飼用苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀相關(guān)及聚類分析

周倩文，王昕慧，劉純，全芮萍，劉皖慧，劉婕儀，趙亮，付虹雨，崔國(guó)賢，楊瑞芳

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，長(zhǎng)沙 410128)

苧麻(Boehmeria niveaL.)屬蕁麻科(Urticaceae)苧麻屬(Boehmeria)，是我國(guó)傳統(tǒng)特色經(jīng)濟(jì)作物[1]。目前我國(guó)苧麻種植面積和原料產(chǎn)量占全世界的90%以上，在國(guó)際市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位[2，3]。作物種質(zhì)資源品質(zhì)性狀鑒定評(píng)價(jià)是作物種質(zhì)資源研究的重要組成部分，也是優(yōu)異資源挖掘和利用的基礎(chǔ)[4，5]。功能要求與利用目的不同，對(duì)苧麻種質(zhì)性狀的要求也不盡相同。目前對(duì)苧麻多功能利用主要包括纖用[6]、水土保持[7]、飼用[8]等。在纖用方面，應(yīng)重視抗病性、抗倒伏性、纖維產(chǎn)量性狀和纖維品質(zhì)性狀等；在水土保持方面，應(yīng)重視根系發(fā)達(dá)程度、耐瘠性和抗旱性等；在飼用方面，應(yīng)重視生物產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特性和耐刈割程度等性狀。

科研工作者們對(duì)部分苧麻種質(zhì)進(jìn)行了植物學(xué)特性、農(nóng)藝性狀、纖維品質(zhì)及抗性等方面的鑒定評(píng)價(jià)，篩選出一批高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和特異的種質(zhì)。許英等[9]對(duì)57 份苧麻種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀及纖維品質(zhì)進(jìn)行鑒定評(píng)價(jià)，篩選出高產(chǎn)苧麻種質(zhì)10 份，纖維品質(zhì)優(yōu)良的種質(zhì)7 份。白玉超等[10]利用最優(yōu)關(guān)聯(lián)度分析方法從94 份苧麻種質(zhì)中篩選出10 份與標(biāo)準(zhǔn)品種關(guān)聯(lián)度較大的苧麻種質(zhì)。李林林等[11]通過(guò)對(duì)收集的94 份苧麻材料進(jìn)行主成分分析和聚類分析評(píng)價(jià)，根據(jù)其遺傳距離將其劃分3 類，為苧麻優(yōu)質(zhì)品種選育和多功能應(yīng)用提供參考。飼用苧麻是一種優(yōu)質(zhì)的植物性蛋白飼料原料[12]。近年來(lái)苧麻被用作高品質(zhì)的青綠飼草[13，14]，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與苜蓿相似[15]。苧麻的高生物量有利于促進(jìn)飼料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，高生物量是飼用苧麻育種主要的目標(biāo)之一。栽培措施對(duì)苧麻生物產(chǎn)量的影響很大，包括施肥量[16，17]、栽培密度[18，19]等。同時(shí)，飼用苧麻生育期間的農(nóng)藝性狀對(duì)生物產(chǎn)量也有影響[20]，主要表現(xiàn)在不同的種質(zhì)資源其生育期內(nèi)與生物產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝性狀不同。

本研究以60 份苧麻種質(zhì)資源為研究對(duì)象，對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析，探索影響飼用苧麻生物產(chǎn)量的主要性狀，以期為飼用苧麻品種的利用、育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

60 份苧麻種質(zhì)編號(hào)及名稱見(jiàn)表1。試驗(yàn)中所采用的復(fù)合肥為湖南湘珠化工有限公司生產(chǎn)的“湘珠牌”苧麻專用肥(總養(yǎng)分≥45%，N ∶P2O5∶K2O ＝17 ∶6 ∶22)。

表1 供試苧麻種質(zhì)資源編號(hào)及名稱Table 1 The number and name of the tested ramie germplasm resources

1.2 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地位于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園苧麻基地(113°07′E，28°11′N)。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，光熱條件良好，降水充沛，年均溫度22.40 ℃，相對(duì)濕度為77.99%。土壤肥沃，灌溉方便，土壤含有機(jī)質(zhì)20.19 g/kg、全氮1.18 g/kg、堿解氮82.23 g/kg，適宜苧麻生長(zhǎng)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018 年1 月16 日從長(zhǎng)沙縣江背鎮(zhèn)苧麻試驗(yàn)基地(113°17′E、28°07′N)移栽麻蔸至湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園苧麻試驗(yàn)基地。試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)，共60 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積2 m2(2 m×1 m)，每小區(qū)移栽8 蔸，株、行距分別為0.4 m 和0.6 m，排水溝寬0.5 m。田間水、肥管理一致，各個(gè)小區(qū)穴施復(fù)合肥250.0 kg/hm2。

1.4 農(nóng)藝性狀和指標(biāo)測(cè)定

分別于2019 年7 月26 日、10 月30 日及2020年5 月31 日上午9:00 對(duì)株高、莖粗、分株數(shù)等農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，方法參照《苧麻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[21]。在苧麻成熟期隨機(jī)取樣調(diào)查8 株株高、莖粗，計(jì)算平均值。

莖粗:用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株中間部位，避開(kāi)葉節(jié)。

株高:用直尺測(cè)量植株基部到葉頂端的距離。

生物產(chǎn)量:分別于2019 年7 月29 日、11 月3 日及2020 年6 月2 日采收苧麻，測(cè)量每個(gè)小區(qū)的生物產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用SPSS 25.0 對(duì)60 份苧麻種質(zhì)資源進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 苧麻種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀變異

由表2 可知，60 份苧麻種質(zhì)資源的4 個(gè)農(nóng)藝性狀均有不同程度的變異，其中生物量的變異系數(shù)最大，為28.26%，變化范圍為4.67～16.75 kg；莖粗的變異系數(shù)為14.51%，變化范圍為5.96～11.51 mm；株高的變異系數(shù)為9.63%，變化范圍為152～242 cm；分株數(shù)的變異系數(shù)為20.45%，變化范圍為8～22。

表2 苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的變異情況Table 2 Variation of agronomic traits of ramie germplasm resources

2.2 苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析

由表3 可見(jiàn)，各農(nóng)藝性狀間均存在一定的相關(guān)性。生物量與株高、莖粗呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.569、0.452；株高與莖粗呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.793；分株數(shù)與生物量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.306。

表3 苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的相關(guān)性Table 3 Correlation of agronomic traits of ramie germplasm resources

2.3 苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的聚類分析

將60 份苧麻種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，在歐式遺傳距離為17 時(shí)，可將苧麻種質(zhì)分為4類，各類群苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀見(jiàn)表4。

表4 各類群苧麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀特征Table 4 Agronomic characteristics of various groups of ramie germplasm resources

第Ⅰ類群包括3 份苧麻種質(zhì)，分別為3、14、55。該類群苧麻株高、莖粗、生物量的均值分別為1.67 m、8.78 mm、7.41 kg，在4 個(gè)類群中排名第4，變異系數(shù)分別為5.19%、11.57%、1.56%。綜合分析，該類群材料株型細(xì)矮、生物量低。

第Ⅱ類群包括10 份苧麻種質(zhì)，分別為2、7、11、12、13、21、22、27、33、34。此類群苧麻總株數(shù)均值為118，在4 個(gè)類群中排名第1，變異系數(shù)為10.43%；生物量均值為12.37 kg，在4 個(gè)類群中排名第2，變異系數(shù)為22.75%；株高、莖粗的均值分別為2.07 m、9.58 mm，在4 個(gè)類群中排名第3，變異系數(shù)分別為5.83%，10.62%。綜合分析，該類群材料生物量較高。

第Ⅲ類群包括38 份苧麻種質(zhì)，分別為1、4、5、6、8、9、10、15、17、19、23、24、25、26、28、30、32、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、51、52、53、54、56、59、59。此類群苧麻生物量均值為13.01 kg，在4 個(gè)類群中排名第1，變異系數(shù)為29.89%；株高、莖粗和總株數(shù)的均值分別為2.2 m、10.59 mm、80.45，在4 個(gè)類群中排名第2，變異系數(shù)分別為10.01%、14.70%、13.84%。綜合分析，該類群材料綜合性狀優(yōu)異，生物量高。

第Ⅳ類群包括9 份苧麻種質(zhì)，分別為16、18、20、29、31、49、50、57、60。該類群苧麻株高、莖粗均值分別為2.25 m、11.32 mm，在4 個(gè)類群中排名第1，變異系數(shù)分別為13.97%、15.06%；總分株數(shù)的均值為58.33，在4 個(gè)類群中排名第4；生物量的均值為11.18 kg，在4 個(gè)類群中排名第3，變異系數(shù)為31.74%。綜合來(lái)看，該類材料株高、莖粗較大，生物量較低。

3 討論

本試驗(yàn)對(duì)3 個(gè)農(nóng)藝性狀與生物產(chǎn)量的相關(guān)分析表明，株高、莖粗與苧麻生物產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為0.569、0.452；分株數(shù)與生物產(chǎn)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.306。此結(jié)果與白玉超等[10]研究結(jié)果基本一致。但陳坤梅等[22]對(duì)50 份苧麻核心種質(zhì)資源生物量及其產(chǎn)量構(gòu)成因子(分株數(shù)、株高、葉片數(shù))進(jìn)行的相關(guān)性分析表明，分株數(shù)是影響苧麻生物產(chǎn)量的主要因子。以上兩種不同的結(jié)論可能是由于選擇的試驗(yàn)材料、調(diào)查的農(nóng)藝性狀和苧麻生長(zhǎng)季節(jié)的差異等引起。苧麻是多年生作物，其生物產(chǎn)量構(gòu)成因子復(fù)雜，除株高、莖粗外，還有葉片數(shù)、莖葉比、生長(zhǎng)速率等因子。在今后的研究中，可將所有的產(chǎn)量構(gòu)成因子與生物產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析，綜合考慮各個(gè)農(nóng)藝性狀與生物產(chǎn)量之間的關(guān)系。

聚類分析表明，在歐式遺傳距離為17 時(shí)，可將60 份苧麻種質(zhì)分為4 類，第Ⅰ類有3 份種質(zhì)，綜合性狀差，株型細(xì)矮，生物產(chǎn)量低；第Ⅱ類有10 份種質(zhì)，綜合性狀較優(yōu)異，生物量較高；第Ⅲ類有38 份種質(zhì)，綜合性狀優(yōu)異，生物量高；第Ⅳ類有9 份種質(zhì)，株高、莖粗性狀優(yōu)異，其他性狀較差。聚類分析可以看出類群間的相互關(guān)系，又可以了解類群內(nèi)各品系的親緣關(guān)系[23]。以數(shù)量性狀為育種目標(biāo)時(shí)，這種聚類分析方法對(duì)苧麻新品種的選育有極大的推動(dòng)作用，為苧麻品種改良的親本選擇提供依據(jù)，可根據(jù)不同育種目標(biāo)選擇不同類型的材料為親本選配組合，發(fā)揮農(nóng)藝性狀對(duì)苧麻產(chǎn)量的最大作用。

4 結(jié)論

本研究對(duì)60 份苧麻種質(zhì)進(jìn)行農(nóng)藝性狀與生物產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，60 份苧麻種質(zhì)農(nóng)藝性狀間存在差異，4 個(gè)農(nóng)藝性狀變異系數(shù)從大到小依次為生物量、分株數(shù)、莖粗、株高。相關(guān)分析表明，生物量與株高、莖粗呈極顯著正相關(guān)，株高與莖粗呈極顯著正相關(guān)，分株數(shù)與生物量呈顯著正相關(guān)。聚類分析將60 份苧麻種質(zhì)資源分為4 類，第Ⅰ類綜合性狀差，株型細(xì)矮，生物產(chǎn)量低；第Ⅱ類綜合性狀較優(yōu)異，生物量較高；第Ⅲ類綜合性狀優(yōu)異，生物量高；第Ⅳ類株高、莖粗性狀優(yōu)異，其他性狀較差；各類群間性狀既存在著差異又有一定相似性。