38份割手密葉表蠟質(zhì)含量及其農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性評(píng)價(jià)

賢武 廖江雄 鄧宇弛

摘要：分析38份割手密葉表蠟質(zhì)含量及其農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性，結(jié)果表明：割手密葉表蠟質(zhì)含量的變化范圍為7.5～19.3 mg/g，平均值為12.0 mg/g，變異系數(shù)為16.4%，多樣性指數(shù)為1.9，說明割手密葉表蠟質(zhì)有一定的變異潛力。9個(gè)調(diào)查性狀的變異系數(shù)為8.2%～66.4%，多樣性指數(shù)為0.4～2.1，說明割手密農(nóng)藝性狀遺傳多樣性豐富。割手密葉表蠟質(zhì)含量與葉長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。綜合株高、莖徑、單莖等性狀因素，割手密92_3、83_21、92_4、87_23、38_3、92_9、87_10可以作為葉表蠟質(zhì)的研究材料進(jìn)行重點(diǎn)利用。

關(guān)鍵詞：割手密;葉表蠟質(zhì);遺傳多樣性;農(nóng)藝性狀;種質(zhì)資源

中圖分類號(hào)： S566.101 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）22-0080-04

割手密（Saccharum spontanuem L.）是世界上重要的雜交材料，在甘蔗育種上貢獻(xiàn)很大。其生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，宿根性好，抗逆性強(qiáng)，能耐-25 ℃的嚴(yán)寒，且抗病力強(qiáng)，是抗病基因的種源[1]。當(dāng)前世界范圍內(nèi)種植的甘蔗栽培品種幾乎都含有割手密的遺傳成分，甘蔗栽培種中約10%的染色體來自割手密[2]。海南甘蔗育種場(chǎng)先后利用崖城、陵水、云南割手密的3個(gè)無性系，育成含我國(guó)本土割手密血緣的甘蔗品種23個(gè)[3]。國(guó)內(nèi)外各甘蔗育種機(jī)構(gòu)都很重視割手密的收集、保育，也開展了許多遺傳多樣性的研究[2-8]。植物表皮蠟質(zhì)是覆蓋在植物最外層的不溶于水而溶于有機(jī)溶劑的一類有機(jī)混合物的總稱，在植物生長(zhǎng)發(fā)育、適應(yīng)外界環(huán)境方面起重要作用。植物蠟質(zhì)研究始于20世紀(jì)50年代，半個(gè)多世紀(jì)以來各國(guó)科學(xué)家借助各種先進(jìn)的科學(xué)手段和研究理念對(duì)植物蠟質(zhì)的結(jié)構(gòu)、成分和功能進(jìn)行深入的研究，并取得了豐碩的成果。植物表皮蠟質(zhì)的物理化學(xué)特性使其不僅能夠防止植物體內(nèi)水分散失，提高葉片水分利用率[9]，還能夠抵抗多種生物和非生物侵害，如真菌、病菌、昆蟲、光線、低溫傷害等[10-14]。徐文等研究認(rèn)為，蠟質(zhì)能夠提高小麥的抗旱性，旗葉蠟質(zhì)含量可以作為抗旱小麥品種的選擇指標(biāo)[15]。宋玉偉等認(rèn)為，在干旱處理?xiàng)l件下，抗旱性不同的2個(gè)玉米品種葉面的蠟質(zhì)含量均明顯高于正常條件下的蠟質(zhì)含量，且在正常和干旱條件下抗旱較強(qiáng)的品種蠟質(zhì)含量較高[16]。周玲艷等研究認(rèn)為，在8 ℃低溫處理下水稻幼苗葉角質(zhì)層蠟質(zhì)的積累明顯增加[17]。左示敏等研究發(fā)現(xiàn)，5份不同抗感紋枯病的小麥品種葉片蠟質(zhì)含量與病級(jí)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[18]。甘蔗栽培種抗逆基因主要來源于割手密，割手密葉表蠟質(zhì)尚未有相關(guān)的研究報(bào)道。研究割手密葉表蠟質(zhì)含量差異和農(nóng)藝性狀遺傳多樣性，以及葉表蠟質(zhì)與農(nóng)藝性狀的關(guān)系，對(duì)甘蔗抗逆育種野生資源的創(chuàng)新利用具有參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試材料為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所野生資源圃中保育在水泥圈中的割手密，參試38份割手密材料編號(hào)依次為92_3、2_5、83_25、83_21、85_47、87_1、85_30、85_33、92_4、85_23、87_23、38_3、92_9、87_7、87_4、87_2、87_10、85_53、83_23、87_33、83_17、海南羊欄、85_31、87_51②、87_54、87_9、92_7、87_31、87_20、87_51、83_26、85_38、85_19、85_2、8_10、87_38、85_1和 87_6②。

1.2 試驗(yàn)方法

2015年5月分8批次共采集38份割手密，每份割手密采集10株生長(zhǎng)最好的當(dāng)年生分蘗莖，測(cè)量葉長(zhǎng)、葉寬、株高、莖中部最長(zhǎng)節(jié)間、莖徑、單莖質(zhì)量，用榨汁機(jī)榨取10株莖稈汁液，用手持錘度儀測(cè)量錘度;最高可見肥厚帶葉（+1葉）除去葉脈，剪成2 cm長(zhǎng)的小段混勻，稱取約2 g的葉片，倒入 30 mL 三氯甲烷浸泡30 s，把溶液過濾到蒸發(fā)皿中，在通風(fēng)櫥中待三氯甲烷完全揮發(fā)，再次稱質(zhì)量，減去燒杯質(zhì)量，即為葉表蠟質(zhì)總含量。將樣葉放入已升溫至105 ℃的烘箱中殺青15 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，計(jì)算單位干質(zhì)量葉片的蠟質(zhì)含量（mg/g），每份樣品測(cè)3個(gè)重復(fù)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007處理數(shù)據(jù)，應(yīng)用SPSS 23進(jìn)行相關(guān)性和聚類分析。多樣性指數(shù)即Shannon-Weaver index（H′）的計(jì)算方法同劉洋等[6，19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 割手密葉表蠟質(zhì)含量特點(diǎn)

由圖1可見，38份割手密中葉表蠟質(zhì)含量最高的為 19.3 mg/g，最低的為7.5 mg/g，90%的參試割手密葉表蠟質(zhì)含量超過 10 mg/g，50%以上的參試割手密葉表蠟質(zhì)含量超過12 mg/g。其中，割手密92_3平均葉表蠟質(zhì)含量最高，為18.8 mg/g，割手密87_6②平均葉表蠟質(zhì)含量最低，為 8.3 mg/g。

2.2 割手密葉表蠟質(zhì)含量以及農(nóng)藝性狀的變異分析和多樣性分析

由表1可知，38份割手密葉表蠟質(zhì)含量變異范圍為7.5～19.3 mg/g，極差為11.9 mg/g，平均值為12.0 mg/g，變異系數(shù)為16.4%，多樣性指數(shù)為1.9。其他農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)差異較大，單莖質(zhì)量變異系數(shù)最大，為66.4%，單莖質(zhì)量變化范圍為1.0～71.2 g;其次是葉寬變異系數(shù)，為30.5%，葉寬變化范圍為0.3～2.1 cm;其后依次是株高、葉長(zhǎng)、莖徑、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度等，變異系數(shù)為24.4%～28.2%;錘度和葉片含水率變異系數(shù)較小，分別為12.6%和8.2%?？傮w來看，參試割手密種質(zhì)資源單莖質(zhì)量、葉長(zhǎng)、葉寬、株高、莖徑和最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度等性狀的變異較大，葉片含水率和錘度的變異較小。

葉長(zhǎng)的多樣性指數(shù)最高，為2.1，其次是葉寬、株高和最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度，均為2.0;其后為莖徑（1.9）;錘度、葉片含水率的多樣性指數(shù)最小，均為0.4。從遺傳多樣性指標(biāo)來看，葉長(zhǎng)、葉寬、株高、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度、葉表蠟質(zhì)含量、莖徑、單莖質(zhì)量這7個(gè)性狀的多樣性指數(shù)較高，表明割手密種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性，具有較大的利用潛力。

2.3 割手密葉表蠟質(zhì)含量以及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

對(duì)割手密葉表蠟質(zhì)含量以及農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，以進(jìn)一步了解性狀間的關(guān)聯(lián)。由表2可見，割手密葉表蠟質(zhì)含量與葉長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）;株高與單莖質(zhì)量、莖徑、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;莖徑與單莖質(zhì)量、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）;單莖質(zhì)量與最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度、葉長(zhǎng)、葉寬均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。總體而言，產(chǎn)量相關(guān)性狀株高、莖徑、單莖質(zhì)量、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度之間呈正相關(guān)關(guān)系，葉長(zhǎng)與葉表蠟質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，錘度與其他性狀均無顯著相關(guān)性。

2.4 聚類分析結(jié)果

對(duì)38份割手密材料的9個(gè)性狀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換后，依據(jù)歐氏距離、平均聯(lián)接（組間）法進(jìn)行系統(tǒng)聚類，繪制聚類樹狀圖。由圖2可見，在遺傳距離為15～17處，可將參試割手密分成3類，3個(gè)類群中，錘度和葉片含水率相差不大。結(jié)合表3，第Ⅰ類含海南羊欄等12份割手密，其葉表蠟質(zhì)含量較高，葉片較短，植株高大，莖徑較粗，最長(zhǎng)節(jié)間較長(zhǎng)，單莖質(zhì)量較大;第Ⅱ類含22份割手密，其葉表蠟質(zhì)含量中等，產(chǎn)量性狀中等;第Ⅲ類含4份割手密，其葉片較長(zhǎng)，植株較矮，莖徑較細(xì)，單莖質(zhì)量較小。

3 討論

種質(zhì)資源是作物育種的物質(zhì)基礎(chǔ)[20-21]，目前甘蔗育種品種間遺傳背景狹窄，利用甘蔗的野生資源割手密來拓展甘蔗親本的遺傳背景，是提高甘蔗親本遺傳多樣性的有效途徑。割手密是甘蔗野生種質(zhì)中用于甘蔗雜交育種最早、利用最有成效的種質(zhì)，不少育種家認(rèn)為割手密是甘蔗屬及其近緣屬種中最有育種價(jià)值和研究?jī)r(jià)值的野生種之一[4]。葉片是植物進(jìn)行光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用等生理過程的重要器官。前人對(duì)葉表蠟質(zhì)的研究表明，葉表蠟質(zhì)能夠防止植物體內(nèi)水分散失，提高葉片水分利用率，抵抗多種生物和非生物侵害[9-18]。研究割手密資源葉表蠟質(zhì)以及農(nóng)藝性狀的多樣性，對(duì)發(fā)掘其優(yōu)異的基因資源、甘蔗遺傳改良具有一定的參考意義。本研究中38份割手密葉表蠟質(zhì)含量最高的為19.3 mg/g，最低的為7.5 mg/g，變異系數(shù)為16.4%，說明割手密葉表蠟質(zhì)有一定的變異潛力。葉表蠟質(zhì)含量與葉長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），葉片較短的割手密其葉表蠟質(zhì)含量可能較高。聚類分析第Ⅰ類中的割手密92_3、83_21、92_4、87_23、38_3、92_9、87_10，葉表蠟質(zhì)含量均在12.3 mg/g以上，綜合株高、莖徑、單莖質(zhì)量等性狀因素，表明這些割手密可以作為葉表蠟質(zhì)的研究材料進(jìn)行重點(diǎn)利用。

除葉片含水率以外，其他性狀均表現(xiàn)出了較高的遺傳變異，變異系數(shù)為12.6%～66.4%，遺傳變異系數(shù)從小到大依次為：錘度、葉表蠟質(zhì)含量、最長(zhǎng)節(jié)間長(zhǎng)度、莖徑、葉長(zhǎng)、株高、葉寬、單莖質(zhì)量。表明割手密在這些表型性狀上的變異較大，研究結(jié)果與前人對(duì)割手密種質(zhì)的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)的分析結(jié)果相近[4，7]。參試割手密單莖質(zhì)量有較高的變異潛力，研究結(jié)果同張革民等的研究結(jié)果[4]。單莖質(zhì)量和株高性狀上的高遺傳變異也為將來有針對(duì)性地利用割手密改良栽培甘蔗品種提供了遺傳基礎(chǔ)。葉長(zhǎng)的多樣性指數(shù)最大，為2.1，其次為葉寬、株高、最長(zhǎng)節(jié)間，均為2.0，不同性狀間變異幅度較大，本研究對(duì)割手密株高、莖徑、葉長(zhǎng)、葉寬的多樣性指數(shù)分析結(jié)果與劉建樂等對(duì)華南8省的43份割手密的研究結(jié)果[7]、劉洋等對(duì)海南26份割手密的分析結(jié)果[6]相近。表明割手密種質(zhì)的主要農(nóng)藝性狀遺傳多樣性豐富，在育種方面有巨大的潛力。蔗糖分屬數(shù)量性狀，受微效多基因控制。在生產(chǎn)上的甘蔗雜交品種控制體內(nèi)蔗糖合成與積累的基因，幾乎全部來自熱帶種原種，因?yàn)橐吧N各個(gè)種的蔗糖含量極少，甚至沒有[1]。本研究中割手密錘度多樣性指數(shù)為0.4，與前人的研究結(jié)果不同，可能與參試材料的生長(zhǎng)期、來源以及生態(tài)環(huán)境的不同有關(guān)。

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