貴州省黔西南州甘蔗野生種質(zhì)資源考察收集與表型性狀初步研究

徐超華　劉洪博　覃偉　毛 鈞　林秀琴　陸鑫

關(guān)鍵詞：甘蔗；黔西南州；種質(zhì)資源；表型性狀；遺傳多樣性

中圖分類號：S566.1 文獻標(biāo)識碼：A

甘蔗種質(zhì)資源的收集、保存和鑒定評價是進行甘蔗品種遺傳改良的重要基礎(chǔ)。在世界各國蔗糖發(fā)展史上，每次甘蔗單產(chǎn)的飛躍均與種質(zhì)資源的發(fā)掘利用密切相關(guān)。最具代表性的當(dāng)屬爪哇割手密、印度割手密和崖城割手密的發(fā)掘利用，對品種產(chǎn)量和抗性的改良都做出了突破性貢獻[1-2]。近年來，因城市化進程加快和人類生產(chǎn)活動范圍擴張，野生資源原生境正在遭到破壞，加上大量雜交新品種的推廣應(yīng)用，我國名、特、優(yōu)、稀、古老的甘蔗地方品種、野生種和野生近緣屬種植物正在急劇減少。

目前，甘蔗育種工作面臨兩大挑戰(zhàn)：一是甘蔗育種遺傳基礎(chǔ)狹窄，導(dǎo)致育種親本數(shù)量少，多次重復(fù)利用，育成品種之間同質(zhì)化程度高[3]；二是逆境脅迫（病蟲害、干旱等）不斷加劇，現(xiàn)有甘蔗品種抗病蟲、抗旱能力弱，導(dǎo)致甘蔗單產(chǎn)長期在低位徘徊[4-5]。這就需要育種家與資源工作者合力，從育種工作的源頭入手，對珍貴的古老地方品種、野生近緣植物進行補充采集和搶救性保護，通過鑒定評價挖掘育種有益基因，為甘蔗育種儲備新的、豐富的基因源。

黔西南布依族苗族自治州（以下簡稱“黔西南州”）位于貴州省西南部，地處貴州、云南、廣西三省交界，總面積達16 804 km?，屬典型的低緯度高海拔山區(qū)，最高海拔2207.2 m。州內(nèi)地貌復(fù)雜，南盤江、北盤江、紅水河3 條大河貫穿州內(nèi)，陽光充足，雨量充沛，多年平均氣溫為13.8～19.4 ℃，年平均降水量為1352.8 mm，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。其獨特的氣候類型和地理位置為植物的生長繁衍提供了得天獨厚的自然條件[6-7]。為了探明黔西南州甘蔗野生種質(zhì)資源分布狀況，并對當(dāng)?shù)馗收嵋吧N質(zhì)資源進行采集和搶救性保護，豐富國家甘蔗種質(zhì)資源圃（開遠）圃存資源數(shù)量與遺傳多樣性，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所種質(zhì)資源考察隊赴黔西南州進行甘蔗野生種質(zhì)資源系統(tǒng)調(diào)查與采集，以期找到具有育種潛力的甘蔗種質(zhì)資源，為現(xiàn)代甘蔗育種研究儲備優(yōu)異親本。

1 材料與方法

1.1 野生資源采集

2020 年5 月9—22 日，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所甘蔗種質(zhì)資源團隊赴貴州省黔西南州興義市、興仁市、晴隆縣、普安縣等4 市（縣）33個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），開展甘蔗野生種質(zhì)資源系統(tǒng)調(diào)查與收集。在整個系統(tǒng)調(diào)查與收集行動中，全程保持移動電話上的GPS 工具箱APP 線路追蹤模塊始終處于運行狀態(tài)，設(shè)置經(jīng)緯度坐標(biāo)格式為度、分、秒，記錄整個考察采集路線和樣品采集點地理信息。

在樣本采集過程中，同一類型種質(zhì)按直線距離間隔30 km 以上或海拔高低落差100 m 以上取樣1 次。采樣時，同一種群內(nèi)選擇優(yōu)勢單株，先用十字鎬挖出5 條以內(nèi)含地上部和地下部的植株，待樣品表型性狀調(diào)查和圖像采集完成后，再用枝剪去除植株地上部分，保留地下根莖（地下種芽），掛好寫有采集編號的標(biāo)簽牌，裝入塑料袋中。每隔1～2 d 將采集樣本通過快遞集中郵寄回單位，單位收到樣品后立即將采集樣本種植于塑料桶中，并將樣本標(biāo)簽牌掛于桶上，定期澆水、施肥和噴施農(nóng)藥，確保樣本萌發(fā)和健康生長。

1.2 方法

在野生資源采集過程中，填寫甘蔗種質(zhì)資源野外調(diào)查采集表，采集表包括基本信息、形態(tài)學(xué)特征和生物學(xué)特征、抗病性（自然感?。? 個部分?；拘畔ú杉掌凇⒉杉幪?、種質(zhì)類型、采集地點（含經(jīng)度、緯度、海拔）、照片編號、種質(zhì)群落、采集地形、采集地勢、分布類型、采集地小環(huán)境。形態(tài)學(xué)特征和生物學(xué)特征包括6 個數(shù)量性狀和16 個質(zhì)量性狀，數(shù)量性狀包括葉片長度、葉片寬度、株高、莖徑、節(jié)間長度、錘度；質(zhì)量性狀包括氣生根、蠟粉帶、空心、蒲心等16個性狀。自然感病包括黑穗病、花葉病、銹病、褐條病等病害。6 個數(shù)量性狀和16 個質(zhì)量性狀指標(biāo)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)》[8]。表型性狀分析主要針對數(shù)量性狀，聚類分析主要針對割手密（Sacchuram spontaneum）、芒（ Micanthus sinensis ） 、斑茅（ Erianthus arundinacius）、蔗茅（Erianthus fulvus）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用 GIS 軟件繪制甘蔗野生種質(zhì)資源采集分布圖，運用Excel 2010 軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進行整理與分類。采用SPSS 17.0 軟件對數(shù)量性狀進行變異系數(shù)（CV）分析，描述6 個數(shù)量性狀的離散程度。使用NTSYSp c2.1 軟件計算各樣品間的SM相似性系數(shù)（simple matching coefficient），并采用非加權(quán)配對算術(shù)平均法繪制聚類關(guān)系圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗野生種質(zhì)資源生態(tài)地理分布情況

通過對黔西南州興義市、興仁市、晴隆縣、普安縣等4 市（縣）33 個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）系統(tǒng)采集，發(fā)現(xiàn)黔西南州甘蔗野生種質(zhì)資源分布廣泛，在山腰、公路旁邊和荒野處均可見甘蔗野生種質(zhì)資源，尤其是野生近緣種蔗茅分布最為廣泛。此次采集的92 份野生甘蔗種質(zhì)資源主要分布于104?47.40′～105?29.90'E，24?47.00′～26?0.25′N 和海拔774～1727 m之間，通過植物表型分類鑒定，采集到滇蔗茅（Erianthus rockii， Er）6 份、割手密（Sacchuramspontaneum， Sp）16 份、芒（Micanthus sinensis， Ma）25 份、斑茅（Erianthus arundinacius， Ea）13 份、蔗茅（Erianthus fulvus， Ef）32 份。通過考察發(fā)現(xiàn)，不同類型野生種質(zhì)資源在黔西南州4 市（縣）的分布不同，其分布和生長環(huán)境詳見表1 和圖1。

2.2 表型性狀變異分析

表型性狀數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，92 份野生甘蔗種質(zhì)資源在數(shù)量性狀上存在一定程度的遺傳變異（表2，表3）。此次考察，采集到6 份滇蔗茅，其中株高最高為419.0 cm，最低只有156.0 cm；莖徑最粗為2.00 cm，最細為0.65 cm；錘度（Bx）最高為13.8%，最低為6.0%；節(jié)間長度最長為31 cm，最短為14.0 cm；葉長最長為56.1 cm，最短為40.5 cm；葉寬最寬為4.5 cm，最窄為3.3 cm。割手密16 份，其中株高最高為121.0 cm，最低只有18.0 cm；莖徑最粗為0.72 cm，最細為0.32 cm；錘度最高為11.2%，最低為3.0%；節(jié)間長度最長為15 cm，最短為4.2 cm；葉長最長為107.0 cm，最短為27.4 cm；葉寬最寬為1.8 cm，最窄為0.5 cm。芒25 份，其中株高最高為255.0 cm，最低只有20.0 cm；莖徑最粗為0.85 cm，最細為0.32 cm；錘度最高為10.2%，最低為3.6%；節(jié)間長度最長為27.0 cm，最短為2.0 cm；葉長最長為109.0 cm，最短為49.5 cm；葉寬最寬為3.3 cm，最窄為0.7 cm。斑茅13 份，其中株高最高為475.0 cm，最低只有31.0 cm；莖徑最粗為2.70 cm，最細為0.65 cm；錘度最高為9.0%，最低為3.4%；節(jié)間長度最長為29.0 cm，最短為5.0 cm；葉長最長為276.0 cm，最短為76.0 cm；葉寬最寬為5.6 cm，最窄為1.8 cm。蔗茅32 份，其中株高最高為89.0 cm，最低只有27.0 cm；莖徑最粗為0.95 cm，最細為0.32 cm；錘度最高為12.6%，最低為3.4%；節(jié)間長度最長為13.5 cm，最短為2.15 cm；葉長最長為95 cm，最短為49.2 cm；葉寬最寬為3.6 cm，最窄為0.6 cm。對采集的92 份野生甘蔗種質(zhì)資源進行自然感病情況調(diào)查（表2）。在自然條件下，滇蔗茅、割手密、芒、蔗茅均存在一定程度自然感病，斑茅未發(fā)現(xiàn)自然感病情況。

由表 3 可知，滇蔗茅的植株較為高大，平均株高為213.8 cm， 其次為斑茅， 平均株高為157.8 cm；蔗茅的植株最矮，平均株高為51.1 cm，割手密、芒株高較為接近，平均株高均在70 cm左右。斑茅植株莖徑較粗，平均莖徑為1.34 cm；其次為滇蔗茅，平均莖徑為0.96 cm；割手密、芒、蔗茅的莖徑較細，均值為0.48～0.51 cm。滇蔗茅錘度較高，平均值為8.97%；其次為蔗茅，平均錘度為7.48%；割手密、斑茅、芒的錘度較為接近，均值為5%～6%。滇蔗茅節(jié)間長度最長，均值為19.53 cm，蔗茅節(jié)間長度最短，均值為6.83 cm。斑茅葉片長度占有絕對優(yōu)勢，均值為148.69 cm；滇蔗茅葉片最短為，均值為48.27 cm；滇蔗茅葉片最寬，均值為3.98 cm；割手密葉寬最窄，均值為1.01 cm。

滇蔗茅、割手密、芒、斑茅、蔗茅6 個數(shù)量性狀的變異系數(shù)均存在一定的差異（表3）。由表3 可知，滇蔗茅平均變異系數(shù)為33.1%，變異幅度為11.4%～54.0%，莖徑變異系數(shù)最高為54.0%，葉長變異系數(shù)最小為11.4%；割手密平均變異系數(shù)為35.7%，變異幅度為26.9%～48.3%，株高變異系數(shù)最高為48.3% ， 莖徑變異系數(shù)最小為26.9%；芒平均變異系數(shù)為43.5%，變異幅度為21.1%～68.0%，株高變異系數(shù)最高為68.0%，葉長變異系數(shù)最低為21.1%；斑茅平均變異系數(shù)為45.5%，變異幅度為29.5%～78.0%，株高變異系數(shù)最高為78.0%，錘度變異系數(shù)最低為29.5%；蔗茅平均變異系數(shù)為31.3%，變異幅度為16.5%～45.7%，節(jié)間長度變異系數(shù)最高為45.7%，葉長變異系數(shù)最小為16.5%。從整體上來看，在該野生群體中數(shù)量性狀的遺傳變異主要來自于株高、莖徑、節(jié)間長度和錘度，葉長和葉寬2 個性狀相對穩(wěn)定。

2.3 聚類分析

以 6 個數(shù)量性狀為指標(biāo)，對92 份樣品進行聚類分析（圖2）。結(jié)果表明，16 份割手密之間的遺傳距離變幅為0.355～2.330，其中Sp-5 和Sp-17之間的遺傳距離最小為0.355，Sp-8 和Sp-13 之間的遺傳距離最大為2.330。當(dāng)遺傳距離為1.5 時，16 份割手密可以劃分為3 大類群，其中第Ⅰ大類群由Sp-1 等12 份材料組成。從類群特征上分析（表4），整體上第Ⅰ大類群在3 個類群中平均錘度最高，為5.92%，株高、莖徑在3 個類群中最小，分別為69.50、0.42 cm。第Ⅱ大類群由Sp-3、Sp-4 和Sp-8 等3 個材料組成，整體上第Ⅱ大類群平均株高最高，為46.67 cm，莖徑相對較粗，為0.61 cm；平均錘度在3 個類群中最小，為4.87%。第Ⅲ大類群由Sp-2 單獨聚為一類，莖徑在16 份割手密材料中最粗，為0.75 cm，株高和錘度相對較高，分別為74.0 cm 和5.4%。

25 份芒之間的遺傳距離變幅為0.262～3.54，其中Ma-7 和Ma-11 之間的遺傳距離最小為0.262，Ma-8 和Ma-23 之間的遺傳距離最大為3.54。從圖3 可看出，當(dāng)遺傳距離為1.42 時，25 份芒可以劃分為3 大類群，其中第Ⅰ大類群由Ma-1 和Ma-3材料組成。從類群特征上分析（表4），整體上第Ⅰ大類群株高相對較高，為148 cm，莖徑相對較粗，為0.75 cm；平均錘度在3 個類群中最低，為3.2%。第Ⅱ大類群由Ma-8 單獨聚為一類，株高和莖徑在25 份材料中最高，分別為255.0、0.85 cm，平均錘度相對較高，為4.2%。第Ⅲ大類群由Ma-2等22 份材料組成，整體上第Ⅲ大類群在3 個類群中平均錘度較高，為5.47%，株高和莖徑在3 個類群中最低，分別為60.14、0.48 cm。

13 份斑茅之間的遺傳距離變幅為0.272～2.460，其中Ea-7 和Ea-8 之間的遺傳距離最小為0.272，Ea-3 和Ea-12 之間的遺傳距離最大為2.460。從圖4 可看出，當(dāng)遺傳距離為1.490 時，13 份斑茅可以劃分為3 大類群，其中第Ⅰ大類群由Ea-1等10 份材料組成。從類群特征上分析（表4），整體上第Ⅰ大類群平均錘度相對較高，為5.0%，株高和莖徑在3 個類群中最小，分別為108.5、1.10 cm。第Ⅱ大類群由Ea-2 和Ea-9 兩份材料組成，株高、莖徑和錘度在3 個類群中表現(xiàn)最高，分別為341.5 cm、2.48 cm、7.3%。第Ⅲ大類由Ea-3 單獨聚為一類，株高和莖徑相對較高，分別為283.0、1.5 cm，錘度在3 個類群中表現(xiàn)最低，為3.40%。

32 份蔗茅之間的遺傳距離變幅為0.274～2.900，其中Ef-16 和Ef-22 之間的遺傳距離最小為0.274，Ef-11 和Ef-17 之間的遺傳距離最大為2.90。從圖5 可看出，當(dāng)遺傳距離為1.24 時，32份蔗茅可以劃分為5 大類群，其中第Ⅰ大類群由Ef-1 等16 份材料組成。從類群特征上分析（表4），整體上第Ⅰ大類群平均錘度相對較低，只高于第Ⅱ大類群，為4.5%；莖徑在5 個類群中表現(xiàn)中等，為0.49 cm；株高在5 個類群中最低，為40.86 cm。第Ⅱ大類群由Ef-2 等12 份材料組成，株高相對較高，僅次于第Ⅲ大類群，為61.29 cm；莖徑和錘度在5 個類群中最低，分別為0.43 cm、6.9%。第Ⅲ大類群由Ef-10 和Ef-11 兩份材料組成，株高在5 個類群中最高，為71.75 cm；錘度相對較高，僅次于第Ⅴ大類群，為8.0%；莖徑相對較細，僅高于第Ⅱ大類群，為0.46 cm。第Ⅳ大類群單獨由Ef-17 一份材料組成，莖徑相對較粗，僅次于第Ⅴ大類群，為0.58 cm；株高相對較矮，為43.0 cm；錘度在5 個類群中表現(xiàn)中等，為7.8%。第Ⅴ大類群也單獨由Ef-26 一份材料組成，莖徑和錘度在在32 份材料中表現(xiàn)最高，分別為0.95 cm、12.6%；株高在5 個類群中表現(xiàn)中等，為59.0 cm。

綜上所述，割手密第Ⅲ大類群的Sp-2、芒第Ⅱ大類群的Ma-8、斑茅第Ⅱ大類群的Ea-2 和Ea-9、蔗茅第Ⅲ大類群的Ef-10 和Ef-11、蔗茅第Ⅴ大類群的Ef-26 以及滇蔗茅的Er-1、Er-3 和Er-4綜合性狀較優(yōu)，具有一定的育種利用價值（表5）。在此次采集過程中，斑茅Ea-2 和滇蔗茅Er-4 植株非常高大，株高分別為475 cm 和419 cm 在歷次資源采集過程中非常少見，遠遠高于國家甘蔗種質(zhì)資源圃（開遠）同類型保育的材料，可為甘蔗優(yōu)良品種產(chǎn)量性狀遺傳改良及探討產(chǎn)量性狀形成的理論機制提供重要的理想材料。

3 討論

甘蔗種質(zhì)資源是甘蔗科技原始創(chuàng)新、現(xiàn)代甘蔗種業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是保障國家食糖安全、促進西南邊疆少數(shù)民族地區(qū)農(nóng)民增收實現(xiàn)精準(zhǔn)扶貧、支撐蔗糖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。甘蔗種質(zhì)資源在我國分布較為廣泛，主要分布于我國的云南、貴州、廣東、廣西、福建、海南、四川、江西、浙江、安徽、湖北、湖南、河南、江蘇、山西、陜西、西藏等地區(qū)[9]。黔西南州因其獨特的氣候類型和地理位置孕育了豐富的甘蔗野生種質(zhì)資源，但目前尚未見國內(nèi)有關(guān)黔西南州甘蔗野生種質(zhì)資源系統(tǒng)考察與收集的研究報道，國家甘蔗種質(zhì)資源圃（開遠）對該地區(qū)的甘蔗野生種質(zhì)資源保存也基本處于空白。為此，云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所計劃通過2～3 次系統(tǒng)調(diào)查，完成黔西南州全境甘蔗野生種質(zhì)資源的采集。由于新冠肺炎疫情影響，目前僅完成了興義市、興仁市、晴隆縣、普安縣等4 市（縣）的系統(tǒng)調(diào)查和采集工作，余下的貞豐縣、安龍縣、冊亨縣、望謨縣及義龍新區(qū)將視疫情情況適時開展。

此次考察歷時14 d，共采集到野生甘蔗種質(zhì)資源92 份，其中滇蔗茅6 份、割手密16 份、芒25 份、斑茅13 份、蔗茅32 份，涉及甘蔗復(fù)合群（Sacchuram complex）5 個種[10]。此次考察發(fā)現(xiàn)，滇蔗茅、割手密、芒、斑茅、蔗茅大多生長在山地、山坡上，甚至在陡峭的石壁巖縫，說明野生甘蔗種質(zhì)資源具有極強的耐旱和耐瘠能力，與劉洋等[11]在海南和胡存脈等[12]在西藏野生資源采集報道結(jié)果一致。目前，國家甘蔗種質(zhì)資源圃（開遠）已編目保存的野生甘蔗種質(zhì)資源滇蔗茅海拔分布在693～2340 m， 蔗茅海拔分布在1097～3014 m[13]，芒海拔分布在4～1953 m，此次考察采集的野生甘蔗種質(zhì)資源蔗茅在933～1727 m，擴寬了之前未采集到的海拔范圍，此次考察進一步豐富了野生甘蔗種質(zhì)資源庫，對擴大甘蔗遺傳基礎(chǔ)、選育抗逆新品種提供了資源貯備。

用變異系數(shù)表示性狀值離散性特征，變異系數(shù)越大則性狀離散程度越大[14]。從遺傳多樣性角度來看，甘蔗復(fù)合群5 個種6 個表型性狀均存在豐富的遺傳變異，5 個種6 個數(shù)量性狀平均變異系數(shù)為31.3%～45.5%，平均變異系數(shù)均在30.0%以上，表現(xiàn)出較高的遺傳多樣性，這可能與其多樣化的生境有很大關(guān)系。從聚類結(jié)果來看，16 份割手密聚成3 類，第Ⅲ大類群的Sp-2 植株高大、莖徑最粗，錘度較高；25 份芒聚成3 類，第Ⅱ大類群的Ma-8 植株高大、莖徑最粗、節(jié)間長度最長、錘度較高；13 份斑茅聚成3 類，第Ⅱ大類群的Ea-2 和Ea-9 具有植株高大、莖徑最粗、節(jié)間長度最長、錘度最高；32 份蔗茅聚成5 類，第Ⅲ大類群的Ef-10、Ef-11 和第Ⅴ大類群的Ef-26 具有較高的株高、莖徑和錘度；以及滇蔗茅的Er-1、Er-3 和Er-4，合計10 份優(yōu)異材料，可以作為育種利用的首選材料。在此次采集過程中，斑茅Ea-2和滇蔗茅Er-4 植株非常高大，株高分別為475 cm和419 cm，在歷次資源采集過程中非常少見，遠遠高于國家甘蔗種質(zhì)資源圃（開遠）保育的同類型材料。通過采集野生資源主要農(nóng)藝性狀初步評價，已初步篩選出了一批特性突出、有育種利用價值的野生甘蔗種質(zhì)資源，但多數(shù)資源還未從分子水平和基因水平開展資源的精細、深度鑒定評價，優(yōu)良、特異基因資源亟待進一步深入挖掘。

鑒于野生資源的重要性和極易丟失等特點，有必要在未采集的適生地開展更大規(guī)模的收集工作。應(yīng)借助《全國農(nóng)作物種質(zhì)資源保護與利用中長期發(fā)展規(guī)劃（2015—2030）》（農(nóng)種發(fā)〔2015〕）頒布實施的最佳政策環(huán)境，加強甘蔗種質(zhì)資源適生區(qū)、富集區(qū)的系統(tǒng)調(diào)查與搶救性保護，以及對多樣性豐富的區(qū)域進行補充性采集，加快完成我國古老地方品種和優(yōu)異野生資源的搶救性收集和保護工作。