白柳和旱柳种间杂交后代性状分析

崔华蕾，米昊雨，马小欣，刘彦泽，庞丁玮，梁海永

(1.河北雾灵山国家级自然保护区管理中心，河北 承德 067300；2.河北农业大学 林学院，河北 保定 071000)

1 引言

杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix)植物通常泛称柳树，一般为落叶乔木或灌木，全球约有520余种，在我国有柳树257个种、122个变种和33个变型[1,2]。柳树速生、工艺成熟龄短、容易繁殖等特点使得其用途非常广泛，主要应用于防护林、水土保持林、风景园林及用材林等。柳树在自然分布状况下，其生态多样性和遗传多样性相对比较丰富，因此，可将其作为选育新品种和优良性状的重要材料[3]。通过远缘杂交方法选育优良性状、培育新品种，在李、杏、楸树、杨树、棉花和竹子等众多植物中已略有成效，这对植物遗传基础的拓宽和植物种质资源的创新具有重要意义[4～9]。植物的表型性状特点便于调查、比较直观，对于分析和评价种质资源性状多样性，表型性状是主要的特征指标[10]。

白柳枝条、叶片颜色明亮，是优良的乡土树种之一。目前，我国科研工作者对柳树种质资源的遗传学研究还是相对较少，仅对一些柳树种进行了遗传多样性及遗传图谱构建等方面的研究[11,12]，导致还存在许多不足之处。本试验以白柳、旱柳杂交后代为研究材料，对后代苗高、地径以及枝条、叶片性状进行分析，为柳树种间杂交子代的早期选择和遗传改良提供了理论依据，力争选育出更多的满足各种用途的柳树新品种。

2 材料与方法

2.1 试验材料

本试验在河北农业大学西校区林学苗圃地进行，以白柳和旱柳杂交子代1年生和2年生杂种苗为试验材料。株行距0.5 m×0.5 m。冬季12月份对杂交子代的苗高和地径进行测定和分析，同时采集枝条对子代枝条色差特征进行分析；夏季5月份采集叶片进行形态测定。

2.2 试验方法

2.2.1 苗高地径调查与测定

使用塔尺和游标卡尺对各杂交子代的苗高与地径生长情况进行测量，并进行记录。以植株自然生长最高点的高度为苗高，以植株主干地上5 cm处直径为地径[13]。

2.2.2 枝条颜色调查与测定

选取1年生杂交子代苗和2年生杂交子代苗上中下不同部位的枝条，用清水清洗干净，擦干水分；在统一自然光下，将白纸作为背景拍照后进行记录，为减少试验误差，确保试验准确性，所有枝条均选择向光面，做3次重复，用Photoshop调节白平衡，利用Photoshop中的取色器查看调节白平衡后的枝条Lab值，并记录亮度值L、红绿度a、黄蓝度b。

其中L值表示枝条的亮暗程度，L值越大表明枝条越亮，L值越小表明枝条越暗；a值显示红绿程度，“+”表示偏红，“-”表示偏绿；绝对值越大则表明枝条呈现的红色或绿色越深；b值显示黄蓝程度，“+”表示偏黄，“-”表示偏蓝；绝对值越大则说明条呈现的黄色或蓝色越深[14]。

2.2.3 叶片形态调查与测定

选取枝条顶端往下第5～7片的成熟叶，使用扫描仪对叶片进行扫描，利用Lamina分析软件测定1年生和2年生杂交子代叶片的长度、宽度、叶面积等指标，每个做3次重复。

2.3 数据分析

运用Excel 2010、SPSS 21.0、DPS7.05等软件进行数据整理和统计分析，同时绘制频次分布图及分布曲线。

3 结果与分析

3.1 杂交子代苗高、地径

苗高和地径是反映树木生长快慢和长势好坏的重要指标[15]。对1a和2a生杂种苗植株的苗高和地径进行测量和统计，用SPSS软件绘制子代苗高地径频次分布图和分布曲线，结果见表1、表2、图1和图2。

3.1.1 1a、2a生杂交子代苗高性状表现

从表1可以看出，白柳与旱柳种间杂交子代苗高具有较大的遗传差异，1 a、2 a生杂交子代株高均值分别为130.69 cm、224.53 cm，变异系数分别为26.05%、20.40%。由表1和图1可知，白柳与旱柳种间杂交子代1 a、2 a生群体的株高呈现连续分布，表现出典型数量性状特征。从株高性状的偏度和峰度看，1 a生株高偏度为0.262>0，呈现正偏态连续分布，2 a生株高偏度为-0.273<0，呈现负偏态连续分布。

表1 1 a、2 a生杂交子代株高性状表现

3.1.2 1 a、2 a生杂交子代地径性状表现

从表2可以看出，白柳与旱柳种间杂交子代地径具有较大的遗传差异，1 a、2 a生杂交子代地径均值分别为6.56 mm、15.60 mm，变异系数分别为25.32%、28.60%。由表2和图2可知，种间杂交子代1 a、2 a生子代的地径也呈现连续分布，表现出典型数量性状特征。从地径性状的偏度和峰度看，1 a、2 a生偏度均>0，呈现正偏态连续分布，1 a生地径峰度>3，分布曲线更加陡峭。

图1 1 a、2 a生杂交子代株高分布

表2 1 a、2 a生杂交子代地径性状表现

图2 1 a、2 a生杂交子代地径分布

3.2 杂交子代枝条颜色

枝条颜色和叶片颜色是园林植物重要的观赏性状。测定柳树1 a、2 a生杂交子代枝条的L、a、b值，根据这些数值可以分析出枝条颜色特征，对枝条色泽参数a值进行聚类得出a值聚类分析图。

3.2.1 1 a、2 a生杂交子代枝条颜色分析

由表3可知：1 a生杂交子代中1、54、55、56、57的L值相对较大，分别为47.67、37.33、39.33、42.33、39.00，由此可以看出这几株枝条相对比较光亮。通过对a值的分析可得，在1 a生子代的59个株系中只有13、34这两个株系a值为-3.33和-1.33均小于0，枝条颜色接近浅绿色。在其他a值大于0的57个株系中，2、22、30的a值较大，分别为18.67、21.00、20.33，枝条颜色最红，呈现深红色。11、27、38、55的a值最小，分别为0.33、0.67、1.67、1.00，颜色较浅，呈现浅红色。对b值的分析可得，所有枝条b值都大于0，且数值较大，变幅范围在10.67～54.00，说明枝条颜色在蓝黄分析中偏黄。

而由表4可知：2 a生杂交子代中1、4、7的L值最大，分别为39.67、39.33、38.67，由此可以看出这几株枝条比较光亮。通过对a值的分析可得，在2 a生子代的19个株系中只有18这个株系a值小于0，枝条颜色接近浅绿色，a值为-2。在其他a值大于0的18个株系中，5、9的a值相对较大，分别为17.67、16.33，枝条颜色相对较红。1、11、14、16的a值较小，分别为2.33、1.67、2.67、1，颜色较浅，呈现浅红色。对b值的分析可得，所有枝条b值都大于0，变幅范围在19.00～47.00，且数值较大，说明枝条颜色在蓝黄分析中偏黄。

表3 1 a生杂交子代枝条颜色分析

续表3

表4 2 a生杂交子代枝条颜色分析

通过对杂交子代枝条的观测，可明显看出不同株系之间枝条颜色存在差异。根据枝条颜色特征将典型枝条进行拍摄并记录，能够更清晰的体现枝条颜色的遗传差异。由图3可知，杂交子代枝条呈现多种颜色，包括绿色、黄绿、浅红、红色、橙红、深红等。

3.2.2 1 a生杂交子代枝色a值聚类分析

由图4可以看出，通过对1 a生杂交子代的枝色参数a值进行聚类，首先可以将枝条颜色分成两大类，分别为a值偏小接近0和a值偏大。其中颜色较浅即a值偏小的枝条较多(图4中纵轴上从1～34都为偏浅的枝条)。浅色枝条又可分为两大亚类，其中第一亚类枝条偏多且a值均>0，枝条呈现浅红色；第二亚类枝条a值为负值且接近0(在图4纵轴上为13、34)，枝条颜色接近浅绿色。颜色较深即a值偏大的枝条也可分为两大亚类，其中第一类枝条a值较大(在图2纵轴上为2、22、30)，枝条呈现深红色；第二亚类枝条颜色呈现红色(在图2纵轴上从4～16)。从总体看1a生杂交子代枝条色泽以偏红色为主，有个别植株枝条呈现浅绿色。

图3 杂交子代典型枝条颜色观测

图4 1 a生杂交子代枝色参数a值聚类分析

3.2.3 2 a生杂交子代枝色a值聚类分析

同理，由图5可以看出，通过对2 a生杂交子代的枝色参数a值进行聚类，也可以将枝条颜色分成两大类，分别为a值偏小接近0和a值偏大。这两大类株系数量相近。浅色枝条(在图5纵轴上从1～18)可分为两大亚类，其中第一亚类枝条偏多且a值均>0，枝条呈现浅红色；第二亚类枝条a值为负值且接近0(在图5纵轴上为18)，枝条颜色接近浅绿色。深色枝条也可分为两大亚类，其中第一亚类枝条颜色呈现红色(在图5纵轴上从3～8)；第二类枝条a值较大(在图5纵轴上从5～12)，枝条呈现深红色。大体上2 a生杂交子代枝条颜色为偏红色，有极个别植株枝条呈现浅绿色。

图5 2 a生杂交子代枝色参数a值聚类分析

3.3 杂交子代幼叶形态

3.3.1 杂交子代幼叶叶片形态的差异分析

由表5可知：白柳和旱柳的杂交子代幼叶叶片形态指标中，叶周长、叶长、宽长比存在极显著差异(P<0.01)，叶面积、叶宽存在显著差异(P<0.05)；叶面积的变异范围为87.14～852.25 mm2，叶周长的变异范围为38.25～136.98 mm，叶长的变异范围为19.96～66.71 mm，叶宽的变异范围为2.87～17.66 mm，叶宽长比的变异范围为0.09～0.39；叶片形态变异系数的范围为22.71%～44.32%，其中叶周长的变异系数最小，而叶面积的变异系数最大为44.32%，远大于其他指标，叶面积反映了叶大小情况，杂交子代最大面积约为最小面积的10倍，由此说明叶面积即叶片大小变异最为明显。

表5 杂交子代叶片形态差异分析

3.3.2 幼叶叶片形态的聚类分析

叶面积可显示叶片大小，叶宽长比可显示叶片的形态，因此根据幼叶叶片面积和叶片宽长比针对叶片形态进行聚类分析，结果见图6。可以看出，在欧式距离为1100时，可以根据叶片形态将子代株系分为两大类，分别为宽叶型和窄叶型。第一类群株系属于宽叶型(在图6纵轴上从1～7)，其主要特征为叶面积较大，叶子较宽，叶宽长比较大，叶片形状近似于阔披针形，从整体上看属于宽叶型株系。第二类群株系属于窄叶型(在图6纵轴上从12～26)，其主要特征为叶面积较小，叶子较窄，叶宽长比较小，叶片形状近似于披针形，从整体上看属于窄叶型株系。图7为杂交子代典型叶片形态的观测图，叶片大致上可分成以上总结的两类。

图6 杂交子代叶片形态聚类分析

图7 杂交子代典型叶片形态观测

4 讨论

由于形态学标记特点明显、鉴别简单、方便、易于观察，在植物遗传育种研究与工作中得到广泛使用，直到如今仍然是鉴别种类和品种的最基本性依据[16]。本研究通过对杂交子代的苗高、地径、枝条颜色、叶型等早期选择指标遗传变异规律进行统计分析，为柳树杂交子代的早期鉴定和筛选提供了必要依据[17]。

通过对种间杂交子代生长状况进行统计分析发现，所有子代的苗高、地径均呈现连续分布，表现出典型数量性状特征[18]。1 a生株高、地径均为正偏态连续分布，2 a生地径为正偏态连续分布，2 a生株高为负偏态连续分布。1 a生和2 a生杂交子代苗高、地径的变异系数较大，株高变异系数分别为26.05%、20.40%，地径变异系数分别为25.32%、28.60%。由此可见，杂交子代在这方面存在较大的遗传差异，韩彪等对杂交无性系柳树的16个表型性状遗传多样性研究结果也表明柳树资源存在较大变异，且以种源内变异为主[19]。

现代城市园林绿化需要植物具有较高的观赏价值，树木的观赏特性通常包括树形、叶、花、果实、枝干等方面，而枝干的观赏性状包括枝条形态和色彩等方面[20]。通过对子代枝条颜色a值进行分析发现，1 a生和2 a生群体枝条颜色表现出一致的遗传特征，枝色均可分成两大类，即颜色较浅和颜色较深，枝条颜色基本上都呈偏红色，只有极少数个体呈现偏绿色。在1 a生偏红色类群中a值的变化范围为0.33～21，在2 a生偏红色类群中a值的变化范围为1～17.67，同时偏红色枝条又可分为浅红色、红色、深红色枝条。1 a生偏绿色株系只有两株，a值分别为-3.33和-1.33，2 a生只有一株枝色偏绿，a值为-2。b值反应的是枝条的黄蓝程度。所有子代的b值都为“+”值，这说明枝条颜色在蓝黄分析中偏黄，通过对杂交子代枝条观测可知，子代枝条呈现绿色、黄绿、浅红、红色、橙红、深红等多种颜色。刘丽对20个柳树无性系的枝条颜色分析得出柳树小枝颜色丰富，绿、黄绿、黄、红黄、红均有呈现[21]，与本研究结果一致。由此可知通过杂交育种可以得到枝条颜色多样的柳树杂交子代，在挑选园林绿化柳树杂交子代时，枝条颜色可以作为一个重要的参考指标。

叶片表型性状特征可以有效反映植物栽培性状和生物学性状[22]。通过对杂交子代幼叶进行形态分析发现，叶片形态指标中叶周长、叶长、宽长比存在极显著差异(P<0.01)，叶面积、叶宽存在显著差异(P<0.05)。各指标变异系数由大到小依次为：叶面积、宽长比、叶宽、叶长、叶周长，其中叶面积的变异系数为44.32%，远大于其他指标。通过叶片形态聚类分析发现，幼叶的叶片大致可分成两类，分别为宽叶型和窄叶型，叶片形状分别为近似披针形和阔披针形。王晓叶等对金枝黄花柳半同胞家系子代叶片形态进行分析，结果表示各植株的叶片大小、形态均存在较大差异，各指标变异系数最大的也为叶面积，且叶形分为椭圆状披针形、卵形、长卵形、椭圆形、披针形5种形态[13]。

5 结论

通过种间杂交来获得杂种优势是林木遗传改良的常用方法，利用这种方法科研工作者培育出了许多用材林、经济林和观赏林优良品种，这也使人们看到了种间杂交育种发展的广阔前景[23～26]。本文通过观察记录柳树种间杂交后代的相关性状与生长状况，利用SPSS和DPS软件对有关数据统计分析和聚类分析得出，杂交后代的性状遗传差异较大，存在比较丰富的遗传多样性。在苗高、地径以及枝条颜色方面，1年生和2年生杂交子代的遗传特性相似，而不同株系间遗传差异大。杂交子代枝条呈现绿色、黄绿、浅红、红色、橙红、深红等多种颜色。叶片形状可分成两大类，分别为宽叶型和窄叶型。据此可以为柳树观赏性状挖掘、柳树远缘杂交和新品种的选育等提供重要的理论参考，但由于结论受到环境和栽培条件的影响较大，还需要对杂交后代后期生长情况进行观察与分析，并作进一步分子生物学鉴定。