李为民，柏国清，陈 昊，黎 斌，李思锋*

(1.陕西省西安植物园；2.陕西省植物研究所,陕西 西安 710061)

漆树种质资源遗传多样性研究进展

李为民1，2，柏国清1，2，陈 昊1，2，黎 斌1，2，李思锋1，2*

(1.陕西省西安植物园；2.陕西省植物研究所,陕西 西安 710061)

遗传多样性是生物多样性的重要组成部分，也是生态系统多样性和物种多样性的基础。本文从分子水平对原产我国的重要经济树种——漆树种质资源的遗传多样性研究概况进行了综述，同时，对漆树遗传多样性研究发展趋势进行了展望，以期为该植物的资源保护与利用提供科学借鉴。

漆树；种质资源；遗传多样性；研究进展

漆树(Toxicodendronvernicifluum) 为漆树科(Anaeardiaeeae)漆属 (Toxicodendron) 我国特有的落叶乔木类重要经济物种，在我国已有2000多年栽培历史。漆树主要产品生漆是一种优良的天然涂料，素有“涂料之王”之美誉，是现代国防、工业、农业、科技以及民用的重要原料之一[1-2]。漆树在长期的栽培历史中，除了保留大量的天然野生种质外，还形成了由野生漆树变异而来的许多栽培品种和三倍体漆树，表现出了丰富的遗传多样性，它们都具有一定的形态特点，适应一定的生长环境，有些品种并具有产漆量高、生漆品质好等特性。漆树种质资源及其遗传多样性研究，国外文献报道较少，而我国学者多年来先后采用不同方法，从生态特征、经济性状、分枝类型等方面研究探索了漆树种内形态差异、品种鉴定划分，并取得了成果。尤其是近年来，随着分子生物学技术的飞速发展，一些学者开始利用分子标记方法对漆树品种进行分析和鉴定，研究了漆树品种之间的遗传相关性，为漆树品种鉴定、良种选育、资源开发利用提供了理论依据。

1 漆树地理分布

漆树原产我国中部，全国23个省(区)、市均有分布，主要分布在陕西、湖北、四川、重庆、甘肃、贵州和云南等省[3]，北京亦有少量分布。就其种群密集度、常见度和种内遗传变异类型而言，我国的秦岭、巴山、武陵山、巫山、大娄山、邛崃山和乌蒙山一带是漆树在中国的现代分布中心[4]。漆树在我国分布的海拔幅度相对较大，一般在100～3 000 m之间均有分布，以海拔400～2 000 m之间分布最多[5]。在辽东半岛的一些山脉，漆树的分布海拔只有100 m左右；而在秦巴山区及六盘山地区，漆树的垂直分布海拔在1 000～2 600 m的范围内[6]。在这些分布海拔范围内，其中大型乔木漆树一般分布在1 200 m以上的范围内，小乔木漆树一般多分布在海拔1 200 m以下；也就是说，在海拔1 200 m以上的落叶阔叶林中，主要分布的是漆树的天然林，即野生和半野生漆树，它们以建群种或优势种出现；而在海拔1 200 m以下(除滇西北地区以外)的地区，栽培、半栽培的人工漆树林占优势，一般为单优种群落，集约程度相对较高。研究表明，漆树的分布与地理位置具有一定的的差异，这可能和垂直海拔的高低有一定关系。陕西秦巴山区是我国漆树自然集中分布区之一，天然漆树在陕西大部分地区均有分布，经调查，秦巴山区由北向南，天然林中漆树的密度逐渐增大[7]。陕西省秦巴山区人工漆树主要分布在安康、商洛和汉中三个市的中低山区，其中以安康最多，主要品种有高八尺、大红袍、火焰子、金州红、金州黄等[8]。

2 漆树遗传多样性研究

2.1 形态学水平的表型多样性研究

表型是生物各种形态特征的组合、是遗传变异的重要线索[9]。表型多样性是指某一群体在其分布区域内不同环境下的表型变异，是遗传多样性与环境多样性的综合表现，对物种表型多样性的研究能够在一定程度上反映物种遗传变异的程度，是探索物种适应机制的重要方法。

漆树是我国特有的经济树种之一，漆树的栽培与生漆使用在我国已有几千年的历史，在长期的历史进化过程中，形成了许多栽培品种。漆树的许多性状为数量性状，是受多基因控制的，其性状的差异多属于数量变化，并带有一定的连续性。有关专家依据不同的研究方法对我国的漆树品种进行了品种鉴定，共鉴定出了97个品种，其中有47个品种为优良品种。彭华昌、冯志坚等根据解剖学和形态学研究方法，先后对漆树品种的划分分别提出了各自的观点[10-13]，但是关于漆树品种的划分仍然存在争议。陈振峰等利用数量分析方法对全国46个品种的漆树类群的划分进行了研究，利用各品种漆树的特点，一方面将漆树品种划分为大乔木漆树群和小乔木漆树群两大类群，大乔木漆树的品种表现为树木高大、寿命长、投产期较晚，这些漆树表现为漆液颜色较浅，酸甜味浓，燥性较好；而小乔木漆树品种树体矮小、寿命较短、投产期早等，表现为漆液颜色较深、芳香味浓、燥性差等特质；另一方面是将漆树品种划分为三大类群，第一类群的品种，基本分布于秦巴山区及鄂西山地，认为这一类群是我国漆树资源中优良品种的类群，其生漆品质也相对优良；第二类群的品种，分布于云贵高源的乌蒙山、大娄山、川西山地和湘西的武陵山以及雪峰山区,与第一类群相比，其漆液中的漆酚总量及漆酚含量相对较低,被认为是介于野生漆树与栽培漆树之间的过渡类型；而第三类群，仍划分为小乔木漆树类群[14]。赵喜萍等对陕西省13个漆树样本叶子的5个性状(形态标记)进行了研究，以漆树叶子的形态学特征对漆树进行数值分类，结果显示宝鸡县秦岭顶野生漆树、金州红和金州黄聚为一类；白皮高八尺、黄茸高八尺和秦佛漆树聚为一类；南郑县元坝乡野生漆树、韩城平原镇漆树和陇县关山漆树聚为一类；火焰子、大红袍和红皮高八尺聚为一类[15]。大红袍和红皮高八尺聚为一类的结果与陈振峰研究的结论相似。我们以复叶上小叶数量与每小叶的叶长、叶宽，并计算出其小叶平均长度、宽度、平均数目与顶生小叶长宽比、侧生小叶长宽比等性状，采用非加权对组算术平均法(UPGMA)[16]对陕西6个分布点的11个漆树品种聚类分析结果显示，位于陕西平利县的金洲红、金州黄漆树品种聚为一类；陕西商南的茄棵头，佛坪的秦佛漆以及平利的黄茸高八尺、白皮高八尺四个品种聚为一类；陕西省西安植物园的大红袍、高八尺以及平利的大红袍、红皮高八尺聚为一类；商南县的火焰子漆树品种和柞水的野漆树聚为一类。这一结果同样与赵喜萍和陈振峰的分析结果相似。

根据表型性状研究物种种质资源的分类、鉴定及育种材料的选择、育成品种、杂种的注册登记及杂交种的识别都基本依赖于物种形态特征分析。利用表型性状分析物种遗传多样性具有快捷、简便以及节省费用等特点，但是表型性状可供分析的基因位点太少，不能全面客观的反映遗传变异信息；其次，表型性状的遗传标记还会受到生物发育阶段、环境条件的影响。由于种种限制，在漆树种质资源研究中应用的形态标记相对较少。

2.2 漆树细胞学水平染色体多样性研究

细胞学标记指能明确分析染色体形态、数目、结构等方面的遗传多态性变化。染色体是基因的携带者，是遗传物质的载体。染色体多样性主要包括染色体数目变异和染色体结构变异两方面，主要表现在染色体核型(数目、大小、随体、着丝点位置等)和带型(C带、N带、G带等)方面[17]。染色体的变异必然导致遗传变异的发生，是生物遗传多样性的重要来源。任何生物的天然群落中都存在着一定量的染色体变异，这些变异对物种的进化起着非常重要的作用。

漆树的染色体一般多为二倍体，但也有研究发现有些漆树品种如大红袍的染色体为三倍体，说明漆树染色体具有一定的多态性。尚宗燕等对西安植物园引种的野生漆树和7个栽培品种的漆树进行染色体观察研究，结果显示，出大红袍外，其余6个品种也野生漆树的体细胞染色体数均为30。这些2n=30的漆树大多数可以正常开花结实，在对花粉母细胞减数分裂进行观察中，清楚的看到15个二价体的出现，说明漆树染色体基数为X=15，而大红袍品种的染色体数为45，按基数为X=15推算，大红袍品种为三倍体漆树[5]。张继祖对我国12个省的66个漆树品种的染色体进行观察，结果显示有65个品种为二倍体(2n=30)，只有陕西省平利县的大红袍品种为三倍体漆树(3n=45)。该品种表现为高度不孕，基本不结实，但生长快，枝叶茂盛，产漆量高[18]。关于三倍体漆树的品种表现为高度不孕，可能的原因是由于在减数分裂时的染色体没有正常配对，未能形成正常的二倍体而造成三倍体漆树繁殖器官退化，不结实。虽然三倍体漆树不结实，但是，漆树的营养器官却异常发达，表现为生长速度快、枝叶茂盛、树皮较厚、树干挺拔粗壮，漆质优良、产漆量明显高于其他品种等优良特质。关于三倍体漆树的起源，可能是由结实率较高的野生漆树，经过人为的长期栽培，与其他栽培漆树品种或野生漆树通过杂交而来，故这种三倍体漆树生漆的质量和产漆量都具有野生漆树和栽培漆树的综合性状，质量较好。

2.3 漆树同工酶和等位酶多样性研究

同工酶是指由不同的基因位点所编码，在机体内催化同一反应的酶的不同分子表现形式，即具有同一种功能但有不同分子结构的酶。等位酶指同一基因位点上不同等位基因所编码的同一种酶的不同分子型。在种内水平上，等位酶可作为一种稳定的遗传标记，通过等位酶分析可以测量遗传变异性[19]。它们作为基因表达的直接产物，其结构的多样性在一定程度上可以反映生物DNA组成上的差异和生物体的遗传多样性。李美荣利用同工酶谱分析了漆树、野漆和木腊漆之间的差异，结果表明漆树与野漆树之间遗传基础差异很大，没有一个过氧化物酶位点是同样活化的。相比之下，两种野漆树之间有两个过氧化物酶位点总是活化的，两种野漆树之间过氧化物酶表达方面的差异比漆树之间的差异要小[20]；王米力用聚丙烯酰胺凝胶电泳对31个四川漆树品种作过氧化物酶(Px)同工酶分析，结果显示31个四川漆树品种252个样本中谱型的分离普遍存在于各品种中；对漆树无性系的同工酶鉴定发现，凡来自同一无性系的根繁植株，其(Px)同工酶谱型完全一致，表明漆树过氧化物酶同工酶在同一无性系内相对稳定[21]。

2.4 漆树分子水平 DNA 多态性研究

DNA分子标记(DNA molecular marker)是植物分子遗传多样性研究中最常用的一种方法，它为植物系统进化研究提供了大量的信息数据，DNA分子标记分析的结果往往能够对现存的分类学分析结果进行验证。DNA分子标记的检测分析不受生物组织特异性、环境以及发育阶段的影响，并具有遗传稳定、多态性高、数量大等优势，相比于同工酶，克服了标记表达的时空问题，现已成为研究生物遗传多样性、遗传变异的有利工具，广泛应用于遗传育种、基因定位、基因克隆等方面。赵喜萍利用AFLP标记技术对陕西省栽培的9个漆树品种进行了指纹图谱分析及鉴定，结果显示，8对AFLP引物对9个漆树品种进行扩增共产生了2807条多态性条带，多态性比例达62.89%，且同一引物对不同品种的扩增呈现出丰富的多态性；另外对9个漆树品种的相似性进行初步分析，结果显示，白皮高八尺品种与金州黄品种的亲缘关系最近，而秦佛漆树、火焰子与白皮高八尺、黄茸高八尺和金州黄的亲缘关系相对较远[22]。这一结果与赵喜萍、陈振峰等关于漆树表型多样性研究的结果有一定的差异，再次表明，表型性状分析的基因位点较少，不能全面客观的反映遗传变异信息；魏朔南等采用HPLC指纹图谱技术分析了陕西8个品种漆树和5个野生居群漆树的树皮提取物化学成分，并以提取物中6个化学成分含量为变量进行聚类分析，结果表明，漆树8个品种和5个野生居群的13个样品平均相似度为0.974；漆酚总量之间存在差异；聚类分析结果显示，依据漆酚总量等6个变量完全可将漆树8个品种的8个样品分开，表明单烯漆酚为区分8个样品的第一关键因子，采自商南的2个漆树品种样品和采自平利的6个品种样品分别聚为两类，表明其聚类结果与漆树地理分布存在密切关系[4]。以上研究结果表明了漆树不同品种之间的亲缘关系及存在的遗传差异。目前关于漆树DNA分子水平上的遗传多样性研究鲜见报道，漆树种内品种鉴定以及优良品种选育指标的筛选仍是漆树研究的一个热点。

3 展望

DNA分子标记具有快速、灵敏、精确、直接等优点，近些年发展十分迅速，已成为目前遗传多样性研究的主要手段，不受环境与基因表达与否的限制，遍及整个基因组，多态性高、遗传稳定、数量较多。另一方面，物种的遗传多样性可以体现在从形态到DNA的各个水平上，因此对一个物种的遗传多样性研究也应建立在不同的层次上。本文所综述的有关漆树遗传多样性的研究分析各有利弊，因此在以后的研究工作中还应视具体情况具体分析。形态学研究和细胞学的研究方法可以在短时间内对漆树遗传变异的大小有一个大致的了解，但仅仅根据表型性状来判断基因型可能存在一定的差异；等位酶分析可以从分子水平对漆树种群遗传变异进行比较客观的分析，但其遗传标记的数量比较有限，不能完全遍及整个基因组；但是，这些关于漆树遗传多样性的研究方法并不互相排斥，可以同时采用以上几种方法进行不同的研究分析，相互补充，以便更全面、更多层次、多角度地揭示漆树种质的遗传多样性和遗传结构。

漆树遗传资源是漆树优良品种选育的物质基础，也是漆树起源、遗传、分类和进化等生物学研究的基础材料。开展漆树种质资源遗传多样性的研究不仅可以探讨其遗传变异和遗传结构，为漆树种质资源开发利用提供丰富的基础理论依据，而且为建立漆树优良种质保护区、制定生漆质量控制标准打下坚实的基础都具有十分重要的理论和现实意义。文献研究显示，从20世纪至今，我国关于漆树种质资源遗传多样性的研究已经取得了一定的成果，已从传统的形态学研究水平深入到分子水平，从分子水平上进行漆树种质资源遗传多样性的研究，可以增强漆树品种改良的目的性，同时也能为漆树杂交育种亲本的选择提供理论依据；但是就目前漆树在分子水平上的研究进展来看，我国对漆树遗传多样性的研究还相对较少，研究不够深入，造成漆树品种的来源往往模糊不清，没有相应的漆树优良种质资源保护区，优良品种得不到保护利用。因此，应利用不断发展的DNA分子标记方法，加强我国漆树种质资源遗传多样性的研究，进一步分析其交配系统、亲缘关系、遗传结构、遗传漂变、基因流等各方面对其群体的影响；多层次、多角度、多方面地揭示漆树遗传多样性及遗传结构。采用常规方法与不断创新的分子生物学研究技术相结合，最终实现将分子水平的遗传多样性与表型多样性统一起来。通过开展系统且深入的研究工作，来揭示漆树表型遗传变异与DNA水平上的遗传多态性间存在的内在联系，客观地评价其遗传育种的潜力。对其重要经济性状如产漆量的基因进行定位研究，发掘优异基因，为优良品种选育提供基因资源，建立优良品种示范基地，为漆树的保护以及合理开发利用提供丰富的理论依据。

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Advance in Research on Genetic Diversity ofToxicodendronvernicifluum

LI Wei-min1,2, BAI Guo-qing1,2, CHEN-hao1,2, LI Bin1,2, LI Si-feng1,2,*

(Xi’anBotanicalGardenofShaanxiProvince,InstituteofBotanyofProvince,ShaanxiXi’an710061)

Genetic diversity as an important component of biodiversity is a fundamental aspect of ecosystem diversity and species diversity.Toxicodendronvernicifluumis not only an important economic tree species in China, but also an excellent ecological tree species. The advances in genetic diversity ofLacertagermplasmresources at molecular level were reviewed. At the same time, the trend of research on the genetic diversity ofLacquertree was prospected.

Toxicodendronvernicifluum; germplasm resources; genetic diversity;research advance

2016-11-08

国家科技支撑计划专题：“漆树特色种质挖掘与创新利用”(2013BAD01B06-7)。

李为民(1982-)，男，甘肃陇南人，助理研究员，硕士，主要从事植物分子生物学研究。E-mail：jake219@163.com。

*通讯作者

S792.99

A

1001-2117(2017)02-0097-04