簸箕柳F1杂交群体材性性状表型变异的研究
柳杉种子园亲本遗传变异规律与选择
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明 ： 长性 状 在 种 源 和无 性 系水 平 上存 在 明 显 差 异 ， 材 品 质 、 质 性 状 中 除 树 皮 率 在 种 源 和 无 性 系 水 平 上存 在 生 木 形 明显 差 异 外 ， 余 性 状差 异 均 不 明显 ； 长 性 状 在 早期 和 成 熟 期 间 有 一 定 相 关 性 ， 中无 性 系 水 平 上 的相 关 性 更 其 生 其 强 ， 长性 状 与 木 材 品 质 、 生 形状 性 状 问相 关 性 没有 明 显 的 规 律 。通 过 综 合 比 较 ， 择 出 柳 杉 优 良亲 本 １ 选 ８个 ， ２年 ３ 生时 单 株 材 积平 均 值 为 ０ ８ ８０ 木材 基 本 密 度 平 均值 为 ０ ３ ３¨ ｇ ｍ ， 材 心材 比率 平 均 值 为 ５ ． ３ ， ． ９ ９ｍ ， ．１ ／ 。木 ８ ０ 偏
野生和人工种群多枝柽柳的传粉生物学比较.
野生和人工种群多枝柽柳的传粉生物学比较*陈 敏1,2** 赵学勇1(1中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,兰州730000;2中国科学院大学,北京100049)摘 要 多枝柽柳是中国西北干旱地区的重要建群种,为了解其不同种群的传粉生物学特性,对该物种的开花动态㊁花粉活力㊁柱头可授性㊁访花者种类㊁坐果率及繁育系统进行观测㊂结果表明:1)野生和人工种群的开花高峰期和花生产期有差异,人工种群的持续时间更长㊂2)野生种群中,意大利蜂为主要的访花昆虫,花粉与胚珠比(P /O)为337.2;人工种群中,卡切叶蜂是最有效的访花者,花粉与胚珠比(P /O)为356.1㊂3)人工种群的坐果率高于野生种群㊂4)在2个种群中,杂交指数均为3,表明多枝柽柳以兼性异交为主,自交在繁育系统中只起辅助作用㊂关键词 传粉;访花昆虫;坐果率;繁育系统中图分类号 Q944.4 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2014)12-3169-07Comparative pollination biology of Tamarix ramosissima in wild and managed populations.CHEN Min 1,2**,ZHAO Xue⁃yong 1(1Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute ,Chinese Academy of Sciences ,Lanzhou 730000,China ;2University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China ).Chinese Journal of Ecology ,2014,33(12):3169-3175.Abstract :Tamarix ramosissima is an ecologically important species of vegetation in the arid re⁃gions of Northwest China.In order to understand its pollination biology of different populations,we investigated the following characteristics of the species:flowering dynamics,pollen viability,stigma receptivity,floral visitors,fruit set and breeding systems.We found that the species was characterized by four important reproductive characteristics.Firstly,the flowering peak and flow⁃er production period were different between wild and managed populations,being longer in the managed.Secondly,in the wild populations,Apis mellifera was the frequent pollinator,and the P /O rate was 337.2.In the managed populations,Megachile (Amegachile )kagiana was the most effective flower visitor,and the P /O rate was 356.1.Thirdly,fruit set appeared to be high⁃er in the managed populations than in the wild.Finally,outcrossing indexes of both populations were 3,and facultative outcrossing was dominant and self⁃pollination just played an assistant role in the breeding system of both populations.Key words :pollination;floral visitor;fruit set;breeding system.*中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050201⁃04⁃01)和国家自然科学基金项目(41271007)资助㊂**通讯作者E⁃mail:chenmin1360@ 收稿日期:2014⁃04⁃01 接受日期:2014⁃09⁃12 传粉是成熟花粉从雄蕊花药或小孢子囊中散出后,传送到雌蕊柱头或胚珠上的过程㊂传粉是种子植物种群生活史中重要的生命活动,是种子植物受精的必经阶段(黄双全和郭友好,2000)㊂传粉生物学是研究与传粉有关的各种生物学特性及其规律的学科(刘林德等,2003)㊂花粉运动限定了植物的个体间的基因流和群体的交配方式,从而影响后代的遗传组成和适合度(黄双全和郭友好,2000)㊂依据传粉媒介的不同,将有花植物的传粉机制分为:生物传粉和非生物传粉㊂生物传粉包括昆虫传粉以及脊椎动物传粉;非生物传粉主要包括风媒传粉和水媒传粉(刘林德等,2003)㊂柽柳属(Tamarix )植物起源于古老的灌木或小半灌木,多分布于干旱㊁半干旱地区㊂由于柽柳属植物具抗旱㊁耐盐碱㊁耐沙埋及耐贫瘠的特性,在干旱㊁半干旱地区始终保持着优势种和建群种的地位(张道远,2004)㊂张鹏云和张耀甲(1990)将中国柽柳属植物的种数定为18种1个变种,包括5个新种㊂多枝柽柳(Tamarix ramosissima ),又名 红柳”,为两生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2014,33(12):3169-3175性花植物,隶属于柽柳科,分布于西藏西部㊁新疆㊁青海(柴达木),甘肃(河西)㊁内蒙古(西部至临河)和宁夏(北部)等地,生于河滩㊁沙质和盐碱化的平原及沙丘上,为优良固沙植物㊂多枝柽柳的嫩枝和叶可入药,其又是居民点最有价值的绿化树种㊂目前,有关多枝柽柳的研究主要集中于形态结构(高晓霞,1998)㊁生长及生理特性(邓雄等,2003;肖生春等,2005)㊁种群特征(郑姚闽等,2010)㊁生理响应及胁迫(Glenn&Nagler,2005;付爱红等,2008;马晓东等,2013)等方面㊂在开花物候方面,仅有姬慧娟等(2009)对多枝柽柳花粉活力和柱头可授性进行了研究,但对于多枝柽柳的传粉生物学比较研究尚未见报道㊂本研究以生长于甘肃黑河中游多枝柽柳的野生和人工种群为实验材料,利用连续观察㊁显微观察等方法,重点从传粉生物学方面进行观测与分析,如野生种和人工种的开花物候是否一致,对其花粉活力和柱头可授性是否有影响;传粉昆虫种类的不同,是否会导致访花频率和访花行为的差异;野生种和人工种的坐果率有无差异,其繁育系统是否一致;以期进一步解决多枝柽柳在引种㊁栽培过程中遇到的,如何提高传粉效率和坐果率方面的问题㊂多枝柽柳能在许多环境恶劣的荒漠地区取得优势地位,繁殖成功是其先决条件㊂因此,本文从传粉生物学方面,对不同种群多枝柽柳进行了数年定位观测,为多枝柽柳灌丛的资源保护和开发利用提供科学依据㊂1 研究地区与研究方法1.1 研究区概况多枝柽柳的研究地点位于黑河中游的临泽内陆河流域综合研究站试验区(100°02′E 100°21′E, 37°50′N 42°40′N),地处临泽县北部,黑河北岸㊂该地区海拔1368~1380m,属大陆性干旱气候㊂全年日照时数为3051h,无霜期约为165~179d;年平均降水量117.3mm,平均蒸发量2390mm;年平均气温7.2℃,最高气温39.1℃,最低气温-27℃(常学向和赵文智,2004)㊂野生种在该区域内设置3个实验样地,每个样地中,多枝柽柳为优势种,同时也长有少量的几种植物梭梭(Haloxylon ammodendron),黄花补血草(Limonium aureum)等㊂所有物种均在自然条件下,无任何人工管理㊂每个样地间隔200~500 m,该区域内,多枝柽柳的平均密度为11株㊃100 m-2㊂人工种的区域与野生种相距10km,也设置3个实验样地,对其中的物种,进行人为控制和管理,除少量杂草外,多枝柽柳占据绝对优势,其平均密度为19株㊃100m-2,样地间隔为100~300m㊂1.2 研究方法1.2.1 花部结构㊁开花动态及物候的观测 于2012 2013年连续2年对黑河中游的多枝柽柳进行取样观测㊂分别选取生长状况相似的野生和人工种群各10株,对处于花蕾期的花序挂牌标记,每株标记3个花序㊂采用Spira等(1992)和Kudo(1993)所述方法,对标记花序从第1天到第5天进行连续观察,从第6天到第9天采取间断观察㊂每次观测时记录花序内花朵开放的顺序㊁花朵组成部分的颜色㊁形状㊁数目及它们的时空动态;记录花朵开放㊁花粉散出及花朵闭合的持续时间;花蜜与气味有无㊂1.2.2 花粉活力测定 采用离体萌发法测定花粉活力(胡适宜,1982)㊂将花粉样品置于凹面载玻片上,加1~2滴培养液(10%蔗糖,0.05%硼酸,pH 值为6.5);加盖玻片后置于30℃,恒温箱中培养24 h;低倍镜下观察其花粉管萌发,以花粉管长度超过花粉粒直径作为萌发标准(胡适宜,1982)㊂每张载玻片观察4个视野,每个视野统计100粒左右,重复5次,取其平均值㊂萌发率=(已萌发花粉粒数目/花粉粒总数)×100%1.2.3 柱头可授性检测 采用联苯胺⁃过氧化氢法测定柱头可授性(刘林德等,2004)㊂取盛花期(通常在8:00 10:00多枝柽柳的花朵,每2h取样1次,将其柱头浸入凹面载玻片的反应液(1%联苯胺∶3%过氧化氢∶水=4∶11∶22,体积比)中㊂柱头若具有可授性(即具有过氧化物酶活性,能够降解过氧化氢,氧化联苯胺),则其周围的反应液呈现蓝色并出现大量气泡(刘林德等,2004)㊂1.2.4 访花者种类㊁访花行为及频率的观测 分别标记多枝柽柳的野生和人工种群的10个花序,从蕾期开始,每天上午㊁下午各观察2次,直至花序的第1朵花开放㊂花开后,每天从6:00 19:00,连续观察并记录其访花昆虫种类㊁访花次数㊁行为及访花频率㊂利用捕虫网,捕捉访花昆虫,并用乙醚将其熏晕(吕文和刘文哲,2010),制成标本后存放于标本盒中㊂在实验室中,进一步鉴定昆虫种类及其携带花粉的情况㊂1.2.5 花粉⁃胚珠比(P/O)的检测 花粉⁃胚珠比(pollen ovule rate)的估算采用Dafni(1992)的方法㊂0713 生态学杂志 第33卷 第12期 随机选取开放而花药未裂的花,将其中一个花药挤碎并且去掉杂质;取其花粉移至0.9mL乙醇中,并加入3滴染料(0.5%亚甲蓝染液),再将挤碎的花药移至刻度指管中;仔细冲洗镊子和刀片以防花粉丢失,用相同的乙醇溶液定容至1mL,摇匀;然后用血球计数板在显微镜下计数(每次计数1μL中的全部花粉粒数)㊂重复6次,计算出单个花药中的平均花粉粒数㊂花粉总数=单个花药中的平均花粉粒数×每朵花的花药数用刀片横切子房,记录其胚珠数,并计算每朵花的P/O值㊂依据Cruden(1977)所述标准,对多枝柽柳的繁育系统进行判断㊂1.2.6 杂交指数(OCI)的检测分别标记多枝柽柳野生和个人工种群的100朵花,在解剖镜下观察并记录其花冠的直径,柱头与花药之间有无空间分离;并分别选取其中的50朵花,检测其花药开裂与柱头可授性之间有无时间间隔,并根据Dafni(1992)的建议标准对其繁育系统进行判断㊂1.2.7 坐果率的观测 采用套袋记录法对野生种和人工种的坐果率进行观测和统计(陈敏等,2012)㊂于盛花期选择相互间隔20m的6株柽柳,每株标记10个花序(去除已开花朵),共计60个花序㊂分为6组:1)对照组,自然条件下,不进行任何处理;2)去雄人工授粉组,开花前去雄,进行人工授粉;3)套袋处理组,自然条件下,对花朵采用硫酸纸袋,进行套袋处理,以隔绝虫媒和风媒传粉;4)去雄网袋处理组,开花前去雄,对花朵采用1mm2的纱网,进行套袋处理,以隔绝虫媒传粉,但可实现风媒传粉;5)去雄不套袋处理组,开花前去雄,不再进行其他处理㊂对标记花序进行定位观测,记录每组实验处理的花朵数目;最后分别记录其坐果数目,统计柽柳的坐果率,并进行分析㊂多枝柽柳的花较小,而花序的花朵数目较多,很难在统计花朵数目时不影响花朵的生长发育;但多枝柽柳花的苞片宿存,因此通常根据其苞叶数目来统计其开花数目(王仲礼等,2005)㊂坐果率=(果实数目/苞片数目)×100%1.2.8 数据处理 在确定花芽,花朵和坐果数目之间的差异时,使用广义线性模型进行重复检验;对不同处理组之间,坐果率的差异采用单因素方差分析和Tukey检验进行比较㊂分析采用的统计软件为SPSS18.0㊂2 结果与分析2.1 多枝柽柳的花部结构㊁开花动态及物候多枝柽柳集成顶生圆锥花序,长0.5~8cm,宽3~5mm;花5数,花瓣粉红色或紫色,倒卵形长1~ 1.7mm,宽0.7~1mm;雄蕊5,长2.5~4mm,与花冠等长或超出花冠1.5倍;子房锥形瓶状,花柱3,棍棒状;花期5 9月㊂多枝柽柳以白天开花为主,夜间微开;其单花花期为1~3d,花序上的花朵全部开放需要4~6d㊂开花时间多集中在7:00 9:00,有极少数花蕾在11:00以后开放(表1)㊂开花时,花朵从基部向顶端开放,雄蕊和柱头先从花瓣中伸出,1h后,花丝伸出,花瓣完全展开㊂多枝柽柳的繁殖季节为4 10月,在5月上旬,花芽的数量增长明显(图1)㊂虽然野生和人工种群的花芽增长的趋势相似,但在5月下旬,两者的花芽数量差异显著(df=13,F=265.7,P<0.05),人工种群产生大量花芽(图1)㊂在观测过程中,4月上旬出现开花迹象,一直持续至9月下旬;并且人工种群花期的持续时间更长(图2)㊂7月下旬到10月出现结实现象,但野生种群的结实高峰出现在9月中表1 多枝柽柳开花时间Table1 Timing of flower anthesis of Tamarix ramosissima开花进程野生种群人工种群开花时间07:30 09:0007:00 08:30花朵完全开放09:30 10:3009:00 10:00花粉散播08:00 14:3007:30 15:30柱头活力最大08:00 09:0007:30 08:30花朵开始闭合15:00 16:0016:00 17:00花朵完全闭合18:00 18:3018:30 19:00单花花期持续时间(h)6080图1 多枝柽柳不同种群花芽比例Fig.1 Proportion of flower buds of Tamarix ramosissima in wild and managed populations1713陈 敏等:野生和人工种群多枝柽柳的传粉生物学比较图2 多枝柽柳不同种群开花数目比例Fig.2 Proportion of flowers in anthesis of Tamarix ramo⁃sissima in wild and managedpopulations图3 多枝柽柳不同种群坐果比例Fig.3 Proportion of mature fruit of Tamarix ramosissimain wild and managed populations旬,而人工种群的高峰在9月初,并且两者的结实产量差异显著(df=8,F=127.3,P<0.05)(图3)㊂2.2 花粉活力和柱头可授性多枝柽柳的花粉活力和柱头可授性受时间和天气状况的影响,差异极大㊂在晴朗的天气条件下,开花2h后,人工种群花粉的活力达到最大值90.2%±6.2%,并且高于野生种群的86.3%±5.1%;随着中午气温升高,花粉活力有所下降;18:00时,人工种群的花粉活力仍可达到43.2%±2.5%(图4);开花后第2天,花粉的活力急剧下降;第3天,多枝柽柳的花粉活力几乎为0㊂多枝柽柳的柱头可授性在柱头从花瓣中伸出时,其活性最高;随着温度和时间的变化,开花2h后,柱头变得干燥,其活性也随之下降㊂从开花后第2天,柱头活性急剧下降(反应液颜色不变,气泡数目几乎为0)㊂2.3 访花者种类㊁访花频率及行为多枝柽柳的花呈粉红色或紫色,具有蜜腺㊂花粉和花蜜能吸引昆虫前来访花(王仲礼等,2005)㊂对挂牌标记的花序进行观察,发现其有效访花昆虫图4 多枝柽柳不同种群花粉活力Fig.4 Pollen viability of Tamarix ramosissima in wild andmanagedpopulations图5 多枝柽柳当天昆虫访花次数Fig.5 Number of visits of animal species to Tamarix ramo⁃sissima in wild and managed populations达10余种,主要访花昆虫有6种(表3),分别隶属于膜翅目,双翅目和鳞翅目(图5)㊂在野生种群的标记花序上,主要的访花昆虫为蜂类和蝶类;膜翅目的意大利蜂(Apis mellifera)较为活跃,同时参与访花活动的还有鳞翅目的菜粉蝶和膜翅目的卡切叶蜂(Megachile(Amegachile)kagi⁃ana);而通过对人工种群花序的观测,发现其访花昆虫以蜂类和蝇类为主;访花活动最频繁的是膜翅目的卡切叶蜂和双翅目的黑带食蚜蝇(Episyrphusbalteatus)㊂通过对野生和人工种群访花昆虫的观测,发现:蜂类和蝇类访花时间及频率明显高于蝶类(图6),尤其在8:00 11:00,蜂类和蝇类访花活动频繁,而蝶类参与的访花活动较少(表2)㊂在访花过程中,蝶类多使身体位于花冠前方,通过其细长的喙吸取蜜汁(王英强等,2005);同时携带花粉的身体碰触花药和柱头,完成传粉㊂蝇类多为背触式接触花,它们在不断地用自己沾有花粉的头部和身体碰触柱头,实现传粉㊂蜂类则多数落在雄蕊上,通过口器吸取花蜜;同时在雄蕊上下移动, 2713 生态学杂志 第33卷 第12期 图6 多枝柽柳当天访花昆虫活动频率Fig.6 Frequency of insect visits to Tamarix ramosissima in wild and managed populations表2 主要访花昆虫及其访花报酬Table 2 Major floral visitors and their rewards访花昆虫访花报酬卡切叶蜂Megachile (Amegachile )kagiana 花粉㊁花蜜黑带食蚜蝇Episyrphus balteatus 花蜜意大利蜂Apis mellifera ligustica 花粉㊁花蜜姬蜂Ichneumon sp.花粉㊁花蜜大灰食蚜蝇Metasyrphus corollae 花蜜菜粉蝶Pieris rapae花蜜身体沾满花粉,并接触柱头,完成传粉㊂2.4 花粉⁃胚珠比㊁OCI 及其繁育系统通过计算多枝柽柳中标记花朵的花粉数目和胚珠数,得出野生种群的花粉⁃胚珠比(P /O )为337.2±57.1,人工种群为356.1±63.9,繁育系统为兼性异交㊂对标记花朵的数据进行统计分析,其OCI 均为3(花朵直径2~3mm,记为2;花药开裂与柱头可授性之间有间隔,记为0;柱头与花药有空间分离,记为1;合计为3)㊂依据Dafni (1992)建议的标准,繁育系统为兼性异交(表3),该结果与花粉⁃胚珠比的观测结果一致㊂2.5 坐果率统计每组处理的花朵数目,其坐果率如表4所表3 不同种群多枝柽柳的杂交指数(OCI )Table 3 Outcrossing index (OCI )of Tamarix ramosissima in different populations观测项目野生种群人工种群花冠直径22花药开裂与柱头可授性时间分离00柱头与花药空间分离11杂交指数33繁育系统类型兼性异交兼性异交表4 不同处理下多枝柽柳的坐果率(%)Table 4 Fruit set of Tamarix ramosissima in different treatments处理野生种群人工种群对照组49.3±3.861.2±5.7去雄人工授粉71.2±5.982.3±7.6自然套袋15.1±1.216.9±1.8去雄套网袋17.2±2.119.2±2.3去雄不套袋32.7±3.141.6±4.1示㊂研究发现:去雄人工授粉的野生和人工种群的坐果率明显高于对照组,且差异极显著(Tukey test,P <0.01);这表明人工授粉对传粉效率有明显促进作用,异花传粉是多枝柽柳的主要传粉方式㊂在自然条件下,人工种群对照组的坐果率为82.3%±7.6%,显著高于野生种群71.2%±5.9%的坐果率(Tukey test,P <0.05),反映出人工种群的传粉机制更有效㊂经过套袋处理,2个种群的坐果率均偏低,与对照组相比,差异显著(Tukey test,P <0.05),表明多枝柽柳自交亲和,但缺乏高效的自交传粉机制㊂经过去雄不套袋处理,野生种群花序的坐果率为41.6%±4.1%,明显高于去雄后网袋处理野生种群的坐果率(32.7%±3.1%),且差异显著(Tukey test,P <0.05);这表明与风媒相比,虫媒是多枝柽柳最主要的传粉方式㊂3 讨 论3.1 多枝柽柳的开花与传粉的关系开花是植物个体发育和后代繁衍的中心环节,是植物生活史的最重要性状(罗睿和郭建军,2010)㊂植物花的特征包括花部构成和花的开放式样(Barrett &Harder,1996)㊂花部构成包括花的结构㊁颜色㊁气味和蜜汁产量等单花的所有特征(黄双全和郭友好,2000)㊂花的颜色㊁形状和气味均可能成为植物诱导昆虫传粉的因素,对传粉过程产生重要影响(曹坤芳,1993)㊂张爱勤(2010)对苜蓿进行研究,发现其为蜜源植物,具有高泌蜜量的特点,苜蓿的花粉和花蜜是提供给访花昆虫的重要报酬㊂多枝柽柳的单花较小,花柱较短,柱头在花冠内;具有蜜腺,开花时分泌蜜汁;这些特征表明其柱头需要通过传粉媒介来接受花粉㊂Brenda 等(2006)研究发现,Escontria chiotilla (Cactaceae)人工种群的繁殖效率更高;Fernando 等(2010)研究发现,由于人为管理,Myrtillocactus3713陈 敏等:野生和人工种群多枝柽柳的传粉生物学比较schenckii(Cactaceae)人工种群受到其他物种的干扰较少,也没有激烈种间竞争,在生境内具有明显优势;而野生种群中的多枝柽柳需要与梭梭等物种进行竞争,这些物种在一定程度上,影响了野生种群中多枝柽柳的光照时间及营养分配,导致其样地内的植株数量和密度均明显小于人工种群,这也是人工种群具有较早开花时间和散粉时间的原因㊂多枝柽柳花序的开花时间较短,且相对集中;夏季花期的气候干燥,开花3h后,花丝和花药便开始出现干枯,降低了传粉效率;人工种群的开花时间和散粉时间均早于野生种群,并且其持续时间较长;在集中花期内,能够吸引更多的访花昆虫,因此人工种群在传粉过程中优势明显㊂不同种群通过开花过程产生的差异,进一步影响植物的传粉效率㊂3.2 种群差异对访花昆虫的种类㊁访花频率㊁访花行为及对坐果率的影响与野生种群相比,人工种群的开花时间较早,能吸引更多的访花昆虫;并且花期持续时间更久,保证了访花活动完成,从而提高了虫媒传粉的效率㊂对不同访花昆虫进行电镜检测,发现人工种群中的卡切叶蜂和黑带食蚜蝇,其躯干上沾有更多的花粉,而且其访花时间和频率均显著高于野生种群的意大利蜂和菜粉蝶;充足的访花时间能够保证其对更多的花实现传粉,访花频率又进一步提高了其传粉的成功率,从而提高了人工种群的坐果率㊂在访花活动中,野生种群的蝶类在取食过程中,多以携带花粉的身体碰触花药和柱头,接触次数较少;在人工种群中,由于柱头在花冠内展开,花药伸出花冠外,蝇类在花序上,不断地用沾有花粉的身体接触花药和柱头,接触频率较高㊂花蜜能够吸收紫外光谱并反射荧光,为访花昆虫提供了花蜜丰富程度的信息,进而提高了蜂类等访花者的传粉效率(Weiss,1991)㊂蜂类吸取花蜜的同时,口器碰触到柱头,通过在花序上移动,腿部和腹部上沾满花粉;而且多枝柽柳是下位花盘,蜜腺位于子房基部和花盘的间隙,与蝶类相比,蜂类和蝇类在花序上停留的时间更长;因此相对于其他种类的访花昆虫,蜂类和蝇类访花活动的效率更高,也促进了人工种群坐果率的提高㊂3.3 野生和人工种群多枝柽柳的繁育系统自然界中,植物的繁育系统具有多样性㊂通过对不同地区植物繁育系统的研究发现,专性自交或者异交的物种较少,大部分物种属于自交与异交相结合繁育系统(Baker,1955;Aide,1986;Harder& Barrett,1995;Vogler&Kalisz,2001)㊂通过多枝柽柳的花粉⁃胚珠比及杂交指数的观测发现:在2种不同生长条件下,它们的繁育系统没有明显差异,均属于兼性异交㊂然而,研究人员发现,不同种群Myrtilloc⁃actus schenckii(Cactaceae)的繁育系统存在差异,其人工种群的自交效率明显高于其他种群(Fernando et al.,2010)㊂而多枝柽柳,其野生种群的自交系统虽然低于人工种群,但差异并不显著㊂干旱地区温度较高㊁风沙较大,在一定程度上影响了虫媒等异交传粉方式,因此在气候恶劣,无法实现异交传粉的时候,通过多枝柽柳的自交系统,提高了传粉效率,保证该种群的繁衍生息,对其繁育系统有辅助作用㊂多枝柽柳这种繁殖方式在一定程度上弥补了其野生种群异交效率不高的劣势,也是对干旱荒漠地区恶劣环境的一种适应㊂本研究还发现,多枝柽柳不同种群之间,在开花物候㊁访花昆虫活动㊁坐果率等方面均有差异,该差异是否为不同种群对各自生境的适应机制,还有待进一步研究㊂参考文献曹坤芳.1993.植物生殖生态学透视.植物学通报,10(2): 15-23.常学向,赵文智.2004.黑河中游沙枣树干液流的动态变化及其与林木个体生长的关系.中国沙漠,24(4):473-478.陈 敏,刘林德,张 莉,等.2012.黑河中游和烟台海滨中国柽柳的传粉生态学研究.植物学报,47(3):264-270.邓 雄,李小明,张希明,等.2003.多枝柽柳气体交换特性研究.生态学报,23(1):180-187.付爱红,陈亚宁,陈亚鹏.2008.塔里木河下游干旱胁迫下多枝柽柳茎水势的变化.生态学杂志,27(4):532-538.高晓霞.1998.内蒙多枝柽柳的构造及纤维形态研究.四川农业大学学报,16(1):159-164.胡适宜.1982.被子植物胚胎学.北京:人民教育出版社.黄双全,郭友好.2000.传粉生物学的研究进展.科学通报, 45(3):225-237.姬慧娟,尹林克,严 成,等.2009.多枝柽柳的开花动态及花粉活力和柱头可授性研究.西北农林科技大学学报:自然科学版,37(5):115-118.刘林德,王仲礼,祝 宁.2003.传粉生物学研究简史.生物学通报,38(5):59-61.刘林德,张 萍,张 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柳树遗传改良研究进展
木柳 ， 其生长性状 的遗传变异都非常显著 。多倍 体在柳树 中非常普遍 ， 在已查清染色体数的６ 种柳 ５ 树中， 二倍体 １ 种 ， ６ 三倍体 １ 种 ， ０ 四倍体 ４ 种 ， ３ 五倍 体３ ， 种 六倍体 １ 种 ， Ｏ 八倍体 ７ 十倍体 ３ ， 种， 种 三倍 体 以上的树种所 占比例高达 ７ ． 同一种 内， ５ ％， ４ 同时
合 体 ， 生 后 代 杂 合 性 较 强 ， 论 是 乔 木 柳 还 是灌 实 无
多世代遗传 改 良策 略 ， 通过亲本育种值估测 ， 建立 经遗传改 良的育种群体 ， 从而进行人工杂交 ， 有效
提高遗传增益［ ６ １ 。
２１ 工 业用材 柳 的遗传 改 良 ． 柳 木 的力 学强 度 ， 别是 冲击 韧性 和抗 弯 强 度 特 较 高 ， 矿 柱 用材 的优 良树 种 。涂 忠 虞等 （９ ３ 从 是 １８ ） 垂 柳 天然 实 生 苗和 垂柳 × 柳人 工 杂交 的无 性 系 中 早 选 出 两个 优 良单 株 Ｊ—５ Ｊ—５通 过 ８ 的 栽 培 １７ 和 ４７ ， 年
最 大 ， 生 的 不定 根 根 系越 发 达 ， 耐水 湿 性 越 强 ， 萌 其
最 后 选 出 Ｊ ８ 、４ ３ Ｊ ８ 等 ８ 无 性 系 ， ８ 无 ２ ７ Ｊ ８ 、４ ５ 个 这 个
试验 ， 苗期和林 期生长量测定 ， 树高和胸径均明显
超 过对 照垂 柳 。且 两 个 无 性 系 的木 材 物 理 性 质 与
存在二倍体 、 三倍体和四倍体变异 ， 如三蕊柳 、 白柳
垂柳接近 ， 具有较高的弯曲强度 和冲击韧性 ， 是较 好 的矿柱 材 王宝 松等 （９７ 通 过对 柳树 和 钻天 。 １９ ）
间 的变 异 ， 实 了通 过 杂 交组 合 和 无性 系选 择来 改 证
一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法
林业工程学报，２０２０，５（６）：１２８－１３６ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１９１１００３收稿日期：２０１９－１１－０４㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２０－０２－１８基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１６１５２３）；福建省林木种苗科技攻关六期项目（２０１９２０２１）；江苏省六大人才高峰项目（ＮＹ－０５８）；江苏省 青蓝 工程项目（苏教２０１８４２）；江苏省 ３３３工程 项目（苏人２０１８６）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（ＰＡＰＤ）㊂作者简介：李杨先，男，研究方向为植物表型平台㊂通信作者：张慧春，女，教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｎｊｚｈａｎｇｈｃ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法李杨先，张慧春∗，杨旸（南京林业大学机械电子工程学院，南京２１００３７）摘㊀要：传统人工测量仪器提取植物形态表型参数的方式存在效率低㊁误差大㊁适用性弱㊁破坏性强等缺陷，成为制约植物表型研究发展的瓶颈㊂将模式树种杨树的姊妹种簸箕柳（ＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇ）作为研究对象，设计了一套基于图像处理技术的植物形态表型参数获取系统，通过高分辨率ＲＧＢ相机获取植株的二维图像序列，基于ＨＳＶ模型阈值分割方法实现簸箕柳与背景环境的分割，结合运动中恢复结构算法生成三维点云，并利用棋盘格进行坐标系间的距离转换㊂使用本系统提取簸箕柳的株高㊁基径㊁叶片面积㊁分枝数和分枝角等表型参数并与传统人工接触式测量值相比较，平均绝对百分比误差分别为７．６９％，１３．９４％，９．９９％，５．３２％，９．３０％㊂结果表明，本研究设计的植物形态表型参数获取系统能够较好地重建植物三维点云，并可快速㊁准确提取植物的形态表型参数，能够实现无损测量，满足研究对象簸箕柳三维形态表型参数的测量和生长观测的需求，可为植物尤其是林木表型研究提供数据参考㊂关键词：簸箕柳；形态表型参数；图像处理；三维点云；无损测量中图分类号：Ｓ２３７；ＴＰ３９１．１㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：２０９６－１３５９（２０２０）０６－０１２８－０９ＡｍｅｔｈｏｄｆｏｒｏｂｔａｉｎｉｎｇｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｕｓｉｎｇｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＩＹａｎｇｘｉａｎ，ＺＨＡＮＧＨｕｉｃｈｕｎ∗，ＹＡＮＧＹａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｈｉｎａｉｓａｌａｒｇｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄｆｏｒｅｓｔｒｙｃｏｕｎｔｒｙ．ＡｇｒｏｆｏｒｅｓｔｒｙｉｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ ｓｎａｔｉｏｎａｌｅｃｏｎｏｍｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｗｏｒｌｄｗｉｄｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｇｌｏｂａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃｏｎ⁃ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｒｅｒｉｓｉｎｇ，ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｌａｎｄｓａｌｉｎｉｚａｔｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄｐｌａｎｔｓｗｉｌｌｆａｃｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｈａｒｓｈｌｉｖｉｎｇｅｎ⁃ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｂｙｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｐｈｅｎｏｔｙｐｅｏｆｐｌａｎｔｓ，ｉｔｃａｎｂｅｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌ，ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｒａｉｔｓｏｆｐｌａｎｔｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｏｔｙｐｅｏｆｐｌａｎｔｓｗｉｔｈｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｃｃｅｌｅｒａ⁃ｔｉｎｇｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐｌａｎｔｐｈｅｎｏｔｙｐｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｐｌａｎｔｖａｒｉｅｔｉｅｓ，ｍａｋｅｐｌａｎｔｓａｄａｐｔｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｕｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄｆｏｒｅｓｔｒｙｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙｍａｎｕａｌｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｈａｓｍａｎｙｄｒａｗ⁃ｂａｃｋｓ，ｓｕｃｈａｓｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌａｒｇｅｅｒｒｏｒ，ｗｅａｋａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔｒｏｎｇｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｎｅｓｓ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｂｏｔ⁃ｔｌｅｎｅｃｋｏｆｐｌａｎｔｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇ，ａｓｉｓｔｅｒｓｐｅｃｉｅｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｔｒｅｅｐｏｐｌａｒ，ｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｓａｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄａｓｅｔｏｆｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｍａｇｅｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｐｌａｎｔｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＲＧＢｃａｍｅｒａ，ｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＨＳＶｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｅｇｍｅｎｔｔｈｅＳ．ｓｕ⁃ｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇａｎｄｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｗａｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒｏｍｔｈｅｍｏｔｉｏｎ（ＳＦＭ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｕｓｅｄｔｈｅｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｄｉｓｔａｎｃｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ，ｂａｓａｌｄｉａｍｅｔｅｒ，ｌｅａｆａｒｅａ，ｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒａｎｄｂｒａｎｃｈａｎｇｌｅｐｈｅ⁃ｎｏｔｙｐｅｏｆＳ．ｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇｗｅｒｅｅｘｔｒａｃｔｅｄｂｙｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍａｎｕａｌｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓ⁃ｕｒｅｍｅｎｔｖａｌｕｅｓ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅａｂｓｏｌｕｔｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｅｒｒｏｒｓｗｅｒｅ７．６９％，１３．９４％，９．９９％，５．３２％ａｎｄ９．３０％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ⁃ｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｌａｎｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎ⁃ｓｉｏｎａｌｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｏｆｐｌａｎｔ，ａｎｄｈａｄｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｌａｎｔｑｕｉｃｋｌｙａｎｄ㊀第６期李杨先，等：一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎａｃｈｉｅｖｅｎｏｎ⁃ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒｔｈｅｍｅａｓｕｒｅ⁃ｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＳ．ｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇａｎｄｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒＳ．ｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇｇｒｏｗｔｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｄａｔａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｌａｎｔｐｈｅｎｏｔｙｐｅｅｓｐｅ⁃ｃｉａｌｌｙｆｏｒｅｓｔｔｒｅｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇ；ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；３Ｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ；ｎｏｎ⁃ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ㊀㊀植物表型是指能够反映植物结构和组成，或能反映植物生长发育过程和结果，由基因型与环境互作所产生的部分或全部可辨识植物物理㊁生理和生化特征及性状［１］㊂传统表型测量方法具有样本量小㊁效率低㊁误差大㊁适应性差等缺点，已成为制约植物表型发展的重要因素［２］㊂面对植物表型测量技术发展滞后的现状，基于生物㊁传感器㊁机器视觉技术以及高性能计算机的表型分析平台能够为植物表型的精确化和高效化测量铺平道路㊂目前，针对农作物的表型监测技术已得到了较好的发展㊂与农作物相比，林木较高大㊁多枝叶密㊁生长周期长㊁根系发达和株型较大等特点决定了对其进行表型采集和分析的难度较大㊂但从林木的经济价值及生态价值考虑，有必要通过研究林木的表型，培育出有利于提高经济价值和提升人类生存环境的树种，从而完善表型信息采集系统在植物领域的应用㊂倪超等［３］设计了一套基于多目立体视觉的非接触式马尾松苗木形态学参数提取系统，利用该系统提取了苗木的根系体积参数，为苗木质量的评价提供了更加精确的形态指标㊂束义平等［４］采用车载二维激光扫描仪获取树木的点云数据，并基于点云数据检测分割树冠㊁识别树干，实现了树冠体积的在线测量；同时，李秋洁等［５］实现了基于移动二维激光扫描的单木三维绿量测定，真实反映了树冠内部体积及空隙㊂南玉龙等［６］搭建了一套植物冠层超声回波信号检测系统，实现了植物冠层密度超声量化㊂张慧春等［７］设计了一套植物表型测量系统，利用该系统可以获取植物的三维形态特征并建立植物时序生长可视模型㊂林木的株高㊁基径和分枝数等表型参数能够直接反映林木的生长发育情况，而叶片面积和分枝角对光合作用的强弱具有直接影响，但是目前鲜见有关林木这方面形态表型参数的研究㊂簸箕柳（ＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇ）作为模式树种杨树的姊妹种，已完成全基因组测序，且个体相对较小㊁幼龄期相对较短［８－９］，易于开展大规模田间试验，非常适合作为林木表型研究的对象㊂本研究以簸箕柳为研究对象，设计了一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取系统，能够对形态表型参数进行快速㊁精确㊁非破坏性测量，与传统测量方法相比优势突出，为簸箕柳等林木的生长发育状况研究提供了更精确的形态性状指标㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验材料选取簸箕柳为试验植株，剪取１５段直径（４ʃ０．２）ｍｍ㊁高（１２ʃ０．３）ｃｍ的簸箕柳枝条（亲本从江苏省新沂市采集）进行扦插式种植，基质选用南京林业大学林区有机土壤㊂过筛后装入规格相同的圆柱形黑色陶瓷花盆（口径１０ｃｍ㊁高１１．５ｃｍ）中㊂簸箕柳枝条扦插后，手动浇水至土壤饱和，并置于ＲＸＺ型人工气候箱（宁波江南制造厂）中培养㊂人工气候箱的环境参数设置为相对湿度８０％㊁温度２８ħ㊁光照强度２７８μｍｏｌ／（ｍ２㊃ｓ）㊁昼夜时间比为１６ʒ８㊂在此环境条件下，簸箕柳存活率高，生长速度较快，有利于试验的进行㊂１．２㊀图像采集平台设计与构建为获取植株二维图像序列，构建了一套植物形态表型图像采集平台（图１），该平台主要由密闭采集环境和光源㊁旋转平台和竖直移动平台㊁图像采集模块三部分组成㊂整个暗箱环境框架选用铝型材构建，高角度打光的ＬＥＤ光源［１０］和覆盖在框架上的黑色植绒布能够尽量减小拍照的噪音干扰㊂相机旋转平台和竖直移动平台㊁图像采集模块的三维示意图见图２ａ，旋转平台实现相机围绕簸箕柳进行圆周运动，从而获取簸箕柳的二维图像序列；竖直移动平台通过步进电机控制丝杠导轨改变相机在竖直方向上的高度（相机位置见图２ｂ，根据植株的高度不同取Ｈ＝４５ ７０ｃｍ㊁ｈ＝２０ ４０ｃｍ），在每个相机位置调节相机角度（相机轴线与丝杠导轨轴线的夹角为１５ʎ ７５ʎ），保证簸箕柳和标定板完全处于相机视野范围内，以获取２组不同高度下较为完整的图像信息；图像采集模块由高分辨率ＧＯ⁃５０００Ｃ⁃ＰＧＥ型ＲＧＢ相机和ＬＭ８ＨＣ型镜头组成㊂簸箕柳形态表型参数获取平台需要满足能够自动从２个高度位置获取簸箕柳形态信息且具有较高图像质量的要求，因此，本平台使用ＬａｂＶＩＥＷ２０１６软件设计了一个具有相机启９２１林业工程学报第５卷停㊁对焦显示窗口㊁图像自动存储㊁数量调整㊁拍摄时间间隔等功能的相机控制程序，图像采集控制界面程序如图３所示㊂本试验控制相机旋转一周的时间为１９５ｓ，每个相机高度拍摄３０张簸箕柳二维图像，共６０张㊂因此，控制相机每隔６．５ｓ拍摄一张簸箕柳图像㊂１．棋盘格标定板；２．暗箱框架；３．竖直移动导轨；４．ＲＧＢ相机；５．暗箱采集背景；６．ＬＥＤ光源；７．轨道板；８．步进电机；９．旋转圆台；１０．图像采集控制系统；１１．电机控制系统；１２．电机驱动系统㊂图１㊀簸箕柳形态表型图像采集平台Ｆｉｇ．１㊀ＭｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｅｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇ１．相机镜头；２．相机采集卡；３．角度调节装置；４．丝杠导轨滑块；５．丝杠导轨步进电机；６．滑轮；７．丝杠导轨；８．定滑轮；９．旋转台；１０．旋转台步进电机㊂图２㊀相机移动平台三维示意图Ｆｉｇ．２㊀Ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｃａｍｅｒａｍｏｖｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍ１．图像路径存储；２．图像命名；３．相机选择；４．拍摄间隔设置；５．拍摄张数设置；６．时间显示；７．取消；８．显示窗口㊂图３㊀使用ＬａｂＶＩＥＷ设计的簸箕柳图像采集界面Ｆｉｇ．３㊀ＩｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙＬａｂＶＩＥＷ０３１㊀第６期李杨先，等：一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法㊀㊀平台工作流程如下：首先基于图像采集平台进行标定板图像的采集，然后采用 张正友标定法 ［１１］基于ＭＡＴＬＡＢ软件对相机进行标定，得到相机的内外参数及畸变参数㊂相机标定完成后，将簸箕柳摆放在平台内相机拍摄圆周圆心处，通过中控计算机的相机控制系统设置拍摄图像数量㊁拍摄间隔时间㊁存储路径等参数㊂启动图像采集平台，由图像采集平台搭载相机围绕簸箕柳旋转，相机控制系统控制相机拍摄，通过平台获取２组不同高度的图像；基于相机标定得到的标定参数对平台采集的簸箕柳二维图像序列进行畸变纠正㊂畸变纠正后，基于ＨＳＶ（ｈｕｅ，ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ｖａｌｕｅ）模型进行阈值分割，目的是将植物和标定板从图像中提取出来㊂使用ＳＦＭ（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒｏｍｍｏｔｉｏｎ）算法对采集平台获取的二维图像序列重建出三维点云，在此基础上使用ＰＭＶＳ（ｐａｔｃｈ⁃ｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｖｉｅｗｓｙｓｔｅｍ）算法重建出稠密三维点云㊂最后利用ＰＣＬ（ｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｌｉｂｒａｒｙ）点云库㊁ＭＡＴＬＡＢ软件等对生成的簸箕柳点云信息进行操作和计算，分别提取出簸箕柳株高㊁基径㊁叶面积㊁分枝数和分枝角参数㊂本平台可以稳定地获取簸箕柳二维图像，且图像质量清晰，符合平台的预期功能㊂平台获取的一幅细节图见图４㊂图４㊀平台获取的图像Ｆｉｇ．４㊀Ｉｍａｇｅａｃｑｕｉｒｅｄｂｙｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍ１．３㊀植株点云获取方法１．３．１㊀图像预处理图像预处理是为了将感兴趣的部分与背景等其他干扰像素分割，以此提高图像的匹配效率和后期的测量精度㊂由图４可知，所需保留的部分为簸箕柳和棋盘格标定板，花盆㊁泥土㊁背景幕布等信息为干扰因素㊂本研究使用ＨＳＶ颜色模型并结合ＯｐｅｎＣＶ库对图像进行分割［１２］㊂棋盘格标定板的作用为求解点云坐标系中距离与世界坐标系中真实距离的转换㊂使用ＨＳＶ模型分割首先要将图像转换为ＨＳＶ模型再进行分割操作，ＨＳＶ颜色模型中绿色的阈值区间为［３５，４３，４６］ ［７７，２５５，２５５］，白色的阈值区间为［０，０，２２１］ ［１８８，３０，２５５］㊂由于光照等因素的影响，簸箕柳和标定板不完全是标准色的阈值区间㊂试验结果表明，簸箕柳选取阈值区间［３０，１２０，１３０］ ［６０，１９０，２５５］，标定板选取阈值区间［０，０，１００］ ［９０，７０，２５５］得到的分割效果较好㊂基于ＨＳＶ颜色模型的分割效果见图５㊂由图５可知，基于ＨＳＶ的分割效果干扰信息少，簸箕柳信息保留完整㊂图５㊀阈值分割图像Ｆｉｇ．５㊀Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｍａｇｅ图６㊀簸箕柳稀疏点云重建效果图Ｆｉｇ．６㊀ＲｅｂｕｉｌｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｍａｐｏｆｓｐａｒｓｅｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｏｆＳａｌｉｘｓｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓＣｈｅｎｇ１．３．２㊀基于图像序列的植株三维点云获取与处理植株三维点云使用基于多视觉立体运动中恢复结构（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒｏｍｍｏｔｉｏｎｗｉｔｈｍｕｌｔｉ⁃ｖｉｅｗｓｔｅｒｅｏ，ＳＦＭ⁃ＭＶＳ）的开源软件ＶｉｓｕａｌＳＦＭ生成㊂ＶｉｓｕａｌＳＦＭ封装了基于ＳＩＦＴ图像特征匹配㊁相机参数确定及稀疏点云重建等算法［１３］，通过导入２组不同视角的植株二维图像实现植株稀疏点云的重建㊂其中，每组图像数量分别为３０张，共６０张㊂２０１９年３月１９日采集的编号为１的簸箕柳稀疏点云重建效果图见图６，其中，虚线局部放大图表示每一张二维图像的拍摄位置和角度，即拍摄时相机所在位置㊂１３１林业工程学报第５卷利用ＳＦＭ重建得到的是稀疏三维点云，为获得更好的重建效果，需对目标重建出稠密三维点云㊂使用基于片面的三维多视角立体视觉算法（ｐａｔｃｈ⁃ｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｖｉｅｗｓｙｓｔｅｍ，ＰＭＶＳ）生成的植株稠密点云效果见图７㊂从图７中可以看出，获得的簸箕柳三维稠密点云包含植株相应的纹理和颜色信息，表明此方法在簸箕柳形态构建上具有较好的效果，能够较真实反映植株形态㊂图７㊀生成的稠密点云效果图Ｆｉｇ．７㊀Ｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｅｎｓｅｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｒｅｎｄｅｒｉｎｇｓ将生成的三维稠密点云进行滤波预处理以去除噪声点和离群点，获取较为平滑的稠密点云；之后利用标定板进行比例缩放，标定板中每个方格尺寸为５０ｍｍˑ５０ｍｍ，总体尺寸为１５０ｍｍˑ１５０ｍｍ㊂在世界坐标系中，原点Ｏ坐标为（０，０，０），标定板平面中心白方格右上角ｑ１点坐标为（０，５０，０），中心白方格左下角ｑ２点坐标为（５０，０，０），中心白方格右下角ｑ３点坐标为（５０，５０，０）㊂在生成的点云坐标系中，原点Ｑ在点云坐标系中的坐标为（ｘ，ｙ，ｚ），选取点ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）㊁ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）和ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）㊂通过式（１）计算出坐标位置的缩放关系Ｋ，利用Ｋ即可进行点云坐标系中距离与世界坐标系中真实距离的转换㊂㊀Ｋ＝１３（ｐ１Ｑｑ１Ｏ＋ｐ２Ｑｑ２Ｏ＋ｐ３Ｑｑ３Ｏ）（１）２㊀簸箕柳表型三维形态参数提取为研究簸箕柳的生长发育和光合作用等情况，需要选择合理的形态参数用于分析，本研究选取了株高㊁基径㊁叶面积㊁分枝数和分枝角等表型形态参数进行测量㊂利用手工测量方式选取的基径㊁叶面积㊁分枝角测量点和测量部位如图８所示，其中，去除顶部第一个展开的叶片，从上至下选取３个叶片进行叶面积测量㊂图８㊀形态参数手工测量部位Ｆｉｇ．８㊀Ｍａｎｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ２．１㊀株高与基径参数提取植物株高的生长速度能够反映植物长势情况，杨柳科属植物的株高一般是指植株与土壤交接点到植株顶部叶片自然伸展至最高处的垂直高度㊂传统株高测量方式是使用直尺量取生长点到植株顶部竖直方向的距离，该方法属于接触式测量，容易对植物造成损伤［１４］㊂本研究中簸箕柳株高参数的提取方法如下：首先利用主成分分析法（ｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ＰＣＡ）大致确定簸箕柳植株的主径方向（图９中箭头方向），然后基于此方向做簸箕柳植株的最小包围盒，包围盒高度即为簸箕柳株高㊂ＰＣＡ的实现方法如下：１）求取中心点㊂假设输入点集为Ｐ＝ｐｉ｜ｉ＝１，２， ，ｎ{}，点云中点的数量为ｎ，则点云中心点（ｐｍ）为：ｐｍ＝１ｎðｎｉ＝１ｐｉ（２）２）求特征协方差矩阵㊂通过式（２）求得的ｐｍ求取协方差３ˑ３矩阵Ｃｐ：Ｃｐ＝１ｎðｎｉ＝１（ｐｉ－ｐｍ）（ｐｉ－ｐｍ）Τ（３）３）求协方差矩阵的特征值和特征向量㊂由于Ｃｐ是对称实矩阵，可得到３个非负特征值λ０㊁λ１㊁λ２，从而计算出相应的特征向量ｅ０㊁ｅ１和ｅ２：Ｃｐｅｉ＝λｉｅｉ，ｉɪ０，１，２{}（４）其中，ｅ０代表点云中最密集方向（植株主径方向）㊂图９㊀植株高度最小包围盒Ｆｉｇ．９㊀Ｍｉｎｉｍｕｍｂｏｕｎｄｉｎｇｂｏｘｏｆｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ２３１㊀第６期李杨先，等：一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法通过人工获取的株高参数记录了１５株簸箕柳快速生长期内株高的变化，采集时间为２０１９年２月２０日至２０１９年３月１６日，每隔６ｄ记录一组数据，记录５次共７５组数据㊂由簸箕柳形态表型参数获取平台提取的簸箕柳株高参数，分别选取３组数据的平均值作为一次测量结果，测量日期和间隔都与手工测量相同㊂平台提取基径的方法为：首先截取簸箕柳的生长枝条，通过确定簸箕柳生长点处基径边缘坐标（ｘ１，ｙ１，ｚ１）与水平方向上另一边缘处坐标（ｘ２，ｙ２，ｚ２），计算两点之间的欧式距离㊂通过手工测量的方法记录１５株簸箕柳快速生长期内基径的变化㊂由于扦插后第一周萌芽的枝条较短，基径较小，手工测量和平台都不易提取基径参数，因此，选择簸箕柳扦插后的第二周开始测量，采集时间为２０１９年３月１日 ２５日，每隔６ｄ记录一组数据，记录５次共７５组数据㊂２．２㊀叶片面积提取叶片是植物进行光合作用合成有机物的重要器官，叶片面积大小直接决定了光合作用的强弱，对农作物产量具有重要影响［１５］㊂传统叶片面积测量方法有方格法㊁描形称质量法和仪器测定法等［１６］，本试验中手工测量数据使用ＹＭＪ⁃Ｄ型叶面积仪（浙江托普云农科技股份有限公司）测量获得㊂由于ＳＦＭ⁃ＭＶＳ算法生成点云的规则特征和植株的形态差异，获取的点云数据通常分布不均且含有一定误差［１７］㊂本研究采用最小二乘法对叶片的原始点云数据进行处理，以获取较好的曲面拟合效果㊂最小二乘法是一种数学优化算法，即利用最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配［１８］㊂叶片拟合前后曲面重建的对比效果见图１０㊂图１０㊀叶片拟合前后效果对比Ｆｉｇ．１０㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｌｅａｆｆｉｔｔｉｎｇ㊀㊀计算叶片面积须将叶片点云剖分为三维三角形网格，所有三角剖分后三角形网格的面积之和即为叶片面积㊂由于分割出的各个叶片坐标系存在差异性，因此需要调整叶片点云，使之处于统一测量坐标系㊂定义的叶片标准测量坐标系以叶片的点云重心为坐标原点，Ｘ㊁Ｙ㊁Ｚ轴方向分别与叶片的长度㊁宽度㊁厚度方向一致，Ｘ㊁Ｙ㊁Ｚ轴的正方向符合右手法则㊂统一测量坐标系的目标是使叶片点云在空间中具有相同的朝向，利用主成分分析法调整叶片点云坐标系至本研究定义的标准测量坐标系，使叶片点云具有相同的朝向㊂叶片点云经过坐标转换和最小二乘法拟合后，利用Ｄｅｌａｕｎａｙ三角剖分算法（一种特殊的三角剖分算法，符合空圆特征和最大化最小角特征２个重３３１林业工程学报第５卷要准则）生成三角形网格，三角剖分后任一三角形的外接圆范围内不会有其他点存在［１９］㊂Ｄｅｌａｕｎａｙ三角剖分算法主要通过以下２个步骤完成：首先，将叶片点云投影到ＸＹ平面上，由于对叶片点云进行了坐标转换，因此点云投影到ＸＹ平面不会造成点的重合，对投影过的二维点进行Ｄｅｌａｕｎａｙ三角剖分；然后，根据投影前ｘ㊁ｙ对应的ｚ值将三角剖分后的三角形网格返回到三维坐标系中㊂上述２个步骤主要通过ＭＡＴＬＡＢ软件中的Ｄｅｌａｕｎａｙ和ｔｒｉｓｕｒｆ函数（用于创建三角剖分曲面图）完成㊂簸箕柳叶面积参数的测量时间选择为簸箕柳扦插后的第２周，此时簸箕柳叶片生长较好，也达到了叶面积测量仪所能测量的最小值㊂采集时间为２０１９年３月１日 ２５日，每隔６天记录一组数据，记录５次共７５组数据，其中，每组包含３片叶子的测量值㊂同时，使用叶面积测量仪记录了１５株簸箕柳快速生长期内叶面积的变化，每次测量去除顶部第１个展开的叶片，从上至下依次选取３个叶片㊂２．３㊀分枝数与分枝角提取簸箕柳分枝数是单株簸箕柳从主干上生长出的枝条数㊂簸箕柳的分枝方式为单轴分枝，主干单一且较为明显，簸箕柳分枝数等于自身叶片数量，每一个分枝上仅有１个叶片，因此提取簸箕柳分枝数即对簸箕柳叶片数进行提取㊂将背景㊁花盆与主干部分进行分割，只留下叶片部分，并利用分割后的叶片进行三维重建，对于主干分割不理想的情况则后期在点云中进行人为分割处理㊂在三维空间中，每一个叶片点云之间无交集，可将每个叶片点云看做一个点云团，且每个点云之间的距离小于叶片点云团之间的距离㊂因此，本研究采用基于欧式距离聚类分割的思想对点云团进行计数，并设定阈值，将噪点信息排除㊂由于簸箕柳前期分枝不明显，因此，选择扦插后第２周开始对１５株簸箕柳进行分枝数的测量，采集时间为２０１９年３月１日 １９日，每隔６天记录一组数据，记录４次共６０组数据㊂分枝角对树形结构的形成具有决定性作用，分枝角的大小对簸箕柳枝条间的生长和光照效果有一定影响［２０］㊂传统的分枝角测量方式为使用量角器测量主干与分枝之间的角度θ㊂本研究提取分枝角的方法为提取两个向量之间的夹角，在点云中选取主干上两点设置为向量ａ，分枝上选取两点设置为向量ｂ㊂分枝上选取的第１个点位于分枝与主干的交接处，第２个点与第１个点的连线应尽可能沿分枝初始伸长的切线方向，在保证上述选点的条件下，两点间的距离应尽可能远㊂利用式（５）求得分枝角θ：θ＝ａｒｃｃｏｓａ㊃ｂａ㊃ｂ（５）簸箕柳顶部分枝角基本呈锐角，底部分枝角基本呈钝角，因此，分别提取顶部和底部两部分的分枝角进行测量㊂顶部分枝角的选择为去除顶部３个分枝后的第１个分枝，底部分枝角的选择为去除底部３个分枝后的第１个分枝㊂选择扦插后第３周开始对１５株簸箕柳进行分枝数的测量，采集时间为２０１９年３月７日 １９日，每隔６天记录一组数据，记录３次共４５组数据㊂２．４㊀试验数据对比簸箕柳形态表型参数提取值与人工测量值的比较如图１１所示㊂簸箕柳形态表型参数提取效果通过使用形态表型参数提取的结果误差来评价，估计误差由决定系数（Ｒ２）㊁误差均方根（ＲＭＳＥ）和平均绝对百分比误差（ＭＡＰＥ）衡量㊂本系统提取的簸箕柳各表型参数与人工测量值的吻合程度较好，能够较真实地反应簸箕柳的形态属性㊂株高㊁基径㊁叶片面积㊁分枝数以及分枝角的人工测量值与本系统测量值的ＲＭＳＥ分别为８．９１ｍｍ㊁０．５４ｍｍ㊁６３．６５ｍｍ２㊁１．３６和５．８１ʎ；ＭＡＰＥ分别为７．６９％，１３．９４％，９．９９％，５．３２％和９．３０％㊂由图１１ａ可知，与人工测量值相比，该系统提取的株高整体偏高，结合系统获取株高的方法进行分析可知，系统获取的株高值普遍高于人工测量值的原因在于所生成的簸箕柳三维点云数据受到噪点的影响，在植株顶端存在噪点干扰，导致生成的包围盒产生了一定误差；簸箕柳生长点处一般会萌发新叶片，生长点处会出现叶片遮挡情况，使生长点处点云重建效果不理想，影响包围盒的大小㊂由图１１ｂ可知，系统基径测量值普遍大于人工测量值，且误差随着基径的增大逐渐减小㊂结合试验分析，由平台获取的基径测量值平均绝对百分比误差较大，主要是因为簸箕柳基径尺寸较小，一般为２ ７ｍｍ㊂系统基径测量误差来源主要是基径选取点与人工选取点存在一定的偏差，此外，基径选取点的偏离也是导致误差产生的主要原因，而基径边缘噪点的干扰也会导致测量值普遍大于人工测量值㊂由图１１ｃ可知，与人工测量值相比，该系统提取的叶片面积值整体偏低㊂簸箕柳的叶片表面有褶皱结构，利用ＳＦＭ和ＣＭＶＳ算法生成的植株三维点云不能很好地体现这些细节，且通过最小二乘４３１㊀第６期李杨先，等：一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法图１１㊀形态表型参数测量准确性评价Ｆｉｇ．１１㊀Ａｃｃｕｒａｃｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｐｈｅｎｏｔｙｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ法进行拟合会平滑叶片点云，导致叶片面积的计算值偏小㊂由图１１ｄ可知，系统测量分枝数与人工测量分枝数大多重合或较为接近，对于分枝数较少的阶段有部分数据偏低，分枝数较多的阶段有部分数据偏高㊂经过对产生误差的数据分析可知，产生误差的主要原因在于图像的分割质量㊂虽然该方法对图像边缘要求较低，但图像内部不能存在缺失部分，如果存在缺失部分就会导致生成的点云之间存在较大间隙，叶片数会增大，从而导致分枝数增加㊂而在分枝数较少时，主要也是因为叶片存在重叠导致分割效果不理想，使叶片无法区分，叶片数减少，导致分枝数也减少㊂由图１１ｅ可知，系统测量得到的分枝角基本都比人工测量得到的分枝角大㊂结合实际试验对此结果进行分析可知，测量误差主要来源于主干向量与分枝向量的选取，对于点云重建效果不理想的分枝部位进行向量选取时会产生相对较大的误差；同时，对于分枝较细的部位也会产生较大误差，分枝较细时，线段的选取不够准确㊂３㊀结㊀论本研究提出了一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法，以模式树种杨树的姊妹种簸箕柳作为研究对象，设计了一套基于ＲＧＢ相机传感器的形态表型参数获取平台，结合二维图像恢复物体几何外形的方法无损提取了簸箕柳的株高㊁基径㊁叶片面积㊁分枝数和分枝角表型参数㊂结果表明：１）通过对相机高度的调节获取２组不同高度的图像序列，补充一部分被遮挡部分的信息，能够在一定程度上减少叶片等器官相互遮挡带来的影响，提高生成的植株点云数据的精度㊂２）基于ＨＳＶ阈值分割的方法能够较好地将目标植物与干扰背景进行分割，簸箕柳自身信息保留较为完整，有利于提高特征匹配速度和形态表型参数的提取㊂３）基于二维图像恢复物体几何外形的方法可以较精确获得植株点云数据，提取的株高㊁基径㊁叶面积㊁分枝数和分枝角参数除基径外平均绝对百分比误差均在１０％以内㊂基径由于数值较小，因此误差相对偏大，但能够满足植株实际测量和生长观测的需求，同时，经过预处理后三维点云的生成速率比使用原图像提高２０％左右㊂本研究中基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法适用于林木表型信息测量，为林木生长监测㊁育种改良等提供了一种新的表型测量方法，今后将探讨该方法用于杨树等其他林木性状参数测量的可行性，为植物表型性状提取与测量提供新的技术手段㊂本研究设计的植物形态表型参数获取平台在自动化程度和参数提取效率上仍有提高的空间，在植株器官分割上未能实现自动分割㊂因此，提高平台的自动化程度和采集数据的多源性能够实现大规模的植物形态表型参数提取，为植物学提供有力的研究平台㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］潘映红．论植物表型组和植物表型组学的概念与范畴［Ｊ］．作５３１。
杂交柳树纤维形态特征及变异的研究
接研究 了木材 的纸浆得浆率 ， 对指导林木培育具有重要 意义 。 本
文对 长江 滩 地 推 广 的五 个 不 同无 性 系 的 杂 交柳 树 ，从 木 材 解 剖 性 质 ，物 理 、力 学 性 质 的角 度 作 较 为 系统 的纤 维特 征 及 变 异 研 究 ， 柳 树 杂 交 良种 推 广 提 供 科 学 依 据 ， 便 于 扩 大 杂 交 柳 树 在 为 也 国 民经 济 和 人 民生 活 中 的利 用 范 围 。
一
釜 茎 莓茎
９ ３ ０ ９ ６ ３ ２ ０ ０．２ ５７ ．９ ｌ Ｏ ５．０ ４ ．３ ４８
篓
０６ ５ ．３ ０４ ．１
、
研 究 内容
１ 交 柳 无 性 系 ． 杂
苏柳 １２垂 白柳 Ｘ溯漳河柳 ７
苏 柳 １４旱柳 ｘ钻 天 柳 ９
苏 杉 ９ ０ ９旱 杉 ｘ 白杉 ７ 口 Ⅱ 苏 杉 ８ ２垂 杉 ｘ 白杉 Ⅱ０ ９ 口
维 长 度 的 变 化 直 接 受 生 长 年 龄 的 影 响 ，在 所 取 的 ９年 生 的 年 龄
先离析纤维 ，用 １％的酪酸和 １％的硝酸混合液离析法离 ０ ０
析 。试 样 自髓 心 向外 逐年 制 取 ， 年 轮分 为 内外 两 部 分 。因五 种 每
内， 二者呈正相关。这种变异趋势与过去的研 究结果相似 。
１ 维 长 度 的 变 化 ． 纤
五种 杂 交 柳 树 纤 维 径 向 变化 。除苏 １２呈 不 稳 定 的 波 浪状 ， ７
变化 规律不太 明显外 ， 其余均 自髓心 向外有逐步增大趋势 ， 并略
有 波 动 ， 第 二 年 轮 处 基 本 稳 定 ， 变 化 规 律 是 ： 纤 维 与 生 长 在 其 木
基于SSR和SRAP标记的簸箕柳×绵毛柳遗传框架图
爆竹 柳 （ ．ｆａ ｉｓ 等 树 种 的 遗 传 图 谱 构 建 研 究 Ｓ ｒｇｌ ） ｉ
（ ｓｒｕ ａ ｔａ ． ０ ２；Ｈａ ｌｙ ｅ ａ ． ０ ２；２ ０ Ｔ ａｏ ｈ ｓｅ １ ，２ ０ ｎｅ ｔ １ ，２ ０ ０ ６；
Ｂ ｒａ ｃａ ｅ ａ ． ２ ０ ａｃ ｃ ｉ ｔ １ ０ ３； Ｒ ｎ ｂ ｒ— ￣ｔｕ ｇ ｅ ａ ． ． ６ ｎ ｅ ｇＷ ｓｌ ｎ ｔ １ ｊ ，
２ ０ ；Ｂ ｒｎ ｅ ａ． ０ ０） 初 期 的 作 图 标 记 以 ０ ３ ｅｌ ｔ １ ｉ ，２ １ 。
Ｒ Ｌ ， Ｆ Ｐ为 主 ， 来 Ｓ Ｒ等 标 记 得 到 愈 来 愈 多 的 ＦＰＡ Ｌ 后 Ｓ 应 属 杨 其 Ｓ
Ｎ ｒ ａｏｉａ ＳａｅＵ ｉ ｒ ｔ Ｒ ｌ ｇ Ｎ ７ ９ Ｓ ｏｔ Ｃ ｒｌ ｔｔ ｎｖ ｓ ｙ ａｅ ｈ ｈ ｎ ｅ ｉ ｉ Ｃ ２ ６ ５ Ｕ Ａ） Ａｂｓｒ ｃ Ｂａ ｅ ｎ ａ ｍａ ｐ ｎ ｏ ｕ ａ ｉ ｎ ｄ ｒｖ ｄ ｆｏ Ｓ ｌ ｕ ｈ ｗｅ ｓ × Ｓ ｒｏ ｌ ｄ ａ ｌ ｔ ａ ｔ： ｓ ｄ ｏ ｐ ｉ ｇ ｐ ｐ ｌ ｔｏ ｅ ｉ ｅ ｒ ｍ ａ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｉ ｘ ｓ ．ｅ ｉｃ ａ ａ Ｆ１ ｍｉｙ，ａ ｇ ｎ ｔ ｒ ｍｅ ｍａ ｆ ｅ ｅ ｉ ｆａ ｐ ｃ
１５ Ｓ ． ＲＡＰ标 记 分 析
Ｈ ｎｅ ａｌｙ等 （０ ６ 利 用 所 构 建 的 蒿柳 遗 传 连 锁 图谱 ２０ ）
与 杨 树 基 因组 进 行 比较 ， 现 柳 树 与 杨 树 基 因 组 具 发
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ｔ ｅ Ｐｏ ｕ ｕ ｔｉｈ ｃ ｒ ａ ｈ ｓｃ ｌ ｍａ ｅ ｅ ｌｄ ４ ｈ ｍｏ ｏ ｏ ｓ ｈ ｐ ｌ ｓ ｒｃ ｏ ａ ｐ ｐ ｙ ｉ ａ ｐ ｒ ｖ ａ ｅ ６ ｏ ｌ ｇ ｕ ｍａ ｋ ｒ ｒ ｅ ｓ， １ ｈ ｍｏ ｏ ｉ ａ ｌｎ ａ ｅ ｒ ｕ ｓ ｎ ３ ｏ ２ ｏ ｌ ｇ ｃ ｌ ｉ ｋ ｇ ｇ ｏ ｐ ａ ｄ ４ ｆ ４ ５
基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价
第４５卷㊀第６期２０２１年１１月南京林业大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．６Ｎｏｖ．，２０２１ＤＯＩ：１０．１２３０２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０２１０６００２㊀收稿日期Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：２０２１⁃０６⁃０１㊀㊀㊀㊀修回日期Ａｃｃｅｐｔｅｄ：２０２１⁃０８⁃３０㊀基金项目：江苏省农业科技自主创新资金项目（ＣＸ（２０）３０４２）；江苏省林业科技创新与推广项目（ＬＹＫＪ［２０２０］０３）㊂㊀第一作者：郭佳惠（１０６０１０４００４＠ｑｑ．ｃｏｍ），完成资料收集和数据分析㊁初稿的撰写；教忠意（４０３６３９５８＠ｑｑ．ｃｏｍ），副研究员，完成本底调查㊁结果分析与论文修改㊂∗通信作者：诸葛强（ｑｚｈｕｇｅ＠ｎｊｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ），教授，负责设计研究方案，ＯＲＣＩＤ（００００－０００２－９４５０－４８７Ｘ）；周洁（ｚｊｗｉｎ７１８＠１２６．ｃｏｍ），副研究员，负责试验指导及论文的修订，ＯＲＣＩＤ（００００－０００１－８２１４－８４７９）㊂㊀引文格式：郭佳惠，教忠意，何旭东，等．基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０２１，４５（６）：１６９－１７６．ＧＵＯＪＨ，ＪＩＡＯＺＹ，ＨＥＸＤ，ｅｔａｌ．Ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｌｌｏｗｓｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＥｄｉｔｉｏｎ），２０２１，４５（６）：１６９－１７６．ＤＯＩ：１０．１２３０２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０２１０６００２．基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价郭佳惠１，教忠意２，何旭东２，诸葛强１∗，周㊀洁２∗（１．南京林业大学生物与环境学院，江苏㊀南京㊀２１００３７；２江苏省林业科学研究院，国家林业和草原局柳树工程技术研究中心，江苏㊀南京㊀２１１１５３）摘要：ʌ目的ɔ对柳树落叶后枝条颜色㊁观赏性状㊁适应性㊁育性等进行综合评价，为观赏柳树种质资源筛选和新品种选育提供参考依据㊂ʌ方法ɔ选择２０个枝条颜色丰富的柳树无性系作为试验材料，根据层次分析法（ＡＨＰ），设置观赏性㊁适应性２个目标层，在此基础上设置１１个因子层，对各指标进行量化打分，确定各评价指标的权重值和赋值，初步建立基于柳树枝条皮色㊁树形㊁育性等的观赏性状和保存率㊁萌芽性等适应性的评价层次结构模型，以筛选出观赏性状优良㊁适应性好的柳树新品种㊂ʌ结果ɔ因子层中各指标对总目标的权重大小排序为：主干颜色（Ｆ３）＞小枝颜色（Ｆ４）＞株高（Ｆ１）＞雌雄花的育性（Ｆ７）＞抗病性（Ｆ９）＞生长保存率（Ｆ８）＞干型（Ｆ２）＞萌芽早晚（Ｆ１０）＞分枝数（Ｆ６）＞分枝角度（Ｆ５）＞开花早晚（Ｆ１１）㊂主干颜色（Ｆ３）㊁小枝颜色（Ｆ４）㊁株高（Ｆ１）对柳树的观赏性贡献较大，权重值分别为０．２８１３㊁０ １９３０㊁０．１２７７，是综合评价柳树观赏性状的主要指标㊂参试无性系中，宫布氏柳７７㊁７８㊁８５㊁８０观赏价值高，可选为红黄色系彩枝柳树品种㊂ʌ结论ɔ本研究对宫布氏柳㊁杞柳㊁黄花柳㊁钻石柳㊁花叶柳㊁欧洲红皮柳等优良柳树无性系进行综合评价，利用层次分析法构建结构模型，筛选的优良彩枝柳树对观赏柳树的品种选育及遗传改良可提供重要参考价值㊂关键词：灌木柳；观赏性状；层次分析法；宫布氏柳；钻石柳中图分类号：Ｓ６８７；Ｓ７１８㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：文章编号：１０００－２００６（２０２１）０６－０１６９－０８ＡｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｉｌｌｏｗｓｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｅｓＧＵＯＪｉａｈｕｉ１，ＪＩＡＯＺｈｏｎｇｙｉ２，ＨＥＸｕｄｏｎｇ２，ＺＨＵＧＥＱｉａｎｇ１∗，ＺＨＯＵＪｉｅ２∗（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｓｕＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，ＷｉｌｌｏｗＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＮａｔｉｏｎａｌＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄＧｒａｓｓｌａｎｄＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１５３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ʌＯｂｊｅｃｔｉｖｅɔＴｈｅｃｏｌｏｒｏｆｗｉｌｌｏｗｂｒａｎｃｈｅｓｉｓｄｉｖｅｒｓｅ，ｂｕｔｔｈｅｂｒａｎｃｈｅｓｏｆｃｕｌｔｉｖａｔｅｄｗｉｌｌｏｗｓａｒｅｄａｒｋｉｎｗｉｎｔｅｒ，ａｎｄｔｈｅｆｌｏａｔｉｎｇｃａｔｋｉｎｓ，ｗｈｉｌｅｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｒｅｔｒｏｕｂｌｅｓｏｍｅｔｏｈａｎｄｌｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｔｒａｉｔｓ，ｓｕｃｈａｓｂｒａｎｃｈｃｏｌｏｒａｆｔｅｒｌｅａｖｅｓｈａｖｅｆａｌｌｅｎ，ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｔｙ，ｓｅｒｖｅｓａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｗｉｌｌｏｗｇｅｒｍｐｌａｓｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｎｅｗｖａｒｉｅｔｉｅｓ．ʌＭｅｔｈｏｄɔＴｗｅｎｔｙｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｂｒａｎｃｈｃｏｌｏｒｓａｎｄｏｒｎａｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｗｏｔａｒｇｅｔｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｓｅｔ：ｏｒｎａｍｅｎｔａｌａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，１１ｆａｃｔｏｒｌａｙｅｒｓｗｅｒｅｓｅｔｕｐ．Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｗｅｒｅｓｃｏｒｅｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｗｅｉｇｈｔｖａｌｕｅａｎｄａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｏｆｅａｃｈｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｈｉｅｒａｒｃｈｙｍｏｄｅｌ（ｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｓｔｅｍｔｙｐｅ，ｂｒａｎｃｈｃｏｌｏｒ，ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ，ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ，ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｒａｔｅ，ａｎｄｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｎｅｗｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓｗｉｔｈｓｔａｂｌｅｏｒｎａｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｇｏｏｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｉｎＹａｎｃｈｅｎｇＣｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ．ʌＲｅｓｕｌｔɔＴｈｅｗｅｉｇｈｔｒａｎｋｉｎｇｏｆｅａｃｈｉｎｄｅｘｉｎｔｈｅｆａｃｔｏｒｌａｙｅｒｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｔａｒｇｅｔｗａｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：. All Rights Reserved.南京林业大学学报（自然科学版）第４５卷ｔｒｕｎｋｃｏｌｏｒ（Ｆ３）＞ｔｗｉｇｃｏｌｏｒ（Ｆ４）＞ｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ（Ｆ１）＞ｃａｔｋｉｎｆｅｒｔｉｌｉｔｙ（Ｆ７）＞ｄｉｓｅａｓｅａｎｄｉｎｓｅｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｄｅｘ（Ｆ９）＞ｇｒｏｗｔｈｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｒａｔｅ（Ｆ８）＞ｓｔｅｍｓｔｙｌｅ（Ｆ２）＞ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅ（Ｆ１０）＞ｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒ（Ｆ６）＞ｂｒａｎｃｈａｎｇｌｅ（Ｆ５）＞ｆｌｏｗｅｒｉｎｇｔｉｍｅ（Ｆ１１）．Ｔｒｕｎｋｃｏｌｏｒ（Ｆ３），ｔｗｉｇｃｏｌｏｒ（Ｆ４），ａｎｄｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ（Ｆ１）ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｔｏｔｈｅｏｒｎａｍｅｎｔａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓ，ｗｉｔｈｗｅｉｇｈｔｓｏｆ０．２８１３，０．１９３０，ａｎｄ０．１２７７，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｔｈｅｓｅａｒｅｔｈｅｍａｉｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｆｏｒｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｔｒａｉｔｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＳａｌｉｘｍｉｙａｂｅａｎａ７８，７７，８５ａｎｄ８０ｃｌｏｎｅｓｃａｎｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｒｅｄ⁃ｙｅｌｌｏｗｃｏｌｏｒ⁃ｂｒａｎｃｈｅｄｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓ，ｗｈｉｃｈｈａｖｅｈｉｇｈｏｒｎａｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓ．ʌＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎɔＩｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｗｅｕｓｅｄｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｏｄｅｌｔｏｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｅｖａｌｕａｔｅｓｕｐｅｒｉｏｒｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓｓｕｃｈａｓＳａｌｉｘｍｉｙａｂｅａｎａ，Ｓ．ｉｎｔｅｇｒａ，Ｓ．ｃａｐｒｅａ，Ｓ．ｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ，Ｓ．ｉｎｔｅｇｒａ，Ｓ．ｉｎｔｅｇｒａ ＨａｋｕｒｏＮｉｓｈｉｋｉ ，ａｎｄＳ．ｐｕｒｐｕｒｅａ．Ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｅｄｃｏｌｏｒｆｕｌｗｉｌｌｏｗｔｒｅｅｓｈａｖｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｒｕｂｗｉｌｌｏｗ；ｏｒｎａｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ；Ｓａｌｉｘｍｉｙａｂｅａｎａ；Ｓａｌｉｘｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ㊀㊀柳树是杨柳科（Ｓａｌｉｃａｃｅａｅ）柳属（Ｓａｌｉｘ）和钻天柳属（Ｃｈｏｓｅｎｉａ）的总称，落叶乔木或灌木，全球５２０余种，我国有２５７种㊁１２２变种和３３变型［１］㊂柳树具有适应性强㊁种类多㊁生物量大㊁轮伐期短㊁容易繁殖等特点，其分布地区涉及湿地景观㊁盐碱地㊁干旱生境等多种类型㊂柳树树形多姿，展叶早㊁落叶迟，观赏价值高，是重要的园林观赏树种［２］㊂柳树的枝条皮色变异极为丰富，具有多种枝色类型，由深绿至浅绿，或由浅黄至棕色，或由浅红至紫红呈连续分布［３］㊂有育种学家利用白柳和爆竹柳杂交选育出 奥林匹克火炬柳 ，树干由浅黄色逐渐过渡到橙色，在冬天１年生小枝呈鲜红色，被广泛用于护岸㊁园林风景林的构建㊂理想的林木株型结构影响林木的生物量分配和光能利用率［４］，同时也是园林景观的重要组成部分㊂分枝数量及分枝角度等分枝形态结构是影响株型结构的重要因素［５］㊂所以对不同种柳树的皮色㊁株型㊁分枝特性㊁雌雄育性㊁适应性等进行综合评价，是柳树种质资源筛选的重要依据㊂观赏性状评价没有固定的评价方法，目前多指标综合评价方法主要有百分制法㊁层次分析法㊁模糊数学法㊁灰色关联度法㊁主成分分析法等［６］㊂层次分析法（ＡＨＰ）是园林植物观赏性评价运用最多的方法［７］㊂园林树木的观赏特性通常包括树形㊁叶㊁花朵㊁果实㊁枝干等方面，这些方面又包括大小㊁形状㊁色彩㊁质地等不同性状［６－８］，如枝干观赏特性集中体现在枝干形态㊁小枝颜色㊁主干颜色㊁株型等方面［９］㊂目前，利用层次分析法已在郁金香［１０］㊁荷花［１１］㊁海棠［１２］㊁多头切花菊［１３］㊁蜡梅［１４］㊁桃花［１５］等观赏植物中开展了花色㊁花香㊁花量等方面的品种及适应性引种评价，筛选出了适合不同气候特征㊁立地类型的林木花卉品种㊂刘丽［６］利用层次分析法对２０个柳树无性系建立了北方柳属乔木柳观赏性的结构模型，但关于灌木柳柳树观赏性状的综合评价还鲜见报道㊂本研究选择２０个冬季枝条颜色艳丽㊁具有观赏价值的柳树无性系作为试验材料，初步建立了基于柳树树形㊁枝干㊁皮色㊁育性㊁适应性等观赏性及适应性的评价层次结构模型㊂通过对观赏柳树建立综合评价体系，以期筛选出观赏价值高㊁适应性好㊁抗逆性强㊁落叶后枝色艳丽的优良观赏柳树品种，满足园林景观建设对观赏树种新的需求，美化现代城乡环境㊂１㊀材料与方法１．１㊀试验材料江苏省林业科学研究院沿海造林试验站位于江苏省盐城市大丰区川东镇（１２０ʎ１３ᶄ １２０ʎ５６ᶄＥ，３２ʎ５６ᶄ ３３ʎ３６ᶄＮ），其中第４区为国家柳树良种基地部分种质资源保存区，该地区位于亚热带与暖湿带的过渡地带，距海边２ｋｍ左右，海拔约３ｍ，年平均气温１４．１ħ，无霜期２１３ｄ，常年降水量１０４２．２ｍｍ，日照时间２２３８．９ｈ，四季分明，土壤为轻度盐碱［土壤含盐量（质量分数）为０．１％ ０ ２％］㊂本研究所用材料来自江苏省林业科学研究院沿海造林试验站，有２０个柳树种和优良无性系，均为灌木柳㊂包含欧洲红皮柳㊁钻石柳㊁宫布氏柳㊁杞柳㊁黄花柳㊁花叶柳㊁簸箕柳和毛枝柳的杂交Ｆ１代㊁尖叶紫柳ˑ欧洲红皮柳的杂交子代㊁蒿柳ˑ宫布氏柳的杂交子代，共９种（表１）㊂２０１９年３月育苗，株行距为２０ｃｍˑ６０ｃｍ㊂２０２１年１月进行柳树生长情况的观测及记录，２０２１年３月初统一观测各柳树无性系的开花萌芽状况㊂柳树表型性状调查参照ＧＢ／Ｔ２６９１０ ２０１１‘植物新品种特异性㊁一致性㊁稳定性测试指南㊀柳属“进行㊂０７１. All Rights Reserved.㊀第６期郭佳惠，等：基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价表１㊀柳树各无性系特征Ｔａｂｌｅ１㊀Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅａｃｈｃｌｏｎｅｏｆｗｉｌｌｏｗ无性系ｃｌｏｎｅ树种ｓｐｅｃｉｅｓ主干颜色ｓｔｅｍｃｏｌｏｒ小枝颜色ｔｗｉｇｃｏｌｏｒ分枝角度／（ʎ）ｂｒａｎｃｈａｎｇｌｅ分枝数ｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒ株高／ｍｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ＜２ȡ２ ３ȡ３干型ｓｔｅｍｓｔｙｌｅ保存率／％ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｒａｔｉｏ抗病性ｄｉｓｅａｓｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ雌雄花育性ｃａｔｋｉｎｆｅｒｔｉｌｉｔｙ３３欧洲红皮柳Ｓ．ｐｕｒｐｕｒｅａ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄȡ３０ ６０６．１ɿ直立６６．６７中ȶ４８钻石柳Ｓ．ｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅȡ３０ ６０８．７ɿ直立７７．７８中ȶ５３钻石柳Ｓ．ｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄȡ６０ ８０１３．８ɿ直立７７．７８中ȶ５７钻石柳Ｓ．ｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅȡ６０ ８０１０．８ɿ稍弯６６．６７中ȶ７７宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄ橙红㊁红ｏｒａｎｇｅｒｅｄ，ｒｅｄ＜３０９．０ɿ稍弯９３．３０强ȶ７９宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅ橙色ｏｒａｎｇｅȡ３０ ６０９．５ɿ稍弯９３．３０强ȶ７８宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ红ｒｅｄ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄȡ３０ ６０１１．４ɿ直立９３．３０强ȶ８０宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ金黄ｙｅｌｌｏｗ黄绿㊁橙色ｏｌｉｖｉｎｅ，ｏｒａｎｇｅȡ３０ ６０１０．６ɿ直立９３．３０强ȶＰ６１杞柳Ｓ．ｉｎｔｅｇｒａ灰绿ｇｒａｙｇｒｅｅｎ橙色㊁红ｏｒａｎｇｅ，ｒｅｄ＜３０１０．７ɿ直立１００．００强ɬ８５宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅ橙红㊁红ｏｒａｎｇｅｒｅｄ，ｒｅｄȡ３０ ６０１１．６ɿ直立９６．６７强ȶ８７尖叶紫柳ˑ欧洲红皮柳Ｓ．ｋｏｒｉｙａｎａｇｉˑＳ．ｐｕｒｐｕｒｅａ橙黄ｏｒａｎｇｅ浅橙ｌｉｇｈｔｏｒａｎｇｅȡ３０ ６０１３．６ɿ直立５０．００强ȶ８８宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅ浅橙㊁红ｌｉｇｈｔｏｒａｎｇｅ，ｒｅｄ＜３０１１．２ɿ直立８３．３０强ȶ８９宫布氏柳Ｓ．ｍｉｙａｂｅａｎａ橙色ｏｒａｎｇｅ橙红ｏｒａｎｇｅｒｅｄ＜３０１０．６ɿ直立５６．６７强ȶ９１钻石柳Ｓ．ｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ灰绿ｇｒａｙｇｒｅｅｎ灰绿ｇｒａｙｇｒｅｅｎ＜３０１１．８ɿ直立４３．３３强ȶ９２蒿柳ˑ宫布氏柳Ｓ．ｖｉｍｉｎａｌｉｓˑＳ．ｍｉｙａｂｅａｎａ黄绿ｏｌｉｖｉｎｅ黄绿㊁橙色ｏｌｉｖｉｎｅ，ｏｒａｎｇｅȡ３０ ６０１８．２ɿ直立５０．００强ȶＰ５８８黄花柳Ｓ．ｃａｐｒｅａ灰褐ｄｕｓｔ⁃ｃｏｌｏｒ红ｒｅｄȡ６０ ８０１１．８ɿ稍弯５０．００中ɬＰ６４６花叶柳Ｓ．ｉｎｔｅｇｒａＨａｋｕｒｏＮｉｓｈｉｋｉ 灰色ｇｒｅｙ红ｒｅｄȡ６０ ８０７．７ɿ稍弯９０．００强ɬＰ５９４黄花柳Ｓ．ｃａｐｒｅａ灰褐ｄｕｓｔ⁃ｃｏｌｏｒ红褐ｒｅｄｄｉｓｈｂｒｏｗｎȡ６０ ８０５．４ɿ稍弯５０．００强ȶＰ７１６钻石柳Ｓ．ｅｒｉｏｃｅｐｈａｌａ灰褐ｄｕｓｔ⁃ｃｏｌｏｒ暗红㊁红褐ｄａｒｋｒｅｄ，ｒｅｄｄｉｓｈｂｒｏｗｎȡ６０ ８０１０．２ɿ直立１００．００强ȶ苏柳１０５３ （簸箕柳ˑ毛枝柳）杂交Ｆ１代Ｓ．ｕｃｈｏｗｅｎｓｉｓˑＳ．ｄａｓｙｃｌａｄｏｓ红褐ｒｅｄｄｉｓｈｂｒｏｗｎ暗红㊁紫红ｄａｒｋｒｅｄ，ｍｕｌｂｅｒｒｙ＜３０９．２ɿ直立９０．００强ɬ１７１. All Rights Reserved.南京林业大学学报（自然科学版）第４５卷１．２㊀综合评价层次分析模型的建立１．２．１㊀层次结构模型的构建按照层次分析法对层次隶属关系和指标关联性的要求，建立柳树观赏价值及适应性综合评价模型（表２）㊂模型分为３层：第１层为目标层（Ｔ），包括柳树无性系观赏性评判（Ｔ１），柳树无性系生长适应性评判（Ｔ２）；第２层为准则层（Ｃ），包括观赏价值（Ｃ１），生长适应性（Ｃ２），共２个性状；第３层是因子层（Ｆ），隶属于上一层次，是体现准则层对柳树各性状评判有代表性的具体性状指标［６］㊂表２㊀柳树观赏性及适应性评价体系的层次模型Ｔａｂｌｅ２㊀Ｔｈｅｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆａｗｉｌｌｏｗｏｒｎａｍｅｎｔａｌａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ目标层（Ｔ）ｔａｒｇｅｔｌａｙｅｒ（Ｔ）准则层（Ｃ）ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｌａｙｅｒ（Ｃ）因子层（Ｆ）ｆａｃｔｏｒｌａｙｅｒ（Ｆ）观赏性评判（Ｔ１）ｏｒｎａｍｅｎｔａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎ观赏性状（Ｃ１）ｏｒｎａｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｓＦ１－株高ｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔＦ２－干型ｓｔｅｍｓｔｙｌｅＦ３－主干颜色ｓｔｅｍｃｏｌｏｒＦ４－小枝颜色ｔｗｉｇｃｏｌｏｒＦ５－分枝角度ｂｒａｎｃｈａｎｇｌｅＦ６－分枝数ｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒＦ７－雌雄花的育性ｃａｔｋｉｎｆｅｒｔｉｌｉｔｙ生长适应性评判（Ｔ２）ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｗｔｈａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ适应性（Ｃ２）ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙＦ８－生长保存率ｇｒｏｗｔｈｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｒａｔｉｏＦ９－抗病性ｄｉｓｅａｓｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＦ１０－萌芽早晚ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅＦ１１－开花早晚ｆｌｏｗｅｒｔｉｍｅ１．２．２㊀判断矩阵构造及一致性检验方法㊀㊀按照Ｓａｔｔｙ［７］提出的一致性比率检验法对构造的评价体系建立各层次的判断矩阵㊂该方法的关键就是随机一致性指标（ｒａｎｄｏｍｉｎｄｅｘ，ＲＩ，公式中记为ＩＲ）的代表性，即随机抽取样本判断矩阵的一致性指标（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｉｎｄｅｘ，ＣＩ，公式中记为ＩＣ）平均值能否代替全体样本判断矩阵的ＣＩ平均值㊂首先，对林业㊁柳树研究㊁园林设计等领域的专家展开问卷调查，采用１－９标度法［１６］对判断矩阵中的多个因素两两比较后，进行对立打分，写出判断值，分别设置绝对重要（９分）㊁十分重要（７分）㊁比较重要（５分）㊁稍微重要（３分）㊁同样重要（１分），８分㊁６分㊁４分㊁２分表示两个重要等级的中间值，若元素ｉ（如干形）与元素ｊ（如株高）的重要性之比为ａｉｊ，则元素ｊ与元素ｉ的重要性之比ａｊｉ＝１／ａｉｊ㊂根据各判断层次，就各层中的因素依次与之相关的上一层因素进行两两比较，构造Ｔ－Ｃ㊁Ｃ１－（Ｆ１ Ｆ７）㊁Ｃ２－（Ｆ８ Ｆ１１）的判断矩阵㊂用ａｉｊ表示第ｉ个因素相对于第ｊ个因素的比较结果，则Ａ＝ａ１１ ａ１ｎ︙⋱︙ａｎ１ ａｎｎéëêêêêùûúúúú，并满足性质：ａｉｊ＞０，ａｉｊ＝１／ａｊｉ，ａｉｉ＝１（ｉ，ｊ＝１，２， ，ｎ）㊂判断矩阵的值反映人们对各要素相对重要性的认识，一般采用１－９比率标度法对重要性程度赋值，标度及其含义见表２㊂综合专家们的意见后，将判断值四舍五入取整构建判断矩阵Ａ再以方根法［１６］求最大特征根λｍａｘ和权重值Ｗ，λｍａｘ＝１／ｎ㊃ðｉｎ［（ＷＡ）ｉ／Ｗｉ］，式中：ｎ为层数量，ＷＡ为矩阵Ａ的特征向量，Ｗｉ为所求的特征向量㊂随机一致性比率（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｒａｔｉｏ，ＣＲ，公式中记为ＲＣ）计算方法为ＲＣ＝ＩＣ／ＩＲ，其中，一致性指标ＩＣ＝（λｍａｘ－ｎ）／（ｎ－１）㊂ＩＲ为随机一致性指标，按矩阵阶数１ １２分别赋值０㊁０㊁０．５２㊁０．８９㊁１．１２㊁１．２６㊁１．３６㊁１ ４１㊁１ ４５㊁１ ４９㊁１ ５３㊂当ＩＲɤ０ １０时，矩阵中各值的判断具有满意的一致性，数据可用；ＩＲ＞０．１０时，则判断矩阵不符合一致性要求，需重新修正［１７－２２］㊂１．３㊀各项指标测定对研究区各柳树无性系的１１个性状（株高㊁干型㊁主干颜色㊁小枝颜色㊁分枝角度㊁分枝数㊁雌雄花的育性㊁生长保存率㊁抗病性㊁萌芽早晚㊁开花早晚）进行观测，在多个无性系中选择生长中等的１ ２年生柳树个体作为观察对象㊂在苗圃地中间，从每个无性系选择５株进行观察测量，依据不同性状取１０ ２０个样本，结果以平均值表示［６］㊂柳树表型性状调查参照ＧＢ／Ｔ２６９１０ ２０１１‘植物新品种特异性㊁一致性㊁稳定性测试指南㊀柳属“㊂枝条颜色变化采用ＲＨＳ－英国皇家园林协会植物比色卡㊂抗病能力为抗黑斑病强弱：１级表示植株抗性强，其生长健壮，枝条基本不受病虫害侵害；２级表示植株抗性中等，其生长较健壮，受害率少于３０％；３级表示植株抗性弱，其长势差㊂分枝角度为一级分支与主干的夹角，调查方法为：在３个方向上，每株选择有代表性的一级侧枝，测定其分枝伸展方向与主干的夹角（如果主干不明显，估测与垂直方向的夹角）［２３］㊂分枝数是每株柳树的一级分枝数，取平均值［２３］㊂２０２１年３月初统一观测各柳树无性系的开花萌芽状况，特征按照‘中国物候观察方法“实施［２４］，主要观察项目有萌芽及开花的早晚㊂萌芽期为植株芽鳞露出绿色幼嫩枝叶５０％以上的日期㊂１．４㊀数据处理采用Ｅｘｃｅｌ２０１６计算参试柳树无性系各具体性状的基本描述统计量及判断矩阵计算值㊂２７１. All Rights Reserved.㊀第６期郭佳惠，等：基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价２㊀结果与分析２．１㊀判断矩阵及一致性检验结果发放柳树观赏性状评分调查问卷并咨询２０位专业为林学㊁林木遗传育种㊁园林设计㊁观赏园艺等领域的相关专家，对调查问卷进行分析整理，按综合得分进行各项指标重要性的排序㊂不同层次的判断矩阵和一致性检验结果见表３㊂在准则层观赏价值（Ｃ１）和生长适应性（Ｃ２）中，主干颜色（Ｆ３）和抗病虫害指数（Ｆ９）权重较大，分别为０．３５１７和０．４１３３㊂为确保判断矩阵具有合理性，进行一致性检验，３个判断矩阵的ＣＲ值（一致性检验指标）均小于０．１０，表示此判断矩阵合理，计算的权重值也较可靠㊂表３㊀柳树综合评价体系各层次的判断矩阵及一致性检验结果Ｔａｂｌｅ３㊀Ｔｈｅｊｕｄｇｍｅｎｔｍａｔｒｉｘｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｖｅｌｓａｎｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｗｉｌｌｏｗ层次模型ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｍｏｄｅｌ判断矩阵ｊｕｄｇｍｅｎｔｍａｔｒｉｘ权重ｗｅｉｇｈｔ一致性检验ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｔｅｓｔＴ－ＣＣ１Ｃ２λｍａｘ＝２．００００Ｃ１１４０．８０００ＩＣ＝０．００００Ｃ２１／４１０．２０００ＲＣ＝０．００００Ｃ１Ｆ１Ｆ２Ｆ３Ｆ４Ｆ５Ｆ６Ｆ７Ｆ１１３１／３１／２５４２０．１５９６１３Ｆ２１／３１１／５１／４３２１／２０．０６７８１８λｍａｘ＝７．１９５２３Ｆ３３５１２７６４０．３５１６６２ＩＣ＝０．０３２５Ｆ４２４１／２１６５３０．２４１２０８ＲＣ＝０．０２３９Ｆ５１／５１／３１／７１／６１１／２１／４０．０３０７８１Ｆ６１／４１／２１／６１／５２１１／３０．０４４８７７Ｆ７１／２２１／４１／３４３１０．１０４０４１Ｃ２Ｆ８Ｆ９Ｆ１０Ｆ１１Ｆ８１１／２２３０．２９２２λｍａｘ＝４．０７０９Ｆ９２１２３０．４１３３ＩＣ＝０．０２３６Ｆ１０１／２１／２１２０．１８６７ＲＣ＝０．０２６５Ｆ１１１／３１／３１／２１０．１０７８㊀㊀依据准则层相对目标层的权重和指标层相对准则层的权重，计算指标层相对目标层的权重［２５］，结果见表４㊂根据表４，主干颜色（Ｆ３）㊁小枝颜色（Ｆ４）㊁株高（Ｆ１）对柳树的观赏性贡献较大，权重分别为０．２８１３㊁０．１９３０㊁０．１２７７，是评价观赏性状的首要指标；雌雄花育性（Ｆ７）㊁抗病性（Ｆ９）㊁生长保存率（Ｆ８）㊁干型（Ｆ２）㊁萌芽早晚（Ｆ１０）的权重居中，属一般指标；其他因素，如分枝数（Ｆ６）㊁分枝角度（Ｆ５）㊁开花早晚（Ｆ１１）相对而言属辅助性指标㊂表４㊀柳树综合评价体系因子层（Ｆ）相对于目标层（Ｔ）的总排序结果Ｔａｂｌｅ４㊀Ｔｏｔａｌｒａｎｋｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆａｃｔｏｒｌａｙｅｒ（Ｆ）ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔａｒｇｅｔｌａｙｅｒ（Ｔ）ｉｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｗｉｌｌｏｗ３７１. All Rights Reserved.南京林业大学学报（自然科学版）第４５卷２．２㊀指标评分标准各因子的评分标准是在对各柳树无性系进行充分观察后，查阅相关文献并咨询相关专家，且结合其他园林植物设定的观赏性及适应性评价标准基础上，制定以下各指标的评分标准（表５）㊂各项评价指标的值域为［１，４］，各级值分别为１，２或１，２，３或１，２，３，４㊂表５㊀柳树综合评价体系各因子评分标准Ｔａｂｌｅ５㊀Ｓｃｏｒｉｎｇｓｔａｎｄａｒｄｓｏｆｅａｃｈｆａｃｔｏｒｉｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｗｉｌｌｏｗ序号Ｎｏ．评价指标ｅｖａｌｕａｔｉｎｇｉｎｄｉｃａｔｏｒ评分标准ｓｃｏｒｉｎｇｃｒｉｔｅｒｉａ１分２分３分４分１株高／ｍｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ＜２ȡ２ ３ȡ３２干型ｓｔｅｍｓｔｙｌｅ稍弯直立３主干颜色ｓｔｅｍｃｏｌｏｒ灰㊁灰绿㊁褐绿黄㊁黄绿橙红㊁橙色㊁浅红㊁红褐红㊁紫红４小枝颜色ｔｗｉｇｃｏｌｏｒ灰绿㊁绿黄绿浅橙色㊁橙红暗红㊁红褐㊁红５分枝角度／（ʎ）ｂｒａｎｃｈａｎｇｌｅ接近９０ȡ６０ ８０ȡ３０ ６０＜３０６分枝数ｂｒａｎｃｈｎｕｍｂｅｒȡ５ １０ȡ１０ １５＞１５７雌雄花育性ｃａｔｋｉｎｆｅｒｔｉｌｉｔｙɬȶ８生长保存率／％ｇｒｏｗｔｈｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｒａｔｅ低（＜８０）中（ȡ８０ ９０）高（＞９０）９抗病性ｄｉｓｅａｓｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ弱中等强１０萌芽早晚ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｔｉｍｅ晚早１１开花早晚ｆｌｏｗｅｒｉｎｇｔｉｍｅ晚早２．３㊀参试柳树无性系的综合评价结果根据各指标的测量结果和评分标准，对２０个柳树无性系进行评分㊂然后依据Ｙ＝ðｗｉｙｉ（式中，Ｙ表示各无性系的观赏价值及适应性的综合得分，ｗｉ表示第ｉ项指标的权重，ｙｉ表示第ｉ项指标的得分）［２６－２８］，计算各柳树无性系观赏性及适应性的综合得分㊂ＡＨＰ评价体系中，根据各指标的权重和评分标准（表４㊁表５），将各指标所得的分值与各自权重值相乘，然后将所有指标所计算得到的数值相加，得出各无性系的综合得分见表６㊂由表６可知，综合得分越高，说明柳树无性系的综合观赏性及适应性越好㊂表６㊀柳树各无性系的评价综合得分Ｔａｂｌｅ６㊀Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｓｃｏｒｅｓｏｆｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓ无性系ｃｌｏｎｅＣ１Ｃ２Ｆ１Ｆ２Ｆ３Ｆ４Ｆ５Ｆ６Ｆ７Ｆ８Ｆ９Ｆ１０Ｆ１１综合得分ｓｃｏｒｅ排序ｓｏｒｔ等级ｒａｎｋ７８２２４３３２２３３２２２．９２１４１苏柳１０５３ ３２３４４２１３３２１２．８８０５２７７３１３３４２２３３２２２．７３８１３８５２２２４３３２３３２２２．５８７６４８０３２２３３３２３３２２２．５２２３５Ⅰ８８３２２３４３２２３２２２．４８８５６７９２１２３３３２３３２２２．３４０３７８７２２２３３３２１３２２２．２７７７８９２２２２３３４２１３１１２．２５４７９３３１２３３３２２１２１１２．２５３９１０Ｐ６１２２１４４３１３３２２２．２４７６１１５３１１３３２３２１２１１２．２１０９１２８９３２１３４３２１３１２２．１１１３１３Ｐ７１６１２１４２３２３３１１２．０９５０１４ⅡＰ５９４１１１４２２２２３１１１．９４６４１５Ｐ６４６１１１４２２１１３１１１．８０４７１６４８１２２２３２２１２１１１．７７９６１７Ｐ５８８１１１４２３１１２１１１．７５８０１８５７１１２２２３２１２１１１．７３６６１９９１２２１１４３２１３１１１．５７６２２０Ⅲ４７１. All Rights Reserved.㊀第６期郭佳惠，等：基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价㊀㊀将２０个柳树无性系的综合得分按照差值平均法划分为３个等级：Ⅰ级（Ｙȡ２．５）为观赏价值极高的种类，包括７８㊁ 苏柳１０５３ ㊁７７㊁８５和８０；Ⅱ级（２．０ɤＹ＜２．５）为观赏价值较高的种类，包括８８㊁７９㊁８７㊁９２㊁３３㊁Ｐ６１㊁５３㊁８９和Ｐ７１６；Ⅲ级（Ｙ＜２．０）为观赏价值较低的种类，包括Ｐ５９４㊁Ｐ６４６㊁４８㊁Ｐ５８８㊁５７和９１㊂３㊀讨㊀论柳树种类较多，遗传变异丰富，枝条颜色从绿色㊁青色㊁紫色㊁金色㊁红色等呈连续变异，温度㊁光照㊁栽培立地条件等环境因素使其颜色不稳定，观赏性状㊁适应性不一致，影响品种的大面积推广㊂因此，需要一套准确合理㊁客观全面的评价标准和体系，对柳树的观赏性及适应性进行综合评价［１１］㊂本研究通过层次分析法建立了柳树观赏性及适应性评判模型，各判断矩阵均具有满意的一致性，构造的矩阵合理，所得权重值具有实际意义［６，２９］，初步根据干型㊁枝条颜色㊁性别㊁病害㊁物候期等性状探索灌木柳的观赏性及适应性评价体系㊂参选的２０个柳树种，其中欧洲红皮柳㊁钻石柳㊁宫布氏柳为引进于美国的一批柳树种质资源；黄花柳㊁杞柳㊁花叶柳等为收集保存的种质资源；黄花柳冬季枝条紫红色，在江苏大丰基地生长矮小；杞柳为杂交较多的亲本，生物量较大，皮色青色，生长旺盛；花叶柳为观叶品种㊂ 苏柳１０５３ 为江苏省省级良种，冬季枝条紫红色，适应性强，在江苏各地生长均好，病虫害少㊂对２０个柳树无性系进行层次分析法综合得分表明，Ⅰ级（Ｙȡ２．５）为观赏价值极高的种类有：７８㊁ 苏柳１０５３ ㊁７７㊁８５和８０㊂ 苏柳１０５３ 综合得分最高，冬季枝条紫红色㊂无性系７８㊁７７㊁８５和８０均为宫布氏柳，分枝数较多，分枝角度小于６０ʎ，萌芽和开花较早，且７８㊁７７主干颜色均为红色系，８５和８０主干颜色为黄绿色，颜色艳丽，可选为红黄色系柳树品种，观赏价值高㊂同时这些种质资源保存率达９０％以上，说明适应性较好㊂Ⅱ级（２．０ɤＹ＜２．５）为观赏价值较高的种类，包括８８㊁７９㊁８７㊁９２㊁３３㊁Ｐ６１㊁５３㊁８９和Ｐ７１６㊂无性系８８（宫布氏柳）主干颜色为黄绿色，颜色偏暗，小枝浅橙色；钻石柳Ｐ７１６冬季枝条呈灰褐色；无性系８７（尖叶紫柳ˑ欧洲红皮柳）分枝数多，主干颜色为浅橙色；杞柳Ｐ６１灰绿，生物量高㊂Ⅲ级（１．５ɤＹ＜２．０）为观赏价值较低的种类，包括Ｐ５９４㊁Ｐ６４６㊁４８㊁Ｐ５８８㊁５７和９１㊂Ｐ６４６和Ｐ５８８均为雌株，黄花柳Ｐ５９４冬季枝条呈暗红色，生长保存率低，植株矮小㊂本研究通过层次分析法得到一批观赏性和适应性优良的柳树无性系，宫布氏柳７８㊁７７㊁８５和８０可选为红黄色系柳树，观赏价值高㊂这一评价体系对于研究柳树新品种的开发利用具有较大的指导意义，可以申报植物新品种并在生产上推广繁育，也可以作为杂交亲本进一步选育彩度更高的柳树新品种，以满足园林景观的需求㊂参考文献（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）：［１］王战．中国植物志：第２０卷第２分册［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８４．ＷＡＮＧＺ．ＦｌｏｒａｏｆＣｈｉｎａ：Ｖｏｌｕｍｅ２０，Ｓｕｂ⁃Ｖｏｌｕｍｅ２［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，１９８４．［２］潘明建．柳树的遗传改良及栽培技术［Ｊ］．林业科技开发，２００４，１８（３）：３－７．ＰＡＮＭＪ．ＧｅｎｅｔｉｃｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＳａｌｉｘ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＦｏｒＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，２００４，１８（３）：３－７．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－８１０１．２００４．０３．００１．［３］施士争，王红玲，周洁．观赏柳树资源多样性及应用展望［Ｊ］．林业科技开发，２０１５，２９（２）：１－６．ＳＨＩＳＺ，ＷＡＮＧＨＬ，ＺＨＯＵＪ．Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌｗｉｌｌｏｗｒｅｓｏｕｒｃｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＦｏｒＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，２０１５，２９（２）：１－６．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－８１０１．２０１５．０２．００１．［４］刘兆刚，李凤日．樟子松人工林树冠内一级枝条空间的分布规律［Ｊ］．林业科学，２００７，４３（１０）：１９－２７．ＬＩＵＺＧ，ＬＩＦＲ．ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｒｉｍａｒｙｂｒａｎｃｈｅｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｃｒｏｗｎｓｏｆＰｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｓｔａｎｄｓ［Ｊ］．ＳｃｉＳｉｌｖａｅＳｉｎ，２００７，４３（１０）：１９－２７．ＤＯＩ：１０．３３２１／ｊ．ｉｓｓｎ：１００１－７４８８．２００７．１０．００４．［５］张莉．植物内源激素对杨树枝条分枝角度的影响［Ｄ］．泰安：山东农业大学，２０１６．ＺＨＡＮＧＬ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓｈｏｒ⁃ｍｏｎｅｓｏｎｔｈｅｂｒａｎｃｈａｎｇｌｅｏｆｐｏｐｌａｒ［Ｄ］．Ｔａｉａｎ：ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉ⁃ｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１６．［６］刘丽．基于叶㊁枝特性的柳树观赏性评判及倍性鉴定研究［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１６．ＬＩＵＬ．Ｏｒｎａｍｅｎｔａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｗｉｌｌｏｗｂａｓｅｄｏｎｌｅａｆａｎｄｂｒａｎｃｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｌｏｉｄｙ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，２０１６．［７］ＳＡＡＴＹＴＬ．Ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭｃｇｒａｗＨｉｌｌＩｎｃ．，１９８０：２９８－３０５．［８］ＳＵＲＹＡＮＡＮＡＲＡＹＡＮＡＲＭ．Ｉｎｄｉａｎｌａｂｕｒｎｕｍ：ａｎｏｒｎａｍｅｎｔａｌａｖｅｎｕｅｔｒｅｅ［Ｊ］．ＩｎｄｉａｎＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，１９９６（４０）：２５．［９］臧德奎，金荷仙，于东明．我国植物专类园的起源与发展［Ｊ］．中国园林，２００７，２３（６）：６２－６５．ＺＡＮＧＤＫ，ＪＩＮＨＸ，ＹＵＤＭ．ＴｈｅｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｐｅｃｉａｌｃａｔｅｇｏｒｉｚｅｄｐｌａｎｔｓｇａｒｄｅｎｓｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＣｈｉｎＬａｎｄｓｃＡｒｃｈｉｔ，２００７，２３（６）：６２－６５．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６６６４．２００７．０６．０１９．［１０］熊亚运，夏文通，王晶，等．基于观赏价值和种球再利用的郁金香品种综合评价与筛选［Ｊ］．北京林业大学学报，２０１５，３７（１）：１０７－１１４．ＸＩＯＮＧＹＹ，ＸＩＡＷＴ，ＷＡＮＧＪ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｒｅ⁃ｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｓｃｒｅｅｎｉｎｇｏｆｔｕｌｉｐｃｕｌｔｉｖａｒｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｒｏｒｎａｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅａｎｄｒｅｕｓｅｏｆｂｕｌｂｓ［Ｊ］．ＪＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒＵｎｉｖ，２０１５，３７（１）：１０７－１１４．ＤＯＩ：１０．１３３３２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｂｆｕ．２０１５．０１．０１０．［１１］吴燕燕，白岳峰，林夏斌，等．武夷山地区观赏荷花品种引种价值综合评价［Ｊ］．西南林业大学学报，２０１６，３６（１）：１０６－１１３．ＷＵＹＹ，ＢＡＩＹＦ，ＬＩＮＸＢ，ｅｔａｌ．ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆｏｒｎａｍｅｎｔａｌＬｏｔｕｓｖａｒｉｅｔｉｅｓｉｎＷｕｙｉｓｈａｎ［Ｊ］．ＪＳｏｕｔｈｗｅｓｔ５７１. All Rights Reserved.南京林业大学学报（自然科学版）第４５卷ＦｏｒＵｎｉｖ，２０１６，３６（１）：１０６－１１３．ＤＯＩ：１０．１１９２９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１９１４．２０１６．０１．０１８．［１２］杨祎凡，周婷，范俊俊，等．基于切花应用的观赏海棠品种评价与筛选［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０１９，４３（４）：７０－７６．ＹＡＮＧＹＦ，ＺＨＯＵＴ，ＦＡＮＪＪ，ｅｔａｌ．Ｃｕｌｔｉｖａｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｉｎｏｒｎａｍｅｎｔａｌｃｒａｂａｐｐｌｅｆｏｒｃｕｔｆｌｏｗｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＮａｎｊｉｎｇＦｏｒＵｎｉｖ（ＮａｔＳｃｉＥｄ），２０１９，４３（４）：７０－７６．［１３］马婉茹，房伟民，王海滨，等．多头切花菊品种茎㊁枝特性评价体系构建与品种评价［Ｊ］．中国农业科学，２０１９，５２（１４）：２５１５－２５２４．ＭＡＷＲ，ＦＡＮＧＷＭ，ＷＡＮＧＨＢ，ｅｔａｌ．Ｅｓｔａｂｌｉｓｈ⁃ｍｅｎｔｏｆａｐｐｒａｉｓａｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｓｔｅｍａｎｄｂｒａｎｃｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｖａｒｉｅｔｉｅｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｓｐｒａｙｃｕｔＣｈｒｙｓａｎｔｈｅｍｕｍ［Ｊ］．ＳｃｉＡｇｒｉｃＳｉｎ，２０１９，５２（１４）：２５１５－２５２４．ＤＯＩ：１０．３８６４／ｊ．ｉｓｓｎ．０５７８－１７５２．２０１９．１４．０１０．［１４］宋兴荣，袁蒲英，何相达，等．ＡＨＰ法构建不同用途蜡梅品种评价体系研究［Ｊ］．中国园林，２０２０，３６（Ｓ１）：５５－５９．ＳＯＮＧＸＲ，ＹＵＡＮＰＹ，ＨＥＸＤ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｗｉｎｔｅｒｓｗｅｅｔｖａｒｉｅｔｉｅｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｓｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎＬａｎｄｓｃＡｒｃｈｉｔ，２０２０，３６（Ｓ１）：５５－５９．ＤＯＩ：１０．１９７７５／ｊ．ｃｌａ．２０２０．Ｓ１．００５５．［１５］禹霖，严佳文，李建挥，等．长沙地区１８个桃花品种的观赏性评价［Ｊ］．经济林研究，２０２１，３９（１）：１９１－２００．ＹＵＬ，ＹＡＮＪＷ，ＬＩＪＨ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｎｏｒｎａ⁃ｍｅｎｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｆｌｏｗｅｒｉｎｇｐｅａｃｈｃｕｌｔｉｖａｒｓｉｎＣｈａｎｇｓｈａ［Ｊ］．ＮｏｎＷｏｏｄＦｏｒＲｅｓ，２０２１，３９（１）：１９１－２００．ＤＯＩ：１０．１４０６７／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－８９８１．２０２１．０１．０２３．［１６］邵锋，宁惠娟，包志毅，等．城市道路植物景观综合评价模型构建与应用［Ｊ］．东北林业大学学报，２０１１，３９（５）：１１１－１１４，１２８．ＳＨＡＯＦ，ＮＩＮＧＨＪ，ＢＡＯＺＹ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｌａｎｔｌａｎｄｓｃａｐｅｆｏｒｕｒｂａｎｒｏａｄｓ［Ｊ］．ＪＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒＵｎｉｖ，２０１１，３９（５）：１１１－１１４，１２８．ＤＯＩ：１０．１３７５９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｌｘｂ．２０１１．０５．０４０．［１７］李碧洳，翁殊斐，冯嘉仪，等．基于ＡＨＰ法构建龙船花属植物园林应用综合评价体系［Ｊ］．亚热带植物科学，２０１６，４５（２）：１６７－１７１．ＬＩＢＲ，ＷＥＮＧＳＦ，ＦＥＮＧＪＹ，ｅｔａｌ．ＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆＩｘｏｒａｐｌａｎｔｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｌａｎｄｓｃａｐｅａｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＳｕｂｔｒｏｐＰｌａｎｔＳｃｉ，２０１６，４５（２）：１６７－１７１．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－７７９１．２０１６．０２．０１５．［１８］赵焕臣，和金生，许树柏．层次分析法在科技管理中的应用［Ｊ］．科学学与科学技术管理，１９８５，６（６）：２３－２５．ＺＨＡＯＨＣ，ＨＥＪＳ，ＸＵＳＢ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＳｃｉＳｃｉＭａｎａｇＳ＆Ｔ，１９８５，６（６）：２３－２５．［１９］李周园，刘艳红，戴腾飞，等．应用层次分析法建立北京市引种乔木评价体系［Ｊ］．北京林业大学学报，２０１０，３２（Ｓ１）：１００－１０４．ＬＩＺＹ，ＬＩＵＹＨ，ＤＡＩＴＦ，ｅｔａｌ．ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｅｘｏｔｉｃｔｒｅｅｓｉｎＢｅｉｊｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＪＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒＵｎｉｖ，２０１０，３２（Ｓ１）：１００－１０４．ＤＯＩ：１０．１３３３２／ｊ．１０００－１５２２．２０１０．ｓ１．０３０．［２０］刘孟霞，张延龙，牛立新，等．运用层次－关联分析法综合评价加拿大引种草本花卉［Ｊ］．西北农业学报，２００９，１８（４）：２６１－２６６．ＬＩＵＭＸ，ＺＨＡＮＧＹＬ，ＮＩＵＬＸ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｎａｍｅｎｔａｌｆｌｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｆｒｏｍＣａｎａｄａｂｙｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｅｒａｒｃｈｙ⁃ｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｇｒｉｃＢｏｒｅａｌｉＯｃｃｉｄｅｎｔａｌｉｓＳｉｎ，２００９，１８（４）：２６１－２６６．［２１］芦建国，杜毅．层次分析法在高速公路缀花草地评价中的应用［Ｊ］．南京林业大学学报（自然科学版），２０１０，３４（３）：１６１－１６４．ＬＵＪＧ，ＤＵＹ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｆｌｏｗｅｒｍｅａｄｏｗｉｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｇｒｅｅｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪＮａｎｊｉｎｇＦｏｒＵｎｉｖ（ＮａｔＳｃｉＥｄ），２０１０，３４（３）：１６１－１６４．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２００６．２０１０．０３．０３３．［２２］蒋艾平，刘军，姜景民，等．基于层次分析法的乐东拟单性木兰优良种源选择［Ｊ］．林业科学研究，２０１５，２８（１）：５０－５４．ＪＩＡＮＧＡＰ，ＬＩＵＪ，ＪＩＡＮＧＪＭ，ｅｔａｌ．ＥｘｃｅｌｌｅｎｔｐｒｏｖｅｎａｎｃｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＰａｒａｋｍｅｒｉａｌａｔｕｎｇｅｎｓｉｓｂｙａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＦｏｒＲｅｓ，２０１５，２８（１）：５０－５４．ＤＯＩ：１０．１３２７５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｋｘｙｊ．２０１５．０１．００８．［２３］董筱昀，黄利斌，蒋泽平，等．基于层次分析法榉树无性系生长特性综合评价［Ｊ］．江苏林业科技，２０１９，４６（３）：３４－３８．ＤＯＮＧＸＹ，ＨＵＡＮＧＬＢ，ＪＩＡＮＧＺＰ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｗｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｅｅｃｈｃｌｏｎｅｓｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＪＪｉａｎｇｓｕＦｏｒＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，２０１９，４６（３）：３４－３８．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－７３８０．２０１９．０３．００８．［２４］宛谓敏，刘秀珍．中国物候观测方法［Ｍ］．北京：科学出版社，１９７９．ＷＡＮＷＭ，ＬＩＵＸＺ．ＰｈｅｎｏｌｏｇｉｃａｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｉｎＣｈｉｎａ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，１９７９．［２５］戴中武，沈立明，吴小倩，等．基于层次分析法对十六种独蒜兰属植物观赏价值综合评价［Ｊ］．北方园艺，２０２０（５）：７３－７９．ＤＡＩＺＷ，ＳＨＥＮＬＭ，ＷＵＸＱ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｏｒｎａｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｏｆｓｉｘｔｅｅｎＰｌｅｉｏｎｅｓｐｅｃｉｅｓｂａｓｅｄｏｎＡＨＰｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＮｏｒｔｈＨｏｒｔｉｃ，２０２０（５）：７３－７９．ＤＯＩ：１０．１１９３７／ｂｆｙｙ．２０１９１５０４．［２６］费英杰．柳树优良无性系在北京地区的观赏和用材价值评价［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１４．ＦＥＩＹＪ．ＴｈｅｏｒｎａｍｅｎｔａｌａｎｄｔｉｍｂｅｒｖａｌｕｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｗｉｌｌｏｗｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｌｏｎｅｓｉｎＢｅｉｊｉｎｇ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙ，２０１４．［２７］林秋金，林秀香，苏金强，等．１６种野牡丹科植物观赏性及适应性综合评价［Ｊ］．西南林学院学报，２０１０，３０（５）：３３－３７．ＬＩＮＱＪ，ＬＩＮＸＸ，ＳＵＪＱ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｐｐｒａｉｓａｌｏｎｏｒｎａｍｅｎ⁃ｔａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｌａｎｔｓｉｎｆａｍｉｌｙＭｅｌａｓｔｏｍａｔａｃｅａｅ［Ｊ］．ＪＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒＣｏｌｌ，２０１０，３０（５）：３３－３７．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１９１４．２０１０．０５．００８．［２８］苏梓莹，李斓，张茜莹，等．广东省特有兰科植物观赏性状综合评价［Ｊ］．热带作物学报，２０２０，４１（８）：１５６０－１５６５．ＳＵＺＹ，ＬＩＬ，ＺＨＡＮＧＸＹ，ｅｔａｌ．ＯｒｎａｍｅｎｔａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｅｎｄｅｍｉｃｏｒｃｈｉｄｓｆｒｏｍＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎＪＴｒｏｐＣｒｏｐｓ，２０２０，４１（８）：１５６０－１５６５．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－２５６１．２０２０．０８．００８．［２９］张少伟，翟飞飞，费英杰，等．８个柳树无性系的观赏价值与适应性研究［Ｊ］．西南林业大学学报，２０１７，３７（４）：４１－４６．ＺＨＡＮＧＳＷ，ＺＨＡＩＦＦ，ＦＥＩＹＪ，ｅｔａｌ．Ｏｒｎａｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ８ｗｉｌｌｏｗｃｌｏｎｅｓ［Ｊ］．ＪＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒＵｎｉｖ，２０１７，３７（４）：４１－４６．ＤＯＩ：１０．１１９２９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１９１４．２０１７．０４．００７．（责任编辑㊀王国栋）６７１. All Rights Reserved.。
耧斗菜的遗传结构研究
耧斗菜的遗传结构研究耧斗菜(Aquilegia viridiflora)隶属于毛茛科(Ranunculaceae)耧斗菜属(Aquilegia),该属共包括70多个物种,广泛分布于北半球温带地区。
我国大概分布有13个耧斗菜属物种,其中耧斗菜是分布比较广泛的物种之一。
本实验选取了耧斗菜这个物种内的7个自然居群作为研究对象。
这些自然群体广泛分布于我国的东北与华北地区,并在花的形态和颜色方面存在显着差异。
为了研究该物种的遗传结构,我们运用了单拷贝核基因标记的方法对耧斗菜这7个自然居群共计100个个体的三个核基因(ADH,OGGA,gEST-8)和十个叶绿体基因(trnD-psbM、matK、ndhJ-trnF ndhC-trnV、Ycf6-psbM、rps12-rp120、atpH-atpL、ndhA、trnC-ycf6和trnC-rpoB)进行遗传结构分析。
根据所获得的数据,我们进行了遗传结构(Genetic structure)、单倍型网络支系图(Haplotype network)和系统发育树(Phylogenetic tree)等相关方面的分析。
根据遗传多样性结果分析显示,该物种的各个居群都具有较高的遗传多样性(Genetic diversity)。
单倍型网络支系结果显示该物种内各居群间的单倍型在各个地区的比例差异并不明显。
此外,根据遗传分化分析显示,耧斗菜物种内各居群间出现了一定程度的遗传分化。
综合以上所有结果,耧斗菜各居群间的花在形态颜色上已出现了较为显着的差别,同时在遗传水平上也出现了一定程度的分化。
基于这些结果,我们初步推断导致该现象产生的原因可能是不同的居群在进化的过程中在地理隔离作用下的遗传漂变以及不同自然环境下的选择压力使它们逐渐产生了表型与遗传分化。
旱柳F1群体速生性和冠型的群体评价
旱柳F1群体速生性和冠型的群体评价作者：江钰娜冯汶祥高俊峰吴瑜玮冯志聪黄婧柯张健刘国元来源：《安徽农业科学》2020年第20期摘要林木是重要的工业原料，也是最稳定且最经济的纤维原料。
开展柳树速生性和冠型的研究是解决我国木材原料短缺的有效手段。
对195个5年树龄的杂种F1代进行树高、胸径、枝角等表型的测定，通过相关分析等发现高生长和径生长有极显著相关性，枝角与高生长存在较显著负相关。
进一步通过主成分分析，筛选出18个窄冠速生的新品系，其中包括4个雄性株系。
该研究为研究柳树速生性和冠型的遗传机制以及进行柳树新品种的选育奠定了基础。
关键词旱柳;速生;冠型;F1群体中图分类号 S792.12 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2020）20-0123-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.033Evaluation on Fast-growth and Crown Type of F1 Population of Salix matsudanaJIANG Yu-na， FENG Wen-xiang， GAO Jun-feng et al（College of Life Sciences， Nantong University， Nantong， Jiangsu 226019）Abstract Trees are important industrial raw materials and the most stable and economical fiber raw materials. The research on the fast-growing and crown type of willow is important to solve the shortage of wood. In this study， tree height， DBH and branch angle of 195 F1 generations were measured. Combining the anova analysis and correlation analysis， we found that hight growth and diameter growth showed a very significant correlation. While the branch angle and hight growth showed significant negative correlation. Under the principal component analysis， we further identified 18 narrow crown and fast-growing generations， including 4 male generations. These results provided an important foundation for further studies of the genetics of fast-growing and crown type， and can be utilized for willow improvement in the future.Key words Salix matsudana;Fast-growth;Crown type;F1 population林业在陆地生态的保护和修复中具有十分重要的作用。
中国传统名优绿豆品种形态性状遗传多样性研究
与处理 ３ （ 无 氮 区 ） 比较 ，亩 增 产 ２ ３ ． ８ ，增 收 效 应 的作 用偏 大 ， 从 而对 产 量产 生 相应 的影 响 ， 有待 １ ６ ８元 。 为此 ， 从 实 际生 产 出发 。 以处理 ５ 、 处 理 ４为 于今 后进 一 步的试 验验证 。 好， 既减 少 了化 肥成 本 （ 氮肥） ， 又 可获 得 较好 的 产量
增长 ， 但 处理 ６仅 比处理 ３ （ 无氮 区） 亩增 产 １ ２ ． １ ｋ ｇ ． 后期 贪 青徒 长 ， 成 熟期 延 长 ， 花生 苗 生长 旺盛 结 籽不
增 收仅 ５ ５ ． １ 元 。处理 ５ （ 优化 氮 区 ） 与 处理 ２ （ 优 化施 多 ， 水 荚较 多 ， 从 而影 响产 量 。 肥 区） 相 比， 氮 肥 用 量减 少 了一 半 ， 但 亩产 量 却 增 加 （ ３ ） 处理 ３ — ６各小 区 之 间的产 量 差别 较 大 ， 但 没
肥） 增产 ， 且处理 ５ （ 优化 氮 区 ） 、 处理 ２ （ 优 化施 肥 区 ） 和效 益 ， 适 用 于大 田生产 。
较 常规施肥具有较 明显 的增产及效益 ，亩增 １ ５ ２ ． ８ ｋ ｇ 、
（ ２ ） 据 田间观 察记 载 ， 处理 ３ （ 无氮区） 早 春 花生
１ ２ ４ ． １ ， 增产 ７ ７ ． ９ ％、 ６ ３ ＿ ３ ％。除处理 ６ （ １ ３ ０ ％优 化氮 苗 后期 早 衰退 黄较 快 ， 表 现 出提 前早 熟现 象 ， 结 籽率 区） 外。 随着 氮 肥 用 量 的增 加 ． 早 春 花 生产 量 也 随之 低 ， 产量不 高 。处 理 ６ （ １ ３ ０ ％优化氮 区 ） 早 春花 生生长
柽柳群体遗传变异研究
柽柳群体遗传变异研究柽柳具有很高的抗盐碱能力和耐水湿能力,是沿海滩涂最适宜发展的树种之一。
本研究以柽柳主要分布区形成一定规模的9个天然群体及1个当地起源的群体为材料,从扦插生长特性到核基因组及叶绿体基因组水平上进行了较为系统的遗传变异研究,以期为柽柳遗传多样性保护及利用策略提供依据。
主要结果如下：柽柳扦插具有较高的成活率,将是今后柽柳良种繁育的主要途径。
柽柳不同种源(群体)扦插苗在扦插成活率、生长量、分枝数、最粗枝直径等性状均存在变异,有的差异在群体间达到显著或极显著水平,在无性系间差异更大。
在柽柳良种选育中,既要注重种源间的差异,更要利用无性系间的变异。
柽柳无性系3年生时的生长表现与1年生时有明显区别,说明无性系的速生性需要一定的时间才能体现,柽柳无性系选育需经过多年的栽培试验。
利用柽柳属植物22724条EST序列拼接得到8490条无冗余独立基因序列,通过PRIMER5.0软件设计了引物164对,随机合成75对,在柽柳中有40对SSR 引物能扩增出清晰条带,可用于柽柳遗传变异的检测,其中14对在本研究材料中具有多态性。
14对由EST序列开发来的SSR引物和2对由核基因组富集文库得来gSSR在10个群体中共扩增出70个等位基因,每个位点平均扩增出等位基因(A)4.3750个,有效等位基因数(Ne)平均为2.7580个,平均期望杂合度(He)为0.5916,Nei多样性指数(h)为0.5906,Shannon多样性指数(Ⅰ)平均为1.0689,柽柳具有较高的遗传多样性。
群体水平上各群体遗传多样性相近,最高为浙江慈溪群体2,为0.5759,最低的为浙江海盐群体为0.5512。
柽柳遗传变异主要存在于群体内,群体间遗传分化系数较低,仅有5%左右的变异存在于群体间(Gst平均为0.0503,Fst=0.0512)。
基因流Nm为4.7635。
群体平均观察杂合度(Ho)为0.5257,低于平均期望杂合度,表明群体中纯合子过量,群体平均固定指数为0.0765。
能源作物柳枝稷体外花器官逆转鉴定分析及相关基因功能研究
能源作物柳枝稷体外花器官逆转鉴定分析及相关基因功能研究植物发育到一定的时期时,在合适的内部及外界因素的共同作用下,其个体将由营养生长转变为生殖生长。
农业生产中,正常开花是以种子和果实为收获对象的农作物获得高产的重要前提。
一般情况下,植物花器官发育是一个不可逆的过程,然而一些植物在特殊的自身条件和环境条件影响下,已形成的花器官会再次进入营养生长状态,从而发生花器官逆转。
柳枝稷（Panicum virgatum L.）是一种高大型禾草植物,具有耐旱、耐瘠薄、易于管理、生物质产量高等特点,在国际上被认定为模式能源作物。
本研究发现,伸长期第4期的柳枝稷材料‘Alamo’的茎端已发育出长为1 cm左右的幼穗,以该时期茎端为外植体进行体外培养发生了花器官逆转,通过解剖学、组织学及细胞学分析对此进行了证实,之后通过转录组技术获得了可能参与到花器官逆转中的基因,并对其中部分基因的功能进行了生物学验证。
主要研究结果如下:1.柳枝稷茎端在穗芽诱导培养基(MS+3mg.L<sup>-1</sup> 6-BA)上形成了不同类型的再生芽。
通过对再生芽形态及分布特征分析发现,第一类再生芽由外植体节上所携带的腋芽发育而来,第二类再生芽由外植体节上诱导出的愈伤组织分化而来,第三类再生芽由柳枝稷幼穗上的小花原基发育而来。
通过对第三类再生芽及其相邻的未完全逆转小花和正常小花进行组织切片观察发现,第三类再生芽中原本应发育成花器官的组织已退化,其生长点处形成凸起,重新进入了营养生长,而与其相邻的未完全逆转小花中虽有内外稃及雄蕊存在,但中心位置无胚珠结构,而是形成了球状营养器官。
这些结果表明第三类再生芽是由小花生长点发育模式转变而来,而非小花中形成的不定芽,即柳枝稷幼穗诱导产生的再生芽来自花器官逆转。
2.对穗芽诱导培养基上诱导出的柳枝稷花逆转材料和MS培养基上诱导出的体外花发育材料以及未培养的幼穗进行转录组分析,根据不同材料所处的发育时期及不同的发育方向推测认为,花逆转材料与另两组材料相比均存在表达量差异而另两组材料相比无表达量差异的基因可能参与到花器官逆转。
柳枝稷BiP 基因的鉴定、表达分析和抗逆境功能
江苏农业学报(ＪｉａｎｇｓｕＪ.ｏｆＡｇｒ.Ｓｃｉ.)ꎬ２０２２ꎬ３８(４):８８９￣８９９ｈｔｔｐ://ｊｓｎｙｘｂ.ｊａａｓ.ａｃ.ｃｎ宋㊀刚ꎬ方志刚ꎬ王玉龙ꎬ等.柳枝稷ＢｉＰ基因的鉴定㊁表达分析和抗逆境功能[Ｊ].江苏农业学报ꎬ２０２２ꎬ３８(４):８８９￣８９９.ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣４４４０.２０２２.０４.００４柳枝稷ＢｉＰ基因的鉴定㊁表达分析和抗逆境功能宋㊀刚１ꎬ２ꎬ㊀方志刚３ꎬ㊀王玉龙２ꎬ㊀蔡庆生２(１.江苏农林职业技术学院茶与食品科技学院ꎬ江苏句容２１２４００ꎻ２.南京农业大学生命科学学院ꎬ江苏南京２１００９５ꎻ３.喀什大学生命与地理科学学院ꎬ新疆喀什８４４０９９)收稿日期:２０２１￣１２￣１６基金项目:国家自然科学基金面上项目(３１３７２３５９)ꎻ江苏省教育厅面上项目(１９ＫＢ１８００１５)作者简介:宋㊀刚(１９７８－)ꎬ男ꎬ江苏盐城人ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ主要从事植物环境生理和快繁技术的研究ꎮ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｓｏｎｇｇａｎｇ＠ｊｓａｆｃ.ｅｄｕ.ｃｎ通讯作者:蔡庆生ꎬ(Ｔｅｌ)０２５￣８４３９５１８７ꎻ(Ｅ￣ｍａｉｌ)ｑｓｃａｉ＠ｎｊａｕ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀摘要:㊀有害环境条件对植物生长发育有不利影响ꎬ并会引起蛋白质变性或错误折叠ꎮ分子伴侣之一的绑定蛋白(ＢｉＰ)通过减轻错误折叠蛋白质引起的内质网应激发挥重要的保护作用ꎮ柳枝稷(ＰａｎｉｃｕｍｖｉｒｇａｔｕｍＬ.)是一种原产于北美㊁多年生Ｃ４型禾本科植物ꎮ由于其生物量大㊁适应性强ꎬ近年来被作为能源植物研究和利用ꎮ为明确柳枝稷中ＢｉＰ基因及其在逆境下的表达和功能ꎬ本研究通过对柳枝稷基因组数据本地ＢＬＡＳＴ比对ꎬ结合具有ＢｉＰ保守结构域和内质网驻留信号序列(ＨＤＥＬ)特征筛选的条件ꎬ共在柳枝稷基因组中鉴定出４个ＢｉＰ基因ꎬ命名为ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ１ｂ㊁ＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３ꎬ分别位于１号和５号染色体上ꎮ多物种序列比对和进化分析结果表明ꎬＰｖＢｉＰｓ具有ＢｉＰ蛋白典型功能结构域ꎬＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ１ｂ聚成一个进化枝ꎬ并与水稻ＯｓＢｉＰ１聚为一类ꎬ都含有７个内含子结构ꎻＰｖＢｉＰ２与ＰｖＢｉＰ３聚为另一进化枝ꎬ无内含子结构ꎮ上游２ｋｂ启动子序列分析结果表明ꎬＰｖＢｉＰｓ主要包括胁迫防御和激素应答顺式作用元件ꎮＰｖＢｉＰｓ受内质网胁迫诱导剂二硫苏糖醇诱导表达ꎬ在ＮａＣｌ㊁ＰＥＧ㊁ＡＢＡ和ＣｄＣｌ２胁迫下表现出上调表达ꎬＰｖＢｉＰ２相对表达量的峰值最高ꎮ将ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ２与ＰｖＢｉＰ３克隆至ｐＧＡＤ４２６载体并转化酵母ꎬ在ＣｄＣｌ２㊁ＮａＣｌ和甘露醇胁迫下进行耐性验证ꎬ结果显示ꎬ３个基因对镉和盐胁迫都有耐性ꎬ对甘露醇胁迫无耐性ꎮ本研究结果将为深入挖掘柳枝稷ＢｉＰ基因功能㊁提升柳枝稷在逆境下尤其是对重金属镉胁迫的耐性提供理论基础ꎮ关键词:㊀柳枝稷ꎻＢｉＰꎻ表达分析ꎻ胁迫ꎻ酵母转化中图分类号:㊀Ｑ７８６㊀㊀㊀文献标识码:㊀Ａ㊀㊀㊀文章编号:㊀１０００￣４４４０(２０２２)０４￣０８８９￣１１ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎａｄｖｅｒｓｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＢｉＰｉｎｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓＳＯＮＧＧａｎｇ１ꎬ２ꎬ㊀ＦＡＮＧＺｈｉ￣ｇａｎｇ３ꎬ㊀ＷＡＮＧＹｕ￣ｌｏｎｇ２ꎬ㊀ＣＡＩＱｉｎｇ￣ｓｈｅｎｇ２(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅａａｎｄＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＪｉａｎｇｓｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙꎬＪｕｒｏｎｇ２１２４００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅＳｃｉ￣ｅｎｃｅｓꎬＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９５ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＬｉｆｅａｎｄＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＫａｓｈｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＫａｓｈｉ８４４００６ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ａｄｖｅｒｓｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｈａｖｅｄｅｔｒｉｍｅｎｔａｌｉｍｐａｃｔｏｎｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔꎬａｎｄｃａｎｃａｕｓｅｐｒｏｔｅｉｎｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎｏｒｍｉｓｆｏｌｄｉｎｇ.Ａｓｏｎｅｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｈａｐｅｒｏｎｅｓꎬｔｈｅｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎ(ＢｉＰ)ｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｂｙａｌｌｅｖｉａｔｉｎｇｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍ(ＥＲ)ｓｔｒｅｓｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｍｉｓｆｏｌｄｅｄｐｒｏｔｅｉｎｓ.Ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ(ＰａｎｉｃｕｍｖｉｒｇａｔｕｍＬ.)ｉｓａｋｉｎｄｏｆｐｅｒｅｎｎｉａｌＣ４ｐｌａｎｔｏｆｇｒａｓｓｆａｍｉｌｙｏｒｉｇｉｎａｔｅｄｆｒｏｍＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａꎬｉｔｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｕｔｉｌｉｚｅｄａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｒｏｐｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｄｕｅｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｂｉｏｍａｓｓｙｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｏｎｇａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ.ＴｏｉｄｅｎｔｉｆｙＢｉＰｇｅｎｅｓｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓａｎｄｔｈｅｉｒｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎａｄｖｅｒｓｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬｌｏｃａｌＢＬＡＳＴｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｇｅｎｏｍｉｃｄａｔａｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔꎬｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｓｃｒｅｅｎｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＢｉＰｃｏｎｓｅｒｖｅｄｄｏｍａｉｎａｎｄＥＲｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｅｑｕｅｎｃｅＨＤＥＬꎬｆｏｕｒＢｉＰｇｅｎｅｓｎａｍｅｄＰｖＢｉＰ１ａꎬＰｖＢｉＰ１ｂꎬＰｖＢｉＰ２ａｎｄＰｖＢｉＰ３ｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｆｒｏｍｔｈｅｇｅｎｏｍｅｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓꎬｗｈｉｃｈｌｏｃａｔｅｄｏｎｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ１ａｎｄ５ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｒｅｓｕｌｔｓ９８８ｏｆｍｕｌｔｉ￣ｓｐｅｃｉｅｓｓｅｑｕｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔꎬＰｖＢｉＰｓｈａｄｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｏｆＢｉＰꎬＰｖＢｉＰ１ａａｎｄＰｖＢｉＰ１ｂｃｌｕｓｔｅｒｅｄｉｎｔｏａｃｌａｄｅꎬａｎｄｃｌｕｓｔｅｒｅｄｉｎｔｏａｃａｔｅｇｏｒｙｗｉｔｈｒｉｃｅＯｓＢｉＰ１ꎬｂｏｔｈＰｖＢｉＰ１ａａｎｄＰｖＢｉＰ１ｂｃｏｎ￣ｔａｉｎｅｄｓｅｖｅｎｉｎｔｒｏｎｓ.ＰｖＢｉＰ２ａｎｄＰｖＢｉＰ３ｃｌｕｓｔｅｒｅｄｉｎｔｏａｎｏｔｈｅｒｃｌａｄｅꎬａｎｄｎｅｉｔｈｅｒｏｆｔｈｅｍｈａｄｉｎｔｒｏｎ.Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｕｐ￣ｓｔｒｅａｍ２ｋｂｐｒｏｍｏｔｅｒｓｅｑｕｅｎｃｅｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔꎬｔｈｅＰｖＢｉＰｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｃｉｓ￣ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｓｔｒｅｓｓｄｅｆｅｎｓｅａｎｄｈｏｒｍｏｎｅｒｅｓｐｏｎｓｅ.ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｏｆＰｖＢｉＰｓｗｅｒｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙＥＲｓｔｒｅｓｓｉｎｄｕｃｅｒｄｉｔｈｉｏｔｈｒｅｉｔｏｌａｎｄｗｅｒｅｕｐ￣ｒｅｇｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒＮａＣｌꎬｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌꎬＡＢＡａｎｄＣｄＣｌ２ｓｔｒｅｓｓｅｓ.ＡｍｏｎｇｔｈｅｍꎬＰｖＢｉＰ２ｈａｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｐｅａｋｖａｌｕｅｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｌｅｖｅｌ.ＰｖＢｉＰ１ａꎬＰｖＢｉＰ２ａｎｄＰｖＢｉＰ３ｗｅｒｅｔｈｅｎｃｌｏｎｅｄｉｎｔｏｐＧＡＤ４２６ｖｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｖｅｃｔｏｒｗａｓｕｓｅｄｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｙｅａｓｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｔｏｌｅｒａｎｃｅｕｎｄｅｒＣｄＣｌ２ꎬＮａＣｌａｎｄｍａｎｎｉｔｏｌｓｔｒｅｓｓｅｓ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔꎬＰｖＢｉＰｓｗｅｒｅｔｏｌｅｒａｎｔｔｏＣｄｓｔｒｅｓｓａｎｄｓａｌｔｓｔｒｅｓｓꎬｂｕｔｗｅｒｅｎｏｔｔｏｌｅｒａｎｔｔｏｍａｎｎｉｔｏｌｓｔｒｅｓｓ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＢｉＰｇｅｎｅｉｎｓｗｉｔｃｈ￣ｇｒａｓｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｏｌｅｒａｎｃｅｔｏａｄｖｅｒｓｅｓｉｔｕａｔｉｏｎ(ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｕｎｄｅｒＣｄｓｔｒｅｓｓ)ｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓꎻＢｉＰꎻｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓꎻｓｔｒｅｓｓꎻｙｅａｓｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ㊀㊀内质网(ＥｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍꎬＥＲ)是所有真核生物细胞中蛋白质的分泌场所ꎬ其介导了蛋白质合成㊁折叠和组装ꎬ负责调节新生蛋白质的质量[１]ꎮ在ＥＲ腔体空间内ꎬ由驻留的分子伴侣蛋白执行这些任务和功能ꎬ如属于热激蛋白７０家族(Ｈｓｐ７０)的免疫重链绑定蛋白(ＢｉＰ)ꎮ为了维持ＥＲ功能的精确性ꎬ细胞演化出一种蛋白质监控信号通路 未折叠蛋白应答途径(ＵＰＲ)[２￣４]ꎮＥＲ系统在遭受外来胁迫(如高温㊁干旱㊁盐害等)时ꎬ细胞内会积累大量未折叠蛋白或错误折叠蛋白ꎬ发生ＥＲ胁迫ꎬ此时细胞会启动ＵＰＲ[５]ꎮ为恢复体内蛋白质合成的平衡ꎬ植物细胞需要通过上调编码内质网分子伴侣和折叠酶的基因来重建蛋白质折叠能力和需求之间的平衡ꎬＢｉＰ即为这些基因之一[６]ꎮ类似Ｈｓｐ７０家族中其他同源蛋白ꎬＢｉＰ具有２个保守结构域:Ｎ端相对分子质量大约４４０００的ＡＴＰ绑定结构域(ＡＢＤ)ꎬＣ端相对分子质量大约１６０００的多肽绑定结构域(ＰＢＤ)ꎮＰＢＤ结构域负责与未折叠蛋白质底物结合ꎬ并受与ＡＢＤ结构域结合的核苷酸调控[７]ꎮＢｉＰ还包括一个Ｃ端ＥＲ驻留信号(ＥＲｒｅｔｅｎｔｉｏｎｓｉｇ￣ｎａｌｓ)ꎬ功能是使蛋白质留在ＥＲ内腔ꎬ在植物中其氨基酸序列通常是 ＨＤＥＬ ꎬ在哺乳动物中是 ＫＤＥＬ [８]ꎮＢｉＰ在酵母和哺乳动物中是单个存在的ꎬ但在高等植物中是小且高度保守的基因家族并且分散在基因组内ꎬ如大豆中含２个[９]ꎬ拟南芥[１０]㊁小麦[１１]和辣椒[１２]中都含有３个ꎬ烟草[１３]和水稻[１４]中则均含有６个ꎮ研究结果表明ꎬ过表达ＢｉＰ能增强植物对环境胁迫的耐受性ꎮ大豆ＢｉＰ在烟草[１５]和大豆[１６]中的过表达ꎬ通过防止内源性氧化应激ꎬ赋予转基因植物抗旱性ꎮ过表达辣椒ＣａＢｉＰ１的拟南芥转基因植株自身降低了活性氧积累量ꎬ增加了保水性ꎬ刺激ＵＰＲ通路和相关应激基因的表达ꎬ提高了对多个环境胁迫的耐受性ꎬ包括热㊁渗透㊁盐和干旱[１７]ꎮ此外ꎬ枸杞ＬｃＢｉＰ在烟草中过表达提升了烟草对重金属Ｃｄ的耐受性[１８]ꎮ柳枝稷(ＰａｎｉｃｕｍｖｉｒｇａｔｕｍＬ.)为原产于北美的多年生暖季Ｃ４型禾本科植物ꎬ根系发达ꎬ抗旱能力强ꎬ产量高ꎬ适合在边际土地中生长[１９￣２０]ꎮ由于低成本和高生物量ꎬ尤其纤维素含量高ꎬ使其成为理想的生物质能源植物[２１]ꎮ研究指出ꎬ在重金属污染尤其是Ｃｄ污染土地上种植柳枝稷为代表的能源植物可实现生物质资源开发与污染土地利用的双赢[２２]ꎬ因此提升柳枝稷对重金属Ｃｄ的耐受性就显得尤为重要ꎮ植物ＢｉＰ基因在细胞中响应ＵＰＲꎬ逆境条件下表现出多样化功能ꎬ可作为柳枝稷提升耐性的候选基因ꎬ但关于柳枝稷ＢｉＰ基因的研究还未见报道ꎮ本研究对柳枝稷ＢｉＰ基因进行鉴定ꎬ分析非生物胁迫下ＢｉＰ基因的表达模式和功能ꎬ为柳枝稷分子改良ꎬ提升其对重金属尤其Ｃｄ的耐受性提供理论基础ꎮ１㊀材料与方法１.１㊀植物材料和试验处理选取大小一致㊁均匀饱满的柳枝稷品种Ａｌａｍｏ种子在５０％的硫酸中浸泡(摇床振荡)２０ｍｉｎꎬ用去离子水冲洗干净ꎬ再用７０％乙醇溶液浸泡３０ｍｉｎꎬ用去离子水冲洗干净ꎬ播种于盛有去离子水的培养盒水面的塑料滤网上发芽ꎬ培养温度为(２５ʃ２)ħꎬ相对湿度７０％ꎬ光照每天１２ｈꎮ待柳枝稷发芽生长至３张幼叶时ꎬ将大小一致的健壮幼苗转移至塑料烧杯中水培ꎬ培养条件设置为:温度３０ħ(日)/２０ħ(夜)ꎬ光周期１４ｈ(日)/１０ｈ(夜)ꎮ培养过程中每隔１ｄ调整烧杯的位置ꎬ降低边缘效应[２３]ꎮ０９８江苏农业学报㊀２０２２年第３８卷第４期待植株生长至５张全展叶时用０ １ｍｍｏｌ/Ｌ脱落酸(ＡＢＡ)和１５ ０ｍｍｏｌ/Ｌ二硫苏糖醇(ＤＴＴ)喷施处理ꎬ以正常生长植株为对照ꎬ在喷施处理后０ｈ㊁３ｈ㊁６ｈ㊁１２ｈ和２４ｈ分别采集叶片为样品ꎮ对幼苗分别用２００ｍｍｏｌ/ＬＮａＣｌ㊁２００ｇ/Ｌ聚乙二醇(ＰＥＧ)㊁５０μｍｏ/ＬＣｄＣｌ２水溶液培养ꎬ进行盐胁迫㊁干旱渗透胁迫和重金属Ｃｄ胁迫处理ꎬ处理后在０ｈ㊁１ｈ㊁３ｈ㊁６ｈ㊁１２ｈ和２４ｈ６个时间点进行全株采样[２４]ꎮ样品经液氮速冻后存放于－８０ħ用于ＲＮＡ提取ꎮ本试验每个处理设置３个生物学重复和２个技术重复ꎮ１.２㊀试验试剂㊁菌株和载体实时荧光定量ＰＣＲ试剂盒ＲｏｃｈｅＳＹＢＲＧＲＥＥＮＭａｓｔｅｒ(ＲＯＸ)购自罗氏(Ｒｏｃｈｅ)公司ꎬＴ４连接酶㊁限制性内切酶购自ＮＥＢ公司ꎬ植物基因组ＤＮＡ提取试剂盒购自原平皓(天津)生物技术有限公司ꎬ植物ＲＮＡ提取试剂盒㊁质粒提取试剂盒㊁ＰＣＲ产物回收试剂盒㊁琼脂糖凝胶ＤＮＡ回收试剂盒均购自ＯＭＥＧＡ公司ꎬ其他化学试剂与耗材统一购自南京寿德实验器材有限公司ꎮ大肠杆菌菌株ＤＨ５α㊁酵母菌株ＹＣＦ１㊁Ｇ１９㊁ＨＯＧ１以及入门载体ｐＥＮＤ￣ｌｉｎｋｅｒ和酵母表达载体ｐＧＡＤ４２６均由南京农业大学草业学院草坪生理生化实验室馈赠ꎮ１.３㊀生物信息学分析柳枝稷参考基因组数据下载自植物基因组网站Ｐｈｙｔｏｚｏｍｅ(ｈｔｔｐ://ｐｈｙｔｏｚｏｍｅ.ｊｇｉ.ｄｏｅ.ｇｏｖ/ꎬＰａｎｉｃｕｍＶｉｒｇａｔｕｍ＿５１６＿Ｖ５.１)ꎬ从美国国家生物技术信息中心(ＮＣＢＩ)网站(ｈｔｔｐｓ://ｗｗｗ.ｎｃｂｉ.ｎｌｍ.ｎｉｈ.ｇｏｖ/)检索ＢｉＰ蛋白并下载序列ꎬ将下载序列与柳枝稷蛋白质序列进行本地ＢＬＡＳＴ比对ꎮ比对上的序列通过ＣＤＤ(ＣｏｎｓｅｒｖｅｄＤｏｍａｉｎＤａｔａｂａｓｅ)数据库(ｈｔｔｐｓ://ｗｗｗ.ｎｃｂｉ.ｎｌｍ.ｎｉｈ.ｇｏｖ/ｃｄｄ)检索是否具有ＧＰＲ７８/ＢｉＰ/ＫＡＲ２保守结构域(ＫＯＧ数据库编号ＫＯＧ０１００)[２５]ꎬ如有则为ＢｉＰ候选序列ꎮ再检查候选序列Ｃ端是否含有ＥＲ驻留信号序列 ＨＤＥＬ 以确定ＢｉＰꎮ使用在线工具ＰＲＯＴＰＡＲＡＭ(ｈｔｔｐ://ｗｅｂ.ｅｘｐａｓｙ.ｏｒｇ/ｐｒｏｔｐａｒａｍ/)预测分析ＢｉＰ蛋白质编码氨基酸序列大小㊁相对分子质量㊁等电点和氨基酸残基的疏水性ꎮ用ＷＯＬＦＰＳＯＲＴ(ｈｔｔｐｓ://ｗｗｗ.ｇｅｎ￣ｓｃｒｉｐｔ.ｃｏｍ/ｗｏｌｆ￣ｐｓｏｒｔ.ｈｔｍｌ)预测蛋白质亚细胞定位ꎬ用ＳｉｇｎａｌＰ５.０(ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｃｂｓ.ｄｔｕ.ｄｋ/ｓｅｒｖｉｃｅｓ/Ｓｉｇ￣ｎａｌＰ/)预测蛋白质信号肽位点ꎮ多序列比对采用ＭＥＧＡ７.０完成ꎬ通过ＭＥＧＡ７.０构建多物种系统发育树(Ｎｅｉｇｈｂｏｒ￣ｊｏｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬｂｏｏｔｓｔｒａｐ＝１０００)ꎮ使用ＭＥＭＥ(ｈｔｔｐ://ｍｅｍｅ.ｎｂｃｒ.ｎｅｔ/ｍｅｍｅ/)网站鉴定ＰｖＢｉＰｓ的保守基序(ｍｏｔｉｆ)ꎬｍｏｔｉｆ的最大数目设定为１０个ꎬｍｏｔｉｆ长度为６~１００个氨基酸ꎬ其他参数默认设置ꎮ从柳枝稷基因组注释文件中提取出ＢｉＰ基因的注释信息ꎬ导入ＧｅｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＤｉｓｐｌａｙＳｅｒｖｅｒ(ＧＳ￣ＤＳ)网站(ｈｔｔｐ://ｇｓｄｓ.ｃｂｉ.ｐｋｕ.ｅｄｕ.ｃｎ/)分析基因的外显子￣内含子结构ꎮ提取ＰｖＢｉＰｓ上游２ｋｂ启动子序列ꎬ使用ＰｌａｎｔＣＡＲＥｖ１.０(ｈｔｔｐ://ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ.ｐｓｂ.ｕｇｅｎｔ.ｂｅ/ｗｅｂｔｏｏｌｓ/ｐｌａｎｔｃａｒｅ/ｈｔｍｌ/)数据库进行顺式作用元件分析ꎮ１.４㊀植物基因组ＤＮＡ和总ＲＮＡ提取㊁ｃＤＮＡ合成与实时荧光定量ＰＣＲ㊀㊀取柳枝稷新鲜植物组织０.１ｇꎬ用植物基因组ＤＮＡ提取试剂盒[原平皓(天津)生物技术有限公司产品]提取ｇＤＮＡꎮ取柳枝稷幼苗全株样１００ｍｇ并用液氮速冻ꎬ使用ＯＭＥＧＡＥ.Ｚ.Ｎ.Ａ. ｐｌａｎｔＲＮＡＫｉｔ提取植物总ＲＮＡꎮ以２μｇ总ＲＮＡ为模板ꎬ使用ＲＮＡ反转录试剂盒反转录合成ｃＤＮＡꎮ利用在线引物设计工具(ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｇｅｎｓｃｒｉｐｔ.ｃｏｍ/ｔｏｏｌｓ.ｈｔｍｌ＃ｂｉｏｌｏｇｙ)设计扩增引物ꎬ引物序列见表１ꎬ内参基因使用ＰｖＦＴＳＨ４[２６]ꎬ引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成ꎮｑＲＴ￣ＰＣＲ反应体系:２ˑＳＹＢＲＧｒｅｅｎＩＭａｓｔｅｒ１０ ０μｌ㊁ｃＤＮＡ２ ５μｌ㊁Ｇｅｎｅｎｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｉｍｅｒｓｆ(Ｆ/Ｒ)２ ５μｌꎬ添加ｄｄＨ２Ｏ至２０ ０μｌꎮ反应程序:９５ħ１０ｍｉｎꎬ９５ħ１５ｓꎬ６０ħ２０ｓꎬ荧光信号检测ꎬ４０个循环ꎮ试验在ＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｓｙｓｔｅｍｓ７５００ｒｅａｌ￣ｔｉｍｅＰＣＲｓｙｓｔｅｍ(ＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏ￣ｓｙｓｔｅｍｓꎬＦｏｓｔｅｒＣｉｔｙꎬＣＡꎬＵＳＡ)上进行ꎬ每个处理设置３次独立生物学重复和２次技术重复取样ꎬ采用２－әәＣｔ法计算基因相对表达量ꎮ１.５㊀柳枝稷ＰｖＢｉＰ基因克隆㊁酵母异源表达与抗性分析㊀㊀根据ＰｖＢｉＰ基因编码序列(ＣｏｄｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅꎬＣＤＳ)ꎬ设计合成引物(表１)ꎬ以ｇＤＮＡ为模板ꎬ通过Ｑ５高保真ＤＮＡ聚合酶扩增获得目的基因片段ꎬＰＣＲ反应体系为:Ｑ５Ｒｅａｃｔｉｏｎｂｕｆｆｅｒ１０ ０μｌ㊁Ｑ５ＧＣＥｎｈａｎｃｅｒ１０ ０μｌ㊁ｄＮＴＰＭｉｘ４ ０μｌ㊁ＴｅｍｐｌａｔｅｇＤＮＡ４ ０μｌ㊁Ｆ＋Ｒ(２ ５μｌ＋２ ５μｌ)㊁Ｑ５ｈｉｇｈ￣ｆｉｄｅｌｉｔｙＤＮＡｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ０ ５μｌꎬ添加ｄｄＨ２Ｏ至５０ ０μｌꎮ反１９８宋㊀刚等:柳枝稷ＢｉＰ基因的鉴定㊁表达分析和抗逆境功能应程序为:９８ħ预变性３ｍｉｎꎻ９８ħ变性３０ｓꎬ６３ħ退火１０ｓꎬ７２ħ延伸１ｍｉｎꎬ３０个循环ꎻ７２ħ延伸５ｍｉｎꎬ１０ħꎬ１０ｍｉｎꎮ用Ｅ.Ｚ.Ｎ.ＡＧｅｌＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＫｉｔ￣Ｓｐｉｎ试剂盒回收产物ꎮ将双酶切后的入门载体ｐＥＮＤ￣ｌｉｎｋｅｒ与ＰｖＢｉＰ目的基因片段连接ꎬ转化大肠杆菌感受态细胞ＤＨ５αꎬ挑取阳性克隆进行ＰＣＲ检测ꎮ选取与目标条带大小一致的菌液提取质粒ꎬ送南京擎科生物科技有限公司测序ꎮ提取测序结果正确的阳性克隆质粒ꎬ用限制性内切酶ＰｖｕⅠ进行线性化处理ꎮ将目的片段与表达载体ｐＧＡＤ４２６进行ＬＲ重组反应ꎬ转化大肠杆菌感受态ＤＨ５αꎬ挑取阳性克隆ꎬ根据载体大小和通过ＰＣＲ检测的情况ꎬ确定重组反应得到正确的表达载体并提取阳性克隆质粒ꎮ制备盐敏感酵母菌株Ｇ１９㊁Ｃｄ敏感酵母菌株ＹＣＦ１和旱敏感酵母菌株әＨＯＧ１感受态细胞并加入表达载体ｐＧＡＤ４２６￣ＰｖＢｉＰ质粒和ｐＧＡＤ４２６￣ＧＵＳ对照质粒进行酵母转化ꎮ将转化后的含ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ２和ＰｖＢｉＰ３的酵母菌株单一克隆在液体培养基中培养至平台期(ＯＤ６００＝１)ꎬ然后使用无菌水将菌液按１０倍㊁１００倍和１０００倍梯度稀释ꎬ分别取５μｌ菌液按浓度依次点在对照和处理平板上培养ꎬ胁迫处理分别使用３００ｍｍｏｌ/ＬＮａＣｌ㊁０.５ｍｏｌ/Ｌ甘露醇和１００μｍｏｌ/ＬＣｄＣｌ２ꎮ５~６ｄ后观察酵母表型并采集照片ꎮ表１㊀本试验所用引物序列Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐｒｉｍｅｒｓｅｑｕｅｎｃｅｓｆｏｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ类别基因ＩＤ引物序列(５ᶄң３ᶄ)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内参基因ＰｖＦＴＳＨ４＿ｑｐｃｒＦ:ＴＧＧＡＴＧＧＣＴＴＴＡＡＧＣＡＧＡＡＴＧＡＲ:ＣＡＡＡＡＣＧＣＣＣＡＧＧＴＣＴＧＡＣＴＰｖＢｉＰｓ非生物胁迫表达量检测ＰｖＢｉＰ１ａ＿ｑｐｃｒＦ:ＴＧＧＡＡＡＧＣＴＧＡＧＧＡＧＧＧＡＡＧＲ:ＧＴＴＧＴＴＣＡＧＣＴＣＣＴＣＧＡＡＣＣＰｖＢｉＰ１ｂ＿ｑｐｃｒＦ:ＡＣＡＡＣＧＧＴＧＴＧＴＴＴＧＡＧＧＴＧＲ:ＣＣＣＴＣＣＴＣＡＧＣＴＴＴＣＣＡＡＧＡＰｖＢｉＰ２＿ｑｐｃｒＦ:ＡＡＧＡＴＣＡＣＣＡＴＣＡＣＣＡＧＣＧＡＲ:ＣＧＴＡＣＧＴＣＴＣＣＡＧＣＴＴＧＴＴＧＰｖＢｉＰ３＿ｑｐｃｒＦ:ＡＣＧＴＣＴＡＣＣＡＧＧＴＣＡＡＧＡＧＣＲ:ＴＣＣＴＴＧＴＣＡＧＣＡＴＣＣＧＡＧＴＴＰｖＢｉＰ基因克隆ＰｖＢｉＰ２＿ＣＤＳＦ:ＡＴＧＧＣＧＡＴＧＣＴＧＧＣＴＣＧＣＧＲ:ＡＡＧＣＴＣＡＴＣＡＴＧＡＴＣＡＴＣＣＴＣＰｖＢｉＰ３＿ＣＤＳＦ:ＡＴＧＧＣＧＣＴＧＣＴＡＧＣＴＣＧＣＧＴＧＴＲ:ＡＡＧＣＴＣＡＴＣＡＴＧＡＴＣＡＴＣＣＴＣＴＴＣＴＴＰｖＢｉＰ１ａ＿ＣＤＳＦ:ＡＴＧＧＡＴＣＧＧＧＴＴＣＧＣＧＧＡＴＣＣＧＲ:ＣＡＧＣＴＣＡＴＣＡＴＧＧＴＣＧＴＣＡＴＣＡＡＣ２㊀结果与分析２.１㊀柳枝稷ＰｖＢｉＰ基因的鉴定在ＮＣＢＩ网站共检索并下载到２３个不同物种(烟草㊁拟南芥㊁水稻㊁玉米㊁大豆㊁石榴等)中报道的ＢｉＰ蛋白序列ꎬ与柳枝稷参考基因组数据进行本地ＢＬＡＳＴ比对ꎬ候选序列有多个转录本的取１号转录本ꎬ再经 ＫＯＧ０１００ 结构域和 ＨＤＥＬ ２个筛选条件ꎬ共筛选出４个ＢｉＰ基因ꎬ分别位于柳枝稷基因组ｃｈｒ０１Ｋ㊁ｃｈｒ０１Ｎ㊁ｃｈｒ０５Ｋ㊁ｃｈｒ０５Ｎ染色体上ꎬ蛋白质理化信息及亚细胞定位预测信息见表２ꎮ由于Ｐａｖｉｒ.１ＫＧ０２０８００.１和Ｐａｖｉｒ.１ＮＧ０１０６００.１的蛋白质序列㊁理化参数完全一致ꎬＣＤＳ也只有微小差异ꎬ因此将它们分别命名为ＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ１ｂꎬ分别把Ｐａｖｉｒ.５ＫＧ３００４００.１与Ｐａｖｉｒ.５ＮＧ３８７２００.２命名为ＰｖＢｉＰ２和ＰｖＢｉＰ３ꎮ亚细胞定位预测结果显示ꎬ４个基因均定位在ＥＲꎬ所含信号肽(ＳｉｇｎａｌｐｅｐｔｉｄｅꎬＳＰ)分别由２３个㊁２５个㊁２３个和２７个氨基酸残基组成ꎮ２９８江苏农业学报㊀２０２２年第３８卷第４期表２㊀柳枝稷ＢｉＰ基因特征和亚细胞定位信息Ｔａｂｌｅ２㊀ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＢｉＰｇｅｎｅｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｉｎｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ基因组ＩＤ基因名称染色体定位(５ᶄң３ᶄ)㊀㊀㊀蛋白质长度(ａａ)相对分子质量等电点(ＰＩ)疏水性信号肽氨基酸残基数(个)Ｐａｖｉｒ.１ＫＧ０２０８００.１ＰｖＢｉＰ１ａＣｈ１Ｋ:２１０１２８９~２１０５３３３６６５７３４００５.１１－０.４８５２３Ｐａｖｉｒ.１ＮＧ０１０６００.１ＰｖＢｉＰ１ｂＣｈ１Ｎ:１１７２１３２~１１７６３５８６６５７３４００５.１１－０.４８５２５Ｐａｖｉｒ.５ＫＧ３００４００.１ＰｖＢｉＰ２Ｃｈ５Ｋ:５４１６７８５３~５４１７００７０６６５７３０８０５.１８－０.３９７２３Ｐａｖｉｒ.５ＮＧ３８７２００.２ＰｖＢｉＰ３Ｃｈ５Ｎ:５４０３３７８８~５４０３５６２１６６７７３１５０５.０５－０.３７７２７２.２㊀柳枝稷ＰｖＢｉＰ基因的生物信息学分析使用水稻[１４]㊁拟南芥[１０]㊁枸杞[１８]㊁大豆[９]㊁石榴[１４]㊁烟草[１４]等ＢｉＰｓ与ＰｖＢｉＰｓ蛋白构建系统发育进化树(图１)ꎮ进化树显示ꎬＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ１ｂ聚为一个分支ꎬ这与２个基因编码相同的氨基酸序列相吻合ꎮ另外ꎬ它们与水稻ＯｓＢｉＰ１的进化关系最近ꎮＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３与水稻ＯｓＢｉＰ３㊁ＯｓＢｉＰ４㊁ＯｓＢｉＰ５的遗传距离较近ꎮｂｏｏｔｓｔｒａｐ＝１０００ꎬ括号内为ＧｅｎＢａｎｋ登录号ꎮ图１㊀Ｎｅｉｇｈｂｏｒ￣ｊｏｉｎｉｎｇ法构建的柳枝稷与不同植物ＢｉＰ同源蛋白质的系统进化树Ｆｉｇ.１㊀ＰｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃｔｒｅｅｏｆＢｉＰｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓｐｒｏｔｅｉｎｓｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｌａｎｔｓｐｅｃｉｅｓａｎｄｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｂｙｎｅｉｇｈｂｏｒ￣ｊｏｉｎ￣ｉｎｇｍｅｔｈｏｄ㊀㊀多物种同源序列比对结果(图２)显示ꎬ４个ＰｖＢｉＰｓ与７个同源ＢｉＰｓ的保守结构域ｄｏｍａｉｎ１~ｄｏｍａｉｎ５以及５个高度保守氨基酸残基组成上高度一致ꎬｄｏｍａｉｎ６(ＨＤＥＬ)组成全部一致ꎮｍｏｔｉｆ分析发现ꎬ在４个ＰｖＢｉＰｓ中１０个ｍｏｔｉｆ的分布完全相同(图３ａ)ꎬｄｏｍａｉｎ１序列 ＴＶＩＧＩＤＬＧＴＴＹＳＣ 是Ｈｓｐ７０家族成员中普遍存在的高度保守序列[２７]ꎬ位于ｍｏｔｉｆ２Ｎ端ꎬ为β￣磷酸化结合功能区ꎮＤｏｍａｉｎ２序列对应ｍｏｔｉｆ４Ｎ端ꎬ为γ￣磷酸化结合功能区ꎬｄｏｍａｉｎ３(腺苷酸结合功能区)位于ｍｏｔｉｆ３Ｎ端ꎬｄｏｍａｉｎ４(钙调素蛋白结合功能区)位于ｍｏｔｉｆ５Ｎ端[２５]ꎮＣ端５个高度保守的氨基酸残基ꎬ能促进与多肽底物氢键的结合[５￣６]ꎬ还有重要的α或β多肽底物结合基序ｄｏｍａｉｎ５(位于ｍｏｔｉｆ７和ｍｏｔｉｆ９)ꎬ能确保初始多肽底物不从结合位置脱落释放[１１]ꎮ综上ꎬＰｖＢｉＰｓ具有ＢｉＰ结构域且高度保守ꎮ基因结构(图３ｂ)显示ꎬＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ１ｂ具有７个内含子ꎬＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３没有内含子ꎮＰｖＢｉＰｓ上游２ｋｂ启动子序列分析结果(表３)显示ꎬ它主要包括响应非生物胁迫相关和激素应答２类顺式作用元件ꎬ这些元件包括:响应低温胁迫的ＬＴＲ元件㊁响应干旱胁迫的ＭＢＳ元件㊁与机械损伤有关的ＷＵＮ￣ｍｏｔｉｆ元件㊁植物响应胁迫和防御的ＴＣ￣ｒｉｃｈｒｅｐｅａｔｓ元件㊁响应脱落酸作用的ＡＢＲＥ元件㊁参与厌氧诱导调节的ＡＲＥ元件㊁与缺氧特异性诱导有关的增强因子ＧＣ￣ｍｏｔｉｆ元件㊁响应生长素的ＴＧＡ￣ｅｌｅｍｅｎｔ元件㊁参与水杨酸反应的ＴＣＡ￣ｅｌｅｍｅｎｔ元件㊁参与赤霉素响应调节的ＴＡＴＣ￣ｂｏｘ元件㊁参与生长素响应调节的ＡｕｘＲＲ￣ｃｏｒｅ元件㊁参与茉莉酸甲酯响应调节的ＣＧＴＣＡ￣ｍｏｔｉｆ元件和ＴＧＡＣＧ￣ｍｏｔｉｆ元件ꎮ２.３㊀非生物胁迫对柳枝稷ＢｉＰ基因表达的影响二硫苏糖醇(ＤＴＴ)是一种内质网诱导剂ꎬ能引起被处理对象发生内质网胁迫而激发ＵＰＲ[２８]ꎮ通过ｑＰＣＲ检测柳枝稷幼苗经１５ｍｍｏｌ/ＬＤＴＴ喷施处理后０~２４ｈＰｖＢｉＰｓ的相对表达量ꎬ结果(图４)表明ꎬＰｖＢｉＰｓ相对表达量总体呈现先下降后上升然后又下降的趋势ꎬ到２４ｈ时降至接近０ｈ的水平ꎮ各基因对ＤＴＴ的响应存在差异ꎬＰｖＢｉＰ１ａ与ＰｖＢｉＰ１ｂ的相对表达量峰值出现在１２ｈꎬＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３的３９８宋㊀刚等:柳枝稷ＢｉＰ基因的鉴定㊁表达分析和抗逆境功能４９８江苏农业学报㊀２０２２年第３８卷第４期ꎮ相对表达量在３ｈ达到峰值ꎬ且与ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ１ｂ的相对表达量相比更高ꎬ最高的是ＰｖＢｉＰ２Array方框表示所对应ｄｏｍａｉｎ的氨基酸序列范围ꎬ箭头所指为高度保守氨基酸残基ꎮ图２㊀柳枝稷ＢｉＰ与拟南芥㊁水稻和枸杞中同源蛋白多序列比对Ｆｉｇ.２㊀ＭｕｌｔｉｐｌｅａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅＢｉＰｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｗｉｔｈＢｉＰｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓｐｒｏｔｅｉｎｓｏｆＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓꎬｒｉｃｅａｎｄＬｙｃｉｕｍｃｈｉｎｅｎｓｅＣＤＳ:编码序列ꎻＵＴＲ:非翻译区ꎻＩｎｔｒｏｎ:内含子ꎮ图３㊀柳枝稷ＢｉＰ基因保守基序分布(ａ)和基因结构(ｂ)Ｆｉｇ.３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｓｅｒｖｅｄｍｏｔｉｆｓ(ａ)ａｎｄｇｅｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ(ｂ)ｏｆＢｉＰｓｉｎｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ表３㊀柳枝稷ＢｉＰ基因启动子区胁迫和激素相关顺式作用元件Ｔａｂｌｅ３㊀Ｓｔｒｅｓｓａｎｄｈｏｒｍｏｎｅｒｅｌａｔｅｄｃｉｓ￣ａｃｔｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｐｒｏｍｏｔｅｒｒｅｇｉｏｎｏｆＢｉＰｇｅｎｅｓｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ基因名称ＡＲＥＴＣ￣ｒｉｃｈｒｅｐｅａｔｓＬＴＲＭＢＳＧＣ￣ｍｏｔｉｆＷＵＮ￣ｍｏｔｉｆＴＣＡ￣ｅｌｅｍｅｎｔＴＧＡ￣ｅｌｅｍｅｎｔＴＡＴＣ￣ｂｏｘＡｕｘＲＲ￣ｃｏｒｅＡＢＲＥＣＧＴＣＡ￣ｍｏｔｉｆＴＧＡＣＧ￣ｍｏｔｉｆＰｖＢｉＰ１ａ２００２００１３００６０６ＰｖＢｉＰ１ｂ１００１１０１１００４０４ＰｖＢｉＰ２０１１１０１１０１０８３３ＰｖＢｉＰ３２０１１０１００１１３６８ＬＴＲ:低温胁迫响应元件ꎻＭＢＳ:干旱胁迫响应元件ꎻＷＵＮ￣ｍｏｔｉｆ:机械损伤响应元件ꎻＴＣ￣ｒｉｃｈｒｅｐｅａｔｓ:胁迫和防御响应元件ꎻＡＢＲＥ:脱落酸作用响应元件ꎻＡＲＥ:参与厌氧诱导调节元件ꎻＧＣ￣ｍｏｔｉｆ:缺氧特异性诱导增强因子元件ꎻＴＧＡ￣ｅｌｅｍｅｎｔ:生长素响应元件ꎻＴＣＡ￣ｅｌｅｍｅｎｔ:水杨酸反应元件ꎻＴＡＴＣ￣ｂｏｘ:赤霉素响应调节元件ꎻＡｕｘＲＲ￣ｃｏｒｅ:生长素响应调节元件ꎻＣＧＴＣＡ￣ｍｏｔｉｆ㊁ＴＧＡＣＧ￣ｍｏｔｉｆ:茉莉酸甲酯响应调节元件ꎮ图４㊀二硫苏糖醇(ＤＴＴ)诱导内质网胁迫下柳枝稷ＢｉＰ基因的表达Ｆｉｇ.４㊀ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＢｉＰｓｉｎｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｕｎｄｅｒｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅ￣ｔｉｃｕｌｕｍｓｔｒｅｓｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｄｉｔｈｉｏｔｈｒｅｉｔｏｌ(ＤＴＴ)㊀㊀用ＮａＣｌ㊁ＰＥＧ㊁ＡＢＡ和ＣｄＣｌ２处理柳枝稷幼苗２４ｈꎬ不同时间点ＰｖＢｉＰｓ相对表达量的变化如图５所示ꎮ总体上ＰｖＢｉＰｓ的相对表达量是先上调后下降的趋势ꎮＮａＣｌ胁迫下ꎬ各基因相对表达量峰值基本出现在１２ｈꎮＰＥＧ渗透胁迫下ꎬＰｖＢｉＰ１ａ相对表达量峰值出现在６ｈꎬ比０ｈ处理上调６ ２倍ꎬＰｖＢｉＰ１ｂ相对表达量上调５ ６倍ꎻＰｖＢｉＰ２相对表达量峰值表现在３ｈꎬ上调４ ０倍ꎬＰｖＢｉＰ３相对表达量峰值在１２ｈꎬ上调４ ７倍ꎮＡＢＡ处理下ꎬＰｖＢｉＰ２相对表达量的峰值在１２ｈꎬ上调９ ０倍ꎬ明显高于其他基因ꎮＣｄＣｌ２处理下ꎬＰｖＢｉＰ２相对表达量峰值仍然出现在处理１２ｈꎬ上调９ ０倍ꎬＰｖＢｉＰ３相对表达量的峰值在６ｈꎬ达到８ ０倍ꎮ５９８宋㊀刚等:柳枝稷ＢｉＰ基因的鉴定㊁表达分析和抗逆境功能图５㊀ＮａＣｌ㊁ＡＢＡ㊁ＰＥＧ和ＣｄＣｌ２胁迫处理下柳枝稷ＢｉＰ基因的表达Ｆｉｇ.５㊀ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＢｉＰｓｉｎｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｕｎｄｅｒＮａＣｌｓｔｒｅｓｓꎬＡＢＡｓｔｒｅｓｓꎬＰＥＧｓｔｒｅｓｓａｎｄＣｄＣｌ２ｓｔｒｅｓｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ２.４㊀柳枝稷ＢｉＰ基因克隆与酵母功能验证通过ＰＣＲ扩增得到ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ２和ＰｖＢｉＰ３全长ꎬ扩增产物见图６ꎮ㊀㊀将扩增的ＰｖＢｉＰ１(实际按ＰｖＢｉＰ１ａ扩增)㊁ＰｖＢｉＰ２和ＰｖＢｉＰ３产物经同源重组分别连接到ｐＧＡＤ４２６酵母表达载体上ꎬ转化酵母菌株ꎮ在１００μｍｏｌ/ＬＣｄＣｌ２ＳＤ/￣Ｕｒａ选择培养基平板上ꎬ与对照ｐＧＡＤ４２６￣ＧＵＳ菌株比较ꎬＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ２和ＰｖＢｉＰ３过表达酵母菌株的生长显著增强(图７ａ)ꎬ呈现出一定的耐Ｃｄ表型ꎮ在３００ｍｍｏｌ/ＬＮａＣｌＳＤ/￣Ｕｒａ￣Ｈｉｓ平板上ꎬ３个基因相比于对照盐胁迫表现出明显耐性ꎬ尤其ＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ２的耐盐表型更明显(图７ｂ)ꎮ而０ ５ｍｏｌ/Ｌ甘露醇胁迫处理表型与对照间没有明显差异(图７ｃ)ꎬ说明柳枝稷ＢｉＰ基因可能对甘露醇模拟干旱胁迫响应敏感ꎮ上述结果表明ꎬ酵母过表达ＰｖＢｉＰｓ后具有耐盐和耐Ｃｄ胁迫的能力ꎬ但对渗透干旱胁迫较敏感ꎬ与对照表型基本一致ꎮ３㊀讨论四倍体柳枝稷具有２套亚基因组Ｋ和Ｎꎬ据推测它们来自１.００ˑ１０６年前同源四倍体化事件的２个近亲祖先[２９￣３０]ꎮ本研究在柳枝稷基因组中共鉴定了４个ＢｉＰ基因ꎬ分布在ｃｈｒ０１Ｋ㊁ｃｈｒ０１Ｎ和ｃｈｒ０５Ｋ㊁Ｍ:ＤＬ５０００ＤＮＡＭａｒｋｅｒꎮ图６㊀ＰＣＲ扩增的ＰｖＢｉＰ１㊁ＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３基因的产物条带Ｆｉｇ.６㊀ＡｍｐｌｉｆｉｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｔｒｉｐｓｏｆＰｖＢｉＰ１ꎬＰｖＢｉＰ２ａｎｄＰｖＢｉＰ３ｇｅｎｅｓａｍｐｌｉｆｉｅｄｂｙＰＣＲｃｈｒ０５Ｎ２对同源染色体上ꎮ序列比对结果表明ꎬ它们彼此相似度很高ꎬ尤其ＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ１ｂ编码的氨基酸序列完全一致ꎬ可能是基因复制形成ꎮ柳枝稷ＢｉＰｓ和其他物种ＢｉＰ序列高度相似ꎬ体现在具有相同保守结构域ꎬ如ｄｏｍａｉｎ４是钙调素结合基序ꎬ能与Ｃａ２＋结合蛋白质起作用ꎬ调节Ｎ端ＡＴＰ酶活性[１１]ꎬ使ＡＴＰ水解产能驱动ＢｉＰ在新生蛋白质组装过程中结合未折叠或错误折叠的多肽底物[３１]ꎮ另一必需腺苷结合功能域ｄｏｍａｉｎ３(ｍｏｔｉｆ３Ｎ端)和Ｃ端５个氢键结合氨基酸位点(Ｖ￣Ｔ￣Ｙ￣Ｑ￣Ｓ)则高度一致ꎮ基因内含子结构有３种模式:无内含子㊁１个６９８江苏农业学报㊀２０２２年第３８卷第４期ａ:ＣｄＣｌ２胁迫ꎻｂ:ＮａＣｌ胁迫ꎻｃ:甘露醇胁迫ꎮＹＣＦ１/ｐＧＡＤ４２６￣ＧＵＳ为空白对照Ｃｄ敏感酵母菌株ꎬＧ１９/ｐＧＡＤ４２６￣ＧＵＳ为空白对照盐敏感酵母菌株㊁әＨＯＧ１/ｐＧＡＤ４２６￣ＧＵＳ为空白对照干旱敏感酵母菌株ꎬ其余为相应处理转基因酵母菌株ꎮ图７㊀柳枝稷ＢｉＰ基因在非生物胁迫下的酵母功能验证Ｆｉｇ.７㊀ＹｅａｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＢｉＰｓｉｎｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｕｎｄｅｒａｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓｅｓ内含子㊁超过１个内含子[３２]ꎬ研究结果证明ꎬ内含子通过外显子重组驱动进化[３３]ꎬ对于含多个内含子的基因ꎬ通过可变剪接实现单个基因的多个蛋白质翻译ꎬ对基因功能具有重要影响[３４￣３５]ꎮ如辣椒ＣａＢｉＰ１㊁ＣａＢｉＰ２有７个内含子ꎬＣａＢｉＰ３有６个内含子ꎬＣａＢｉＰ３的整体表达水平远远低于ＣａＢｉＰ１㊁ＣａＢｉＰ２ꎬ在盐和高温胁迫下ꎬＣａＢｉＰ３受诱导ꎬ表达量显著高于ＣａＢｉＰ１㊁ＣａＢｉＰ２[１７]ꎮ柳枝稷ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ１ｂ内含子为７个ꎬＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３无内含子ꎬ暗示它们可能存在功能分化上的差别ꎮ研究结果表明ꎬ植物ＢｉＰｓ表达受组织特异性和生长发育调节[１７ꎬ２５ꎬ３６]ꎮ分析数据库(ｈｔｔｐｓ://ｓｗｉｔｃｈ￣ｇｒａｓｓｇｅｎｏｍｉｃｓ.ｎｏｂｌｅ.ｏｒｇ)中柳枝稷ＲＮＡ￣ｓｅｑ表达量数据发现ꎬＰｖＢｉＰ２在授粉后形成种子阶段的表达量要明显高于其他组织或发育阶段ꎬ这与小麦ＴａＢｉＰ在种子中高表达㊁在茎叶器官中低表达[１１]的结果相近ꎬＰｖＢｉＰ２可能在种子发育过程中扮演重要的调控角色ꎮ基因启动子分析发现ꎬＰｖＢｉＰｓ中普遍存在响应干旱胁迫的作用元件ＭＢＳ㊁脱落酸作用反应元件ＡＢＲＥ㊁茉莉酸甲酯作用元件ＴＧＡＣＧ￣ｍｏｔｉｆꎬ低温响应元件ＬＴＲ㊁机械损伤响应元件ｗｕｎ￣ｍｏｔｉｆ只在ＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３中检测到ꎬ顺式作用元件的差异预示ＰｖＢｉＰｓ面对非生物胁迫时会有不同响应ꎮ在ＤＴＴ与ＮａＣｌ㊁ＰＥＧ㊁ＡＢＡ㊁ＣｄＣｌ２处理下ꎬＰｖＢｉＰ基因均表现为随胁迫时间先上调表达后逐渐下降至本底表达水平的变化趋势ꎮＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ１ｂ由于蛋白质序列完全一致ꎬ其相对表达量变化趋势和峰值大小也基本一致ꎮ尽管ＰｖＢｉＰ２与ＰｖＢｉＰ３的变化趋势类似ꎬ但峰值大小存在差异ꎮＰｖＢｉＰ２在ＤＴＴ㊁ＮａＣｌ㊁ＡＢＡ和ＣｄＣｌ２胁迫处理下表达峰值都是最高的ꎬＰｖＢｉＰ１ａ和ＰｖＢｉＰ１ｂ仅在ＰＥＧ渗透胁迫下表现出高于ＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３的上调表达量ꎮ非生物胁迫下ＢｉＰ基因表达量的差异ꎬ涉及胁迫信号传导复杂的调节网络ꎬ反映了转录水平和蛋白质合成水平的不同ꎮ由于ＢｉＰ不仅能体现响应ＵＰＲ的分子伴侣活性ꎬ还可以作为内质网胁迫调节因子起到调节作用[３７￣３８]ꎬ所以上调表达最高的ＰｖＢｉＰ２可能是ＢｉＰｓ中主要的胁迫调节因子ꎮ进一步在酵母中异源过表达３个ＰｖＢｉＰ基因(ＰｖＢｉＰ１ａ与ＰｖＢｉＰ１ｂ编码的蛋白质序列一致ꎬ只研究ＰｖＢｉＰ１ａ)ꎬ结果显示ꎬＰｖＢｉＰ基因有耐Ｃｄ和耐盐表型ꎬ对渗透胁迫敏感ꎮ在ＰｖＢｉＰ基因中ꎬＰｖＢｉＰ２在ＣｄＣｌ２胁迫下(１~１２ｈ)持续上调表达ꎬ表达量也最高ꎬ其耐镉调控作用值得进一步研究ꎮ４㊀结论本研究在柳枝稷基因组中共鉴定了４个定位于内质网的ＢｉＰ基因ꎬ命名为ＰｖＢｉＰ１ａ㊁ＰｖＢｉＰ１ｂ㊁ＰｖＢｉＰ２㊁ＰｖＢｉＰ３ꎬ分别位于柳枝稷的１号和５号染色体上ꎮ多物种序列比对和进化分析结果表明ꎬＰｖＢｉ￣Ｐｓ具有ＢｉＰ蛋白典型功能结构域ꎬＰｖＢｉＰｓ启动子序列主要包括胁迫防御和激素应答顺式作用元件ꎮＰｖＢｉＰｓ受ＤＴＴ诱导表达ꎬ在ＮａＣｌ㊁ＰＥＧ㊁ＡＢＡ和７９８宋㊀刚等:柳枝稷ＢｉＰ基因的鉴定㊁表达分析和抗逆境功能ＣｄＣｌ２胁迫下都上调表达ꎬ其中ＰｖＢｉＰ２的相对表达量峰值较高ꎮ酵母异源转化耐逆功能验证结果显示ꎬＰｖＢｉＰｓ对镉和盐胁迫有耐性表型ꎬ对甘露醇渗透胁迫较敏感ꎮＰｖＢｉＰ２可作为镉胁迫响应基因进行深入研究ꎮ参考文献:[１]㊀ＷＯＥＨＬＢＩＥＲＵꎬＨＥＴＺＣ.ＭｏｄｕｌａｔｉｎｇｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅｓｂｙｔｈｅＵＰＲｏｓｏｍｅ:ａｍａｔｔｅｒｏｆｌｉｆｅａｎｄｄｅａｔｈ[Ｊ].ＴｒｅｎｄｓｉｎＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１１ꎬ３６(６):３２９￣３３７.[２]㊀ＳＨＯＲＥＧＣꎬＰＡＰＡＦＲꎬＯＡＫＥＳＳＡ.Ｓｉｇｎａｌｉｎｇｃｅｌｌｄｅａｔｈｆｒｏｍｔｈｅｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅ[Ｊ].ＣｕｒｒｅｎｔＯｐｉｎｉｏｎｉｎＣｅｌｌＢｉｏｌｏｇｙꎬ２０１１ꎬ２３(２):１４３￣１４９.[３]㊀ＭＥＲＫＳＡＭＥＲＰＩꎬＰＡＰＡＦＲ.ＴｈｅＵＰＲａｎｄｃｅｌｌｆａｔｅａｔａｇｌａｎｃｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｌｌＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１０ꎬ１２３(２):１００３￣１００６. [４]㊀ＢＵＣＨＢＥＲＧＥＲＡꎬＢＵＫＡＵＢꎬＳＯＭＭＥＲＴ.Ｐｒｏｔｅｉｎｑｕａｌｉｔｙｃｏｎ￣ｔｒｏｌｉｎｔｈｅｃｙｔｏｓｏｌａｎｄｔｈｅｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍ:ｂｒｏｔｈｅｒｓｉｎａｒｍｓ[Ｊ].ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｅｌｌꎬ２０１０ꎬ４０(２):２３８￣２５２.[５]㊀ＲＯＮＤꎬＷＡＬＴＥＲＰ.Ｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕ￣ｌｕｍｕｎｆｏｌｄｅｄｐｒｏｔｅｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅ[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＲｅｖｉｅｗｓＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｅｌｌＢｉｏｌｏｇｙꎬ２００７ꎬ８(７):５１９￣５２９.[６]㊀ＷＡＮＳꎬＪＩＡＮＧＬＷ.Ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍ(ＥＲ)ｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｕｎｆｏｌｄｅｄｐｒｏｔｅｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅ(ＵＰＲ)ｉｎｐｌａｎｔｓ[Ｊ].Ｐｒｏｔｏｐｌａｓｍａꎬ２０１６ꎬ２５３(３):７５３￣７６４.[７]㊀ＭＵＥＮＣＨＤＧꎬＷＵＹꎬＺＨＡＮＧＹꎬｅｔａｌ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｌｏｎｉｎｇꎬｅｘ￣ｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａＢｉＰｈｏｍｏｌｏｇｆｒｏｍｒｉｃｅｅｎｄｏｓｐｅｒｍｔｉｓｓｕｅ[Ｊ].Ｐｌａｎｔ＆ＣｅｌｌＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙꎬ１９９７ꎬ３８(４):４０４￣４１２.[８]㊀ＦＯＲＷＡＲＤＢＳꎬＭＩＳＲＡＳ.ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＤｏｕｇｌａｓ￣ｆｉｒｌｕｍｉｎａｌｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎ(ＰｍＢｉＰ)[Ｊ].Ｐｌａｎｔａꎬ２０００ꎬ２１２(１):４１￣５１.[９]㊀ＺＨＡＮＧＬꎬＺＨＡＯＨＫꎬＤＯＮＧＱＬꎬｅｔａｌ.Ｇｅｎｏｍｅ￣ｗｉｄｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｕｎｄｅｒｈｅａｔａｎｄｄｒｏｕｇｈｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｆＨＳＰ７０ｇｅｎｅｆａｍｉｌｙｉｎｓｏｙｂｅａｎ(ＧｌｙｃｉｎｅｍａｘＬ.)[Ｊ].ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ６:７７３.[１０]ＮＯＨＳꎬＫＷＯＮＣꎬＯＨＤꎬｅｔａｌ.ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆａｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｉｌｙｄｉｓｔｉｎｃｔｎｏｖｅｌＢｉＰｇｅｎｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｕｎｆｏｌｄｅｄｐｒｏｔｅｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎＡｒａｂｉｄｏｐｓｉｓｔｈａｌｉａｎａ[Ｊ].Ｇｅｎｅꎬ２００３ꎬ３１１(１):８１￣９１. [１１]ＺＨＵＪＴꎬＨＡＯＰＣꎬＣＨＥＮＧＸꎬｅｔａｌ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｌｏｎｉｎｇꎬｐｈｙ￣ｌｏｇｅｎｅｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓꎬａｎｄｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｏｆｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕ￣ｌｕｍｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｈａｐｅｒｏｎｅＢｉＰｇｅｎｅｓｆｒｏｍｂｒｅａｄｗｈｅａｔ(ＴｒｉｔｉｃｕｍａｅｓｔｉｖｕｍＬ.)[Ｊ].ＢｍｃＰｌａｎｔＢｉｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ１４(１):２６０. [１２]ＧＵＯＭꎬＬＩＵＪＨꎬＭＡＸꎬｅｔａｌ.Ｇｅｎｏｍｅ￣ｗｉｄｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＨｓｐ７０ｆａｍｉｌｙｇｅｎｅｓｉｎｐｅｐｐｅｒ(ＣａｐｓｉｃｕｍａｎｎｕｕｍＬ.)ａｎｄｆｕｎｃ￣ｔｉｏｎａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＣａＨｓｐ７０￣２ｉｎｖｏｌｖｅｍｅｎｔｉｎｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ[Ｊ].ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１６ꎬ２５２:２４６￣２５６.[１３]ＤＥＮＥＣＫＥＪꎬＧＯＬＤＭＡＮＭＨＳꎬＤＥＭＯＬＤＥＲＪꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｔｏ￣ｂａｃｃｏｌｕｍｉｎａｌｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎｉｓｅｎｃｏｄｅｄｂｙａｍｕｌｔｉｇｅｎｅｆａｍｉｌｙ[Ｊ].ＰｌａｎｔＣｅｌｌꎬ１９９１ꎬ３(９):１０２５￣１０３５.[１４]ＳＡＲＫＡＲＮＫꎬＫＵＮＤＮＡＮＩＰꎬＧＲＯＶＥＲＡ.ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｓｐ７０ｓｕｐｅｒｆａｍｉｌｙｐｒｏｔｅｉｎｓｏｆｒｉｃｅ(Ｏｒｙｚａｓａｔｉｖａ)[Ｊ].ＣｅｌｌＳｔｒｅｓｓ＆Ｃｈａｐｅｒｏｎｅｓꎬ２０１３ꎬ１８(４):４２７￣４３７.[１５]ＡＬＶＩＭＦＣꎬＣＡＲＯＬＩＮＯＳＭＢꎬＪÚＬＩＯＣＭꎬｅｔａｌ.Ｅｎｈａｎｃｅｄａｃ￣ｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＢｉＰｉｎｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓｃｏｎｆｅｒｓｔｏｌｅｒａｎｃｅｔｏｗａｔｅｒｓｔｒｅｓｓ[Ｊ].ＰｌａｎｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙꎬ２００１ꎬ１２６(３):１０４２￣１０５４. [１６]ＶＡＬＥＮＴＥＭＡＳꎬＦＡＲＩＡＪＡＱＡꎬＳＯＡＲＥＳ￣ＲＡＭＯＳＪＲＬꎬｅｔａｌ.ＴｈｅＥＲｌｕｍｉｎａｌｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎ(ＢｉＰ)ｍｅｄｉａｔｅｓａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｄｒｏｕｇｈｔｔｏｌｅｒａｎｃｅｉｎｓｏｙｂｅａｎａｎｄｄｅｌａｙｓｄｒｏｕｇｈｔ￣ｉｎｄｕｃｅｄｌｅａｆｓｅ￣ｎｅｓｃｅｎｃｅｉｎｓｏｙｂｅａｎａｎｄｔｏｂａｃｃｏ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＢｏｔ￣ａｎｙꎬ２００９ꎬ６０(２):５３３￣５４６.[１７]ＷＡＮＧＨꎬＮＩＵＨＨꎬＺＨＡＩＹＦꎬｅｔａｌ.ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＢｉＰｇｅｎｅｓｆｒｏｍｐｅｐｐｅｒ(ＣａｐｓｉｃｕｍａｎｎｕｕｍＬ.)ａｎｄｔｈｅｒｏｌｅｏｆＣａＢｉＰ１ｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅａｂｉｏｔｉｃｓｔｒｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ８:１１２２￣１１３６. [１８]ＧＵＡＮＣꎬＪＩＮＣꎬＪＩＪꎬｅｔａｌ.ＬｃＢｉＰꎬａｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍｃｈａｐｅｒｏｎｅｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎｇｅｎｅｆｒｏｍＬｙｃｉｕｍｃｈｉｎｅｎｓｅꎬｃｏｎｆｅｒｓｃａｄｍｉｕｍｔｏｌｅｒａｎｃｅｉｎｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｔｏｂａｃｃｏ[Ｊ].ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｏ￣ｇｒｅｓｓꎬ２０１５ꎬ３１:３５８￣３６８.[１９]ＰＩＭＥＮＴＥＬＤꎬＰＡＴＺＥＫＴＷ.Ｅｔｈａｎｏｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｃｏｒｎꎬｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓꎬａｎｄｗｏｏｄꎻｉｏｄｉｅｓｅｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｓｏｙｂｅａｎａｎｄｓｕｎｐｏｗｅｒ[Ｊ].ＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００５ꎬ１４(１):２５６￣２６１.[２０]ＴＯＲＲＥＺＶＣꎬＪＯＨＮＳＯＮＰＪꎬＢＯＥＡ.Ｉｎｆｅｓｔａｔｉｏｎｒａｔｅｓａｎｄｔｉｌｌｅｒｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｅｆｆｅｃｔｓｂｙｔｈｅｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓｍｏｔｈｏｎｓｉｘｃｕｌｔｉｖａｒｓｏｆｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ[Ｊ].ＢｉｏｅｎｅｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１３ꎬ６(２):８０８￣８１２. [２１]ＳＡＮＤＥＲＳＯＮＭＡꎬＡＤＬＥＲＰＲꎬＢＯＡＴＥＮＧＡＡꎬｅｔａｌ.Ｓｗｉｔｃｈ￣ｇｒａｓｓａｓａｂｉｏｆｕｅｌｓｆｅｅｄｓｔｏｃｋｉｎｔｈｅＵＳＡ[Ｊ].ＣａｎａｄｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｌａｎｔＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００６ꎬ８６(５):１３１５￣１３２５.[２２]ＰＡＮＤＥＹＶＣꎬＢＡＪＰＡＩＯꎬＳＩＮＧＨＮ.Ｅｎｅｒｇｙｃｒｏｐｓｉｎｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ＆ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１６ꎬ５４:５８￣７３.[２３]ＬＩＵＣꎬＬＯＵＬꎬＤＥＮＧＪꎬｅｔａｌ.Ｍｏｒｐｈ￣ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｗｏｓｗｉｔｃｈｇｒａｓｓ(ＰａｎｉｃｕｍｖｉｒｇａｔｕｍＬ.)ｃｕｌｔｉｖａｒｓｔｏｃａｄｍｉｕｍｓｔｒｅｓｓ[Ｊ].ＧｒａｓｓｌａｎｄＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１６ꎬ６２(２):９２￣１０１. [２４]汪㊀虎.辣椒ＢｉＰ家族基因特性分析及ＣａＢｉＰ１在非生物胁迫中的功能鉴定[Ｄ].杨凌:西北农林科技大学ꎬ２０１７. 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JXB四川农业大学解析柳枝稷同源多倍化后表型变异的分子机制
JXB四川农业大学解析柳枝稷同源多倍化后表型变异的分子机制近日，四川农业大学牧草课题组在Journal of Experimental Botany在线发表了题为Autopolyploidization in switchgrass alters phenotype and flowering time via epigenetic andtranscription regulation 的研究论文，利用表观组和转录组解析了柳枝稷同源多倍化后表型变异的分子机制。
多倍化是植物进化过程中最重要的环节之一，对植物表型改变及适应性起到了至关作用。
然而，同源加倍后植物表型变化的转录及表观联合调控的分子机制鲜有报道。
该研究以能源、牧草兼用柳枝稷“Alamo”，及对其秋水仙素人工加倍后的同源多倍体为研究对象，发现表型在加倍后发生了明显的变化，并且开花时间推迟了1个月（图1）。
该研究分别对柳枝稷四倍体和八倍体材料的叶片进行重亚硫酸盐甲基化序列分析，全转录组分析，以期从表观及转录调控层面解释柳枝稷加倍后表型变化及开花延迟的原因。
图1 柳枝稷四倍体‘Alamo’和人工加倍的八倍体‘Alamo’表型比较结果表明，加倍后，CHH甲基化（mCHH）位点的甲基化水平在基因和转座子区域降低（图2），可能由于调控mCHH的基因CHROMOMETHYLASE 2（CMT2）及RNA-directed DNAmethylation（RdDM）途径的两个重要基因HUA ENHANCER 1（HEN1）和ARGONAUTE4（AGO4）的表达都发生了下调，从而导致mCHH甲基化水平的降低。
图2 四倍体和八倍体柳枝稷的甲基化水平在基因及转座子区域的比较本研究共挖掘了142个差异表达的基因，参与了细胞分裂，纤维素的生物合成，生长素响应，及生长和生殖过程，其中75个基因在加倍后受到了差异甲基化，及差异表达的小RNA（miRNA）和干扰RNA（siRNA）的修饰。
簸箕柳×三蕊柳种特异性KASP标记开发及种间杂交子代鉴别
簸箕柳×三蕊柳种特异性KASP标记开发及种间杂交子代鉴别戴晓港;魏铭辰【期刊名称】《林业科学》【年(卷),期】2024(60)4【摘要】【目的】开发簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,为开展簸箕柳和三蕊柳杂交选育速生、抗虫新种质的真实性鉴定提供参考。
【方法】利用簸箕柳和三蕊柳重测序数据,开展全基因组SNP位点分析,筛选出种特异性的SNP位点并设计KASP引物,利用SeqHunter2检测设计引物在簸箕柳中的通用性,并利用簸箕柳和三蕊柳自然群体材料对合成的引物进行实验验证,筛选出簸箕柳和三蕊柳种特异性KASP引物,并对它们的杂交子代进行真实性鉴别。
【结果】将三蕊柳和簸箕柳重测序的数据比对到三蕊柳基因组,共获得个6598144个SNPs。
经过筛选,最终在簸箕柳中检测到674144个和三蕊柳相比为纯合突变的位点。
从每条染色体上随机选取100个位点用于KASP引物设计,在1900个SNPs位点中,750个SNP位点可以成功设计出KASP引物。
从每条染色体上选取2组,共选取38组引物,通过SeqHunter2检测得到11组引物在簸箕柳中是通用的。
利用簸箕柳和三蕊柳自然群体DNA对合成的10组通用引物进行种内保守和种间差异性检测,获得4组在簸箕柳、三蕊柳和种间杂交子代中聚类明显的引物。
引物Stri08_82809、Stri14_11602、Stri14_12274和Stri17_10731在簸箕柳自然群体中分别扩增出纯合G/G、T/T、A/A和T/T位点,在三蕊柳自然群体分别扩增出纯合A/A、C/C、G/G和C/C位点,而在真实杂交子代中分别扩增出G/A、T/C、A/G和T/C杂合位点。
利用上述4组引物对簸箕柳×三蕊柳的杂交子代进行鉴定,发现在31个杂交子代中,29个个体扩增出杂合位点,说明同时遗传了2个亲本的特征位点,为真实的种间杂交子代。
有2个个体扩增的位点为纯合且和母本相同,说明这2个子代为簸箕柳花粉污染的子代。
柳树杂种无性系苗期生长与枝条观赏特性研究
柳树杂种无性系苗期生长与枝条观赏特性研究崔胜佳;王旭敏;郭欢欢;刘兴菊;梁海永【期刊名称】《林业科技》【年(卷),期】2024(49)2【摘要】为了研究白柳×旱柳的杂交后代在枝条和叶片上的观赏性特点以及其呈色原理,本研究以枝条颜色差异明显的白柳和旱柳的杂交后代作为研究对象,分为R 组(红枝)(R1、R2、R3)和Y组(黄枝)(Y1、Y2、Y3),‘普通旱柳’(HL,绿色)作为对照,对其枝条颜色、形态、花青素含量以及叶片形态、颜色、叶绿素含量等指标进行测定和分析。
结果表明:R组的枝条花青素的含量高于Y组和HL,具有极显著差异。
R组、Y组的叶片叶绿素含量均与HL存在显著差异,叶绿素与类胡萝卜素的比值在R组和HL之间存在显著差异,R组的比值更高,叶绿素占比高。
Y组的比值偏小,类胡萝卜素所占的比例较高。
这些因素综合作用使得R组叶片和枝条颜色的a 值均较高,叶片颜色更绿,枝条颜色呈现红色;Y组叶片和枝条的颜色b值均高于对照组,叶片颜色呈现黄绿色,枝条颜色为黄色。
R组和Y组叶片的宽长比均和HL存在着显著差异,叶片形态大致区分阔披针形、窄披针形和披针形。
综合分析得出:杂交后代的表现型与普通品种之间存在显著的差别,存在更丰富的遗传多样性,具有高于普通旱柳更多的观赏特性。
【总页数】6页(P1-6)【作者】崔胜佳;王旭敏;郭欢欢;刘兴菊;梁海永【作者单位】河北农业大学林学院;河北省种质资源与森林保护重点实验室【正文语种】中文【中图分类】S792.12【相关文献】1.楸树杂种无性系苗期生长参数的分析研究2.国外引进柳树初选无性系的苗期生长测定3.柳树无性系苗期生长节律初报4.灌木型柳树杂种无性系铅的积累特性及其遗传变异5.美洲黑杨与大青杨杂种无性系苗期光合特性研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
杨柳分化及其性别决定的基因组学基础
杨柳分化及其性别决定的基因组学基础杨属和柳属是杨柳科的姐妹属,一般以二倍体形式存在。
以前基因组的研究表明杨属和柳属起源于同一个古四倍体祖先。
在本研究中,我们首次对簸箕柳的染色体进行了组装。
在染色体的水平上,分别对毛果杨和簸箕柳进行基因组内的比较分析,结果显示在两个基因组中,每条染色体在基因组的其它位置上都有同源片段的存在,而且同源片段的分布情况非常相似,这一结果不仅证实了同一起源的说法,还表明两个物种的分化发生在古四倍体祖先重新二倍化之后。
除此之外,1号和16号染色体同源片段的分布在两个基因组间差异较大。
经过杨树和柳树基因组间的比较分析,发现在1号和16号染色体间出现了两个大的染色体重排。
杨树1号染色体的上半部分与柳树的16号染色体同源,而杨树的16号染色体与柳树的1号染色体的上半部分同源。
这说明在杨树和柳树这两个物种形成过程中,1号和16号染色体间发生了断裂融合。
以前通过杨、柳形态学上的研究认为杨树较柳树原始,柳树是由杨树进化形成的。
在此基础上,我们提出了杨柳科植物进化的模型:杨柳科植物的祖先基因组在距今约5,800万年前发生了一次杨柳科植物特有的全基因组复制事件(“salicoid”duplication)。
全基因组复制以后,古四倍体基因组又发生了染色体的断裂与融合,基因组进行了重新二倍化,首先形成了现代杨树的祖先。
在随后的进化过程中,杨树的1号染色体发生了着丝粒断裂,其下半部分与16号染色体的端粒进行融合形成了柳树的1号染色体,而其上半部分进化形成了柳树的16号染色体。
经过这一染色体重排事件,诞生了现代柳树的祖先。
本研究为揭示高等植物在全基因组复制之后近缘物种的分化机制的研究奠定了基础。
另外,杨属和柳属是雌雄异株植物,是研究植物性染色体进化的理想材料。
以前的研究证明:在杨属中,19号染色体进化成了性染色体。
而本研究通过对性别基因的定位发现柳属植物的性染色体是由15号染色体进化形成的。
杨属植物中存在ZZ/ZW和XX/XY两种性别决定系统。
普通遗传学(第2版)杨业华 课后习题及答案
1 复习题1. 什么是遗传学？为什么说遗传学诞生于1900年？2. 什么是基因型和表达，它们有何区别和联系？3. 在达尔文以前有哪些思想与达尔文理论有联系？4. 在遗传学的4个主要分支学科中，其研究手段各有什么特点？5. 什么是遗传工程，它在动、植物育种及医学方面的应用各有什么特点？2 复习题1. 某合子，有两对同源染色体A和a及B和b，你预期在它们生长时期体细胞的染色体组成应该是下列哪一种：AaBb，AABb，AABB，aabb；还是其他组合吗？2. 某物种细胞染色体数为2n=24，分别指出下列各细胞分裂时期中的有关数据：（1）有丝分裂后期染色体的着丝点数（2）减数分裂后期I染色体着丝点数（3）减数分裂中期I染色体着丝点数（4）减数分裂末期II的染色体数3. 假定某杂合体细胞内含有3对染色体，其中A、B、C来自母体，A′、B′、C′来自父本。
经减数分裂该杂种能形成几种配子，其染色体组成如何？其中同时含有全部母亲本或全部父本染色体的配子分别是多少？4. 下列事件是发生在有丝分裂，还是减数分裂？或是两者都发生，还是都不发生？（1）子细胞染色体数与母细胞相同（2）染色体复制（3）染色体联会（4）染色体发生向两极运动（5）子细胞中含有一对同源染色体中的一个（6）子细胞中含有一对同源染色体的两个成员（7）着丝点分裂5. 人的染色体数为2n=46，写出下列各时期的染色体数目和染色单体数。
（1）初级精母细胞（2）精细胞（3）次级卵母细胞（4）第一级体（5）后期I（6）末期II （7）前期II （8）有丝分裂前期（9）前期I （10）有丝分裂后期6. 玉米体细胞中有10对染色体，写出下列各组织的细胞中染色体数目。
（1）叶（2）根（3）胚（4）胚乳（5）大孢子母细胞（6）卵细胞（7）反足细胞（8）花药壁（9）营养核（10）精核7.以下植物的杂合体细胞内染色体数目为：水稻2n=24，小麦2n=42，黄瓜2n=14。
柽柳SSR标记开发及群体遗传结构分析的开题报告
柽柳SSR标记开发及群体遗传结构分析的开题报告一、选题背景及研究意义柽柳（Salix matsudana Koidz）是杨柳科柳属的乔木或灌木，分布于我国的黄河流域、淮河流域及长江流域等地。
由于柽柳生长快、繁殖力强、适应性广、木材品质好，曾被广泛用于生态工程和林业建设中。
然而，受气候变化和人类活动的影响，柽柳种群数量和质量都受到了一定的威胁，因此对柽柳群体遗传结构的深入研究具有重要意义。
SSR（Simple Sequence Repeat，即微卫星）标记是一种重要的分子标记技术，其具有具有多态性高、重复单元长度短、基因组分布广泛、恒定性强、对PCR反应条件较不敏感等优点。
目前在植物基因组分析方面得到了广泛应用。
SSR标记技术可以用于柽柳的遗传多样性研究、遗传构成分析、种质资源保护等方面的研究。
因此，本研究旨在利用SSR标记技术对柽柳的群体遗传结构进行分析，探讨柽柳的遗传多样性、遗传构成、种质资源保护等问题，为柽柳的保护和利用提供科学依据。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究主要从以下两个方面展开：（1）SSR标记的开发利用柽柳的基因组信息，结合PCR扩增、电泳分离等技术，对柽柳的SSR标记进行开发和筛选，建立柽柳的SSR标记库。
（2）柽柳的群体遗传结构分析利用开发的SSR标记技术，对柽柳的群体遗传结构进行分析，包括遗传多样性、遗传构成、分化程度和种质资源等问题的分析。
2. 研究方法（1）SSR标记的开发依据已有的柽柳基因组信息，利用生物信息学分析、PCR扩增技术和电泳分析技术，对柽柳的SSR标记进行开发和筛选。
SSR标记的PCR扩增条件和电泳分析条件将在标记开发的过程中确定并优化。
（2）柽柳的群体遗传结构分析根据SSR标记的指纹图谱，利用多种遗传学分析方法，包括聚类分析、主成分分析、种间遗传距离分析等方法，对柽柳的遗传多样性、遗传构成、分化程度和种质资源等问题进行分析。
三、论文结构安排本论文包括以下几个章节：第一章：绪论。
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换为正态 分布，可 以作 为典型的数量性 状做进一 步的数量性状 遗传位点定位 分析 。另外 ，研 究结果还显 示簸箕 柳木材 中，半纤维素含量 与纤维素及木质 素含量之 间呈极显著 负相关；木材基本 密度与纤维 素含量呈极显 著正 相关 ， 而与半纤维素含量呈显著负相关 。
ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆｃ ｅ ｌ ｌ ｕｌ ｏ ｓ ｅ ， ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ｏ ｓ ｅ ｎｄ ａ ｌ ｉ ｇ ｎｉ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ５３ ． １ ９ ％ ，１ ９ ． ８ ０ ％ ａ ｎｄ １ ４． ２ ０ ％
第３ ４卷 第 ２期 ２ ０ １ ４年 ２月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
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、 ， ０ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ．２ ０１ ４
簸箕柳 Ｆ 杂交群体材性性状表型变异 的研究
国增超 ， 郭 炜， 侯 静， 尹佟 明， 陈赢 男
（ 南京林业 大学 江苏省杨树 品质 改 良与种质 创新 重点实验 室 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ３ ７ ）
摘 要 ： 以簸箕 柳 Ｆ ． 杂 交群 体为 材料 ，对 １ ３ ２个 子代 的木 材 基本 密度 ，木材 纤维 素 、半纤 维素及 木 素含 量
进行 了测定 ，并对所 得数据 进行 了统计分 析 。研 究结果 表 明：木 材 的纤维素 平均含 量为 ５ ３ ． １ ９ ％，变 异范 围为 ４ ７ ． ９ １ ％～ ５ ７ ． ０ ０ ％；木质素平 均含量为 １ ４ ． ２ ０ ％，变异 范围为 １ ２ ． ２ ８ ％～ １ ６ ． ４ ３ ％，半 纤维素的平均含量 为 １ ９ ． ８ ０ ％， 变异范围为 １ ６ ． ５ ２ ％～ ２ ３ ． ７ ６ ％，木材基本密度为 ０ ． ３ ９ ２ ６ ｇ ／ ｃ ｍ ，变 异范围为 ０ ． ２ ４ １ ６ ｇ ／ ｃ ｍ ～０ ． ５ ０ ４ ４ ｇ ／ ｃ ｒ ｎ 。结果 显示上述性状在杂交子代 中有较大 的变异 幅度 。对 上述 性状 的表 型值进行 Ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ． Ｄ ａ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ正态分布检验 ，并利
关键 词：簸箕柳：Ｆ 杂交群体 ； 基本密度 ；纤维素 ：半纤维素 ；木质素
中图分类号：￥ ７ ８ １ ． ４ 文献标志码：Ａ 文章编 号：１ ６ ７ ３ — ９ ２ ３ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ ． ０ ０ ６ ２ ． ０ ４
Ｐｈ ｅ ｎｏ ｔ ｙ ｐｉ ｃ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｗｏ ｏ ｄ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ Ｆ１ ｐｅ ｄ ｉ ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ Ｓａ ／ ／ ｘ ｓ ｕｃ ｈ ｏ ｗｅ ｎ ｓ ｉ ｓ
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