羅青文，潘方胤，敖俊華，齊永文，吳嘉云，彭立沖，梁啟如，文明富

（廣東省科學院生物工程研究所，廣東 廣州 510316）

【研究意義】甘蔗（Saccharumspp.）屬于典型高光效、高生物量、高糖分的一年或多年生草本植物，廣泛分布于熱帶亞熱帶廣大地區(qū)［1-4］，是人類賴以生存的重要糖料作物。據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，以甘蔗為原料生產(chǎn)的食糖量占全球食糖供應總量85%以上。自1858年發(fā)現(xiàn)甘蔗可以結實并在種內進行雜交選育品種［5-6］開始，甘蔗育種發(fā)展史大概分為5個階段［7］：（1）利用熱帶種選育時期；（2）利用“高貴化”過程選育高貴化品種時期［8-10］；（3）利用高貴化品種培育雜交后代時期；（4）利用高貴化雜交后代選育現(xiàn)代品種時期；（5）拓寬品種遺傳組成源選育種時期?；仡?60多年的甘蔗育種史，突破性甘蔗新品種的成功選育，實則是一個不斷增加擴寬甘蔗遺傳組成源來選育新品種的過程［11］。隨著甘蔗現(xiàn)代育種技術的不斷進步，親本或原始育種材料的遺傳基礎已成為有效提高育種效率的關鍵。因此，分析選育甘蔗品種的遺傳組成、理清世代親系，在甘蔗育種上對正確選擇骨干親本或原始育種材料、提高育種效率具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】我國甘蔗新品種選育始于20世紀50年代，甘蔗親本的更替大致可分為3個階段［12］。第1階段以早期引進品種作親本為主要標志，如 POJ2878、POJ2725、F134、F108、CP49-50、Nco310、Co419、Co290等，這些親本于20世紀50年代初引進使用。第2階段形成了以自育品種為主的親本結構利用為主要標志，主要自育品種親本包括粵糖57-423、粵糖59-65、華南56-12、川蔗2號、云蔗65-225等，這些親本主要使用于20世紀60—70年代。第3階段主要由20世紀80年代開始選育和引進的品種（系）作為雜交親本為主，如粵糖85-177、粵糖91-976、粵糖92-1287、粵糖93-159、粵糖00-236、崖城71-374、粵農(nóng)73-204、桂糖92-66、桂糖96-211、桂 糖 00-122、ROC1、ROC16、ROC22、CP72-1210、CP84-1198、CP94-1100、HoCP95-988等。在第3階段使用的親本中，新引進的美國CP系列和臺灣ROC系列品種的使用，對擴大選育品種的遺傳基礎、提高蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分等都起到了重要作用?！颈狙芯壳腥朦c】目前我國共有10余家科研單位及高校從事甘蔗育種研究，品種主要以粵糖系列、桂糖系列、云蔗系列、福農(nóng)系列等系列為主，大陸自育品種種植面積占全國總種植面積的50%以上，而粵糖系列品種推廣應用為我國甘蔗種植做出了重要貢獻，因此，對粵糖系列甘蔗品種系譜研究具有重要的意義?！緮M解決的關鍵問題】本研究通過對2002—2017年來育成的粵糖系列甘蔗品種及其系譜來源分析，了解粵糖系列育成甘蔗品種的遺傳基礎及其親緣關系，為今后育種工作者在親本制定雜交組合親本選擇時提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試甘蔗品種為廣東省生物工程研究所（廣州甘蔗糖業(yè)研究所）選育的通過全國農(nóng)業(yè)技術推廣服務中心鑒定或廣東省農(nóng)作物品種審定的18個粵糖系列優(yōu)良品種（表1）。

1.2 系譜分析

供試甘蔗品種以其世代親系逐代進行尋根追溯分析，繪制系譜圖［13］。細胞質源分析以品種的母本追溯分析，直至查出原始母本，即細胞質源。遺傳組成源的分析則以品種的父母本同時追溯分析，直至查出所含的全部基礎種質，即遺傳組成源，然后進行綜合確定。

2 結果與分析

2.1 甘蔗品種的親本來源分析

18個粵糖系列甘蔗品種均由全國甘蔗雜交制種基地海南甘蔗育種場生產(chǎn)的雜交花穗選育，所有供試品種共使用了18個親本（有10個作為母本，有9個作為父本，表1），其中廣東育成品種（系）10個（粵糖系列、湛蔗系列和粵農(nóng)系列），占所用親本比例最高（55.56%），廣西育成品種（系）1個（桂糖系列），臺灣育成品種4個（ROC系列），國外引進品種（系）3個（HoCP系列、CP系列和Co系列）。按照使用次數(shù)統(tǒng)計，CP72-1210使用頻率最高，使用次數(shù)達6次（全作為父本），其次是粵糖93-159和粵農(nóng)73-204，直接作親本次數(shù)各達5次。18個品種中有13個由CP72-1210、粵糖93-159和粵農(nóng)73-204作親本，占72.22%。對這18個親本血緣進一步分析發(fā)現(xiàn)，供試18個品種全部含POJ2878或其姐妹系POJ2725以及F134的血緣，由此可見，粵糖系列甘蔗品種遺傳基礎狹窄問題比較突出。

表1 粵糖系列18個甘蔗品種信息Table 1 Information of eighteen Yuetang series of sugarcane varieties

2.2 甘蔗品種系譜比較分析

從18個甘蔗品種的系譜（圖1～圖3）可以看出，它們共包含21個不同的遺傳組成源，其中熱帶種有11個，占總遺傳組成源的52.38%，所占比例最高，包括黑車里本（Black Cheribon）、班扎馬新黑潭（B. Hitam）、灰毛里求斯（A.mauritius）、有紋毛里求斯（S.mauritius）、克里斯他林那（Crystalina）、路打士（Loethers）、卡路打不挺（K.Boothan）、維來伊（Vellai）、斐濟（Fiji）、拔地拉（Badila）和拉海那（Lahaina）；割手密種有3個，占總遺傳組成源的14.29%，包括印度割手密（Co.spont）、爪哇割手密（Glagah）和崖城割手密（Saccharum spontaneumL.of Yacheng）；中國種3個，占總遺傳組成源的14.29%，包括中國種（O.Tekcha）、中國種（品種名未詳）和夏威夷育巴（H.uba）；印度種有2個，分別是春尼（Chunnee）和甘沙（Kansar），占總遺傳組成源的9.52%；大莖野生種（S.robustum）和高粱〔Sorghum bicolor（L.）Moench〕各1個，各占總遺傳組成源的4.76%。不同類型遺傳組成源所占比例從高至低依次為熱帶種、割手密種、中國種、印度種、大莖野生種和高粱。

2.3 甘蔗品種的細胞質源和遺傳組成源分析

通過追溯分析，18個品種的細胞質源均為班扎馬新黑潭，其遺傳組成源數(shù)量為13～18個不等（表2）。其中，粵糖05-267、粵糖03-393和粵糖03-373遺傳組成源數(shù)量最多（18個），粵糖06-233、粵甘43號、粵甘47號、粵糖04-245和粵糖04-252等5個品種的遺傳組成源數(shù)為16個，粵糖07-516、粵糖00-236、粵糖99-66和粵糖93-159等4個品種的遺傳組成源數(shù)為15個，粵糖95-168和粵糖96-835的遺傳組成源數(shù)量為14個，粵糖08-172、粵糖02-305、粵糖96-86和粵糖94-128等4個品種遺傳組成源數(shù)最少、為13個；18個品種均含有割手密種、印度種、熱帶種和中國種的血緣，割手密種、印度種和熱帶種是所有品種最主要的遺傳組成源，其中所有品種均含有爪哇割手密和印度割手密，印度種春尼，熱帶種班扎馬新黑潭、黑車里本、路打士、拉海那和斐濟。在所有供試品種中，粵甘47、粵糖05-267、粵糖03-373、粵糖03-393和粵糖95-168等5個品種含有大莖野生種血緣，粵糖96-86、粵糖95-168、粵糖96-835和粵糖94-128不含高粱血緣。

圖1 甘蔗品種粵糖93-159、粵糖94-128、粵糖99-66、粵糖00-236、粵糖04-245、粵糖04-252，粵糖06-233和粵甘43系譜圖Fig. 1 Pedigree diagram of Yuetang93-159, Yuetang94-128, Yuetang99-66, Yuetang00-236, Yuetang04-245, Yuetang04-252, Yuetang06-233 andYuegan43

圖2 甘蔗品種粵糖96-86、粵糖02-305、粵糖03-373、粵糖03-393、粵糖05-267 和粵甘47 系譜圖Fig. 2 Pedigree diagram of Yuetang96-86, Yuetang02-305, Yuetang03-373, Yuetang03-393, Yuetang05-267 and Yuegan47

圖3 甘蔗品種粵糖95-168、粵糖96-835、粵糖07-516和粵糖08-172系譜圖Fig. 3 Pedigree diagram of Yuetang95-168, Yuetang96-835, Yuetang07-516 andYuetang08-172

表2 粵糖系列18個甘蔗品種的遺傳組成源Table 2 Genetic composition of 18 Yuetang series of sugarcane varieties

2.4 甘蔗品種核心種質利用分析

通過對18個品種的世代系譜分析發(fā)現(xiàn)，所有品種都含有我國早期引進品種的血緣，包括POJ2878、POJ2725、F134、F108、CP49-50、Co290等，這些品種屬于早期甘蔗種間雜交第二代或第三代選育出的優(yōu)良品種，含有各種不同優(yōu)良性狀相關基因，屬于早期核心種質，為甘蔗育種奠定了重要基礎。另外，大部分供試品種含有粵糖57-423、粵糖93-159、粵農(nóng)73-204、CP72-1210等，這些品種屬于我國自育或新引進的核心種質，其中CP72-1210引進于美國，曾是美國佛羅里達州推廣種植面積最大的品種，具有高糖、高產(chǎn)、抗逆性強等特點，也是一個我國大陸甘蔗育種上親本利用效果較好的種質資源［14-15］；粵糖57-423、粵糖93-159和粵農(nóng)73-204屬于我國大陸自育品種，這些核心種質為我國甘蔗育種作出了主要貢獻，特別是粵糖93-159，該品種高糖、高產(chǎn)、大莖，不僅是一個優(yōu)良親本，還是我國蔗區(qū)主導種植品種之一。據(jù)統(tǒng)計，利用粵糖93-159作為親本培育的品種有20個以上［16］，而且在蔗區(qū)年推廣種植面積達6.7萬hm2，是我國大陸自育品種推廣速度最快且長期作為主栽品種的優(yōu)良甘蔗品種。

3 討論與建議

3.1 挖掘新種質資源，拓寬遺傳基礎，選育新的優(yōu)良核心親本

當前，我國培育的甘蔗品種遺傳背景比較狹窄，多數(shù)商業(yè)栽培種的祖代親本可追溯到少數(shù)熱帶種和細莖野生種，這些品系最初是由爪哇和印度的育種工作者利用的［17-18］。栽培甘蔗品種的種性（蔗產(chǎn)量、蔗糖分、抗病性等）在育種過程中不斷改良，經(jīng)過數(shù)十年不斷篩選，優(yōu)良等位基因組合被選擇并固定下來，優(yōu)良基因頻率提高而不良基因頻率降低，甘蔗種質基因庫的遺傳總變異縮小。因此，雜交育種中有利性狀的遺傳增量變小，或者可能達到了某種形式的極限。

縱觀甘蔗育種史，突破性甘蔗新品種的成功選育，實則是一個不斷增加擴寬甘蔗遺傳組成源來選育新品種的過程。比較成功的例子有臺灣80年代利用芒種質提高生物產(chǎn)量或纖維含量，美國路州60年代利用熱帶種種質提高含糖量，以及近年來美國佛羅里達州利用割手密種質提高抗寒力等［17］。我國擁有大量的斑茅［19］、滇蔗茅［20］、河八王［21］等甘蔗近遠緣野生資源，特別是斑茅具有特別強的抗旱性、抗病性和抗逆性，生長旺盛，增產(chǎn)潛力大。加強挖掘利用這些優(yōu)良新種質資源，有望在近年內育成一批具有斑茅及野生甘蔗血緣優(yōu)良基因的新品種。

同時，甘蔗育種也是眾多有利基因的聚合過程，選育核心親本過程中不僅注重增加遺傳組成源，還要考慮通過目標性狀種質資源的選配、組合、聚合選擇培育核心親本，保障創(chuàng)新的親本種質在多個目標性狀間較能兼顧。

因此，根據(jù)我國蔗區(qū)多樣化生態(tài)條件和氣候環(huán)境有利條件，充分挖掘利用甘蔗近遠緣野生資源優(yōu)異種質，拓寬現(xiàn)有甘蔗遺傳基礎，有針對性地逐步培育聚合多種優(yōu)良性狀的核心親本，為今后甘蔗育種服務。

3.2 利用新種質資源，明確育種目標，選育優(yōu)良的甘蔗新品種

甘蔗育種就是根據(jù)不同需要，制定育種目標，對各種種質資源進行重新整合。甘蔗育種發(fā)展歷程實踐表明［11］，任何具有特殊性狀的甘蔗品種選育都離不開種質資源這個基礎。只有通過不同種質資源相互組合雜交，將某些或某個育種目標進行轉移利用，進而選育出所需要的優(yōu)良新品種。

隨著社會的發(fā)展與進步，甘蔗育種面臨著新的目標和挑戰(zhàn)，隨著甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級，今后甘蔗育種目標宜多元化，除了高糖、高產(chǎn)外，也更加注重宿根性、抗逆性、耐壓性、營養(yǎng)高效，適宜全程機械化等。

3.3 利用現(xiàn)代生物技術手段，加快分子育種技術體系的構建，縮短育種進程

分子育種技術作為常規(guī)育種有效的輔助手段，已經(jīng)在多種作物中得到了充分的利用，目標性強、效率高，效果非常明顯，也是今后作物育種的主要發(fā)展方向。有關甘蔗分子育種研究方面，國內外已經(jīng)取得一定的進展。目前已經(jīng)利用RFLP［22］、AFLP［23］、TRAP［23］、SSR［22,24］、EST-SSR［25］、SNP［26］等多種分子標記針對不同遺傳群體構建20余張甘蔗分子遺傳連鎖圖譜，并對糖分、產(chǎn)量、抗病性等數(shù)量性狀位點進行了定位。轉基因技術主要集中在蔗糖合成與運輸［27-29］、抗旱耐鹽［30］、抗?。?1-33］等相關基因方面的研究。然而甘蔗屬于異源多倍體、基因組龐大、遺傳背景復雜，導致在遺傳轉化過程中，表現(xiàn)出轉化效率低、轉基因失活、體細胞克隆變異和回交困難等問題［34］。

隨著測序技術的不斷更新發(fā)展及應用，使得測序成本不斷降低，測序通量不斷提高，精度更加準確，特別是甘蔗割手密種（Saccharum spontaneumL.）基因組的破譯［35］，各類測序數(shù)據(jù)將不斷獲得，加大甘蔗基因組測序信息挖掘力度，利用基因組信息，結合分子技術方法不斷拓寬甘蔗品種遺傳背景、創(chuàng)制骨干育種材料、構建快速有效的育種技術方法和性狀篩選體系，最終通過分子設計育種，培育綜合性狀具有突破性的新品種，縮短育種年限。

4 結論

18個供試甘蔗品種選育共使用了18個親本，這些親本中使用頻率最高的親本分別是CP72-1210、粵糖93-159和粵農(nóng)73-204，在18個供試材料中，由這3個親本共育成了13個品種，占被統(tǒng)計品種數(shù)的72.22%。18個供試甘蔗品種的細胞質源均為班扎馬新黑潭，其遺傳組成源由熱帶種、割手密種、印度種、中國種、大莖野生種及高粱組成。所有品種是在引進品種的基礎上發(fā)展起來的，都含有POJ2878或其姐妹系POJ2725以及F134的血緣，遺傳基礎比較狹窄。