龍州縣甘蔗野生種質(zhì)資源采集與遺傳多樣性分析

段維興，黃玉新，丘立杭，黃海榮，張保青，高軼靜，羅含敏

（廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧530007）

農(nóng)作物種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)科技原始創(chuàng)新、現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。植物種質(zhì)資源的搜集、保存、鑒定及其開發(fā)利用是植物育種和生物多樣性研究的重要工作［1］。甘蔗種質(zhì)資源是甘蔗育種的物質(zhì)基礎(chǔ)。甘蔗品種的改良，是以熱帶種為基礎(chǔ)，通過育種手段引入野生種血緣、拓寬遺傳基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)甘蔗產(chǎn)量和抗性的提高和增強(qiáng)。利用甘蔗與野生種質(zhì)資源雜交創(chuàng)新種質(zhì)，進(jìn)而選育高產(chǎn)高糖和適應(yīng)性強(qiáng)的新品種，是甘蔗育種者一直努力的方向。

廣西屬亞熱帶氣候，種蔗的自然資源條件優(yōu)越，種蔗制糖已有2000多年的悠久歷史，甘蔗資源豐富，是我國(guó)甘蔗原產(chǎn)地之一。傳統(tǒng)種植的甘蔗原種有中國(guó)竹蔗、宜山臘蔗、柳州東泉果蔗等十幾個(gè)傳統(tǒng)栽培種。甘蔗野生資源有割手密、斑茅、河八王、五節(jié)芒和芒等，這造就了廣西豐富多樣的甘蔗栽培品種資源和野生種質(zhì)資源［2］。近年來，隨著自然環(huán)境、種植業(yè)結(jié)構(gòu)和土地經(jīng)營(yíng)方式等的變化，甘蔗野生資源急劇減少。部分種質(zhì)資源甚至面臨絕種，急需在采集鑒定的基礎(chǔ)上，收集更多野生資源，擴(kuò)充廣西甘蔗種質(zhì)資源庫(kù)。

龍州縣位于廣西壯族自治區(qū)西南部，地處中越邊境，為山地丘陵區(qū)，地處南亞熱帶南沿，氣候暖和濕潤(rùn)，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，四季如春，各種資源極為豐富。該縣地形四面高中間低，以巖溶石山地形為主，極可能發(fā)現(xiàn)基因較純且具有特殊性狀的資源材料。為此，本研究對(duì)龍州縣的甘蔗野生種質(zhì)資源進(jìn)行了采集，對(duì)其主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性和遺傳多樣性進(jìn)行分析，期望能找到有潛力的甘蔗資源材料，為甘蔗育種提供新的血緣。

1 考察與采集方法

1.1 考察路線

考察時(shí)間2020年6月15日至2020年6月17日，采集路線：下凍鎮(zhèn)→彬橋鄉(xiāng)→龍州鎮(zhèn)→水口鎮(zhèn)→武德鄉(xiāng)→金龍鎮(zhèn)→逐卜鄉(xiāng)→上龍鄉(xiāng)→上金鎮(zhèn)。共調(diào)查采集了9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，基本覆蓋了龍州縣12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.2 采集方法

按照“第三次全國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源系統(tǒng)調(diào)查與收集行動(dòng)”項(xiàng)目的“甘蔗種質(zhì)資源采集技術(shù)規(guī)范”對(duì)甘蔗資源的分布、生長(zhǎng)環(huán)境和生育時(shí)期進(jìn)行調(diào)查。每隔10km左右采集一次樣品，采集時(shí)用鋤頭將根部挖出，樣品經(jīng)過記錄和測(cè)定后取根部放入材料袋中保存，考察結(jié)束后拿回單位在資源圃水泥框中進(jìn)行活體種植保存。

1.3 性狀測(cè)定與信息記錄

性狀測(cè)定參照《甘蔗種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，選取株高、莖徑、葉長(zhǎng)、葉寬、節(jié)間長(zhǎng)度、錘度、莖形、芽型、芽位、空蒲心、57號(hào)毛群、蠟粉帶、氣根、根點(diǎn)排列等25個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。對(duì)采集的樣品填寫資源調(diào)查采集表，內(nèi)容包括采集編號(hào)、采集日期、種質(zhì)名稱、采集地點(diǎn)、照片編號(hào)、海拔、經(jīng)度、緯度、分布類型、地形地貌、土壤類型等。其中海拔、經(jīng)度、緯度測(cè)定使用GARMIN公司生產(chǎn)的eTrex 301進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Excel 2010軟件對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行整理和分類，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)進(jìn)行遺傳多樣性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 資源的屬、種分類

本次考察共采集到甘蔗亞族3個(gè)屬3個(gè)種21份無性系，其中割手密14份、斑茅6份、芒1份。其生長(zhǎng)地點(diǎn)的海拔范圍在120～320m，跨度不大。其生長(zhǎng)環(huán)境類型多樣，包括山腳、田埂、草地、公路邊、溪邊、池塘邊、沼澤地等，結(jié)果見表1。其中，割手密主要分布在公路邊、田埂、草地、溪邊；斑茅分布在草地、池塘邊、山腳；芒分布在山腳。

表1 考察采集的甘蔗資源

2.2 主要農(nóng)藝性狀及相關(guān)性分析

在采集過程中，對(duì)所有資源的株高、莖徑、葉長(zhǎng)、葉寬和錘度性狀做了測(cè)定，結(jié)果表明：14份割手密無性系株高變化范圍在65～182cm之間；莖徑變化范圍在0.49～0.81cm之間；葉長(zhǎng)變化范圍在66.0～121.0cm之間；葉寬變化范圍在0.5～2.6cm之間；錘度變化范圍在3.0°Bx～16.0°Bx之間；表明割手密有較為豐富的變異類型，在采集的14份割手密材料中錘度超過10.0°Bx的有4份，占采集割手密總數(shù)的28.57%。6份斑茅無性系株高變化范圍在65～116cm之間；莖徑變化范圍在1.11～1.49cm之間；葉長(zhǎng)變化范圍在114.0～200.0cm之間；葉寬變化范圍在2.1～3.6cm之間；錘度變化范圍在5.0°Bx～10.5°Bx之間。芒只采集到1份，株高為131cm，莖徑為0.54cm，葉長(zhǎng)為65.0cm，葉寬為1.4cm，錘度為6.5°Bx，結(jié)果見表2。

對(duì)收集的甘蔗野生種質(zhì)資源的株高、莖徑、錘度、葉長(zhǎng)和葉寬進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果表明，莖徑、葉長(zhǎng)和葉寬兩兩之間都存在極顯著的正相關(guān)，見表3。莖徑和葉長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)最高可達(dá)0.826，莖徑和葉寬的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.791，葉長(zhǎng)和葉寬相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.625。值得說明的是，株高與莖徑、葉長(zhǎng)、葉寬與錘度之間都呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平?？梢缘贸?，莖徑與葉長(zhǎng)和葉寬相關(guān)性較高，錘度與其他性狀相關(guān)程度較低。

2.3 遺傳多樣性分析

為了進(jìn)一步了解龍州縣甘蔗野生種質(zhì)資源的遺傳和進(jìn)化關(guān)系，對(duì)采集的資源進(jìn)行了遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，本次收集的甘蔗資源在株高、莖徑、葉長(zhǎng)、葉寬和錘度均存在較大的變異和較高的遺傳多樣性。葉寬的變異系數(shù)最高為0.69，而株高變異系數(shù)最低為0.27。株高多樣性指數(shù)最高為2.13，莖徑多樣性指數(shù)最低為1.81，見表4。從分析結(jié)果可以看出，5個(gè)性狀指標(biāo)均存在較高的多樣性指數(shù)，也表明采集的資源具有豐富的遺傳多樣性。

表2 甘蔗資源的植物學(xué)性狀

表3 主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

3 結(jié)論

廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所一直重視甘蔗種質(zhì)資源的收集工作，自20世紀(jì)50年代開始，先后開展了3次不同規(guī)模的甘蔗種質(zhì)資源調(diào)查與收集工作，目前共保存4個(gè)屬11個(gè)種的甘蔗及其近緣屬種質(zhì)資源2680份。尤其是從2015年實(shí)施農(nóng)業(yè)部“第三次全國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)”和2017年實(shí)施廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展專項(xiàng)“廣西農(nóng)作物種質(zhì)資源收集鑒定與保存”以來，在廣西調(diào)查收集了62個(gè)縣（市、區(qū)）的甘蔗種質(zhì)資源，共采集資源1248份，鑒定評(píng)價(jià)甘蔗資源650份。但是尚未對(duì)龍州縣開展資源采集工作，龍州縣地處中越邊境，為山地丘陵區(qū)，是以糖料蔗生產(chǎn)為支柱產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)縣。由于大量田地已經(jīng)開發(fā)種植甘蔗、水稻、火龍果等作物，割手密資源不算豐富，且基本都是零星分布，未發(fā)現(xiàn)割手密群落，但斑茅資源相對(duì)比較多見。該縣河流較多，境內(nèi)有水口河、平而河、麗江、明江、左江等，6月15日下午我們根據(jù)水系方向逆流而上采集，但這些江河水面較廣、河水湍急，無河灘和小的支流，因此未發(fā)現(xiàn)割手密；當(dāng)天下午也僅在水稻田埂上發(fā)現(xiàn)一株割手密。后面兩天采集的路線主要沿著鄉(xiāng)間公路行走，在公路邊、池塘邊、沼澤地相對(duì)容易采集到割手密，且在同一片割手密群落也會(huì)存在兩種不同類型。表明該縣割手密資源多樣性比較豐富。

表4 遺傳多樣性分析

從采集數(shù)量上來看，割手密最多，其次是斑茅，芒只采到1份，這可能是由于割手密具有更強(qiáng)的分蘗能力和適應(yīng)能力，其傳播的范圍也更廣［3］。本研究采集的甘蔗野生種質(zhì)資源性狀差異很大，有些材料性狀較好，比如割手密GZ2020GSM213，其錘度達(dá)到16.0°Bx，可作為今后改良含糖量品種的資源。但也有一些材料性狀較差，比如割手密GZ2020GSM210，株高只有65cm。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，龍州縣甘蔗種質(zhì)資源莖徑、葉長(zhǎng)和葉寬之間均存在極顯著的正相關(guān)。因此，控制這些性狀的基因連鎖強(qiáng)度較高，通過雜交的手段可以實(shí)現(xiàn)綜合性狀的改良。然而，錘度與其他4種農(nóng)藝性狀均沒有顯著的相關(guān)性，這與齊永文等［4］和劉洋等［3，5］研究的結(jié)果一致。從數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，本次采集的資源具有較高的遺傳多樣性。這也說明甘蔗種質(zhì)資源在進(jìn)化的過程中，產(chǎn)生了一定程度的遺傳變異，具有較大的雜種優(yōu)勢(shì)利用空間［6］。本研究下一步的工作將重點(diǎn)對(duì)采集的資源進(jìn)行精準(zhǔn)的鑒定評(píng)價(jià)，期望能找到高糖抗逆性強(qiáng)的基因資源。