全 文 ：收稿日期: 20040520
基金项目: 国际合作项目 叶用喜树及喜树碱开发利用研究 (1998 2002)的部分研究内容(项目编号: 982028)
作者简介: 应叶青( 1973 ) ,女,浙江永康人,硕士研究生,讲师.
林业科学研究 ! 2004, 17( 6) : 751~ 756
Forest Research
! ! 文章编号: 10011498( 2004) 06075106
喜树种源苗期性状遗传变异研究
应叶青1 , 吴家胜1 , 周国模1 , 孙伟琴2 , 陈有全3
( 1 浙江林学院生命科学学院,浙江 临安 ! 311300; 2 浙江省上虞市林业技术推广中心,浙江 上虞 ! 312300;
3浙江省龙泉市林业局,浙江 龙泉 ! 323700)
摘要: 在浙江湖州对来自广东、云南、福建等 10 个省的 10个喜树种源进行种源试验,对 1 年生喜树苗
期性状分析研究, 结果表明: 喜树种群内存在丰富的遗传变异, 10 个参试种源在苗高、地径、各器官生
物量及叶片喜树碱含量、单株叶片喜树碱含量等指标上都存在显著或极显著的差异,其广义遗传力为
0527~ 0 989, 这些差异主要受遗传因素制约;利用单株叶片喜树碱产量性状对药材喜树种源进行选
择, 初步筛选出江西南昌种源作为叶用优良种源, 其单株叶片喜树碱产量超过对照浙江临安种源
11939% ,单位面积喜树碱产量的遗传增益可望达到 10542% , 能取得较理想的结果。
关键词: 喜树;喜树碱; 种源试验;苗期性状;遗传变异
中图分类号: S7227 ! ! ! 文献标识码: A
喜树( Camptotheca acuminata Decne)为珙垌科( Nyssaceae)旱莲属( Camptotheca Decne)落叶乔
木,主要分布于我国长江流域以南的 10个省(区) , 是我国特有珍稀树种,国家二级保护植物, 也
是提取抗癌药物喜树碱的原料树种[1, 2] 。长期以来人们主要是利用野生喜树的种子作为喜树碱
提取的原料,但种子1 a只能采收 1次,资源远不能满足生产需要。近年来的研究结果表明,植株
组织越幼嫩,喜树碱的含量越高,嫩叶的喜树碱含量远远超过种子中的喜树碱含量[3, 4] ,而且叶
片、枝梢的再生能力很强,可持续利用性好。随着喜树碱需求量的日益增加,喜树叶用园的人工
栽培也倍受高度重视。
喜树分布范围较广, 分布区内地形复杂, 生态环境多样,在其长期进化过程中,必然会在形
态、生长、次生代谢物质(药用有效成分)含量等方面发生遗传分化。因此, 有必要开展喜树地
理种源试验,了解不同种源的生长性状和有效成分含量等变异及其规律,为药用喜树的遗传改
良提供依据,同时筛选出优良种源作为营建喜树叶用园的材料。
1 ! 材料与方法
11 ! 试验材料
1995年 10月下旬到 11月上中旬,在对喜树天然林和人工林实地踏查的基础上,选择喜树
分布区长江以南有代表性省份作为种源采种点。采种按一般种源试验要求进行,对个别种源
进行了单株采种、单株处理。同时, 估计了采种母树的年龄。在长江以南10省(区)共采集到
10个喜树地理种源的种子。试验以浙江临安种源作为对照。不同地理种源的基本情况见
表1。
表 1! 喜树地理种源基本情况
种源 地点 纬度 经度 海拔m 种源 地点 纬度 经度 海拔m
1 广东广州 23∀ 113∀12# ! 200 6 江西南昌 28∀40# 115∀56# 75
2 云南昆明 25∀ 102∀50# 1 305 7 安徽东至 30∀06# 117∀ 39
3 贵州贵阳 26∀33# 106∀45# 1 080 8 浙江临安 30∀14# 119∀42# 40
4 福建屏南 26∀55# 119∀ ! 950 9 湖北武昌 30∀25# 114∀20# 320
5 湖南长沙 28∀06# 113∀ 75 10 江苏南京 32∀03# 118∀45# 50
12 ! 试验地概况
试验地设在浙江省湖州市林科所苗圃地。圃地土层深厚, 肥力中等, 土壤 pH 值 518~
546,土壤密度 083~ 125 g∃cm- 3 ,浇灌方便,排水良好,交通便利。圃地位于 30∀22#~ 31∀11#
N, 119∀14#~ 120∀29#E,年日照时数1 850~ 2 130 h, 年降水量 1 050~ 1 850 mm,年平均气温122
~ 161 % , 1月平均气温- 03~ 36 % , 7月平均气温 244~ 286 % ,极端最低气温- 174 % ,
极端最高气温 408 % , &10 % 活动积温为 3 810~ 5 130 % ,无霜期 224~ 246 d。
13 ! 试验方法
131 ! 试验设计与播种育苗 ! 全面整地,施复合肥 750 g∃m- 2作为基肥;施呋喃丹 15 g∃m- 2
进行土壤消毒; 苗床宽 1 m, 种子条播, 行距 35 cm,播种量 60 g∃m- 2。用黄心土进行覆盖,覆
土厚度 15 cm。6月下旬第 1次追肥,施尿素 150 g∃m- 2。第 2次追肥在 8月中旬,施复合肥
1500 g∃m- 2 ,同时结合病虫害防治。第 3次追肥在 9月上旬进行,施尿素 150 g∃m- 2。
试验采用完全随机区组设计, 10个处理, 5次重复, 每个小区播 3行, 每行 20粒种子, 最后
定苗保留每行 8株苗木。试验区四周设立保护行。
132 ! 测定项目
1321 ! 苗期生长性状测定 ! 记载播种时间、各种源种子开始发芽时间、场圃发芽率;每小区
选取 6株测定苗木逐月苗高生长量, 年终除调查地径、苗高外,还分别测定枝下高、冠幅、干、
枝、叶、根和皮的鲜质量和烘干质量。
1322 ! 叶片喜树碱提取与含量测定 ! 喜树碱的提取: 采用阎秀峰等 [5] 喜树碱提取方法:称
取1 g 喜树叶粉于 25mL 容量瓶中,加入22 mL体积分数为 61%的乙醇溶液,在50 % 下超声提
取10 min, 冷却至室温后, 定容。用 045 m 微孔滤膜过滤后, 待用。喜树碱含量测定: 采用
WARERS高效液相色谱仪, 600型, WARERS486紫外检测器,HS2000(普及版)色谱工作站; 喜树
碱标准品由美国路易斯那州立大学提供, 纯度为 9999% , 使用甲醇为色谱级试剂, 水为纯化
水。测定喜树碱含量的色谱条件: DIKMA生产ODS 柱( 150 mm∋ 46 mm ID, 5 m) , 流动相为
甲醇(水(体积比 55(45) , 流速 10 mL∃min- 1 ,检测波长 254 nm, 柱温 25 % ,进样量 10 L。
14 ! 统计分析方法
试验数据处理所采用的方差分析、多重比较、相关分析等均在 SAS 统计平台上操作完
成[ 6] ,同时计算种源广义遗传力和遗传增益 [ 7, 8]。
752 林 ! 业 ! 科 ! 学 ! 研 ! 究 第17卷
图 1 ! 不同种源苗高和地径的差异
2 ! 结果与分析
21 ! 苗高、地径的遗传变异
苗高和地径是判断苗木品质好坏最
直观指标, 也是重要的指标。种源试验
结果(图 1)表明, 不同地理种源的苗木
平均地径和苗高差异较大, 经方差分析
表明,这 2个性状分别达到显著和极显
著水平(表 2)。
从图 1可知, 苗高生长最好的是 1
号广东广州种源,其值为 1149 cm, 是生
长最差的 10号江苏南京种源( 826 cm)
的1391%; 地径最大的是 4号福建屏南
种源, 其值为 127 cm, 地径最小的是 1
号广东广州种源、2号云南昆明种源和 8
号浙江临安种源, 3 者平均地径只有
108 cm。从地理位置上看, 南部、西南
部种源苗高生长最快,中部种源居中,而
北部种源生长最慢。该试验结果与已进
行种源试验的相近分布区的杉木( Cun
ninghamia lanceolata ( Lamb. ) Hook)、马
尾松 ( Pinus massoniana Lamb )、黄山松
( Pinus taiwanensis Hagata)、香椿( Toona sinensis ( A. Juss. ) Roem. )等其它树种的地理变异规律相
一致[ 9~ 14] 。地径的变异稍有别于苗高, 以中部种源为高,南北种源较低。
从表 2中估算的遗传参数来看,种源苗高和地径的广义遗传力分别为 0745和 0527,方
差分量分别为 3685%和 1821% ,受中等强度遗传控制。说明了喜树种源苗高和地径的变异
较大程度上是由不同种源本身的遗传特性所引起的,表明喜树优良种源的苗期选择具有一定
潜力。由表2还可知, 苗高和地径的种源变异系数分别为 1634%和1132%,苗高的变异系数
大得多,说明利用地径和苗高为主要指标对喜树地理种源进行苗期初步选择时,采用苗高指标
进行选择更有效。
表 2! 种源苗高和地径方差分析及遗传参数估算
项目 自由度 均方 方差分量% F值 遗传力 变异系数%
苗高 9 62457 3685 392* * 0745 1634
地径 9 0024 5 1821 212* 0527 1132
! ! 注: * * : 001显著水平, * : 005显著水平。下同。
22 ! 种源苗期生物量差异、遗传及其规律
221 ! 喜树苗期各器官生物量(干质量)及其比例 ! 通过对 10个种源苗期各器官生物量测定
数据分析,结果表明(表 3) ,干、叶的生物量比例最大, 根次之,枝、皮所占比例最小, 其中叶片
753第 6 期 应叶青等:喜树种源苗期性状遗传变异研究
生物量所占比例为 3075% ,约占总生物量的 13,而喜树碱又在嫩叶中比例较高,这为营建喜
树叶用园提供了科学的理论依据。
222 ! 种源苗期生物量的遗传变异 ! 通过研究喜树不同种源苗期生物量的空间结构、苗木各
器官生物量分配,可为叶用喜树的选择提供科学的依据。对喜树 10个种源干、枝、叶、根、皮生
物量及总生物量等指标进行方差分析(表 3) ,结果表明,各器官生物量和总生物量在不同种源
间均存在显著或极显著的差异,且变异系数较大,这6个指标的平均变异系数为333%。种源
生物量的广义遗传力为 0683~ 0796,方差分量为 301%~ 438% ,受中等强度遗传控制。说
明了喜树种源各器官生物量的变异很大程度上是由不同种源本身的遗传特性所引起的。
表 3! 种源生物量方差分析及遗传参数估算
性状 均值g 变异系数% F值 方差分量% 遗传力
干生物量 1272 277 315* * 301 0683
枝生物量 383 506 468* * 424 0786
叶生物量 1284 347 490* * 438 0796
根生物量 936 334 446* * 409 0775
皮生物量 327 238 465* 422 0785
总生物量 4201 295 432* * 399 0769
! ! 多重比较(表 4)表明:无论是总生物量还是各器官生物量, 6号江西南昌、4号福建屏南、5
号湖南长沙种源均处于第 1~ 2水平,而处于较差水平的有 8号浙江临安、9号湖北武昌、10号
江苏南京种源。最好种源 6号江西南昌的叶片生物量及总生物量分别为最差种源 10号江苏
南京的234倍和 165倍,这说明了叶用喜树优良种源选择有较大潜力。
表 4 ! 不同种源各器官生物量及总生物量
种源号 生物量( g∃株- 1)干 枝 叶 根 皮 合计
1 1122 bc 344 bc 1119 cde 716 d 326 bc 3627 b
2 1186 bc 302 c 1271 bcd 658 d 264 cd 3680 b
3 1323 abc 333 bc 1234 cde 764 cd 322 bcd 3978 b
4 1628 a 619 a 1550 abc 1376 a 421 a 5594 a
5 1430 ab 502 ab 1677 ab 1245 ab 382 ab 5237 a
6 1652 a 627 a 1934 a 1042 bc 394 ab 5649 a
7 1142 bc 263 c 1091 de 924 cd 272 cd 3692 b
8 1045 c 295 c 997 de 931 cd 303 cd 3571 b
9 948 c 298 c 1145 cde 921 cd 247 d 3559 b
10 1242 bc 243 c 827 e 779 cd 336 bc 3427 b
23不同种源叶片喜树碱含量和单株叶片喜树碱产量变异及遗传
各种源叶片喜树碱含量和单株叶片喜树碱产量指标是叶用喜树种源选择的重要定量数
据,也是全面评价喜树叶用园营建材料的重要标准。通过研究喜树不同种源叶片喜树碱含量
和单株叶片喜树碱产量, 可为叶用喜树种源选择及叶用园营建材料选择提供科学的依据。从
表5中可以看出,不同种源间叶片喜树碱含量和单株叶片喜树碱产量均有一定差异,对于种源
叶片喜树碱含量而言, 2号云南昆明和 3号贵州贵阳种源较好,最差的种源为 1号广东广州种
源,最好的种源其含量为最差的35倍, 差异极为显著; 对于单株叶片喜树碱产量而言,江西南
昌、云南昆明、湖南长沙、贵州贵阳种源较优, 其平均单株叶片喜树碱产量均在 130 mg∃株- 1以
754 林 ! 业 ! 科 ! 学 ! 研 ! 究 第17卷
上,其中, 最优的种源为 6号江西种源, 平均单株叶片喜树碱产量高达 1663 mg∃株- 1 , 最差的
种源为1号广东广州种源, 平均单株叶片喜树碱产量只有 380 mg∃株- 1 , 最优种源是最差种源
的438倍。方差分析结果表明, 无论是种源叶片喜树碱含量还是单株叶片喜树碱产量指标,
不同种源间均存在极显著的差异, 这进一步说明了叶用喜树优良种源选择有很大潜力。
表 5! 各种源叶片喜树碱含量和单株叶片喜树碱产量
种源
代号
叶片喜树碱含量( W)
%
单株叶片喜树碱产量
( mg∃株- 1)
种源
代号
叶片喜树碱含量( W)
%
单株叶片喜树碱产量
( mg∃株- 1)
1 0034 g 380 e 6 0086 de 1663 a
2 0119 a 1512 ab 7 0095 c 1037 cd
3 0107 b 1321 abc 8 0076 e 758 de
4 0081 ef 1255 bc 9 0091 cd 1042 cd
5 0085 de 1420 abc 10 0097 c 803 d
平均 0087 1119
! ! 注:叶片喜树碱含量测定时,分别不同种源,取 3个重复。
从表 6中估算的遗传参数来看, 种源叶片喜树碱含量的广义遗传力为 0989,方差分量为
969%,性状受强度遗传控制; 单株叶片喜树碱产量的广义遗传力为 0883, 方差分量为
602%, 受中等强度遗传控制。说明了喜树种源叶片喜树碱含量及单株叶片喜树碱产量的变
异很大程度上是由不同种源本身的遗传特性所引起的。
表 6! 种源叶片喜树碱含量及单株叶片喜树碱产量的方差分析及遗传参数估算
性状 均值 变异系数% F 值 方差分量% 遗传力
叶片喜树碱含量% 0087 253 9397* * 9687 0989
单株叶片喜树碱产量(mg∃株- 1 ) 1119 415 858* * 6024 0883
3 ! 结论与讨论
( 1)喜树种群内存在丰富的遗传变异, 10个参试种源在苗高、地径、各器官生物量及叶片
喜树碱含量等指标上都存在显著或极显著的差异,分析结果表明,这些差异主要是受遗传因素
控制。各种源叶片喜树碱含量及单株叶片喜树碱产量的方差分量和广义遗传力都较高, 利用
其对药材喜树种源进行选择, 能取得较理想的结果。
( 2)喜树叶用园的生产目的是为了获得单位面积上最大的喜树碱产量, 因此在种源选择
时,单株叶片喜树碱产量(由叶片生物量和叶片喜树碱含量二因子构成)是种源选择的直接经
济指标,同时还要考虑种源的适应性和抗逆性。江西南昌、云南昆明 2个种源的单株叶片喜树
碱产量较高, 分别超过对照临安种源的 11939%、9947%, 比最差的广东广州种源高出
33763%、29789%。单位面积喜树碱产量的遗传增益可望达到 8783%、10542% , 但考虑到
云南昆明种源在浙江浙北地区适应性不好,不能安全越冬,不宜在浙江浙北地区推广应用,建
议选择江西南昌种源作为浙江北部地区营建喜树叶用园时的良好材料,可显著的提高单位面
积上的喜树碱产量。
( 3)由于喜树资源主要呈零星分布,成片的天然林分很少, 故种源的采种林分多为零星大
树或喜树人工林,可能会影响到种源的代表性。针对喜树资源的特点,在种源试验初步结果的
基础上,应进一步开展优良种源内的优良单株选择, 以充分利用个体间的遗传变异, 提高叶用
755第 6 期 应叶青等:喜树种源苗期性状遗传变异研究
园单位面积上的喜树碱产量。
参考文献:
[ 1] 崔岚,戈升荣,王平全.抗肿瘤药物喜树碱及其衍生物的研究现状及前景[ J] .上海医药学, 1999, 10( 3) : 8~ 12
[ 2] 董锡裕,徐莉. 喜树碱类抗癌药 又一世界性热门课题[ J] . 中草药, 1996, 27( 4) : 243~ 245
[ 3] Liu Z, John Adams. Camptothecin yield and distribution within Camptotheca acuminata t rees cultivated in Louisiana[ J] . Can J Bot ,
1996, 74: 360~ 365
[ 4] Liu Z, Carpenter S B, Bourgeois W J, et al. Variations in the secondary metabol it e camptothecin in relation to t issue age and season in
Camptotheca acuminata[ J] . Tree Physiology, 1998, 18: 265~ 270
[ 5] 阎秀峰,王洋,于涛,等.喜树叶中喜树碱含量的高效液相色谱分析[ J] .分析测试学报, 2002, 21(2) : 15~ 18
[ 6] 彭昭英.世界统计与分析全才 SAS系统应用指南(上下册) [M ] .北京:北京希望电子出版社, 2000. 464~ 482
[ 7] Namkoong G. Introduction to quantitative genet ics in forestry[ M] . Castla House Pub London, 1981. 210~ 259
[ 8] 孔繁浩.森林数量遗传学[ D] .南京:南京林业大学树木遗传育种室, 1985
[ 9] 张水生.马尾松种源地理变异规律的初步研究[ J] .江西农业大学学报, 1999, 21( 4) : 597~ 601
[ 10] 周志春,黄光霖,金国庆.马尾松不同种源对环境的反应函数和优良种源的合理布局[ J] .林业科学研究, 1999, 12( 3) : 229
~ 236
[ 11] 范义荣,童再康,余其龙,等.黄山松种源选择及遗传稳定性分析[ J] .浙江林学院学报, 1993, 10( 3) : 291~ 296
[ 12] 范义荣,童再康,陈科风,等.黄山松地理种源性状的变异规律[ J] .浙江林学院学报, 1991, 8(4) : 418~ 427
[ 13] 李淑玲,桑玉强,王平,等.不同种源香椿性状遗传分析[ J] .河南农业大学学报, 2000, 34( 4) : 363~ 366
[ 14] 全国杉木种源试验协作组.杉木造林优良种源选择[ J] .林业科学研究, 1994, 7(增刊) : 1~ 25
Study on Variations of Seedlingstage Trait of
Camptotheca acuminata Provenances
YING Yeqing1 , WUJiasheng 1 , ZHOUGuomu1 , SUN Weiqin2 , CHEN Youquan3
( 1The School of Life Sciences, Zhejiang Forestry University, Zhejiang Province, Lin) an ! 311300, Zhejiang, China;
2Forestry Technology Transfer Center of Shangyu City, Zhejiang Province, Shangyu ! 312300, Zhejiang, China;
3Forestry Bureau of Longquan City, Zhejiang Province,Longquan ! 323700, Zhejiang, China)
Abstract: The provenance test on 10 provenances of Camptotheca acuminata from 10 provinces such as Guangdong
Province, Yunnan Province, Fujian Province etc. , was carried out in Huzhou City, Zhejiang Province. Based on
the investigation and analysis of traits in oneyearold seedling from different provenances, the results were showed
as follows: Camptothecca acuminata had high level of genetic variation at the level of population. There were sig
nificant differences in such economic indexes as seedling height, diameter at the base, biomass of different or
gans, camptothecin concentrat ion in leaf and camptothecin yield per seedling among 10 provenances in the experi
ment and the differences were mainly controlled by genetic factors, with different broadsense heritabilities from
0527 to 0989. There was a very significant correlationship in biomass distribution among different organs of
seedling. According to camptothecin yield per seedling, Jiangxi provenance was selected as a superior provenance
for establishment of leafproducing plantation of Camptotheca acuminata , which was 11939% higher in camptoth
ecin yield per seedling than that of the control provenance from Lin) an, Zhejiang Province. The genetic gain of
camptothecin yield per unit area was expected to reach 10542% ,when Jiangxi provenancewas used as plant ma
terial for establishment of leafproducing plantation of Camptotheca acuminata .
Key words: Camptotheca acuminata ; camptothecin; provenance test; trait at seedling stage; genetic variation
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