高桂娟, 李志丹,*

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45份木豆種質(zhì)資源物候期及形態(tài)多樣性分析

高桂娟1,2, 李志丹1,2,*

1. 廣東第二師范學(xué)院生物與食品工程學(xué)院, 廣州 510303 2. 廣東高校應(yīng)用生態(tài)工程技術(shù)開發(fā)中心, 廣州 510303

對收集的45份木豆()種質(zhì)資源進(jìn)行物候期和形態(tài)性狀指標(biāo)的觀測, 并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行各指標(biāo)的變異系數(shù)、相關(guān)性分析和聚類分析, 分析木豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性, 篩選優(yōu)異種質(zhì)資源。結(jié)果表明: 木豆種質(zhì)資源形態(tài)性狀多樣性豐富, 45份種質(zhì)資源的8個(gè)數(shù)量遺傳性狀變異系數(shù)為3.73%—17.84%, 花軸長度與中央小葉寬、中央小葉葉長、旗瓣大小相關(guān)性顯著(<0.05)?；?個(gè)形態(tài)指標(biāo)的聚類分析將45份種質(zhì)劃分為三大類群, 各類群間形態(tài)性狀差異明顯, 群體表現(xiàn)跟地域來源間沒有直接關(guān)系, 第一、第二類群可以進(jìn)一步考察作為育種材料。

木豆; 種質(zhì)資源; 形態(tài)多樣性; 聚類分析

1 引言

木豆()為豆科木豆屬多年生常綠直立小灌木, 又名樹黃豆、鴿豆、柳豆等[1], 廣泛分布于非洲和亞洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)[2–3], 是世界六大食用豆類之一, 也是唯一的木本食用豆類[2], 是印度等國家的主要的食用豆類作物。木豆具有多種用途, 成熟籽粒可用作糧食[4]或飼料, 青籽粒是優(yōu)質(zhì)美味蔬菜, 嫩枝葉是食草動物的優(yōu)質(zhì)飼料。我國對木豆的栽培利用也有較為悠久的歷史, 對木豆種質(zhì)資源進(jìn)行收集和保存, 系統(tǒng)地研究木豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性, 有利于木豆種質(zhì)資源利用和創(chuàng)新。

本研究對中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所收集的45份木豆種質(zhì)資源進(jìn)行物候特征和形態(tài)學(xué)觀察, 并進(jìn)行相關(guān)性分析和聚類分析, 研究木豆種質(zhì)資源的遺傳多樣性, 篩選優(yōu)良的育種材料, 為進(jìn)一步的育種工作提供基礎(chǔ)信息。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所收集的45份木豆種質(zhì)材料, 其中野外采集34份, 采集地為海南、云南、廣東三個(gè)省份; 11份由相關(guān)單位提供。具體材料來源見下表1。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開展于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所牧草試驗(yàn)基地。試驗(yàn)地處海南省儋州市寶島新村, 屬熱帶季風(fēng)氣候, 光、熱、水資源豐富, 年均溫為23—25 ℃, ≥10℃連續(xù)期為320—365 d。雨量充沛, 年均降雨量為1750 mm, 土壤類型為磚紅壤。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 每份種質(zhì)種植2行, 株間距1.5 m, 行間間隔2 m, 每行種植20株, 底肥施有機(jī)肥和磷肥。試驗(yàn)于2009年5月份育苗移栽, 翌年開始于花期(植株成熟穩(wěn)定)每個(gè)種質(zhì)隨機(jī)選取20株進(jìn)行相關(guān)形態(tài)指標(biāo)測定, 連續(xù)測定3年。

木豆植株形態(tài)特征指標(biāo)、物候期觀測方法參考《木豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[5], 具體觀測指標(biāo)見表2。采用Excel2003及SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

表1 木豆種質(zhì)材料來源列表

表2 木豆種質(zhì)資源形態(tài)學(xué)性狀、物候期觀測項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 物候期

On solving Eqs. (5) and (10) using the coefficients derived in Eqs. (7), (8), and (9), we get

采集的45種材料均能順利完成各個(gè)生長時(shí)期, 但各材料間差異較大, 開花期從11月20日—次年2月5日, 開花持續(xù)時(shí)間分別在15—135 d之間。結(jié)莢期大多集中在1月25日-2月15日。其中4號和5號木豆品種開花期明顯提前于其它品種, 于11月20日就進(jìn)入初花期, 為早花種。45號木豆品種最晚進(jìn)入開花期, 也是最晚進(jìn)入結(jié)莢期和成熟期的, 該種質(zhì)為晚熟種。

3.2 木豆種質(zhì)資源形態(tài)多樣性分析

對45份木豆屬種質(zhì)的形態(tài)學(xué)性狀測定結(jié)果顯示(表4), 整體上, 木豆各供試種質(zhì)之間的形態(tài)特征差異比較明顯。其中, 在種質(zhì)間變異程度最大是葉寬, 變異系數(shù)達(dá)到17.84%, 37號種質(zhì)呈現(xiàn)最大值40 mm, 而種質(zhì)43呈現(xiàn)最小值20 mm。每花序小花數(shù)變異系數(shù)為13.23%; 變異程度最小的是莢果寬, 其變異系數(shù)值僅為3.73%, 其最大值(種質(zhì)32)與最小值(種質(zhì)33)之差只有2 mm。莢果長變異系數(shù)也較小, 為6.70%。

表3 木豆種質(zhì)資源物候期觀察結(jié)果

表4 不同木豆種質(zhì)材料形態(tài)特征

注: 變異系數(shù)指各指標(biāo)性狀在不同供試品種之間的變異程度; 極差值=指標(biāo)最大值-最小值。

3.3 木豆種質(zhì)資源形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性分析

對45份木豆種質(zhì)資源各形態(tài)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析(表5)表明: 在所有分析指標(biāo)中花軸長度與中央小葉寬、中央小葉葉長呈極顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.720、0.406, 與旗瓣大小呈顯著相關(guān)。葉長與葉寬呈極顯著相關(guān)。與種子產(chǎn)量關(guān)聯(lián)的指標(biāo)莢果長、莢果寬、單莢粒數(shù)與其他指標(biāo)間相關(guān)性未達(dá)到顯著水平, 對育種無實(shí)際指導(dǎo)意義。

3.4 木豆種質(zhì)資源形態(tài)指標(biāo)聚類分析

根據(jù)葉長, 葉寬, 旗瓣大小, 莢果長, 莢果寬, 果莢粒數(shù), 花軸長及每花序小花數(shù)等8個(gè)形態(tài)特征進(jìn)行聚類分析(圖1, 表6), 結(jié)果將45份資源分為3個(gè)組群, 第一類資源數(shù)(1、4、20、24、27、30、36、37、38、39、40和41)占總供試種質(zhì)的26.67%, 其在葉長, 葉寬, 旗瓣大小, 花軸長及每花序小花數(shù)等方面均表現(xiàn)出最高平均值; 歸在第二族群的資源為2號和19號種質(zhì), 僅占全部資源的4.44%, 其莢果長和莢果寬均表現(xiàn)出組最高平均值。剩余68.89%的資源歸為第三組群, 除葉寬最小, 所有形態(tài)特征表現(xiàn)均居中。

從種質(zhì)資源的來源分析, 第一組群主要來源于中國農(nóng)科院作物(5種)、云南農(nóng)科院(1種)、云南元謀(2種)、廣東農(nóng)川(2種)和信宜(2種), 一半以上為栽培品系; 第二類采集地為海南陵水(1種)和云南熱經(jīng)所(1種)。第三類來源廣泛, 主要為野外采集種質(zhì)。

4 結(jié)論與討論

對木豆不同形態(tài)指標(biāo)觀測表明, 種質(zhì)間的形態(tài)指標(biāo)差異較大, 存在豐富的變異, 各指標(biāo)的變異系數(shù)排序?yàn)? 中央小葉寬度>每花序小花數(shù)>總花軸長度>單莢粒數(shù)>旗瓣大小>中央小葉長度>莢果長>莢果寬。木豆由于其較高的天然異交率, 在中國為0—160%[7], 無論是種群間還是種群內(nèi)各形態(tài)性狀都存在著豐富的遺傳多樣性[8], 可為育種提供豐富遺傳材料。

相關(guān)分析表明花軸長度與葉長、葉寬相關(guān)性達(dá)到極顯著水平, 可以作為飼用木豆品種篩選的重點(diǎn)參考指標(biāo)。但其他指標(biāo)間的相關(guān)性較小, 李正紅等對云南地方栽培木豆群體植株形態(tài)性狀指標(biāo)的相關(guān)分析也表明, 除單株粒質(zhì)量與單株莢數(shù)呈顯著正相關(guān)外, 測定的其他形態(tài)指標(biāo)間無顯著相關(guān)關(guān)系[8]。國內(nèi)對于木豆育種研究發(fā)展較慢, 主要集中于籽實(shí)利用型木豆育種, 而飼用型木豆育種研究較少[9]。

表5 木豆屬種質(zhì)資源各性狀間相關(guān)分析結(jié)果

注: *代表顯著水平,<0.05; **代表極顯著水平,<0.01.

基于8項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)測定結(jié)果進(jìn)行聚類分析, 將45份木豆種質(zhì)資源分為3大類, 第一類群在各形態(tài)指標(biāo)上都表現(xiàn)較優(yōu)異, 是進(jìn)行育種工作的重點(diǎn)考察種質(zhì), 第二類群莢果長和莢果寬兩個(gè)形態(tài)指標(biāo)較高, 可以作為蔬菜型木豆育種的基礎(chǔ)材料, 第三類群的數(shù)量占全部種質(zhì)資源的68.89%, 各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)表現(xiàn)居中, 無突出性狀。

本研究對收集的45份木豆種質(zhì)資源進(jìn)行了形態(tài)指標(biāo)和物候期的考察、并基于此進(jìn)行了評價(jià)及優(yōu)良性狀的篩選工作, 但該方法受自然環(huán)境和人為因素的影響較大, 進(jìn)一步研究可以利用分子生物學(xué)技術(shù)深入進(jìn)行木豆種質(zhì)資源鑒定和遺傳多樣性研究, 并與農(nóng)藝性狀的形態(tài)學(xué)觀測相結(jié)合, 以準(zhǔn)確把握遺傳多樣性的本質(zhì),更好地為木豆育種和資源保存提供基礎(chǔ)信息。

表6 基于聚類分析的各類群木豆種質(zhì)資源形態(tài)特征平均值列表

[1] 楊示英, 龐雯, 宗緒曉. 豆科作物新秀—木豆[A]. 廣西農(nóng)科院, 中國農(nóng)科院合作編印. 2002.

[2] 李正紅, 周朝鴻, 谷勇, 等. 中國木豆研究利用現(xiàn)狀及開發(fā)前景[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2001(6): 674–681.

[3] 谷勇, 周榕, 鄒恒芳, 等. 木豆栽培技術(shù)與綜合利用[J] . 西南林學(xué)院學(xué)報(bào) , 2000(4): 213–217.

[4] 鄭卓杰. 中國食用豆類學(xué)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1997.

[5] 宗緒曉. 木豆種質(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.

[6] 羅高玲, SAXENA K B, 楊示英. 木豆的開花結(jié)莢特性研究[J]. 種子, 2006, 09: 55–56.

[7] YANG Shiying, SAXENA K B, VEN D, et al. Natural out-crossing in pigeonpea in China[J]. Indian Journal of Pulses Research. 2003, 16: 155 –156.

[8] 李正紅, 潘學(xué)政, 周朝鴻, 等. 云南地方栽培木豆群體數(shù)量性狀變異分析[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2004, 05: 547–554.

[9] 唐軍, 王文強(qiáng), 黃春瓊, 等. 木豆育種及分子生物學(xué)研究進(jìn)展[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 08: 36–41.

Study on morphological features diversity and phonological period of pigeonpea germplasm materials

GAO Guijuan1,2, LI Zhidan1,2,*

1. Department of Biology, Guangdong University of Education, Guangzhou 510303, China2. Guangdong Technology Research Center for Applied Ecology, Guangzhou 510303, China

Phenological period and morphological features of 45 different kinds of pigeonpea germplasm materials were investigated. Based on this features, the genetic diversity was analyzed through coefficient of variation, correlation analysis and hierarchical clustering method. The results showed that obvious differences of morphological characteristics between 45 pigeonpea germplasm materials were observed. Wide distribution of traits and the large degree of variation resulting from eight quantitative genetic characters were observed, which ranged from the minimum value of 3.73% to the maximum value of 17.87%. Based on correlation analysis, leaf length, leaf width and petals size significantly related to each other (<0.05). With the hierarchical clustering, the tested 45 pigeonpea germplasm materials were categorized into three groups based on the cluster analysis involved in eight morphological features. Rich genetic diversity was revealed. Group performances showed insignificant correlations with region. It is necessary to conduct further study for those pigeonpea species in group I and II in order to select better breeding materials.

pigeonpea; germplasm materials; morphological features diversity; clustering analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.015

S541.9

A

1008-8873(2017)02-100-07

2015-10-10;

2016-02-03

廣東省創(chuàng)新強(qiáng)校工程項(xiàng)目(2014KTSCX197); 廣東自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015A030313849)

高桂娟(1976—), 女, 內(nèi)蒙古通遼人, 博士, 副教授, 主要從事生態(tài)學(xué)研究, E-mail: ggj3215@126.com

李志丹, 男, 碩士, 副研究員, 主要從事草業(yè)科學(xué)與種質(zhì)資源研究, E-mail: xwqlzd@126.com

高桂娟, 李志丹. 45份木豆種質(zhì)資源物候期及形態(tài)多樣性分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2017, 36(2): 100-106.

GAO Guijuan, LI Zhidan. Study on morphological features diversity and phonological period of pigeonpea germplasm materials[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 100-106.