31份木薯種質(zhì)資源的鑒定評價及遺傳多樣性分析

謝向譽 陸柳英 曾文丹 賴大欣 嚴華兵

摘要：【目的】從供試木薯種質(zhì)材料中篩選優(yōu)良種質(zhì)，為我國木薯新品種的選育提供優(yōu)良親本?！痉椒ā繌闹参飳W性狀、農(nóng)藝性狀及氫氰酸含量等方面對31份國內(nèi)外引進與收集的木薯資源進行初步鑒定評價，并對相關性狀進行遺傳多樣性分析。【結果】31份木薯種質(zhì)資源在葉片形狀、葉片顏色、葉裂數(shù)、葉柄顏色、葉脈顏色、主莖內(nèi)外皮顏色、莖稈生長情況、株型、莖分叉、分支角度、株高、主莖高度、主莖直徑、塊根分布、結薯集中度、塊根形狀、塊根內(nèi)外皮顏色和塊根肉質(zhì)顏色等方面均表現(xiàn)出較豐富的遺傳多樣性。從31份種質(zhì)資源中篩選出株型較好的資源13份，單株鮮薯產(chǎn)量>

2800.00 g的資源4份，氫氰酸含量<50.00 mg/kg的資源10份，單株鮮薯產(chǎn)量≥2901.75 g、收獲指數(shù)≥0.74、氫氰酸含量≤28.86 mg/kg的資源2份?！窘Y論】31份木薯種質(zhì)資源具有較豐富的遺傳多樣性，其中篩選出2份單株產(chǎn)量高、收獲指數(shù)高、氫氰酸含量低的種質(zhì)，可在優(yōu)良食用木薯育種中重點利用。

關鍵詞： 木薯；種質(zhì)資源；鑒定評價；遺傳多樣性

中圖分類號： S533 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）03-0393-08

0 引言

【研究意義】木薯（Manihot esculenta Crantz）為大戟科木薯屬植物，主要以收獲塊根為主，是全球三大薯類作物之一，也是世界第六大糧食作物；木薯用途廣泛，可食用、飼用和加工成各種不同工業(yè)產(chǎn)品（嚴華兵等，2015）。全球有100余個國家種植木薯，我國木薯種植面積約40萬ha，主要分布在廣西、廣東、海南等?。▍^(qū)），其中廣西木薯種植面積和產(chǎn)量均占全國的60%左右。然而我國木薯產(chǎn)業(yè)目前存在種植品種單一、單產(chǎn)低、淀粉含量較低及比較經(jīng)濟效益偏低等突出問題（嚴華兵等，2015），加強優(yōu)良木薯品種選育勢在必行。因此，開展特色木薯種質(zhì)資源鑒定評價及遺傳多樣性研究，對木薯優(yōu)良品種的選育及木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展均具有重要意義。【前人研究進展】在對木薯種質(zhì)資源的鑒定評價方面，前人已進行過較多相關研究。羅霆等（2010）采用產(chǎn)量性狀和12個表型性狀聚類分析及SSR標記技術對不同產(chǎn)地來源的24份木薯種質(zhì)進行遺傳多樣性研究，結果表明，農(nóng)藝性狀的聚類結果與SSR聚類結果存在明顯差異，說明木薯在長期的演化和自然選擇過程中發(fā)生了顯著的表型變化。林瑩等（2011）對不同木薯品種（系）不同生長時期的含粉率、氫氰酸及單寧含量進行分析，結果顯示，隨著生長期的延長，木薯含粉率先增加后下降，氫氰酸和單寧含量的變化因品種（系）而存在差異。徐娟和黃潔（2013）對6份木薯種質(zhì)營養(yǎng)成分與食味進行評價，結果表明，不同木薯種質(zhì)間營養(yǎng)成分含量差異較明顯，塊根干物率與淀粉含量呈極顯著正相關，可作為選育高淀粉木薯品種的重要指標。謝向譽等（2014）從植物學和農(nóng)藝性狀等方面對13份木薯種質(zhì)材料進行多樣性分析與系統(tǒng)評價，篩選獲得5份表現(xiàn)良好的優(yōu)良株系。周慧文等（2015）采用SCoT分子標記法對28份木薯種質(zhì)資源進行了遺傳多樣性鑒定評價，結果表明，28份木薯種質(zhì)資源主要聚為五大類，聚類結果與材料來源有一定相關性，該方法可在一定程度上反映木薯種質(zhì)資源遺傳多樣性。【本研究切入點】木薯是一個遺傳背景復雜、種質(zhì)資源多樣的物種，到目前為止，仍然有許多尚未充分鑒定評價與開發(fā)利用的種質(zhì)資源，因而加強木薯種質(zhì)資源分析和鑒定評價是木薯育種研究的重要基礎性工作?！緮M解決的關鍵問題】對從國際熱帶農(nóng)業(yè)研究中心（CIAT）、巴西和中國廣西等地引進或收集的31份木薯種質(zhì)資源的重要性狀進行鑒定評價及遺傳多樣性分析，以期篩選到優(yōu)良的木薯種質(zhì)資源或發(fā)掘木薯資源的優(yōu)異性狀，為我國木薯新品種的選育提供優(yōu)良親本。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試木薯種質(zhì)資源材料共31份，其中2013年從巴西引進1份，2014年從廣西收集1份，其余均為2013年從CIAT引進。各種質(zhì)資源編號及來源詳見表1。

1. 2 試驗方法

試驗于2015～2016在廣西農(nóng)業(yè)科學院武鳴基地進行。試驗地土壤pH 5.31，有機質(zhì)含量22.1 g/kg，全氮含量0.062%，全磷含量0.080%，全鉀含量0.421%，速效氮含量105 mg/kg，速效磷含量23 mg/kg，速效鉀含量115 mg/kg。

試驗采用隨機區(qū)組設計，以品種為處理，每處理種植木薯15株，均采用莖粗基本一致的成熟木薯種莖播種，種植規(guī)格為80 cm×80 cm。3次重復。田間管理按常規(guī)管理進行。

1. 3 測定項目及方法

在木薯生長中期觀察和測量第1片完全展開葉顏色、成熟功能葉顏色、葉片裂葉數(shù)、裂片葉形、葉柄顏色、葉脈顏色；在木薯生長后期觀測成熟主莖外皮和內(nèi)皮顏色、株型、莖稈生長情況、第1分支角度、株高、主莖高度、莖粗；收獲木薯塊根后調(diào)查塊根分布、結薯集中度、塊根形狀、塊根外皮和內(nèi)皮顏色、塊根肉質(zhì)顏色、塊根數(shù)，測定單株鮮薯產(chǎn)量、塊根氫氰酸含量，并計算收獲指數(shù)及表型遺傳多樣性指數(shù)（Shannon-

Weaver多樣性指數(shù)，H'）。其中，主要性狀的調(diào)查參照李開綿等（2010）和葉劍秋等（2011）的方法進行；氫氰酸含量采用硝酸銀滴定法測定（李開綿等，2010）；H'參照蔡一林等（2011）的方法計算，即H'=-ΣPilnPi。式中，Pi為某性狀第i級別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，ln為自然對數(shù)。

1. 4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行處理與統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2. 1 31份木薯種質(zhì)資源葉片性狀分析結果

由表2可看出，31份木薯種質(zhì)資源的第1片完全展開葉多為淺綠，其次為綠帶紫，紫綠最少（圖1）；成熟功能葉顏色多為綠色，僅有1份材料為紅色；葉柄顏色較豐富，以綠帶紅居多（圖2）；葉脈顏色以淺綠為主；葉片裂葉數(shù)在不同種質(zhì)及同一植株的不同葉片間均存在差異，調(diào)查時以植株中部葉片裂葉數(shù)占多數(shù)的數(shù)目為主，不同種質(zhì)資源裂葉數(shù)有5、7和8裂3種類型，以7裂居多；裂片葉形以拱形居多（圖3）。遺傳多樣性分析結果（表3）表明，葉柄顏色和第1片完全展開葉顏色的H'較高，分別為1.9021和1.3170，表現(xiàn)出較豐富的遺傳多樣性。

2. 2 31份木薯種質(zhì)資源莖部性狀分析結果

由表4可知，不同木薯種質(zhì)資源的成熟主莖外皮顏色存在差異，主要有灰白、灰褐、灰綠、褐色、黃褐、紅褐和紅帶灰7種顏色，其中以灰綠色為主，其次是灰褐色；成熟主莖內(nèi)皮顏色有深綠、綠色、淺綠、紫紅和粉紅5種顏色，以深綠居多；株型有傘型、緊湊型、圓柱型、開張型和直立型5種株型，以緊湊型居多，其中直立型和緊湊型為較理想株型，共有13份；莖稈生長情況均表現(xiàn)為直立；不同種質(zhì)資源間分支角度存在明顯差異，在0～54.32°，以30.00～45.00°的中等分支角度居多，有17份，<30.00°的小分支角度資源有3份，無分支的資源有3份；不同種質(zhì)資源株高差異較明顯，為173.10～324.53 cm，其中篩選到矮株型資源6份，中等株型資源22份，高株型資源3份；主莖高度在66.85～214.40 cm，其中矮主莖資源5份，中等主莖資源17份，高主莖資源9份；不同種質(zhì)資源莖粗差異較小，多集中在3.00～4.00 cm，屬于粗莖類型。由莖部性狀遺傳多樣性分析結果（表5）可知，成熟主莖外皮顏色的遺傳多樣性最豐富（H'=1.4852），其次為株型（H'=

1.3407）；株型、株高、主莖高度、莖粗等性狀是選育優(yōu)良品種的重要性狀，其H'均在0.8000以上，多樣性較豐富，對于木薯品種選育與改良具有重要意義。

2. 3 31份木薯種質(zhì)資源塊根性狀分析結果

由表6可見，塊根分布有垂直分布和水平分布兩種，多為水平分布，為25份；結薯集中度則以分散結薯資源居多，為21份；塊根形狀有圓柱、圓錐圓柱、圓錐和不規(guī)則4種類型，以圓錐型為主，為14份；塊根外皮、內(nèi)皮及肉質(zhì)顏色差異明顯（圖4），外皮主要為淺黃、紅褐、黃褐和白帶粉4種顏色，以紅褐資源為主，為20份；塊根內(nèi)皮顏色有蛋黃、乳黃、白色、粉、粉紅、淡紫和紫紅7種，以白色資源居多，為25份；塊根肉質(zhì)顏色主要有白色、乳黃和淡黃，以白色居多，為28份；塊根數(shù)差異明顯，為5.0～14.0條。通過表型遺傳多樣性分析（表7）可知，7個塊根性狀中以塊根形狀的遺傳多樣性最豐富（H'=1.4083），其次為塊根數(shù)（H'=1.1729）。

2. 4 31份木薯種質(zhì)資源的單株鮮薯產(chǎn)量、收獲指數(shù)及塊根氫氰酸含量

通過測定部分木薯資源的氫氰酸含量，結果（表8）表明，低氫氰酸含量（<50.00 mg/kg）資源有10份，其中Y-32、Y-10、Y-22、Y-23和Y-25的氫氰酸含量低于30.00 mg/kg，尤其是Y-22和Y-23的氫氰酸含量僅為17.32和17.44 mg/kg，兩份材料可為低氫氰酸食用木薯的選育及改良提供寶貴的育種材料。同時由表8可看出，31份種質(zhì)資源中，收獲指數(shù)≥0.60的資源有16份；單株產(chǎn)量≥2000.00 g的資源有9份；收獲指數(shù)>0.65且同時單株鮮薯產(chǎn)量>2800.00 g的資源有Y-4、Y-10、Y-22和Y-31共4份；同時具有低氫氰酸含量（≤28.86 mg/kg）、高收獲指數(shù)（≥0.74）和高單株鮮薯產(chǎn)量（≥2901.75 g）的資源有Y-10和Y-22共2份。遺傳多樣性分析結果（表9）顯示，31份木薯資源的單株鮮薯產(chǎn)量、收獲指數(shù)和氫氰酸含量的H'均超過1.1000，遺傳多樣性均較豐富。

3 討論

植物遺傳多樣性研究對種質(zhì)資源的搜集、保存、評價和利用均具有十分重要的意義。曾霞等（2003）對國內(nèi)44份木薯品系進行多樣性分析，結果表明，我國木薯種質(zhì)資源遺傳基礎比較狹窄，阻礙了突破性新品種的選育。鄒積鑫等（2005）采用28對微衛(wèi)星標記對我國89個木薯品種（系）進行遺傳多樣性分析，結果顯示各種質(zhì)資源遺傳多樣性指數(shù)在0.20～0.30，表明研究群體遺傳多樣性貧乏。通過引進種質(zhì)，齊蘭等（2010）采用SRAP分子標記對134份木薯種質(zhì)資源（其中絕大部分為國外引進種質(zhì)）進行遺傳多樣性分析，結果顯示其平均遺傳多樣性指數(shù)為0.463，表現(xiàn)出相對豐富的多樣性，說明通過引種，可使木薯資源多樣性有所增加，拓寬我國木薯種質(zhì)遺傳背景。本研究對從國內(nèi)外收集與引進的31份木薯種質(zhì)資源進行分析，結果表明，其葉柄顏色、株高、主莖高度、塊根內(nèi)外皮顏色、單株鮮薯產(chǎn)量、收獲指數(shù)和氫氰酸含量等均具有較豐富的遺傳多樣性，其中葉柄顏色的H'高達1.9021，氫氰酸含量、單株鮮薯產(chǎn)量、收獲指數(shù)的H'也均超過1.0000，初步表明31份木薯資源具有較豐富的遺傳多樣性，可為木薯品種選育與改良提供寶貴的種質(zhì)資源。

木薯單株鮮薯產(chǎn)量和氫氰酸含量是木薯育種的重要指標。本課題組前期研究表明，不同木薯品種間單株產(chǎn)量差異顯著（謝向譽等，2014），本研究結果與前期研究結果一致。有關不同木薯品種氫氰酸含量的差異，姬卿等（2013）研究指出，我國主栽木薯品種中氫氰酸含量低于50.00 mg/kg的僅有SC9和ZM8229。本研究對引進的部分種質(zhì)資源進行氫氰酸含量分析，結果表明，31份引進資源的氫氰酸含量差異明顯，部分品種間氫氰酸含量差異達顯著水平，其中氫氰酸含量低于50.00 mg/kg的食用資源有10份，氫氰酸含量低于28.86 mg/kg的資源3份，進一步豐富了我國食用木薯資源。

木薯種質(zhì)資源評價主要有分子水平鑒定評價和表型鑒定評價兩種方法。本研究從傳統(tǒng)表型鑒定及化學分析測定方面對31份木薯種質(zhì)資源進行了鑒定評價，初步篩選到單株鮮薯產(chǎn)量>2800.00 g的資源4份，氫氰酸含量<50.00 mg/kg的資源10份，單株鮮薯產(chǎn)量≥2901.75 g、收獲指數(shù)≥0.74、氫氰酸含量≤28.86 mg/kg的資源2份，株型較好的資源13份，但尚未結合分子標記等方法對這些資源進行鑒定。由于表型鑒定評價易受環(huán)境等的影響，而在分子水平上研究木薯種質(zhì)遺傳多樣性，可精確鑒別重復和相似種質(zhì)，可為遺傳育種中親本的選配等提供新的依據(jù)。因此，下一步應結合分子水平的基因鑒定方法對初步篩選出的優(yōu)良資源進行進一步鑒定評價，以便更好地開發(fā)利用木薯資源。

4 結論

本研究結果表明，31份木薯種質(zhì)資源具有較豐富的遺傳多樣性，初步篩選出部分高產(chǎn)種質(zhì)、低氫氰酸含量種質(zhì)及優(yōu)良株型種質(zhì)，其中篩選出的2份單株產(chǎn)量高、收獲指數(shù)高、氫氰酸含量低的種質(zhì)，可在優(yōu)良食用木薯育種中重點利用。

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（責任編輯 王 暉）