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        劍麻種質(zhì)資源表型多樣性分析與抗寒性調(diào)查

        2020-08-26 09:49:00田夏紅劉青劉建榮張曼其劉偉清李強
        中國麻業(yè)科學 2020年3期

        田夏紅,劉青,劉建榮*,張曼其,劉偉清,李強

        (1.廣東省湛江農(nóng)墾科學研究所,廣東 湛江524086;2.廣東省東升農(nóng)場,廣東 湛江524456)

        劍麻(Agave sisalana Perr.ex Engelm.)屬龍舌蘭科龍舌蘭屬,為多年生熱帶硬質(zhì)葉纖維作物,原產(chǎn)于墨西哥龍加丹半島,多分布于美洲、非洲、亞洲、大洋洲及太平洋、印度洋的一些島嶼,熱帶和亞熱帶廣大地區(qū)[1]。國內(nèi)劍麻種質(zhì)資源主要分布在廣東、廣西、福建、云南、海南等熱帶亞熱帶地區(qū)。廣東湛江農(nóng)墾從20世紀60年代開始收集保存劍麻種質(zhì)資源,2008年在農(nóng)業(yè)部財政專項資金支持下,在湛江農(nóng)墾科研所建立了種質(zhì)資源圃2 hm2,并于2012年通過農(nóng)業(yè)部認定。目前圃內(nèi)保存劍麻原始種、野生種、近緣種、雜交種和雜交后代優(yōu)良品系等種質(zhì)資源160多份。

        表型性狀是作物基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果,是作物形態(tài)描述和鑒定的重要組成部分,為育種和種質(zhì)開發(fā)利用提供最直觀的參考[2],已有學者對水稻[3-4]、大豆[5]、番茄[6]、亞麻[7]等各類農(nóng)作物[8-11]表型多樣性進行研究分析,但對于劍麻表型多樣性的研究分析甚少,僅見張燕梅等[12]對25份劍麻種質(zhì)資源的10個農(nóng)藝性狀進行了分析。對劍麻抗寒性的觀測研究可客觀評價各種質(zhì)的耐寒性和區(qū)域適應性,便于為今后推廣和開發(fā)利用提供參考依據(jù)。從1964年開始,我國科研人員就開始對劍麻抗寒性進行觀測和研究,主要體現(xiàn)在不同品種在不同地區(qū)的抗寒性表現(xiàn)和在低溫脅迫下劍麻葉片細胞生理生化變化兩方面[13-18]。

        本文對湛江農(nóng)墾科研所劍麻種質(zhì)資源圃內(nèi)墨引系列和廣西引種系列共26份劍麻種質(zhì)的主要植物學性狀、農(nóng)藝性狀等表型性狀和抗寒性進行評價分析,旨在為今后劍麻種質(zhì)創(chuàng)新利用和品種選育提供科學依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        以保存于廣東省湛江農(nóng)墾科學研究所劍麻種質(zhì)資源圃內(nèi)的26份劍麻種質(zhì)為材料,其中包括墨引1~12號、廣西引種1~14號。上述劍麻種質(zhì)于2008年在圃內(nèi)種植,每份種質(zhì)種植面積約100 m3。2016年2月進行抗寒性評價,2018年5月進行表型性狀評價。

        1.2 方法

        1.2.1 質(zhì)量性狀評價

        對每份種質(zhì)的葉色、葉緣類型和葉緣刺類型進行目測,并根據(jù)表型賦值。

        葉色:灰綠為1,綠色為2,藍綠為3。

        葉緣類型:平順為1,有刺為2。

        葉緣刺類型:無刺為1,少刺為2,小刺為3,鉤刺為4,鋸刺為5。

        1.2.2 數(shù)量性狀評價

        每份種質(zhì)選取生長正常的植株5株,在田間對其株高、葉片長度、葉片寬度、葉片厚度、葉基厚度進行測量,并取其中3株稱量單葉重,具體方法參照《農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定技術規(guī)程 龍舌蘭麻NY/T 1941-2010》。

        1.2.3 抗寒性評價

        2016年1~2月份廣東遭遇強寒流特殊天氣,從2016年1月22日至2月10日20天內(nèi)經(jīng)歷了3次最低氣溫低于10℃的低溫天氣。1月22~26日,持續(xù)5天,日最低氣溫3~8℃,日平均氣溫5~12.5℃。2月1~2日,持續(xù)2天,日最低氣溫8~9℃,日平均氣溫9.5~10.5℃。2月5~8日,持續(xù)4天,日最低氣溫6~9℃,日平均氣溫11.5~13.5℃。寒流結(jié)束5天后,利用這一自然現(xiàn)象對圃內(nèi)劍麻種質(zhì)進行了抗寒性評價。根據(jù)劍麻寒害分級標準,每一份劍麻種質(zhì)連續(xù)調(diào)查10株,最后計算出各劍麻種質(zhì)的寒害指數(shù)。劍麻寒害分級標準參考中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準劍麻栽培技術規(guī)程寒害分級指標(NY/T222-2004)。寒害指數(shù)計算公式如下:

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        利用Microsoft Excel2003對數(shù)據(jù)進行整理,采用SPSS 15.0對6個數(shù)量性狀進行多樣性統(tǒng)計分析,采用DPS 6.5對數(shù)據(jù)進行主成分分析和相關性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 質(zhì)量性狀統(tǒng)計分析

        如表1,挑選表型差異最明顯的3個質(zhì)量性狀(葉色、葉緣類型、葉緣刺類型)進行觀測統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):葉色主要分為三個類型:灰綠,綠色和藍綠,墨引系列種質(zhì)葉色主要為灰綠和綠色,其中灰綠色有5份種質(zhì),綠色有7份種質(zhì);廣西引種系列種質(zhì)3種葉色均有,其中藍綠色有7份種質(zhì),灰綠色有2份種質(zhì),綠色有5份種質(zhì)。葉緣分為平順(無刺)和有刺兩種,葉緣刺分為5個類型,其中墨引系列中有3份種質(zhì)無刺,1份種質(zhì)少刺,6份種質(zhì)有小刺,1份種質(zhì)有鉤刺,1份種質(zhì)有鋸刺;廣西引種系列中有7份種質(zhì)無刺,5份種質(zhì)有小刺,1份種質(zhì)有鉤刺,1份種質(zhì)有鋸刺。

        表1 26份劍麻種質(zhì)來源、質(zhì)量性狀和寒害指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistical results of origin,quality traits and cold injury index for 26 sisal germplasms resources

        2.2 數(shù)量性狀統(tǒng)計分析

        表2統(tǒng)計結(jié)果表明,劍麻不同種質(zhì)間的株高、葉長、葉寬、葉厚、葉基厚和單葉重均存在較大差異。

        26份劍麻種質(zhì)的平均株高在110.0~285.0 cm之間,其中墨引5平均株高最矮,為110.0 cm,墨引10平均株高最高,為285.0 cm。不同種質(zhì)的株高變異系數(shù)在1.23%~18.18%之間,其中墨引1變異系數(shù)最小,為1.23%,墨引5變異系數(shù)最大,為18.18%。

        26份劍麻種質(zhì)的平均葉長在59.4~175.0 cm之間,其中廣西引種11平均葉長最短,為59.4 cm,墨引10平均葉長最長,為175.0 cm。不同種質(zhì)的葉長變異系數(shù)在1.21%~15.65%之間,其中墨引10變異系數(shù)最小,為1.21%,墨引5變異系數(shù)最大,為15.65%。

        26份劍麻種質(zhì)的平均葉寬在8.0~19.8 cm之間,其中廣西引種12平均葉寬最小,為8.0 cm,墨引8平均葉寬最大,為19.8 cm。不同種質(zhì)的葉寬變異系數(shù)在0.69%~15.04%之間,其中墨引11變異系數(shù)最小,為0.69%,墨引4變異系數(shù)最大,為15.04%。

        26份劍麻種質(zhì)的平均葉厚在0.6~1.4 cm之間,其中墨引3、廣西引種11和廣西引種12這3份種質(zhì)的平均葉厚最小,為0.6 cm,廣西引種8平均葉厚最大,為1.4 cm。不同種質(zhì)的葉厚變異系數(shù)在6.54%~42.43%之間,其中廣西引種7變異系數(shù)最小,為6.54%,墨引4變異系數(shù)最大,為42.43%。

        26份劍麻種質(zhì)的平均葉基厚在1.8~4.7 cm之間,其中墨引3平均葉基厚最小,為1.8 cm,墨引8平均葉基厚最大,為4.7 cm。不同種質(zhì)的葉基厚變異系數(shù)在1.45%~28.05%之間,其中廣西引種6變異系數(shù)最小,為1.45%,墨引3變異系數(shù)最大,為28.05%。

        26份劍麻種質(zhì)的平均單葉重在162.3~1789.0 g之間,其中廣西引種11平均單葉重最小,為162.3 g,墨引6平均單葉重最大,為1789.0 g。不同種質(zhì)的單葉重變異系數(shù)在2.51%~30.24%之間,其中廣西引種12變異系數(shù)最小,為2.51%,墨引9變異系數(shù)最大,為30.24%。

        由表3可知,26份劍麻種質(zhì)的平均株高為199.4 cm,變異系數(shù)為17.67%;平均葉長為133.9 cm,變異系數(shù)為24.00%;平均葉寬為12.5 cm,變異系數(shù)為21.68%;平均葉厚為1.0 cm,變異系數(shù)為23.84%;平均葉基厚為3.1 cm,變異系數(shù)為27.19%;平均單葉重為703.4 g,變異系數(shù)為60.94%。變異系數(shù)從大到小排序為單葉重>葉基厚>葉長>葉厚>葉寬>株高。經(jīng)方差分析表明,同一種質(zhì)內(nèi)株高、葉長、葉寬、葉厚、葉基厚、單葉重這6項數(shù)量性狀差異不顯著,而不同種質(zhì)間以上6項數(shù)量性狀均存在極顯著差異。

        續(xù)表2

        表3 26份劍麻種質(zhì)資源表型多樣性統(tǒng)計分析Table 3 Analysis of morphological diversity for 26 sisal germplasms resources

        2.3 主成分分析

        為了能夠更加充分地反映劍麻種質(zhì)資源各表型性狀間起主導作用的綜合指標,對26份劍麻種質(zhì)資源6個表型性狀進行了主成分分析。遵循主成分分析累計貢獻率≥85%的原則,前3個因子的累計貢獻率為89.2523%,大于85%,因此選擇前3個主成分因子進行分析。

        第一個主成分的特征值為3.8965,貢獻率最大,為64.9413%,累計貢獻率為64.9413%。其特征向量中,葉基厚、單葉重、葉長具有較大的載荷,分別為0.4424、0.4416、0.4276,說明葉片越長,單葉重越重,葉基越厚。在選育品種時應主要根據(jù)這些性狀進行選擇。

        第二個主成分的特征值為0.8988,貢獻率為14.9804%,累計貢獻率79.9217%。其特征向量中,葉寬具有較大的載荷,為0.6222,說明葉寬也是選育品種的重要性狀指標。

        第三個主成分的特征值為0.5598,貢獻率為9.3306%,累計貢獻率89.2523%。其特征向量中,葉厚具有較大的載荷,為0.822。在選育品種時,也需考慮葉厚這項指標。

        表4 26份劍麻種質(zhì)資源6個表型性狀主成分分析Table 4 Principal component analysis of 6morphological traits of 26 sisal germplasms

        2.4 相關性分析

        由表5可知,株高、葉長、葉寬、葉厚、葉基厚和單葉重6個數(shù)量性狀之間均存在線性正相關。其中,株高和葉長、葉基厚和單葉重之間的相關系數(shù)最大,均為0.80,呈極顯著相關。葉寬和單葉重、葉厚和葉基厚、葉長和單葉重、葉長和葉基厚、葉長和葉厚、株高和單葉重、葉寬和葉基厚、株高和葉厚、株高和葉基厚之間的相關系數(shù)分別為 0.71、0.69、0.64、0.62、0.58、0.56、0.56、0.52、0.50,且呈極顯著相關。葉寬和葉厚、葉厚和單葉重、葉長和葉寬之間的相關系數(shù)為0.47、0.46、0.40,呈顯著相關。株高和葉寬之間的相關系數(shù)最小,為0.29,兩者相關性不顯著。

        表5 26份劍麻種質(zhì)資源6個表型性狀相關性分析Table 5 Correlation analysis of 6 morphological traits of 26 sisal germplasms

        2.5 抗寒性分析

        從表1可以看出,不同劍麻種質(zhì)的抗寒性不同,寒害指數(shù)為0%~100%不等。墨引系列劍麻種質(zhì)中,墨引 6、7、8、12寒害指數(shù)為 0,表現(xiàn)抗寒性最強;墨引 1、2、3、4、5、10、11寒害指數(shù)在 5.0%~35.0%之間,抗寒性較好;墨引9寒害指數(shù)為100%,抗寒性最弱。廣西引種系列種質(zhì)中,廣西引種1、3、4、5、6、8、9、10、11、12寒害指數(shù)為0,表現(xiàn)抗寒性最強;廣西引種13、14寒害指數(shù)分別為32.5%、25.0%,抗寒性較好;廣西引種2、7寒害指數(shù)分別為60.0%、85.0%,抗寒性較弱。

        3 結(jié)論

        通過質(zhì)量性狀評價發(fā)現(xiàn),26份劍麻種質(zhì)的葉色主要有灰綠色、綠色和藍綠色三種,墨引系列主要為綠色和灰綠色,以綠色為主,廣西引種系列種質(zhì)三種顏色均有,但以藍綠色和綠色為主;葉緣分為平順(無刺)和有刺兩類,無刺的種質(zhì)共10份,其中墨引系列3份,廣西引種系列7份;少刺或小刺共12份,其中墨引系列7份,廣西引種系列5份;鉤刺和鋸刺,墨引系列和廣西引種系列各1份。

        通過數(shù)量性狀評價和方差分析發(fā)現(xiàn),26份劍麻種質(zhì)的植物學性狀和農(nóng)藝性狀存在不同程度差異,但同一種質(zhì)內(nèi)的差異不顯著,不同種質(zhì)間存在顯著差異,該結(jié)果與張燕梅等[12]的研究結(jié)果一致。由此說明同一種質(zhì)不同植株間具有較為穩(wěn)定的遺傳性和一致性,不同種質(zhì)間的遺傳多樣性豐富,有利于劍麻種質(zhì)資源的差異化選擇,為今后遺傳改良和種質(zhì)開發(fā)利用研究提供了豐富的原始資源材料。

        通過主成分分析發(fā)現(xiàn),葉基厚、單葉重和葉長是影響第一主成分的主要因子,葉寬是影響第二主成分的主要因子,葉厚是影響第三主成分的主要因子。因此在選育品種時,應重點從這些性狀上進行選擇,特別要考慮葉基厚、單葉重和葉長這3項指標。該結(jié)果與張燕梅等[12]的研究結(jié)果比較一致。

        通過相關性分析發(fā)現(xiàn),株高、葉長、葉寬、葉厚、葉基厚和單葉重6個性狀之間均存在線性正相關。其中株高和葉長、葉厚、葉基厚、單葉重之間,葉長和葉厚、葉基厚、單葉重之間,葉寬和單葉重、葉基厚之間,葉厚和葉基厚,葉基厚和單葉重之間存在極顯著相關。株高和葉寬的相關關系不顯著。相關性分析結(jié)果可為雜交育種中選擇親本材料或篩選優(yōu)良品種提供參考。

        利用自然寒害對26份劍麻種質(zhì)資源進行了抗寒性評價,結(jié)果表明,26份劍麻種質(zhì)中有14份種質(zhì)寒害指數(shù)為0,抗寒性較強,包括墨引6、7、8、12,廣西引種1、3、4、5、6、8、9、10、11、12,可作為今后抗寒育種材料或耐寒栽培品種。通過觀察,其他受寒害影響的劍麻種質(zhì),在寒害過后,通過一段時間的合理栽培管理措施,基本可以恢復正常生長。

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