干旱脅迫下33份木薯種質(zhì)表型性狀的初步分析

魏云霞 王曉慶 黃潔

摘 要 以33份木薯種質(zhì)為材料，采用盆栽方法對(duì)其進(jìn)行反復(fù)干旱-復(fù)水處理，測(cè)定株高、莖徑、葉片數(shù)量和主根數(shù)量，并通過(guò)方差、相關(guān)性和聚類分析，對(duì)其耐旱性進(jìn)行歸類。結(jié)果表明：33份木薯種質(zhì)株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量的變幅分別為19.5～52.3 cm、3.46～5.90 mm、10.0～17.7片/株、14.0～56.0條/株，試驗(yàn)材料遺傳背景豐富，代表性強(qiáng)；土壤含水量與株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量相關(guān)性均不顯著；通過(guò)聚類分析可將33份種質(zhì)分為4類，Ⅳ類僅ZM8316一份種質(zhì)，其各項(xiàng)表型性狀指標(biāo)均處于較高水平；其次是Ⅲ類，包括CMR35-22-196、A234、SC5、D346、F709、C381、C322。

關(guān)鍵詞 木薯 ；種質(zhì) ；干旱脅迫 ；表型性狀 ；聚類分析

分類號(hào) S533

木薯（Manihot esculenta Crantz）是中國(guó)重要的熱帶亞熱帶作物，其產(chǎn)品（塊根）主要用作飼料、糧食和工業(yè)原料[1-2]。干旱是影響作物產(chǎn)量的主要因素之一，其對(duì)農(nóng)作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位[3-4]。在木薯生產(chǎn)中，干旱脅迫會(huì)顯著降低木薯塊根產(chǎn)量及品質(zhì)[5-7]。中國(guó)熱區(qū)木薯的苗期易受干旱脅迫，對(duì)木薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極其不利[8]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，抗旱育種是解決干旱問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)有效途徑[9]，耐旱種質(zhì)資源的篩選、鑒定及利用是其重要前提[10]，而且干旱條件下的表型性狀是直接、宏觀分析評(píng)價(jià)種質(zhì)耐旱性的重要依據(jù)[11-12]，其中，株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量等表型性狀與耐旱性關(guān)系尤為密切[13-14]。

目前，國(guó)內(nèi)開展了少量的種質(zhì)資源、栽培技術(shù)、基因?qū)W等方面的木薯耐旱性研究[8，15-17]，而中國(guó)又有著豐富的木薯種質(zhì)資源[18]，加強(qiáng)木薯種質(zhì)耐旱性研究將為解決木薯抗旱生產(chǎn)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究在反復(fù)干旱-復(fù)水脅迫條件下，研究33份木薯種質(zhì)的表型性狀，并運(yùn)用聚類分析對(duì)其進(jìn)行分類，以期為耐旱種質(zhì)的初步篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

從海南省儋州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所（以下簡(jiǎn)稱“品資所”）的國(guó)家木薯種質(zhì)資源圃中隨機(jī)選取33份種質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行耐旱性的初步分類，具體種質(zhì)見表1。

2011年2～7月，在品資所試驗(yàn)基地遮雨大棚內(nèi)開展盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)土壤基本理化性質(zhì)為pH 5.3，有機(jī)質(zhì)12.8 g/kg、全氮1.5 g/kg、速效磷3.5 mg/kg、速效鉀48.5 mg/kg。每盆裝5 kg干土，并施用0.2 g尿素、0.2 g過(guò)磷酸鈣和0.2 g氯化鉀作為底肥。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)33個(gè)處理（種質(zhì)），5次重復(fù)（每份種質(zhì)種植5盆）。每個(gè)重復(fù)小區(qū)（每盆）直插1條種莖，種莖長(zhǎng)度為（15.0±1.0）cm，芽眼朝上，露出土壤部分長(zhǎng)（8.0±0.5）cm，統(tǒng)一管理。2011年5月8日齊苗后開始反復(fù)干旱-復(fù)水處理。試驗(yàn)過(guò)程中，用稱重法控制土壤含水量[19]，使試驗(yàn)條件盡可能一致。每次復(fù)水后的土壤含水量均控制在16%～18%。

干旱-復(fù)水過(guò)程：5月8日開始第1次干旱，50%以上植株萎蔫時(shí)（5月23日）進(jìn)行第1次復(fù)水；5月23日開始第2次干旱，50%以上植株出現(xiàn)葉片脫落時(shí)（5月28日）進(jìn)行第2次復(fù)水；5月28日開始第3次干旱，50%以上植株萎蔫時(shí)（6月14日）進(jìn)行第3次復(fù)水。

1.2.2 調(diào)查指標(biāo)及方法

6月14日進(jìn)行第3次復(fù)水后，在每盆土壤中隨機(jī)選擇3～5點(diǎn)取土，用于測(cè)定土壤含水量，并調(diào)查植株高度、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量。

土壤含水量：烘干法測(cè)定土壤含水量[20]；株高：用卷尺測(cè)量植株萌芽基部至頂部第1片未展開嫩葉頂端的高度；莖徑：用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株距離萌芽基部2 cm高處的直徑；葉片數(shù)量：計(jì)算單株完全展開葉的葉片總數(shù)；主根數(shù)量：計(jì)算單株的主根數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析及聚類分析[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 種質(zhì)表型性狀的分析

在本試驗(yàn)中，對(duì)各種質(zhì)的土壤含水量控制較為合理，變幅為15.67%～18.28%，差異不顯著。種質(zhì)株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量變幅分別為19.5～52.3 cm、3.46～5.90 mm、10.0～17.7片/株、14.0～56.0條/株，差異均達(dá)極顯著（表2）。

2.2 表型性狀與土壤含水量的相關(guān)性分析

由表3可知，參試種質(zhì)株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量與土壤含水量的相關(guān)系數(shù)為0.059～0.230，均差異不顯著；4項(xiàng)表型性狀間，除葉片數(shù)量與主根數(shù)量不顯著相關(guān)外，其他兩兩性狀間呈顯著或極顯著正相關(guān)。

2.3 聚類分析

對(duì)參試種質(zhì)株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析（圖1）。結(jié)果表明，當(dāng)歐式距離為5.5時(shí)，33份種質(zhì)可歸為4類。

由表4可知，株高和莖徑均表現(xiàn)為Ⅳ類>Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類；Ⅳ類種質(zhì)的株高、主根數(shù)量均顯著高于其余3類，莖徑、葉片數(shù)量也較高，但未達(dá)顯著水平。對(duì)4類木薯種質(zhì)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，其耐旱性強(qiáng)弱可能為Ⅳ類>Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類。

3 討論與結(jié)論

性狀差異是基因型和環(huán)境共同作用的結(jié)果[22]。在本試驗(yàn)條件下，33份木薯種質(zhì)的株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量變幅較寬，由此可知，其遺傳背景豐富，代表性強(qiáng)[23]。通過(guò)聚類分析，將33份木薯種質(zhì)劃分為4類，初步評(píng)價(jià)其耐旱性強(qiáng)弱可能為Ⅳ類>Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類，其中，Ⅳ類僅ZM8316種質(zhì)，各項(xiàng)表型性狀均較優(yōu)異；其次是Ⅲ類，包括CMR35-22-196、A234、SC5、D346、F709、C381、C322。本研究在反復(fù)干旱-復(fù)水條件下研究參試種質(zhì)的表型性狀，對(duì)于初步篩選和利用耐旱種質(zhì)具有重要意義，但根據(jù)株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量4項(xiàng)表型性狀，難以精確評(píng)價(jià)木薯種質(zhì)的耐旱等級(jí)，需結(jié)合其他表型性狀、生理生化及分子生物學(xué)指標(biāo)[3，16，24]作進(jìn)一步研究，從而更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)劃分木薯種質(zhì)的不同耐旱等級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅興錄. 廣西木薯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略思考[J]. 耕作與栽培，2001（4）：59-61.

[2] 濮文輝. 世界木薯業(yè)發(fā)展與研究[J]. 世界熱帶農(nóng)業(yè)信息，2007（10）：1-5.

[3] 王 敏，張從宇，馬同富，等. 大豆品種苗期抗旱性研究[J]. 中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2004，26（3）：29-32.

[4] 彭立新，李德全，束懷瑞. 園藝植物水分脅迫生理及耐旱機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2002，22（5）：1 275-1 281.

[5] Santisopasri V， Kurotjanawong K， Chotineeranat S， et al. Impact of water stress on yield and quality of cassava starch[J]. Industrial Crops and Products， 2001， 13（2）： 115-129.

[6] Fermont A M， van Asten P J A， Tittonell P， et al. Closing the cassava yield gap：An analysis from smallholder farms in East Africa[J]. Field Crops Research， 2009， 112（1）： 24-36.

[7] Sriroth K， Piyachomkwan K， Santisopasri， et al. Environmental conditions during root development：Drought constraint on cassava starch quality[J]. Euphytica， 2001， 120（1）： 95-102.

[8] 李一萍，黃 潔，許瑞麗，等. 干旱脅迫下水楊酸和油菜素內(nèi)酯對(duì)木薯苗生理特性的影響[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，33（10）：6-11，15.

[9] 路貴和. 玉米種質(zhì)資源抗旱性評(píng)價(jià)及其遺傳基礎(chǔ)研究[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005：1-11.

[10] 王 綸，溫琪汾，曹厲萍，等. 黍稷抗旱種質(zhì)篩選及抗旱機(jī)理研究[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（4）：31-34.

[11] 孟慶立，關(guān)周博，馮佰利，等. 谷子抗旱相關(guān)性狀的主成分與模糊聚類分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42（8）：2 667-2 675.

[12] 劉新龍，馬 麗，蔡 青，等. 云南甘蔗品種表型性狀的遺傳多樣性分析[J]. 植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2010，11（6）：703-708.

[13] 黎 裕. 作物抗旱鑒定方法與指標(biāo)[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1993，11（1）：91-99.

[14] Ogaya R， Pe uelas J， Martínez-Vilalta J， et al. Effect of drought on diameter increment of Quercus ilex， Phillyrea latifolia， and Arbutus unedo in a holm oak forest of NE Spain[J]. Forest Ecology and Management， 2003， 180（1-3）： 175-184.

[15] 劉海剛，黃 潔，羅會(huì)英，等. 種莖覆膜、浸水和蠟封對(duì)木薯抗旱性的影響[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2014，35（4）：668-672.

[16] 王宇陽(yáng)，陳 新，夏志強(qiáng)，等. 利用改良型cDNA-AFLP技術(shù)篩選木薯干旱脅迫相關(guān)基因[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2013，34（6）：1 033-1 040.

[17] 王曉慶，唐茂昌，黃 潔，等. 14份木薯種質(zhì)的苗期耐旱性評(píng)價(jià)[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，38（4）：366-372.

[18] 王慶煌，陳業(yè)淵. 熱帶作物種質(zhì)資源[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2010：92-117.

[19] 施關(guān)正，趙 致，張衛(wèi)星，等. 干旱脅迫下玉米自交系農(nóng)藝性狀的遺傳相關(guān)與通徑分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，21（3）：570-574.

[20] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析（第3版）[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005：22-24.

[21] 孟 林，毛培春，張國(guó)芳. 不同居群馬藺抗旱性評(píng)價(jià)及生理指標(biāo)變化分析[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2009，18（5）：18-24.

[22] 鄧志英，田紀(jì)春，胡瑞波，等. 基因型和環(huán)境對(duì)小麥主要品質(zhì)性狀參數(shù)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26（8）：2 757-2 763.

[23] 祁旭升，劉章雄，關(guān)榮霞，等. 大豆成株期抗旱性鑒定評(píng)價(jià)方法研究[J]. 作物學(xué)報(bào)，2012，38（4）：665-674.

[24] 潘世明，陳義強(qiáng)，吳水金，等. 甘蔗抗旱種質(zhì)資源的篩選與評(píng)價(jià)[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（6）：838-844.