湖北省飯豆地方種質(zhì)資源鑒定與評(píng)價(jià)

李 莉，萬正煌，陳宏偉，仲建鋒，伍廣洪

(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，湖北武漢 430064)

飯豆又叫做米豆、蔓豆、竹豆、精米豆和爬山豆等[1]。起源于喜馬拉雅山到斯里蘭卡的熱帶地區(qū)，屬豆科蝶形花亞科豇豆屬的一個(gè)栽培種。飯豆主要分布在亞洲東部和南部，主產(chǎn)國(guó)為中國(guó)、泰國(guó)、緬甸等。飯豆是短日性植物，耐高溫，較抗旱，不耐澇，不耐寒冷，適宜生長(zhǎng)的溫度為18～30℃，對(duì)土壤要求不嚴(yán)，從輕松土到粘重土都能生長(zhǎng)，pH6.8～7.5為宜。中國(guó)主產(chǎn)區(qū)為東北三省、內(nèi)蒙古、山西等地。播種期有春播和夏播，中國(guó)北方于4月中旬至5月下旬播種，南方于5月下旬至7月初播種。湖北省飯豆資源分布廣泛，資源豐富，國(guó)家種質(zhì)資源編目飯豆目錄中，收錄湖北省飯豆地方種質(zhì)資源291份，處于全國(guó)前列。湖北省飯豆種植從低山到平原都有，多為夏播，平作較少，一般與夏播主要農(nóng)作物和幼林果園間作套種。

同其他作物一樣，種質(zhì)資源是開展飯豆育種及其相關(guān)科學(xué)研究的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，因此對(duì)其進(jìn)行全面和準(zhǔn)確鑒定、分析和評(píng)價(jià)就成為飯豆資源研究的重要內(nèi)容和主要任務(wù)[2-5]。為了推動(dòng)湖北省飯豆種質(zhì)資源保存和創(chuàng)新利用，發(fā)掘出一批對(duì)作物遺傳育種有益的種質(zhì)資源材料，特對(duì)湖北省農(nóng)作物種質(zhì)資源中期庫中保存的291份飯豆資源材料進(jìn)行了農(nóng)藝性狀的鑒定，并對(duì)這些資源材料的主要數(shù)量性狀進(jìn)行了評(píng)價(jià)，希望篩選出早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的基因資源，供育種工作者直接和間接利用，達(dá)到有效保護(hù)和利用這批資源的目的。

1 材料與方法

1.1 材料來源

收集自湖北省43個(gè)縣市的291份湖北飯豆地方種質(zhì)資源材料，保存在湖北省農(nóng)作物種質(zhì)資源中期庫。

1.2 研究方法

2010年5月到11月在湖北省監(jiān)利縣進(jìn)行繁殖更新。試驗(yàn)材料按來源進(jìn)行隨機(jī)種植，田間管理同大田。田間觀察記載生育期、花色、成熟莢色等；室內(nèi)考種同一材料內(nèi)隨機(jī)取樣10株，分別調(diào)查株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、莢長(zhǎng)、粒色、百粒重和單株產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。性狀記載和考種參照國(guó)家種質(zhì)資源描述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

參加統(tǒng)計(jì)的所有性狀的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)等的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel(Microsoft office，2003)數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行。各農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析用浙江大學(xué)唐啟義、馮明光[6]編實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種質(zhì)資源分布的地理范圍

湖北省境內(nèi)地勢(shì)起伏較大，全境地貌可劃分為鄂西山地、鄂東北山地丘陵、鄂東南山地丘陵、鄂北丘陵崗地、江漢平原及鄂東沿江平原等6個(gè)區(qū)，有山地、丘陵、崗地、平原等多種地貌類型，分別占19.87%、13.16%、22.59%和44.38%。由于境內(nèi)地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致地區(qū)氣候差異較大，形成一些各具特點(diǎn)的小氣候區(qū)域，加上地形地勢(shì)的天然阻隔作用，使得飯豆各地方種質(zhì)間難以實(shí)現(xiàn)基因交流，為地方種質(zhì)資源形成和演變提供了有利的條件。

采集的291份湖北省飯豆種質(zhì)資源的地理分布范圍在東經(jīng) 105°38′～116°00′，北緯 29°30′～39°42′之間。其中海拔高度最低的為26 m，最高的為1 854 m（表1），分布在海拔高度100 m以下的最多（占43.30%），100～200 m之間的次之（占27.49%），海拔600 m以上的最少（占9.28%）。由此可知，湖北省的飯豆種質(zhì)資源多半分布在海拔600 m以下（合計(jì)占90.72%），其中主要是海拔200 m以下的（占70.79%）；高山地區(qū)的種質(zhì)資源比較少，海拔400～800 m的種質(zhì)資源占資源總數(shù)的16.15%，海拔800 m以上的占8.59%。

表1 湖北省飯豆種質(zhì)資源海拔分布

2.2 莢色、粒形、粒色

飯豆資源的花色包括3個(gè)類型，即淺黃色、黃色、黃帶紫色。湖北飯豆資源的花色均為黃色，結(jié)莢習(xí)性均為無限結(jié)莢。

飯豆地方種質(zhì)資源材料的成熟豆莢色有褐色、黃褐色、黑色、紫色4種。湖北飯豆資源中成熟莢色為褐色的資源有282份，占材料96.90%；黃褐色2份，占材料0.68%；黑色6份，占2.07%；紫色1份，占0.36%。說明湖北地方飯豆資源材料成熟豆莢色以褐色為主。

飯豆的粒形有長(zhǎng)圓柱形和長(zhǎng)柱形2類，湖北飯豆種質(zhì)粒形為中長(zhǎng)圓柱的材料有159份，占總材料的54.6%；長(zhǎng)柱粒形資源有132份，占總材料的45.4%。湖北省飯豆粒色有紅色、黃色、黑花斑、麻色和深紫色5種，湖北資源以紅色和黃色最多，共276份，占總材料的94.85%，其次為黑花斑，共11份，占總材料的3.78%，粒色為麻色和深紫色資源較少，共4份，占1.37%。

2.3 生長(zhǎng)習(xí)性、株高

湖北飯豆地方種質(zhì)資源有半蔓生、蔓生、直立3種生長(zhǎng)方式。直立資源株有17份，占5.84%，株高72～90 cm，平均株高為81.4 cm；半蔓生資源株高91～130 cm，平均株高為112.7 cm，有35份，占12.03%；而蔓生資源最多，株高131.0～404.5 cm，平均株高為221.9 cm，占材料總數(shù)的82.13%。湖北飯豆資源不同生長(zhǎng)習(xí)性類型的數(shù)量為蔓生＞半蔓生＞直立資源。湖北飯豆資源中株高低于80 cm的種質(zhì)有5份，分別為D0001236、D0001351、D0001283、D0001308和D0001251。

2.4 全生育日數(shù)

飯豆資源全生育日數(shù)在89～209 d之間，平均為146.1 d，極差為120 d，生育期分布較寬，成熟期差異較大。以140 d為界，140 d以下資源有151份，140 d以上資源有140份，占資源總份數(shù)的48.11%。291份飯豆資源中，生育日數(shù)短于100 d的早熟材料有9份，其中特早熟資源有3份，都來自于湖北省十堰市竹山縣，分別為 D0001292、D0001293、D0001358?？傮w來說，湖北飯豆資源的生育期比較長(zhǎng)，因此在對(duì)湖北地方飯豆資源的利用上和生產(chǎn)中要注意安排好與其他作物的接茬問題。

2.5 分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量

分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量是形成飯豆產(chǎn)量的5個(gè)主要數(shù)量性狀，通過下表2、圖1可以看出。分枝數(shù)0.2～17.6個(gè)，平均值為4.8，標(biāo)準(zhǔn)差為2.75；單株莢數(shù)最多為413.0個(gè)，最少為28.0個(gè)，單株莢數(shù)平均值為160.2個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)差為101.8；單莢粒數(shù)4.2～12.2粒，平均值為8.18粒，標(biāo)準(zhǔn)差為1.12。湖北飯豆資源單株產(chǎn)量10.4～244.9 g，平均值為70.2 g，標(biāo)準(zhǔn)差為45.4，其中單株產(chǎn)量在150.0 g以上資源有17份，200.0 g以上有2份；百粒重最大值為10.0 g，最小值為2.3 g，百粒重的平均值為5.7 g，標(biāo)準(zhǔn)差為1.14。

性狀的變異頻率是性狀遺傳多樣性的數(shù)量化體現(xiàn)，變異系數(shù)越大，選擇優(yōu)異資源的范圍越廣。從圖1中可以看出，湖北飯豆資源的分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量5個(gè)主要數(shù)量性狀的變異系數(shù)分別為 0.569、0.635、0.137、0.200、0.647。分析可知，分枝數(shù)、單株莢數(shù)和單株產(chǎn)量這3個(gè)數(shù)量性狀的變異程度都大于50%，說明湖北飯豆資源在這3個(gè)性狀上有豐富的遺傳變異和多樣性；而飯豆資源的單莢粒數(shù)、百粒重的變異程度小于或等于20%，表明湖北飯豆資源材料在這2個(gè)性狀上的遺傳變異相對(duì)較少，多樣性沒有其他農(nóng)藝性狀豐富。

表2 湖北省飯豆種質(zhì)資源產(chǎn)量性狀表

圖1 數(shù)量性狀的變異情況

2.6 湖北飯豆各性狀間相關(guān)性分析

通過對(duì)部分重要性狀進(jìn)行相關(guān)分析，可以找到不宜直接選擇的、又與目標(biāo)相關(guān)具有較高遺傳力的性狀，并可以有意識(shí)地減少因?qū)σ恍┬誀畹睦脤?dǎo)致另一些性狀劣變的情況發(fā)生[7]。通過對(duì)性狀間的緊密關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高育種的選擇效果，從而培育出綜合性狀優(yōu)良的中間材料和品種[8]。由表3可知，飯豆全生育期與株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、產(chǎn)量、莢長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，株高與分枝數(shù)、單株莢數(shù)和單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與單莢粒數(shù)、百粒重呈顯著負(fù)相關(guān)?？傮w來說就是，分枝數(shù)較多的品種其單株莢數(shù)和單株產(chǎn)量也較高，單莢粒數(shù)則明顯減少，百粒重也極顯著降低。

飯豆單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒重是構(gòu)成單株產(chǎn)量的3個(gè)主要因素。單株結(jié)莢數(shù)是單株產(chǎn)量中變異最大的一個(gè)數(shù)量性狀，相關(guān)分析表明，該性狀與所有性狀都顯著相關(guān)，其中與飯豆單株產(chǎn)量的影響最明顯，呈極顯著正相關(guān)；對(duì)百粒重的影響也極為顯著，呈極顯著負(fù)相關(guān)。單莢粒數(shù)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的產(chǎn)量性狀，相關(guān)分析表明，莢粒數(shù)受分枝數(shù)的影響最大，分枝越多，則單莢粒數(shù)越少；單莢粒數(shù)還和莢長(zhǎng)極顯著正相關(guān)，單莢粒數(shù)多的資源，莢長(zhǎng)也長(zhǎng)。百粒重是飯豆所以數(shù)量性狀中最為穩(wěn)定的，但會(huì)受單株莢數(shù)的影響，單株莢數(shù)多的資源，百粒重較小。因此在實(shí)際中，育種者需要綜合考慮各相關(guān)性狀間的依存關(guān)系，有目的的選擇有優(yōu)異性狀的種質(zhì)資源作為育種改良材料，提高育種效率。

表3 湖北飯豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀間相關(guān)分析

2.7 湖北飯豆資源聚類分析

對(duì)湖北省291份飯豆資源的5個(gè)產(chǎn)量性狀進(jìn)行聚類分析，以歐式距離為遺傳距離，采用最短距離法，5個(gè)產(chǎn)量性狀分別為分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、單株產(chǎn)量、莢長(zhǎng)和百粒重。結(jié)果表明，最具有特異性的資源分別為 D0000207、D0000206、D0000217和D0000254，其他資源可為3類。第Ⅰ類為包括D0000483和D0000170在內(nèi)的159份種質(zhì)，這類資源分枝數(shù)和單株莢數(shù)相對(duì)較多，單株產(chǎn)量高；第Ⅱ類包括D0001235和D0001378在內(nèi)的122份種質(zhì)，這類資源的分枝數(shù)和單株莢數(shù)相對(duì)較少，單株產(chǎn)量相對(duì)較低；第Ⅲ類為包括D0000205和D0000236在內(nèi)的4份種質(zhì)，這類資源的單株分枝、單株產(chǎn)量和百粒重等產(chǎn)量性狀的表現(xiàn)較其他資源差。

2.8 鑒定出優(yōu)異飯豆種質(zhì)資源2份

在對(duì)291份資源的觀察鑒定中發(fā)現(xiàn)了2份優(yōu)異資源，它們都是具有2項(xiàng)以上優(yōu)異性狀且豐產(chǎn)性好的種質(zhì)，可直接應(yīng)用于生產(chǎn)，同時(shí)也是很好的育種親本材料，也可作為中間材料利用?，F(xiàn)介紹如下：

（1）編號(hào)為D0000206的蔓豆，來自湖北漢川，蔓生，全生育期為177 d左右，株高為395.0 cm，單株分枝數(shù)為10.9個(gè)，單株結(jié)莢數(shù)為399.0個(gè)，單莢粒數(shù)為9.9粒，百粒重4.8 g，單株產(chǎn)量為244.9 g，綜合性狀好。

（2）編號(hào)為D0000207的白蔓豆，來自湖北漢川，蔓生習(xí)性，全生育期為176d左右，株高為353.0 cm，單株分枝數(shù)為11.9個(gè)，單株結(jié)莢數(shù)為320.0個(gè)，單莢粒數(shù)為8.4粒，百粒重8.6 g，單株產(chǎn)量為230.1 g，屬大粒高產(chǎn)種質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

農(nóng)作物種質(zhì)資源是人類生存和發(fā)展最有價(jià)值的寶貴財(cái)富，是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性資源，是作物育種、生物科學(xué)研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)[9]，是實(shí)現(xiàn)糧食安全、生態(tài)安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[10-11]。資源是基因的載體，對(duì)飯豆種質(zhì)資源的研究是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，對(duì)飯豆種質(zhì)資源的鑒定評(píng)價(jià)可以更好的對(duì)種質(zhì)進(jìn)行開發(fā)利用，是新品種選育的重要親本來源，飯豆生產(chǎn)發(fā)展很大程度上取決于對(duì)優(yōu)異資源的研究深度。

作物品種的遺傳改良很大一部分決定于對(duì)不同類型品種資源的挖掘和利用價(jià)值明確。通過對(duì)湖北省291份飯豆種質(zhì)資源的觀察調(diào)查，比較客觀全面的了解了湖北飯豆地方種質(zhì)資源狀況。綜合來看，來自于湖北漢川縣和襄陽縣飯豆資源的各產(chǎn)量性狀表現(xiàn)突出，作為親本資源有很好利用價(jià)值，是飯豆育種堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。分析湖北飯豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性發(fā)現(xiàn)，飯豆在單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量、分枝數(shù)等幾個(gè)重要農(nóng)藝性狀上均表現(xiàn)出基因?qū)挿旱淖儺愋裕渲斜憩F(xiàn)突出的資源材料（如文中列舉的D0000206和D0000207）為飯豆新品種選育提供了優(yōu)良的親本材料。作物育種的成效在很大程度上取決于擁有的種質(zhì)資源數(shù)量、對(duì)種質(zhì)資源特性特征及其遺傳規(guī)律研究的深入程度[12-13]。文中列舉2份優(yōu)異的資源都是具有2項(xiàng)以上優(yōu)異性狀，且豐產(chǎn)性好，可直接應(yīng)用于生產(chǎn)，同時(shí)也是很好的育種中間材料，對(duì)進(jìn)一步培育飯豆新品種具有重要的利用價(jià)值。

湖北地形地貌多樣，多年來形成了豐富多樣的飯豆遺傳資源，但對(duì)湖北飯豆育種的貢獻(xiàn)還有待充分發(fā)掘，究其根源與對(duì)現(xiàn)有飯豆種質(zhì)資源的挖掘和利用不夠有很大的關(guān)系。本研究主要對(duì)飯豆資源的形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行了鑒定和評(píng)價(jià)，文章中還有一些重要的品質(zhì)、抗性性狀，由于工作量太大，難以在這以前的研究中完成或完備，有待于今后有針對(duì)性的觀察、補(bǔ)充或深入研究。另外，形態(tài)性狀差異易受環(huán)境修飾而發(fā)生變化，而目前現(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是采用個(gè)體、細(xì)胞、分子不同水平的配套技術(shù)是傳統(tǒng)單一技術(shù)的發(fā)展與補(bǔ)充，為資源鑒定提供有效的手段[14-15]。下一步工作重點(diǎn)將是繼續(xù)做好優(yōu)異種質(zhì)資源收集、整理和保存的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加大優(yōu)異基因資源的挖掘，繼續(xù)飯豆品種資源的品質(zhì)及分子水平等鑒定研究，開展優(yōu)異種質(zhì)資源重要性狀基因的發(fā)掘，同時(shí)利用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)將多個(gè)優(yōu)異基因聚合到一個(gè)品種中，以創(chuàng)造具有突破性的優(yōu)異種質(zhì)資源，加快飯豆基因創(chuàng)新和育種進(jìn)程。高抗逆性、高適應(yīng)性等具有突破性的新品種選育和持續(xù)提高飯豆遺傳改良研究水平，是今后飯豆種質(zhì)資源研究一個(gè)重要方向。

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