24份地方荸薺種質(zhì)資源形態(tài)標(biāo)記聚類分析

江文，蔡炳華，陳麗娟，呂維莉，歐昆鵬，郭暢

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，南寧，530007；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點開放實驗室）

24份地方荸薺種質(zhì)資源形態(tài)標(biāo)記聚類分析

江文1，2，蔡炳華1，陳麗娟1，呂維莉2，歐昆鵬1，郭暢1

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，南寧，530007；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點開放實驗室）

形態(tài)學(xué)性狀的聚類分析把供試的24個荸薺品種分為2個類群。第一類群只有野生荸薺1個品種，第二類群為23份地方栽培的荸薺品種，第二類群中又可分為5個亞類。從分析結(jié)果可以看出，野生荸薺與23份地方栽培種的遺傳距離相對較遠(yuǎn)，而23份地方栽培種間的遺傳距離較小，這與從形態(tài)上難以鑒定品種的結(jié)果基本相符。

荸薺；種質(zhì)資源；形態(tài)標(biāo)記；聚類分析

荸薺 （Eleocharis tuberosaSchult）屬莎草科（Cyperaceae）荸薺屬（EleocharisR.Br.），又稱地栗、馬蹄，原產(chǎn)我國，主要分布在長江以南。荸薺以地下球莖為食用部分，生熟食皆宜，營養(yǎng)成分高，有一定的保健作用。荸薺品種多以地方命名，不同地方品種間的形態(tài)解剖和性狀非常相似，這使得荸薺在品種選育和利用方面十分困難。形態(tài)學(xué)標(biāo)記獲得簡單、直接，而且直觀，是基因型的表現(xiàn)型，其有兩大類：一類是符合孟德爾遺傳規(guī)律的單基因性狀，另一類是克服了以往比較形態(tài)學(xué)僅以個別性狀之間的相似性來比較生物之間遺傳關(guān)系的缺陷的多基因決定的數(shù)量性狀。其在種質(zhì)資源的分類、鑒別，育種親本材料的選擇、選配，育成品種的識別方面具有重要的應(yīng)用價值。所以，對不同種質(zhì)材料如糧食作物[1，2]、蔬菜[3]、果樹[4，5]和花卉[6]等形態(tài)學(xué)標(biāo)記的收集、保存和利用歷來受到研究者的重視。本試驗以廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所保存的24份荸薺種質(zhì)資源為材料，采用16個農(nóng)藝性狀作為鑒定參數(shù)進(jìn)行聚類分析，探討不同地方荸薺種質(zhì)資源間的遺傳關(guān)系，以期對荸薺育種、種質(zhì)資源管理及其保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用荸薺材料24份，包含來自廣西、廣東、湖南、湖北、安徽、江蘇、云南等省區(qū)的地方荸薺品種，具體見表1。

1.2 試驗方法

①室內(nèi)觀察 分別對24個荸薺品種的球莖大小、單球質(zhì)量、皮色、形狀、臍部、側(cè)芽與主芽、皮色及臍部等性狀進(jìn)行觀察或測定[7~9]。

②球莖內(nèi)含物相關(guān)生理生化指標(biāo)的測定 淀粉含量采用碘顯色法[10]；可溶性總糖含量采用蒽酮比色法[11]；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[12]；總氨基酸含量采用茚三酮比色法[13]。

③田間性狀觀察 株高是指葉狀莖的地上部分長度；葉狀莖直徑是用微標(biāo)卡尺測量距離地上15 cm處的粗度；分株情況是對植株田間能力進(jìn)行評估，分為強中弱；是否開花的觀察是在生長末期進(jìn)行。

④性狀選取及編碼方法 經(jīng)過對所采集到的性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定了16個特征性狀。

a.數(shù)量性狀。球莖橫徑、縱徑，單球質(zhì)量，葉粗，株高，淀粉含量，蛋白質(zhì)含量，氨基酸含量，可溶性糖含量。

b.二元性狀。葉色：淺綠色（1），濃綠色（0）；果實皮色：深棕紅色（1），棕紅色（0）；開花狀況：不開花（1），開花（0）。

c.有序多態(tài)性狀。臍部平凹凸：平（0），凹（1），平凹都有（2）；側(cè)芽短中長：?。?），中（1），大（2）；主芽長中短：短鈍（0），中（1），長尖（2）；分株狀況：弱（0），中（1），強（2）；果實形狀：卵圓（0），橢圓（1），近圓（2）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化變換[14]，變換公式如下：其中，N為分類單位；m為性狀；Yij為第i個分類單位、第j個性狀狀態(tài)的數(shù)據(jù)；Xij為Yij經(jīng)過變換后的數(shù)據(jù)；Yj為第j個性狀數(shù)據(jù)的平均值；Sj為第j個性狀數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

荸薺的質(zhì)量性狀則根據(jù)1.2中④賦值后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.4 植物學(xué)性狀的聚類分析用DPS 8.01軟件進(jìn)行聚類分析，主要步驟如下。①對植物學(xué)性狀賦值后得到初始數(shù)據(jù)。

②用多元分析中的聚類分析程序?qū)Τ跏季仃囘M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換。

③對標(biāo)準(zhǔn)化的矩陣計算歐氏距離矩陣。

④用類平均法UPGMA（無權(quán)重配對算術(shù)平均數(shù)法）方法進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 24個荸薺品種數(shù)量性狀

測定了荸薺單球橫徑、縱徑、質(zhì)量，葉狀莖高度、粗度，球莖淀粉、可溶性總糖、蛋白質(zhì)、氨基酸含量9個數(shù)量性狀指標(biāo)（表1）。

2.2 24個荸薺品種質(zhì)量性狀

記錄了荸薺球莖皮色、性狀、臍部狀態(tài)，葉狀莖顏色、分株能力和是否開花等質(zhì)量性狀（表2）。

2.3 聚類分析結(jié)果

本試驗采用了歐氏距離法，得到其距離系，采用了UPGMA進(jìn)行聚類分析，得到樹狀圖（圖1）。

表1 24個荸薺品種數(shù)量性狀

表2 24個荸薺品種質(zhì)量性狀

通過對24份荸薺種質(zhì)的植物學(xué)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖1，在歐氏距離10.64處，所有種質(zhì)材料被聚為1類。在歐氏距離為6.57處，24份種質(zhì)材料被分為2類。

第一類群只有1（廣西野生荸薺）1份種質(zhì)，該種質(zhì)為唯一的野生種。

第二類群為各地方栽培的荸薺品種，包括2（廣東番禺荸薺-Ⅰ）和12（廣西桂平荸薺）在內(nèi)的23份種質(zhì)材料。這一類又可以細(xì)分為5類，其中，第1亞類包括2（廣東番禺荸薺-Ⅰ），3（廣西平樂荸薺1）和6（廣西荔浦荸薺-Ⅰ）；第2亞類包括4（廣西平樂荸薺-Ⅱ），5（廣東番禺荸薺-Ⅱ），7（廣西荔浦荸薺-Ⅱ）和8（廣西荔浦荸薺-Ⅲ）；第3亞類包括13（廣西貴港荸薺），23（廣西靈川荸薺），18（湖北孝感荸薺），19（安徽廬江荸薺），20（江蘇寶應(yīng)荸薺）和22（廣西臨桂荸薺）；第4亞類包括9（廣西橫縣荸薺），16（湖南郴州荸薺），15（廣西全州荸薺），21（云南保山荸薺）和24（桂蹄一號荸薺）；第5亞類包括10（廣西合浦荸薺），14（賀州芳林荸薺），17 （湖南長沙荸薺），11（廣西北海荸薺）和 12（廣西桂平荸薺）。

廣西野生荸薺與廣東番禺荸薺-Ⅰ在聚類分析的歸類中首先被區(qū)分開，這與它們的球莖性狀和形態(tài)特征明顯有別于其他品種有關(guān)，二者主要共同性狀為葉狀莖小，株高相對較矮，單個球莖質(zhì)量小，淀粉含量高等。其他22份荸薺材料的歸類中，沒有按品種的地域劃分，也沒有按某一特定的性狀聚類，而是交互在一起。地區(qū)間的栽培種沒有特定的某一形態(tài)或性狀，從形態(tài)上難以對不同的荸薺進(jìn)行分類鑒定，這與劉劍秋[7]報道的相似。在這22份荸薺材料中，種質(zhì)間有一定的親緣關(guān)系，但品種間的差異較小。造成這種現(xiàn)象的原因可能是各地區(qū)的栽培種先是由某一地區(qū)野生種馴化，進(jìn)而相互引種或幾個地區(qū)親緣關(guān)系較近的野生種同時馴化為當(dāng)?shù)卦耘喾N。

圖1 24個荸薺種質(zhì)材料的植物學(xué)性狀聚類分析

由上述可以看出，基于荸薺植物學(xué)性狀的聚類結(jié)果比較好地反映了種質(zhì)間的親緣關(guān)系以及種質(zhì)間的形態(tài)相似性。

3 結(jié)論與討論

荸薺是我國的一種地方特色作物，廣泛分布在我國長江以南，具有重要的營養(yǎng)價值和工業(yè)價值，但對荸薺種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究還比較匱乏。本試驗選取24份來自國內(nèi)不同生態(tài)區(qū)的品種進(jìn)行遺傳和聚類分析。試驗結(jié)果表明，以16個表型性狀對24個荸薺品種進(jìn)行聚類分析，從各類群的地理分布來看，參試品種沒有明顯的生態(tài)地域性類群，品種遺傳關(guān)系的遠(yuǎn)近與地理來源并不存在必然的聯(lián)系，其他作物也有類似研究結(jié)果[15～17]。同時還發(fā)現(xiàn)，目前生產(chǎn)上培育推廣的品種來源于少數(shù)幾個類群，這在一定程度上表明栽培種的遺傳基礎(chǔ)比較狹窄，因此必須不斷引進(jìn)和創(chuàng)新優(yōu)異的種質(zhì)資源以擴大遺傳基礎(chǔ)，在提高產(chǎn)量和品質(zhì)的同時增強荸薺的抗病性與抗逆性。因此培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種時，要以親緣關(guān)系為參考依據(jù)，而不必過分考慮它們的地理起源。

本研究結(jié)果表明，收集的24份不同地方荸薺品種，野生荸薺與23個地方栽培種的遺傳距離相對較遠(yuǎn)，而23份地方栽培種間的遺傳距離較小，這與從形態(tài)上難以鑒定地方栽培品種的結(jié)果基本相符。

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Cluster Analysis on 24 Germplasm Resources of Local Water Chestnut(Eleocharis tuberosaSchult)by Morphological Markers

JIANG Wen1,2,CAI Binghua1,CHEN Lijuan1,LV Weili2,OU Kunpeng1,GUO Chang1
(1.Biotechnology Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007;2.Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Laboratory,Guangxi Academy of Agricultural Sciences)

24 local water chestnut(Eleocharis tuberosaSchult)cultivars were divided into two groups by the cluster analysis according to the morphologic characters.Only one wild water chestnut species was clustered into the first group,and the rest 23 local cultivars were clustered into the second group,which were divided into five subgroups.The results showed that the genetic relationship between the wild species and the 23 local cultivars was relatively distant,while the genetic relationships among the 23 local cultivars were closer,which indicated that it was difficult to identify them by the agronomic characters only.

Water chestnut;Germplasm resources;Morphological markers;Cluster analysis

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.16.007

廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)展基金資助項目（2009003），廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)展基金資助項目 （桂農(nóng)科2012JZ04），廣西壯族自治區(qū)技術(shù)研究與開發(fā)項目（桂科攻10100008-5）

江文，男，碩士，助理研究員，專業(yè)方向為植物生理與分子生物學(xué)，E-mail：jiangwen@gxaas.net

2012-06-28