我國金沙江干熱河谷地區(qū)甘蔗野生種質(zhì)資源采集與鑒定

劉洋　蘇俊波　劉新龍　劉洪博　姚艷麗　徐磊

摘 要 為了擴(kuò)充國家甘蔗野生資源，進(jìn)一步挖掘具有育種潛力的親本材料。對(duì)金沙江干熱河谷地區(qū)華坪縣、攀枝花市區(qū)、鹽邊縣、米易縣、會(huì)理縣、永仁縣等12個(gè)市縣的甘蔗野生種質(zhì)資源進(jìn)行了采集和鑒定，共采集斑茅9份，割手密20份，蔗茅4份，芒1份，涉及4個(gè)屬4個(gè)種，合計(jì)34份。主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析結(jié)果表明：所采集的甘蔗野生種質(zhì)資源性狀差異顯著，株高、莖粗、葉長和葉寬均存在極顯著或者顯著（株高和葉長）的相關(guān)性，而錘度與其它指標(biāo)不相關(guān)。遺傳多樣性分析表明：所采集的甘蔗野生種質(zhì)資源多樣性指數(shù)為1.53～1.68，變異系數(shù)為0.35～0.61，具有較高的遺傳多樣性。聚類分析可將其分為四個(gè)類群，其中Ⅲ類群具有較好的錘度品質(zhì)潛力，Ⅳ類群具有較大的生物產(chǎn)量。Ⅲ和Ⅳ類群可推薦作為甘蔗育種的優(yōu)異材料。

關(guān)鍵詞 甘蔗 ；資源采集 ；性狀鑒定 ；相關(guān)性分析 ；遺傳多樣性

中圖分類號(hào) S324 ；S566.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.08.013

Abstract In order to enrich the wild germplasm resource pool of sugarcane and discover potential wild parental materials for breeding in China， germplasm resource of sugarcane were collected and characterized from 12 cities and counties of Jinsha River Dry-hot valleys. Collected were 9 accessions of Erianthus arundinacius， 20 accessions of Sacchuram spontaneum， 4 accessions of Erianthus rufipilus and 1 accession of Miscanthus sinensis， totaling 34 accessions including 4 genera and 4 species. Correlation analysis showed that there were significant differences in characteristics among the wild germplasm resource of sugarcane collected. The plant height， stem diameter， leaf length and leaf width were highly significantly correlated or significantly correlated （between plant height and leaf length）， but there was no correlation between brix and other four major traits. Genetic diversity analysis showed that the genetic diversity index of the wild germplasm resources was 1.53～1.68 with the variance coefficient being 0.35～0.61， indicating that all the collections were high in genetic diversity. These 34 accessions of germplasm resources could be divided into four groups， in which Group III had good quality potential of brix， and Group IV had greater biomass. Groups III and IV could be recommended as desirable sugarcane materials for breeding.

Keywords sugarcane ； resource collection ； characterization ； correlation analysis ； genetic diversity

現(xiàn)代甘蔗品種是印度的熱帶種和野生割手密通過天然雜交，再經(jīng)過精挑細(xì)選的進(jìn)程選育得來的。甘蔗作為我國重要的糖料作物[1]，新品種選育工作一直受到重視。近年來，中國大陸和臺(tái)灣地區(qū)各育種單位先后育成新臺(tái)糖系列、桂糖系列、粵糖和云蔗系列品種[2]，為甘蔗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力的支撐，其中新臺(tái)糖系列品種仍然在中國大陸甘蔗種植面積中占據(jù)主導(dǎo)地位。由于遺傳基礎(chǔ)較為狹窄，甘蔗新品種在宿根性、適應(yīng)力、抗逆性和分蘗力等方面退化現(xiàn)象嚴(yán)重[3]。要解決這一問題，必須擴(kuò)大現(xiàn)有甘蔗的遺傳基礎(chǔ)，引入新的基因資源，提高產(chǎn)量和抗性。利用甘蔗野生種質(zhì)資源將有可能成為解決這一問題的有效途徑之一。

中國甘蔗種質(zhì)資源較為豐富，主要包括斑茅、割手密、蔗茅和芒等，目前以斑茅和割手密研究較多。割手密（Saccharum spontaneum）屬于甘蔗屬，與栽培種甘蔗親緣關(guān)系最近[4]。其具有抗逆性強(qiáng)、糖分含量較高[5]、分蘗多等優(yōu)良特性[6-8]，是被認(rèn)為最有利用價(jià)值的甘蔗屬野生種質(zhì)資源[9]。斑茅（Erianthus arundinaceus）屬于蔗茅屬（Erianthus Michaux.），具有極強(qiáng)的抗逆性[10-11]。通過遠(yuǎn)緣雜交，將斑茅的抗性基因?qū)朐耘喾N甘蔗，極有可能獲得適應(yīng)性強(qiáng)的甘蔗新種質(zhì)。我國一直重視甘蔗野生資源的收集和鑒定工作，目前已對(duì)云南[12]、廣東[13]、廣西[14]、福建[15]、海南[16]、藏南[17]等地的甘蔗野生種資源進(jìn)行了收集和鑒定，保存了大量珍貴的育種資源。但是，由于各地經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)甘蔗野生資源的生長環(huán)境造成了破壞，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)充我國甘蔗種質(zhì)資源庫。endprint

金沙江干熱河谷地區(qū)地處四川和云南金沙江流域，具有典型的亞熱帶和熱帶地區(qū)氣候特征，而且周圍多山，較為封閉，極可能發(fā)現(xiàn)基因較純且具有特殊品質(zhì)的育種材料。然而，由于交通等問題，這一區(qū)域的甘蔗野生資源采集和鑒定工作還未開展。為此，本研究對(duì)金沙江干熱河谷地區(qū)的12個(gè)縣（市）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育種材料，為進(jìn)一步培育甘蔗新品種提供資源。

1 材料與方法

1.1 材料

金沙江干熱河谷地區(qū)甘蔗野生種質(zhì)資源。采集時(shí)間為2015年7月3～6日，采集路線為攀枝花西區(qū)、興泉鎮(zhèn)、榮將鎮(zhèn)、華坪縣、鹽邊縣、埡口鎮(zhèn)、米易縣、會(huì)理縣、大黑山、永仁縣、坪地鎮(zhèn)、大田鎮(zhèn)12個(gè)市縣（鎮(zhèn)），基本覆蓋了金沙江干熱河谷地區(qū)的各市縣。每隔30 km左右采集1次樣品，采集時(shí)用鐵鍬和鋤頭將根挖出，樣品經(jīng)過記錄和測定后取其部分根部放入材料袋中保存，最后統(tǒng)一郵寄回單位在實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行活體種植保存。

1.2 方法

1.2.1 信息記錄

對(duì)采集的樣品填寫樣品記錄單。內(nèi)容包括采集編號(hào)、采集時(shí)間、照片編號(hào)、種質(zhì)名稱、地方名、采集地、海拔、經(jīng)度、緯度、分布狀況、土壤類型、生境等。其中海拔、經(jīng)度、緯度測定使用GARMIN公司生產(chǎn)的GPSmap76進(jìn)行測定。

1.2.2 性狀測定

測定參照《甘蔗種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[18]進(jìn)行。測定的主要農(nóng)藝性狀有株高、莖徑、錘度、葉長、葉寬、葉色和毛群等指標(biāo)。以上測定均設(shè)3次重復(fù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采集樣品分布圖：采用Google Earth 6.0軟件進(jìn)行分布圖制作。

相關(guān)性分析：利用Excel 2010軟件對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行整理和分類，利用Spss 19.0軟件中的雙變量相關(guān)性分析方法對(duì)株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬5個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析。

遺傳多樣性分析：利用遺傳多樣性指數(shù)來衡量群體遺傳多樣性大小[19]。

聚類分析：利用SPSS 19.0版軟件中系統(tǒng)聚類的質(zhì)心聚類法進(jìn)行聚類，度量標(biāo)準(zhǔn)采用Pearson相關(guān)性的區(qū)間度量方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 采集信息與地理分布情況

本次對(duì)金沙江干熱河谷12個(gè)縣（市）的甘蔗野生種質(zhì)資源進(jìn)行了采集，共采斑茅9份，割手密20份，芒1份，蔗茅4份，涉及4個(gè)屬4個(gè)種，共34份。

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同甘蔗野生種質(zhì)資源分布隨著海拔和氣候條件的改變而不同（圖1）。斑茅分布較廣，山坡、路邊、水塘邊都有分布，海拔1 059～1 803 m，經(jīng)度范圍101°13′～102°15′，緯度26°12′～27°05′，伴生物種多為草類和林木類植物。割手密主要分布在接近水源的金沙江邊、河邊、水庫等地方，海拔1 013～2 043 m，經(jīng)度101°26′～102°15′，緯度26°05′～27°05′。蔗茅主要分布在海拔較高的坡地和田埂上，海拔1 184～1 968 m，經(jīng)度101°12′～102°15′，緯度26°07′～27°05′。芒只在山坡地采集到1份資源，海拔為1 184 m，經(jīng)度101°14′，緯度26°30′（表1）。

2.2 主要農(nóng)藝性狀及相關(guān)性分析

本研究收集的甘蔗野生種質(zhì)資源株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬之間均存在較大差異。斑茅株高變化為58～265 cm；莖徑為0.89～1.60 cm；錘度為2.8%～10.6%；葉長為77～192 cm；葉寬為1.3～2.7cm。割手密株高變化在36～302cm；莖徑在0.30～0.7cm；錘度在3.3%～12.8%；葉長在56～144 cm；葉寬在0.4～1.7 cm。蔗茅株高變化在50～100 cm；莖徑在0.369～0.73 cm；錘度在4.8%～11.4%；葉長在59～86 cm；葉寬在0.40～2.1 cm。芒只采集到1份，株高為200 cm；莖徑為1.10 cm；錘度為5.5%；葉長為41 cm；葉寬為2.9 cm（表2）。

總的來說，斑茅的植株較為高大，平均株高為143 cm，而蔗茅植株較為矮小，平均株高只有70.5 cm，割手密平均株高在86 cm左右；斑茅平均莖徑1.24 cm，較為粗壯，而割手密的只有0.48 cm左右；錘度方面割手密優(yōu)勢(shì)較明顯，錘度大于10%的有6份，平均可達(dá)7.3%。斑茅的葉長和葉寬占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，顯著高于其它的資源。

本研究區(qū)對(duì)收集的甘蔗野生種質(zhì)資源的株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果表明，株高、莖粗、葉長和葉寬兩兩之間都存在極顯著或者顯著（株高和葉長）的正相關(guān)（表3）。莖粗和葉寬相關(guān)系數(shù)最高可達(dá)到0.670，株高和葉長相關(guān)系數(shù)最低為0.417。值得一提的是，錘度與株高和莖粗之間呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平，而錘度與葉長和葉寬之間不存在相關(guān)性（表3）?？梢哉J(rèn)為，株高與其它性狀指標(biāo)相關(guān)性較大，而錘度與其它性狀相關(guān)程度較低。

2.3 遺傳多樣性分析

為了進(jìn)一步搞清金沙江干熱河谷的甘蔗野生種質(zhì)資源的來源和進(jìn)化關(guān)系，本研究對(duì)其遺傳多樣性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，本次收集的甘蔗野生材料在株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬均存在較大的變異和較高的遺傳多樣性（表4）。株高變異系數(shù)最高為0.61，而葉長最低為0.35。錘度和葉寬多樣性指數(shù)為1.68，而株高為1.53。可以看出，5個(gè)性狀指標(biāo)均存在較大的多樣性指數(shù)，也表明甘蔗野生種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性，具有較大的利用潛力。

2.4 聚類分析

34份甘蔗野生材料可以分為4類（圖2），每個(gè)類群材料數(shù)量較為平均（表5）。每個(gè)類群特征如下：Ⅰ類群有材料10個(gè)，株高、莖粗、錘度均較低，但要好于Ⅱ類群；Ⅱ類群有材料8個(gè)，各項(xiàng)指標(biāo)均較低，但錘度指標(biāo)較高，可用于糖分改良的材料；Ⅲ類群個(gè)數(shù)為8個(gè)，大多數(shù)指標(biāo)處于Ⅱ類和Ⅳ類之間，但錘度指標(biāo)最好，有較大利用潛力；Ⅳ類有材料8個(gè)，其株高平均可達(dá)184 cm，顯著高于其它所有材料，但其錘度指標(biāo)較低（表5）。按照生物量估計(jì)，優(yōu)略順序?yàn)椋孩?Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，按照錘度指標(biāo)估計(jì)，優(yōu)略順序?yàn)椋孩?Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ。endprint

3 結(jié)論與討論

國內(nèi)外甘蔗領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者一直重視甘蔗種質(zhì)資源的收集和保存工作。在過去的40～50年，國際甘蔗技師協(xié)會(huì)（ISSCT）已經(jīng)組織過4次較大規(guī)模的資源采集工作，收集了大量的熱帶種、大莖野生種和割手密資源[20]。印度和巴西也保存了將近1 500份甘蔗種質(zhì)資源[21]。中國也非常重視甘蔗種質(zhì)資源的收集和保存工作，依托云南省農(nóng)科院甘蔗研究所建設(shè)了國家甘蔗種質(zhì)資源圃。近年來，對(duì)云南、廣東、廣西、海南、四川、藏南等地的甘蔗資源進(jìn)行了收集和鑒定[12-17]。但是尚未見對(duì)云南和四川邊境的金沙江干熱河谷地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)考察的報(bào)道。該地區(qū)地處四川大涼山山區(qū)，地域相對(duì)比較封閉，因此這些資源含有野生血緣的純度更高。另外，與沿海和平原相比，其生態(tài)環(huán)境破壞程度低，通過本次工作能搜尋一些珍貴的資源。本次采集過程中發(fā)現(xiàn)，金沙江干熱河谷地區(qū)甘蔗野生種質(zhì)資源分布較廣，從江邊到山頂都有分布，其中斑茅和蔗茅多分布在山坡地，而割手密多分布在江邊、水塘邊，這與海南的情況較為類似。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)斑茅和蔗茅比割手密具有更強(qiáng)的抗旱性。從采集數(shù)量上來看，割手密最多，其次是斑茅，芒只找到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。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Sp-05，其株高可達(dá)302 cm，生物量很大，可作為今后產(chǎn)量基因挖掘的一個(gè)基礎(chǔ)材料；還發(fā)現(xiàn)的一個(gè)割手密材料Er-16，錘度接近12.8%，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Sp-11，株高只有36 cm，而Sp-02，莖粗只有0.30 cm，幾乎不生長?？傮w來看，與海南采集的資源相比，本次采集的資源株高、莖粗和錘度都相對(duì)較小?？赡芷洫?dú)特的氣候和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。

相關(guān)性是反映性狀遺傳連鎖和遺傳能力的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，金沙江干熱河谷地區(qū)的甘蔗種質(zhì)資源株高、莖粗、葉長和葉寬之間均存在極顯著或者顯著的正相關(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，這與廣東[13]和海南[16]采集的資源結(jié)果一致。根據(jù)這些結(jié)果可以推測，控制糖分含量的基因與其他性狀基因連鎖強(qiáng)度不高，可以創(chuàng)制出糖分含量不同的豐富遺傳材料。這也說明，相比產(chǎn)量性狀而言，含糖量性狀更容易通過雜交的方法來改良。

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分，農(nóng)藝性狀的多樣性本身也揭示了其基因遺傳的多樣性[22]。從分析的結(jié)果來看，本研究采集的資源具有較高的遺傳多樣性，這與劉洋等的研究結(jié)果一致[16]。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[23]。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，本研究采集的資源遺傳多樣性系數(shù)均小于海南采集的資源。其原因可能是，金沙江干熱河谷地區(qū)比海南等沿海地區(qū)具有更強(qiáng)的封閉性，資源的傳播和擴(kuò)散也較慢，因此資源變異程度不如沿海地區(qū)高。

本研究將采集的資源分成了4類，第Ⅲ和第Ⅳ類表現(xiàn)較好，可以作為今后甘蔗品種改良基因挖掘的基礎(chǔ)材料。金沙江干熱河谷地區(qū)氣候獨(dú)特，甘蔗野生資源相對(duì)較少，可能會(huì)進(jìn)化出一些耐旱、抗倒伏的獨(dú)特材料。本研究下一步的工作將重點(diǎn)對(duì)采集的資源進(jìn)行進(jìn)一步鑒定，期望能找到抗逆性強(qiáng)的基因資源。

參考文獻(xiàn)

[1] 張 華，陳如凱. 提升我國甘蔗核心技術(shù)競爭力的研究[J]. 甘蔗，2003，10（3）：49-54.

[2] 黃東杰，孫繼華. 甘蔗育種研究進(jìn)展[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，32（1）：46-53.

[3] 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)，2006，28（6）：838-844.

[4] 陳能武，楊榮仲，吳才文，等. 四川割手密（Sacdaarum spontaneum） 資源的雜交利用潛力研究[J].甘蔗，1996，3（4）：1-7.

[5] 周耀輝，黃鴻能，李家芳，等. 海南甘蔗育種場甘蔗種質(zhì)種性研究（I）[J]. 甘蔗糖業(yè)，1996（2）：5-10.

[6] 李奇?zhèn)? 現(xiàn)代甘蔗改良技術(shù)[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2000：15-17.

[7] Prasad N R， Balasundaram N. Conservation of Saccharum spontaneum as defuzzed true seed [J]. Sugar Tech， 2006， 8（2&3）： 112-115.

[8] 駱君骕. 甘蔗學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1992：76.

[9] 陳如凱，林彥銓，張木清，等. 現(xiàn)代甘蔗育種的理論與實(shí)踐[M] . 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：281-427.

[10] 沈萬寬. 斑茅的雜交利用價(jià)值探討[J]. 甘蔗，2002，9（3）：1- 5.

[11] 陳逢彩. 談?wù)務(wù)崦┰诟收犭s交育種中的價(jià)值問題[J]. 甘蔗糖業(yè)，1979（1）：12-18.

[12] 楊清輝，何順長.云南割手密（Saccharum spontaneum） 染色體數(shù)目及其地理分布研究[J]. 甘蔗，1996，3（1）：10-13.

[13] 齊永文，樊麗娜，何慧怡，等. 廣東割手密資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性評(píng)價(jià)[J]. 甘蔗糖業(yè)，2009（3）：7-10，20.

[14] 張革民，廖江雄，黃宏套，等. 廣西高糖割手密遺傳多樣性的表型分析和RAPD 分析[J]. 西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，29（8）：83-88.

[15] 潘世明，郭陳福，王子琳，等. 福建割手密的搜集、研究和利用[J]. 甘蔗，1998，5（2）：6-9.

[16] 劉 洋，劉新龍，蘇火生，等. 海南甘蔗野生種資源的收集與遺傳多樣性初析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（1）：199-208.

[17] 胡存脈，王先宏，余興華，等. 藏南甘蔗野生種質(zhì)資源的考察與植物學(xué)性狀分析[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，30（3）：351-356.

[18] 范源洪，蔡 青. 甘蔗種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：3-6.

[19] 陳雪燕，王亞娟，雒景吾，等.陜西省小麥地方品種主要性狀的遺傳多樣性研究[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2007，27（3）：456-460.

[20] 蔡 青，范源洪，馬 麗，等. 甘蔗種質(zhì)資源收集、保存、鑒定與利用[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：93-100.

[21] Nair N V， Sekharan S. Saccharum germplasm collection in Mizoram， India[J]. Sugar Tech， 2009， 11（3）： 288-291.

[22] 葛 頌，洪德元. 生物多樣性研究的原理及方法[M]. 北京：科學(xué)出版社，1994.

[23] 陳 輝，范源洪，史憲偉，等. 甘蔗細(xì)莖野生種（Saccharum spontaneum L.）的遺傳多樣性和系統(tǒng)演化研究[J]. 作物學(xué)報(bào)，2001，27（5）：645-652.endprint