)和百色(P1)居群,最小值分别出现在南丹(P8)和龙胜(P7)居群;4
个茎秆性状在不同居群间表现显著差异,单茎干重、秆高、第一节长和节数的最大值均集中在南宁(P9)和凭祥
(P10)居群,而最小值则分别出现在贺州(P4)、环江(P5)、防城港(P2)和龙胜(P7)居群;6个花序性状在不同居群
间表现出显著差异,其中花序长和花序主轴长的最大值均出现在桂平(P3)居群,一级分枝长和一级分枝数的最
大值分别在龙胜(P7)和三江(P11)居群,一级分枝小穗数和小穗总数的最大值均出现在三江(P11)居群。而6个
花序性状的最小值都出现在玉林(P13)居群;4个小穗性状在不同居群间表现出显著差异,芒长和基盘毛长的最
大值出现在桂平(P3)居群,颖长和颖宽的最大值则分别出现在南宁(P9)和三江(P11)居群,4个小穗性状的最小
值分别出现在三江(P11)、龙胜(P7)、南丹(P8)和环江(P5)4个不同的居群。
总的说来,13个居群同一性状在不同居群间差异极显著,同一居群不同性状变异程度不同。这说明广西芒
的变异程度大、遗传多样性丰富。
2.2 居群间的表型分化
表型分化系数(Vst)是描述性状居群间平均方差占居群间和居群内合计方差的比例,是衡量表型变异在居群
间贡献大小的重要参数[22]。为了定量分析芒的18个性状的变异来源,对各参试性状的表型分化系数进行统计,
结果(表4)表明,18个表型性状的表型分化系数的变幅为17.99%(小穗宽)~47.21%(旗叶长),所有性状表型
分化系数平均值为32.05%,小于居群内的表型分化系数(67.95%),说明芒表型性状的变异主要来源于居群内。
进一步分析可知,叶片、茎秆、花序和小穗等性状在居群间的表型分化系数依次为38.01%,29.80%,32.84%和
27.14%。
2.3 聚类分析
基于18个表型性状数据对13个居群进行的聚类分析结果(图1)表明,阈值5.388处可将13个芒的居群划
分为4个类群。其中P1、P5、P8、P2、P10和P13六个居群聚成一类,这6个居群分别地处广西省的百色市、环江
县、南丹县、防城港市、凭祥市和玉林市,这一类群的主要特点是单茎秆生物量较大、茎秆节数较多,但秆高相对较
矮、一级分枝较短;P4、P6、P12、P7和P9五个居群为一类,这5个居群分别地处广西省的贺州市、金秀县、龙胜
县、南宁市和田林县,这一类群的主要特点是茎秆节数较少、花序主轴较短;P3和P11分别单独成为一类,这2
个居群分别地处广西省桂平市和三江县,从形态上看P3居群茎秆最高、叶片最长、花序最长;P11居群的特点是
一级花序最长、花序小穗数最多。从形态聚类的结果来看,聚在一起的居群地理位置并不一定是最接近的。
74第22卷第4期 草业学报2013年
表4 居群间和居群内方差分量与居群间表型分化系数
犜犪犫犾犲4 犞犪狉犻犪狀犮犲狆狅狉狋犻狅狀犪狀犱狆犺犲狀狅狋狔狆犻犮狏犪狉犻犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋(犞狊狋)狅犳狆犺犲狀狅狋狔狆犻犮
狋狉犪犻狋狊犪犿狅狀犵犪狀犱狑犻狋犺犻狀犕.狊犻狀犲狀狊犻狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
性状Traits
方差分量
Varianceportion
居群间
Among
populations
居群内
Within
populations
随机误差
Random
errors
方差分量百分比Percentage
ofvarianceportion(%)
居群间
Among
populations
居群内
Within
populations
表型分化系数
Phenotypic
differentiation
coefficient
(%)
旗叶长Flagleaflength 0.8803 0.9844 0.536 36.67 41.00 47.21
旗叶宽Flagleafwidth 0.0233 0.0316 0.024 29.56 40.03 42.48
最大叶片长Largestleaflength 2.6465 5.6456 1.634 26.66 56.88 31.92
最大叶片宽Largestleafwidth 0.3221 0.7363 0.357 22.76 52.02 30.43
单茎干重Dryweightpertiler 4.1317 8.4880 15.010 14.95 30.72 32.74
秆高Stemheight 2.0666 6.3310 5.910 14.440 44.25 24.61
第一节长Firstnodelength 0.3279 0.7330 4.960 5.45 12.17 30.91
节数Nodenumberpertiler 0.4751 1.0613 1.227 17.19 38.41 30.92
花序长Paniclelength 0.4672 0.8700 3.490 9.68 18.02 34.94
花序主轴长Paniclemainaxislength 0.3366 0.7167 0.243 25.97 55.29 31.96
一级分枝长Firstclassbranchlength 0.2722 0.6971 0.879 14.73 37.72 28.08
一级分枝数Firstclassbranchnumberofpanicle 1.8034 3.4747 1.713 25.80 49.70 34.17
一级分枝小穗数Spikeletnumberonfirstclassbranch 3.5423 7.3267 2.733 26.04 53.86 32.59
小穗总数Totalspikeletnumberonpanicle 37724.6093 69076.0946 21898.344 29.31 53.67 35.32
芒长Awnlength 0.0109 0.0250 0.139 6.23 14.30 30.36
基盘毛长Calushairlength 0.0007 0.0022 0.009 6.24 18.55 25.17
颖长Grainlength 0.0010 0.0018 0.021 4.04 7.50 35.04
颖宽Grainwidth 0.0003 0.0016 0.011 2.68 12.22 17.99
平均 Mean - - - - - 32.05
图1 基于18个表型性状的欧氏距离系数聚类图
犉犻犵.1 犝犘犌犕犃犱犲狉犻狏犲犱犱犲狀犱狉狅犵狉犪犿狊犺狅狑犻狀犵狋犺犲犮犾狌狊狋犲狉犻狀犵狅犳犲犻犵犺狋犲犲狀狆犺犲狀狅狋狔狆犻犮犱犪狋犪
84 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4
2.4 表型性状与地理因子的关系
对叶片、茎秆、花序和小穗相关的18个表型性状与采集地地理因子进行相关分析。结果表明,最大叶片宽与
经度呈显著负相关(狉=-0.58),即由西往东,最大叶片宽度有逐渐变窄的趋势。旗叶宽、一级分枝长、小穗总
数与纬度呈显著正相关,相关系数分别为0.58,0.55和0.57,即随着纬度增加,旗叶有变宽趋势,一级分枝的
长度逐渐增加,同时,小穗总数也呈现递增态势。但是从变化幅度而言,旗叶宽度>小穗总数>一级分枝数。旗
叶宽与海拔呈极显著正相关(狉=0.86),即伴随着海拔的增加,旗叶的宽度有明显的增加趋势。
3 讨论
芒属植物是目前被看好的能源植物,而在芒属植物中芒又是最具代表性的种类,因此,本试验在对芒野生居
群进行表型多样性研究时不仅考虑到了禾本科植物常被关注的花序和小穗性状,还对叶片和茎秆等产量构成因
子进行研究。通过对广西省13个天然居群的叶片、茎秆、花序和小穗相关的18个表型性状的多样性进行分析,
发现广西省境内芒的野生居群在居群间和居群内均有极显著的差异,这说明芒种群内遗传多样性丰富,变异程度
大。一般而言,种群变异来自居群内和居群间,而与分布在居群内的变异相比,居群间的变异更加有意义。因为
分布在居群间的变异反映了地理、生殖隔离上的变异,是物种在不同环境中适应能力的体现,居群间性状差异越
大,说明了该物对环境的适应能力越强[23]。本试验所研究的18个表型性状在居群间均有极显著差异,说明芒在
多种自然生境下均有极强的生存和适应能力。
居群间表型性状平均表型分化系数为32.05%,说明就表型分化贡献率而言,居群内变异占了67.95%,大于
居群间变异 (32.05%)。根据Hamrick和 Godt[24]的研究,对于异花授粉的植物而言,由于居群间交流频繁,居
群间的变异一般小于10.00%。而本研究表型分化系数达到32.05%,远远超过一般水平。究其原因,笔者认为
与广西省特殊的地形地貌以及气候条件有关。广西省由于四周环山素有“广西盆地”之称,生态环境多样、气候多
变,加之本研究的13个群体来自地理位置相对分散的13个不同的县市,生境各不相同。为适应不同的生态环
境,在基因与环境长期的选择压力下,产生了各自不同的形态变异。再加上长期的地理阻隔使得居群间基因资源
得不到充分交流,从而导致表型分化系数较高。此种情况在川西云杉(犘犻犮犲犪犫犪犾犳狅狌狉犻犪狀犪)(犞狊狋=36.53%)[25]、老
芒麦(犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊)(犞狊狋=30.69%)[15]、滇北球花报春(犘狉犻犿狌犾犪犱犲狀狋犻犮狌犾犪狋犪ssp.狊犻狀狅犱犲狀狋犻犮狌犾犪狋)(犞狊狋=
28.54%)[26]也有报道。
植物形态变异或表型多样性研究往往对形态性状与地理、生态因子进行相关分析以获取植物某些性状与地
理或生态因子之间的变化规律。本试验对18个表型性状与采集地地理因子进行关联分析发现叶片性状与经度、
纬度和海拔均有相关性。即,最大叶片宽以经度变化模式为主,旗叶宽受纬度和海拔双重模式的影响,但海拔模
式影响力更大。同时也发现花序性状主要以纬度变化模式为主,而小穗性状和茎秆性状的变化与地理因子无显
著关系。
芒属植物是被认为具有开发潜力的纤维素类能源植物,我国又是芒属植物的分布中心。从本课题组对我国
范围内芒属植物资源在我国的分布与资源调查的结果看来,生物量高的芒属植物主要分布在以广西省为代表的
广西、贵州、云南、四川等我国西南部地区。同时,调查也发现随城市化进程的扩大,野生芒属植物的分布界限正
在逐步缩小,个别稀有种,如红山茅(犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狆犪狀犻犮狌犾犪狋狌狊)甚至面临绝迹。因此,收集野生资源、建立芒属植
物种质资源圃是保护和利用这一优质资源的重要措施。结合本研究结果———芒居群内的变异程度和遗传多样性
较居群间丰富的特点,推而广之,在对芒属植物种质资源进行收集时可以尽量考虑多采集居群内不同单株以免遗
漏有利用价值基因资源。在尽量多采集不同生态类型的芒属种质资源的前提下辅以集合杂交、集中筛选的策略,
在扩大和丰富种群遗传多样性的同时必然能获得在生产上有应用价值的优异资源。
参考文献:
[1] ChenSL,RenvoizeSA.FloraofChina[M].北京:科学出版社,2006:581583.
[2] 易自力.芒属植物资源的开发与利用[J].湖南农业大学学报,2012,38(5):455463.
[3] 范希峰,左海涛,侯新村,等.芒和荻作为草本能源植物的潜力分析[J].中国农学通报,2010,26(14):381387.
[4] 刘亮,朱明,朱太平.芒荻类植物资源的开发与利用[J].自然资源学报,2001,16(6):562563.
[5] CliftonBrownJ,StampflPF,JonesMB.犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊biomassproductionforenergyinEuropeanditspotentialcontribution
94第22卷第4期 草业学报2013年
todecreasingfossilfuelcarbonemissions[J].GlobalChangeBiology,2004,10:509518.
[6] LewandowskiI,CliftonBrownJC,ScurlockJMO,犲狋犪犾.犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊:Europeanexperiencewithanovelenergycrop[J].Bi
omassandBioenergy,2000,19:209227.
[7] SangT,ZhuWX.China’sbioenergypotential[J].GCBBioenergy,2011,3:7990.
[8] YanJ,ChenWL,LuoF,犲狋犪犾.Variabilityandadaptabilityof犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊speciesevaluatedforcropdomestication[J].GCB
Bioenergy,2012,4:4960.
[9] QinJP,YangY,JiangJX,犲狋犪犾.Comparisonoflignocelulosecompositioninfourmajorspeciesof犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊[J].African
JournalofBiotechnology,2012,11:1252912537.
[10] XuN,ZhangW,RenSF,犲狋犪犾.Hemicelulosesnegativelyaffectlignocelulosecrystalinityforhighbiomassdigestibility
underNaOHandH2SO4pretreatmentsin犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊[J].BiotechnologyforBiofuels,2012,5:5885.
[11] 周靖,李巧云,肖亮,等.芒和五节芒在中国的潜在分布[J].植物生态学报,2012,36(6):504510.
[12] 朱明东,蒋建雄,肖亮,等.基于形态性状及犃犱犺1基因序列的芒与五节芒自然杂交现象研究[J].草业学报,2012,21(3):
132137.
[13] GreefGM,DeuterM,JungC,犲狋犪犾.GeneticdiversityofEuropean犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊speciesrevealedbyAFLPfingerprinting[J].
GeneticResourcesandCropEvolution,1997,44:185195.
[14] 卢玉飞,蒋建雄,易自力.玉米SSR引物和甘蔗ESTSSR引物在芒属中的通用性研究[J].草业学报,2012,21(5):8695.
[15] 鄢家俊,白史且,马啸,等.川西北高原野生老芒麦居群穗部形态多样性研究[J].草业学报,2007,16(6):99106.
[16] 王娅丽,李毅.祁连山青海云杉天然群体的种实性状表型多样性[J].植物生态学报,2008,32(2):355362.
[17] 于万里,张博.新疆昭苏野生黄花苜蓿果实形态变异研究[J].草业学报,2012,21(2):249255.
[18] 黄春琼,刘国道,白昌军,等.475份狗牙根种质资源形态多样性的研究[J].草业学报,2012,21(4):3342.
[19] 金燕,卢宝荣.遗传多样性的取样策略[J].生物多样性,2003,11(2):155161.
[20] 李志勇,王宗礼,师文贵,等.牧草种质资源描述规范和数据标准[M].北京:科学出版社,2005:938.
[21] 葛颂,王明麻,陈岳武.用同工酶研究马尾松群体的遗传结构[J].林业科学,1998,24(11):399409.
[22] 竺利波,顾万春,李斌.紫荆群体表型性状多样性研究[J].中国农学通报,2007,23(3):138145.
[23] 庞广昌,姜冬梅.群体遗传多样性和数据分析[J].林业科学,1995,31(6):543550.
[24] HamrickJL,GodtMJW.Alozymediversityinplantspecies[A].In:BrownAHD,CleggMT,KahlerAL.PlantPop
ulationGenetics,BreedingandGeneticResources[C].Sunderland:Sinauer,1990:4363.
[25] 辜云杰,罗建勋,吴远伟,等.川西云杉天然种群表型多样性[J].植物生态学报,2009,33(2):291301.
[26] 张睿鹂,贾茵,张启翔.滇北球花报春天然群体表型变异研究[J].生物多样性,2008,16(4):362368.
犃狊狋狌犱狔狅狀狆犺犲狀狅狋狔狆犻犮犱犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊狀犪狋狌狉犪犾狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀犻狀犌狌犪狀犵狓犻狆狉狅狏犻狀犮犲
XIAOLiang1,JIANGJianxiong1,YIZili1,AIXin1,QINJingping1,
LIUShuling1,CHENZhiyong1,LINCong2
(1.ColegeofBioscienceandBiotechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China;
2.InstituteofBotany,ChineseAcademyofSciences,Beijing100093,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:18phenotypictraitsof13犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊naturepopulationsoriginfromGuangxiprovincewere
measuredinthispaper.Analysisofvarianceforaltraitsshowedthatthereweresignificantdifferencesamong
andwithinpopulations.Theresultindicatedthat犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊wasabundantingeneticdiversity.The
averageofphenotypicdifferentiationcoefficient(Vst)of18phenotypictraitswas32.05% withtherangefrom
17.99%to47.21%andtheVstofleaf,stem,panicleandspikeletwere38.01%,29.08%,32.84% and
27.14%,respectively.13naturalpopulationsof犕.狊犻狀犲狀狊犻狊inGuangxiprovincecouldbedividedinto4groups
byUPGMAclusteranalysiswhichindicatedthat犕.狊犻狀犲狀狊犻狊varietieswereuncomformitywithitsgeographic
origin.Thecorrelationanalysisbetweenphenotypictraitsandecologicalfactorshowedthesometraitshavesig
nificantorextremelysignificantcorrelationwithecologicalfactor.Theseresultofferedthebasicdataforfur
therstudyofconservationandgeneticbreedingof犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊.
犓犲狔狑狅狉犱狊:Guangxiprovince;犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊;naturalpopulations;phenotypicdiversity
05 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.4