基于花生感官品質的核心種質資源構建

于樹濤，孫泓希，任 亮，尤淑麗，王 虹，于洪波，徐千惠，王傳堂

(1.遼寧省沙地治理與利用研究所,遼寧 阜新123000；2.阜新現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心,遼寧 阜新123000；3.山東省花生研究所,山東 青島266100)

花生在保障我國油脂供應和食品安全中占有重要地位,民間有“長生果”、“長壽果”等美譽[1],且營養(yǎng)價值可與牛奶、雞蛋等媲美。我國傳統(tǒng)的花生主要用于榨油,隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高,食用的比例將逐漸增大。因此,食用型花生種質研究已成為花生育種研究的重要方向。

在國內(nèi)花生育種工作者的努力下,截止目前,國家作物種質資源長期庫中保存花生資源8173份,中期庫保存花生栽培種質資源8957份[2],大量的種質資源為花生新品種選育提供了豐富的遺傳基礎,相反也為眾多種質資源的保存、鑒定和研究帶來了困難。自核心種質資源概念提出后[3],核心種質資源能以最小的樣本數(shù)代表基礎收集樣品,有助于簡化資源的評價與保存,提高了工作效率。國內(nèi)科研工作者對水稻[4]、大豆[5]等多種作物建立了不同類型的核心種質,在花生核心種質資源研究方面,姜慧芳等以中國花生種質資源庫中的6390份花生資源為材料,采用花生品種類型進行分層取樣,構建了576份資源的花生核心種質[6]；牟書靚等對吉林省農(nóng)科院保存的260份花生種質,結合農(nóng)藝性狀和SSR標記構建了包含128個樣品的花生初級核心種質[7]。但對于育種工作者來說,往往針對特異的目標性狀構建核心種質會更感興趣,因而在食用型花生研究中,針對基于花生感官品質指標的核心種質研究較少,如何確定核心種質資源選樣標準,如何為育種者提供核心的感官種質,對食用型花生新品種選育意義重大。

本研究利用課題組近年來收集整理的花生種質資源,按照花生莢果粒型進行分類,針對感官品質性狀構建花生品質育種的核心種質資源,為下一步食用型花生品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料共計480份,主要是遼寧省沙地治理與利用研究所從山東、河南、遼寧、江蘇、廣東等18個地區(qū)收集獲得,供試材料來源及數(shù)量見表1。

表1 種質來源及數(shù)量Table 1 Germplasm sources

1.2 試驗方法

1.2.1 表型性狀鑒定

試驗在遼寧省沙地治理與利用研究所花生基地試驗田進行,采用隨機區(qū)組設計,每份材料播種2行,單粒播種,5 m行長,在花生成熟期隨機選取5株花生,選擇充分飽滿、無病蟲斑的10個花生莢果,對其長、寬、厚、莢果形狀等進行觀測,并測定百果鮮質量和百仁鮮質量,待種子晾干后,測定百果質量和百仁質量,利用FOSS近紅外分析儀(Infratec TM 1241)測定蛋白、脂肪、蔗糖等含量,所測數(shù)據(jù)用于后續(xù)核心種質構建。

1.2.2 核心種質構建方法

表型性狀共計15個,參照胡建斌[8]等方法,按照平均值(X)和標準差(δ)將莢果長、寬、厚、百果鮮質量、百仁鮮質量、百果質量、百仁質量、油酸、亞油酸、脂肪、棕櫚酸、蛋白、可溶性糖、維生素E、蔗糖15個性狀分為10級,1級≤X-2δ,10級＞X+2δ,中間每級間相差0.5δ；供試材料按照莢果形狀進行分組,即普通型、斧頭型、葫蘆型、蜂腰型、蠶繭型和串珠型,組內(nèi)采用標準化的表型數(shù)據(jù)按20%比例進行系統(tǒng)聚類抽樣,聚類分析采用歐氏距離法,取樣原則根據(jù)各組實際情況靈活掌握,組內(nèi)數(shù)量大的按取樣比例確定種質,種質規(guī)模小的組適當放寬取樣比例,進而構建候選核心樣本。

1.2.3 核心種質的評價

采用均值、標準差、變異系數(shù)、多樣性指數(shù)等4個指標評價花生原始種質與核心種質的符合率[9],所有數(shù)據(jù)在Excel 2016和IBM SPSS Statistics 19.0上進行計算。

2 結果與分析

2.1 種質資源各性狀的統(tǒng)計分析

表2看出,原始種質中蜂腰型莢果形狀所占的比重最大,選取的核心種質比例占19.75%,取樣為31個；其次是普通型莢果形狀,取樣比例占19.85%,取樣為26個；串珠型莢果形狀所占比例最少,取樣為5個。通過多樣性分析,在核心種質中,蜂腰型莢果形狀多樣性指數(shù)相對較高,串珠型多樣性指數(shù)相對較低；而原始種質中,普通型莢果形狀多樣性相對較高,由此可見,多樣性指數(shù)與資源數(shù)量間沒有絕對的相關性,研究建立的花生核心種質能夠代表原始花生種質資源。

表2 花生莢果形狀及多樣性指數(shù)Table 2 Diversity of each type of pod

表3 原始種質和核心種質特征值的比較Table 3 Comparison of characteristic parameters of core collection and original germplasms

2.2 核心種質與原始種質特征值比較

表3表明,核心種質與原始種質的變異范圍、均值基本相同；核心種質的變異系數(shù)除蛋白外,均略高于原始種質；多樣性指數(shù)中,除莢果寬、莢果厚、百仁鮮質量略低于原始種質外,其余均高于原始種質,說明核心種質的多樣性更豐富,核心種質保留了原始種質絕大多數(shù)的性狀。

2.3 核心種質與原始種質各性狀的符合率

表4看出,極差符合率最高,達100%的性狀有7個,莢果寬極差符合率最低,為64.96%,而均值、標準差、變異系數(shù)和多樣性指數(shù)的符合率均超過80%以上；所有性狀的變異系數(shù)均達到90%以上,最高符合率為98.99%(棕櫚酸含量),多樣性指數(shù)的符合率平均在89.6%以上,最高符合率達到99.95%(百仁鮮質量)。由此可見,所選的核心種質的各個性狀的特性能夠代表原始種質。

表4 原始種質和核心種質各性狀的符合率Table 4 Coincidence rate between core collection and original germplasms

通過對20%取樣比例下的核心種質與原始種質進行聚類分析(圖1),發(fā)現(xiàn)所構建的核心種質并未改變原始群體的結構特性,在聚類水平25處,群體分為3類,在聚類分析5處,仍是種質資源分布最為集中的位置,因此結合歐式距離在20%取樣比例下構建的核心種質是合理的。

圖1 花生原始群體和核心種質聚類圖Fig.1 Cluster map of original germplasm and core collection

3 討 論

核心種質構建質量受遺傳距離影響,采用歐氏距離構建核心種質已在多種植物上得到了驗證[10]。核心種質的取樣比例依據(jù)原始種質樣本量、調(diào)查性狀的有效性等決定,抽樣比例主要在5%～40%之間。代攀虹等以5963份陸地棉為原始材料,在分組基礎上利用表型性狀,以4.71%的取樣比例構建了陸地棉核心種質[10]；Li等對16779份中國玉米地方品種和自交系以7%的取樣比例構建核心種質[11]；劉遵春等以300份新疆蘋果為原始材料,通過取樣比例對比,最終確定20%為構建核心種質最適宜的比例[12],楊菁等以153份蠶豆為原始材料,通過18項形態(tài)統(tǒng)計,最終確定13.73%的核心種質作為取樣比例[13]；前兩者所用總體資源較大,構建的核心種質所占比例較小,后兩者總體資源較小,構建的核心種質所占比例較大,因形態(tài)性狀易受環(huán)境因素影響,因此,為確保核心種質取樣的合理性,結合核心種質利用研究的樣本數(shù)量,總體取樣規(guī)模不可低于15%,本研究依據(jù)原始種質數(shù)量,構建比例與郝曉鵬等結論基本一致[14],依據(jù)歐式距離構建的核心種質,選用20%的抽樣比例,從變異系數(shù)、多樣性指數(shù)及符合率分析,核心樣品能夠分布在整個遺傳群體中,很好地反映了原始種質的性狀,減少了后續(xù)資源研究數(shù)量,為下一步優(yōu)勢基因挖掘及品種的遺傳改良奠定了基礎。

核心種質資源分組取樣方法包括地理來源、品種形狀、種植類型、農(nóng)藝性狀等基礎信息。本研究采用花生莢果形狀進行分組,更好地為花生感官品質性狀進行判斷。從構建的核心種質來看,不同莢果形狀所占比例及多樣性指數(shù)與原始種質基本一致,從各種性狀的調(diào)查結果來看,15個性狀的變異范圍、平均值、標準差、變異系數(shù)和多樣性指數(shù)也與原始種質保持一致,從符合率來看,絕大多數(shù)性狀的符合率在80%以上,最高符合率達到100%,說明用于構建核心種質的樣本性狀剔除了部分遺傳冗余,很好地保留了原始種質的表型變異特征,可見本研究構建的核心種質資源庫具有良好的代表性和多樣性,因此本研究建立的核心種質是有效的,可以作為花生感官品質育種的優(yōu)良親本庫。

本研究建立的核心種質在花生感官品質應用中是實用的,能夠滿足未來食用型花生品種選育的需求。然而,從食用型花生的適口性包括脆性、細膩度、甜味、苦味、異味等指標來看,這些性狀是否能夠作為核心種質構建的參考指標,還有待進一步探討。