外引蠶豆種質(zhì)資源鑒定與形態(tài)多樣性

摘要：研究了10份外引蠶豆（Vicia faba L.）種質(zhì)資源的生育期、子粒形態(tài)特征、主要農(nóng)藝性狀等。結(jié)果表明，埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源具有較高的變異系數(shù)，為8.01%～55.80%，其中種皮光滑度和百粒重的變異系數(shù)最高，達(dá)55%以上，變異系數(shù)較小的是主莖節(jié)數(shù)（8.01%）和株高（8.99%）。4個(gè)質(zhì)量性狀中種皮光滑度的形態(tài)多樣性指數(shù)最高，而15個(gè)數(shù)量性狀中每果節(jié)莢數(shù)的形態(tài)多樣性指數(shù)最高。

關(guān)鍵詞：蠶豆（Vicia faba L.）；種質(zhì)資源；鑒定； 形態(tài)多樣性

中圖分類號(hào)：S643.6；S326 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）23-5700-05

蠶豆（Vicia faba L.）又稱胡豆、佛豆、川豆、倭豆、羅漢豆。一般認(rèn)為蠶豆起源于亞洲西南和非洲北部，公元1世紀(jì)時(shí)由歐洲傳入我國。據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO）生產(chǎn)年鑒統(tǒng)計(jì)，全世界有51個(gè)國家生產(chǎn)干蠶豆，栽培面積較大的5個(gè)國家依次為中國、埃塞俄比亞、澳大利亞、摩洛哥和埃及；全世界45個(gè)國家生產(chǎn)青蠶豆，栽培面積較大的5個(gè)國家依次為中國、玻利維亞、阿爾及利亞、秘魯和摩洛哥[1]。廣闊的栽培范圍和多樣化的自然生態(tài)環(huán)境造就了豐富的蠶豆種質(zhì)資源和遺傳多樣性。

搜集、引進(jìn)和評(píng)價(jià)蠶豆種質(zhì)資源，對(duì)拓寬我國蠶豆種質(zhì)資源遺傳多樣性，加大蠶豆種質(zhì)資源材料間的交換利用，加快優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)新和利用步伐等都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值[2，3]。2012-2013年對(duì)從非洲引進(jìn)的10份蠶豆種質(zhì)資源進(jìn)行了田間生物學(xué)表現(xiàn)和主要農(nóng)藝性狀的鑒定，擬通過分析外引蠶豆種質(zhì)資源的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)和形態(tài)性狀遺傳多樣性，科學(xué)評(píng)價(jià)外引蠶豆種質(zhì)資源的真實(shí)表現(xiàn)，提高外引蠶豆種質(zhì)資源的利用效率，為最終篩選出具有相關(guān)優(yōu)良性狀的蠶豆種質(zhì)資源提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試蠶豆種質(zhì)資源共計(jì)10份，均為2012年從非洲埃塞俄比亞引進(jìn)，編號(hào)分別為CDAS101、CDAS102、CDAS103、CDAS104、CDAS105、CDAS106、 CDAS107、CDAS108、CDAS109、CDAS110。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012-2013年在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)采取順序排列，每個(gè)種質(zhì)資源材料種植3行，行長(zhǎng)2 m，行距0.5 m，株距0.2 m，小區(qū)面積3 m2。試驗(yàn)田土壤肥力中等，基施復(fù)合肥375 kg/hm2，2012年10月15日播種，11月20日定苗，按常規(guī)栽培技術(shù)進(jìn)行田間管理。在每小區(qū)中的中間行從第3株開始連續(xù)取樣生長(zhǎng)正常的10個(gè)植株進(jìn)行田間觀察記載和室內(nèi)考種。

1.3 數(shù)據(jù)調(diào)查方法

按照《蠶豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[4]中相關(guān)性狀的描述，對(duì)22個(gè)性狀進(jìn)行了田間調(diào)查和室內(nèi)考種。調(diào)查的性狀分為質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀，數(shù)量性狀可直接參與統(tǒng)計(jì)分析，而質(zhì)量性狀因不能直接參與統(tǒng)計(jì)，因此對(duì)非數(shù)值型性狀分別賦值，包括粒色、粒形、臍色、種子平滑度等，各性狀賦值大小依表現(xiàn)型間的差異而有所不同，詳細(xì)賦值方法見表1。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

多樣性指數(shù)在生態(tài)學(xué)和遺傳學(xué)研究中廣泛應(yīng)用，具有加權(quán)性，可以用來合并不同性狀、位點(diǎn)或者不同地區(qū)材料的變異，能較好地比較某一作物、某一物種或某一地區(qū)的遺傳變異性。參加統(tǒng)計(jì)的所有數(shù)據(jù)為各材料種植小區(qū)的各性狀平均數(shù)。計(jì)算數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)的方法是：先計(jì)算參試材料總體平均數(shù)（x）和標(biāo)準(zhǔn)差（δ），再對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行10級(jí)分類：1級(jí)xi

式中，S指小區(qū)中的類型數(shù)，i指其中第i個(gè)類型，Pi指第i個(gè)類型所占的比例[5]。

基本數(shù)據(jù)處理采用Excel（Microsoft office 2003）數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行。各農(nóng)藝性狀間的多樣性指數(shù)參考文獻(xiàn)[6]用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 開花時(shí)間及生育期比較

開花時(shí)間的長(zhǎng)短是蠶豆對(duì)光溫敏感程度的最重要指標(biāo)，供試埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的開花時(shí)間為109～133 d，平均為115 d（表2）。低于115 d的種質(zhì)資源有8份，開花時(shí)間較長(zhǎng)的種質(zhì)資源為CDAS103和CDAS107，其開花時(shí)間分別較平均值長(zhǎng)18 d和12 d。這兩份種質(zhì)資源開花較遲、花期較長(zhǎng)等表現(xiàn)可能是由于武漢的生態(tài)條件與種質(zhì)資源來源地光溫條件的差異而導(dǎo)致的。埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源在武漢的成熟期比較一致，生育期為194～198 d，平均為196 d，極差為4 d，沒有發(fā)現(xiàn)極早熟和極晚熟種質(zhì)資源。蠶豆生育后期武漢氣溫上升較快，且雨熱同期，易引起蠶豆根部早衰，進(jìn)而導(dǎo)致灌漿到成熟時(shí)間縮短，這可能是埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源生育期變異范圍較小的主要原因。

2.2 埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源主要數(shù)量性狀分析

株高是蠶豆重要的數(shù)量性狀之一，它對(duì)于構(gòu)建合理株型、增強(qiáng)抗倒伏性及產(chǎn)量形成具有重要意義。對(duì)埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的株高進(jìn)行差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，CDAS107的株高最矮，為120.1 cm，與CDAS108的株高差異顯著，與CDAS101、CDAS102的株高呈極顯著差異。CDAS102的株高最高，為151.8 cm，顯著高于CDAS105的株高，極顯著高于CDAS104、CDAS106、CDAS110的株高。CDAS101的株高也較高，與CDAS104的株高呈顯著差異，與CDAS106、CDAS110的株高呈極顯著差異（表3）。

埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的單株分枝數(shù)最多的是CDAS109，田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)該種質(zhì)資源的分枝能力較強(qiáng)，平均單株分枝數(shù)為3.0個(gè)。單株分枝數(shù)最少的是CDAS101，平均單株分枝數(shù)為0.9個(gè)，其余種質(zhì)資源的單株分枝數(shù)為1.6～2.8個(gè)。對(duì)蠶豆種質(zhì)資源的單株分枝數(shù)進(jìn)行差異顯著性分析可知，CDAS101的分枝數(shù)顯著低于CDAS105、CDAS108的單株分枝數(shù)，與CDAS109的單株分枝數(shù)呈極顯著差異（表3）。

埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的單株實(shí)莢數(shù)為7.2～33.2莢，單株實(shí)莢數(shù)的多少依次為CDAS105、CDAS109、CDAS108、CDAS104、CDAS107、CDAS106、 CDAS102、CDAS110、CDAS101、CDAS103。對(duì)蠶豆的單株實(shí)莢數(shù)進(jìn)行差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，CDAS105的單株實(shí)莢數(shù)與除CDAS109外的其他種質(zhì)資源均呈極顯著差異（表3）。

埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源中CDAS110的莢長(zhǎng)最長(zhǎng)，為9.7 cm，除CDAS108和CDAS102外，CDAS110的莢長(zhǎng)與其他7份種質(zhì)資源的莢長(zhǎng)都呈極顯著差異。莢長(zhǎng)最短的是CDAS105，為6.1 cm，除CDAS104外，CDAS105的莢長(zhǎng)與其他8份種質(zhì)資源的莢長(zhǎng)都呈極顯著差異（表3）。

埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的莢粒數(shù)差異較大。莢粒數(shù)最少的是CDAS103，為2.2粒，極顯著低于CDAS101、CDAS102、CDAS104、CDAS105、CDAS107、 CDAS108、CDAS109、CDAS110的莢粒數(shù)。CDAS110的莢粒數(shù)最高，為4.1粒，顯著高于CDAS101的莢粒數(shù)，極顯著高于CDAS103、CDAS104、CDAS105、CDAS106、CDAS107、CDAS109的莢粒數(shù)（表3）。

埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的單株產(chǎn)量最高的是CDAS109，為38.6 g，單株產(chǎn)量最低的是CDAS103，為14.9 g，其余種質(zhì)資源的單株產(chǎn)量為17.2～28.7 g。多重比較分析表明，CDAS109的單株產(chǎn)量極顯著高于其他蠶豆種質(zhì)資源的產(chǎn)量，CDAS105的單株產(chǎn)量也較高，與CDAS104和CDAS110的單株產(chǎn)量有顯著差異，與CDAS101、CDAS103、CDAS107的單株產(chǎn)量有極顯著差異（表3）。

2.3 埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源子粒外觀特征比較

埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的子粒外觀形態(tài)類型分析和統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。粒形是蠶豆子粒的外觀形態(tài)，因種質(zhì)資源不同，形態(tài)呈現(xiàn)出多樣性。供試埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的粒形有窄薄和窄厚兩種類型，其中窄薄粒形的種質(zhì)資源占40%，窄厚粒形的種質(zhì)資源占60%。從種皮光滑度上看，種皮光滑度較好的種質(zhì)資源比例達(dá)60%，另外4份蠶豆種質(zhì)資源干子粒表面光滑度較差，其中3份種質(zhì)資源的種皮呈褶皺狀，1份種質(zhì)資源的種皮有凹坑。蠶豆子粒的顏色是由種皮內(nèi)色素含量多少?zèng)Q定的，色素含量多，子粒顏色就深。供試埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的粒色主要為淺綠色和淺褐色兩種，其中粒色為淺褐色的種質(zhì)資源占40%，淺綠粒色的比例為60%。種臍是種子成熟后從胎座上脫落后留下的痕，其大小和顏色隨種質(zhì)資源種類而有所不同。埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的臍寬變幅為1.5～2.5 cm，平均值為1.8 cm，臍色以黑色居多，有8份，其余埃塞俄比亞蠶豆的臍色為褐色，這兩份種質(zhì)資源分別為CDAS101和CDAS105。蠶豆種皮破裂率是蠶豆子粒的外觀形象的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)品種的商品性影響較大。供試10份蠶豆中，有6份種質(zhì)資源無明顯的種皮自然開裂情況，其余4份種質(zhì)資源中，CDAS110的種皮破裂率較高，達(dá)44%，CDAS106的種皮破裂率次之，為22%。

2.4 埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源形態(tài)多樣性分析

對(duì)蠶豆4個(gè)質(zhì)量性狀和15個(gè)主要數(shù)量性狀進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。

質(zhì)量性狀是能觀察描述而不能測(cè)量的屬性性狀，它由少數(shù)起決定作用的遺傳基因所支配，較穩(wěn)定，不易受環(huán)境條件的影響，它們?cè)谌后w內(nèi)的分布是不連續(xù)的，因此通過給分法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表5）。對(duì)幾個(gè)質(zhì)量性狀的離散程度進(jìn)行分析可知，埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源粒形的變異系數(shù)為11.23%，相對(duì)單一，變異程度不及其他質(zhì)量性狀。埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的4個(gè)質(zhì)量性狀中，種皮光滑度的變異程度較大，變異系數(shù)達(dá)55.80%，變異類型較為豐富。臍色和粒色的變異系數(shù)分別為23.42%、48.41%。

變異系數(shù)反映的是各性狀的變異范圍，分析表5可知，埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的15個(gè)主要數(shù)量性狀的變異程度各不相同，其中以百粒重的變異范圍最廣，變異系數(shù)最大，達(dá)55.08%。變異潛力較高的數(shù)量性狀還有單株實(shí)莢數(shù)、單株果節(jié)數(shù)、單株產(chǎn)量、單株分枝數(shù)，變異系數(shù)分別為43.11%、37.66%、31.36%和31.31%，這些性狀上豐富的遺傳變異性表明這些性狀的表達(dá)易受多方面因素的影響，蘊(yùn)藏著豐富的遺傳信息和選擇潛力。埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的數(shù)量性狀中變異程度較小的有主莖節(jié)數(shù)、株高、每果節(jié)莢數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度、莢長(zhǎng)、莢寬、莢粒數(shù)和臍寬等，變異系數(shù)分別為8.01%、8.99%、10.28%、10.92%、14.45%、17.05%、17.73%和19.42%，表明埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的這些性狀相對(duì)穩(wěn)定，遺傳變異性較小。

變異系數(shù)反映了描述性狀的變異情況，而形態(tài)多樣性指數(shù)則主要反映出各性狀的豐度和均勻度，埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的形態(tài)性狀存在一定的多樣性。埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的19個(gè)主要性狀的多樣性指數(shù)為0.67～0.95，其中百粒重的多樣性指數(shù)較低。多樣性指數(shù)在0.8以上的性狀有每果節(jié)莢數(shù)、莢寬、臍寬、單株分枝數(shù)、種皮光滑度、莢粒數(shù)、臍色、節(jié)間長(zhǎng)度、粒形9個(gè)性狀。

3 結(jié)論與討論

種質(zhì)資源是在長(zhǎng)期演化過程中由于基因突變、基因交流和生態(tài)遺傳分化，并經(jīng)自然選擇和人工選擇而形成的一種重要自然資源，它蘊(yùn)藏著自然和人為引起的極其豐富的遺轉(zhuǎn)變異，是生物多樣性的重要表現(xiàn)形式，是農(nóng)業(yè)資源的重要組成部分和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[7，8]。豐富的植物基因存在于多種多樣的品種（包括古今中外的品種）及其野生親緣植物中，對(duì)選育人類所需的作物新品種起決定性作用，是極其寶貴的自然財(cái)富。因此，引進(jìn)和征集大量的作物遺傳資源，并通過鑒定、篩選和遺傳多樣性的研究了解和掌握其特點(diǎn)，對(duì)種質(zhì)資源的合理開發(fā)和充分利用具有重要意義[9，10]。

2012-2013年對(duì)從埃塞俄比亞引進(jìn)蠶豆資源的農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀和植物形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行了記載和評(píng)價(jià)。供試埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源的開花時(shí)間為109～133 d，生育期為194～198 d，分析不同資源對(duì)光周期反映的差異，認(rèn)為CDAS103和CDAS107對(duì)武漢生態(tài)條件下光照條件的適應(yīng)性較差，并導(dǎo)致開花時(shí)間延長(zhǎng)。對(duì)埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源干子粒的特征特性進(jìn)行分析可知，窄薄粒形占40%，窄厚粒形占60%；粒色主要為淺綠和淺褐兩種；臍寬為1.5～2.5 cm，臍色以黑色居多，臍色為褐色的種質(zhì)資源有2份；4份蠶豆種質(zhì)資源干子粒表面光滑狀況較差，其中，種皮有凹坑種質(zhì)資源1份，種皮呈褶皺狀種質(zhì)資源3份，其余種質(zhì)資源子粒表面光滑；種皮破裂率較高的兩份種質(zhì)資源分別為CDAS110和CDAS106。

對(duì)10份蠶豆種質(zhì)資源的15個(gè)主要數(shù)量性狀的變異程度和形態(tài)多樣性指數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)較高的農(nóng)藝性狀是百粒重，其變異系數(shù)為55.08%，變異潛力較高的數(shù)量性狀還有單株實(shí)莢數(shù)、單株果節(jié)數(shù)、單株產(chǎn)量、單株分枝數(shù)。不同蠶豆種質(zhì)資源間的主莖節(jié)數(shù)、株高、每果節(jié)莢數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度、莢長(zhǎng)、莢寬、莢粒數(shù)和臍寬等性狀的變異系數(shù)偏小，表明這些性狀相對(duì)較穩(wěn)定，遺傳變異性較小。分析各性狀的豐度和均勻度可知，埃塞俄比亞蠶豆種質(zhì)資源性狀的多樣性指數(shù)為0.67～0.95，每果節(jié)莢數(shù)的多樣性最高，百粒重的多樣性最低。

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