54份哥倫比亞木薯種質(zhì)的育種特性評價(jià)

葉劍秋， 張 潔， 肖鑫輝， 吳傳毅， 薛茂富， 李開綿

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所農(nóng)業(yè)部華南基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 海南 儋州 571737)

54份哥倫比亞木薯種質(zhì)的育種特性評價(jià)

葉劍秋， 張 潔， 肖鑫輝， 吳傳毅， 薛茂富， 李開綿*

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所農(nóng)業(yè)部華南基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 海南 儋州 571737)

資源是育種的基礎(chǔ)，對引進(jìn)資源進(jìn)行科學(xué)的評價(jià)是確定育種方向的前提，也是加快育種進(jìn)度的關(guān)鍵.該研究通過田間試驗(yàn)(1 a)對引自哥倫比亞的54份木薯資源進(jìn)行育種特性評價(jià)，通過對株高、塊根直徑、單薯鮮重、薯干率、鮮薯淀粉含量及支鏈淀粉含量等指標(biāo)的測定和分析，確定54份資源的生產(chǎn)特性.結(jié)果表明：種質(zhì)CM837、CM2399-4、哥倫比亞16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1表現(xiàn)最好，是育種的優(yōu)選材料；種質(zhì)CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9塊根淀粉含量和生長情況較好但產(chǎn)量較低，可作為以高淀粉含量和以莖葉為飼料的育種材料；種質(zhì)CM92-56-1、CM901、CM7595-1和SM28-80-3木薯產(chǎn)量和質(zhì)量都較好，可作為以木薯為收獲目標(biāo)的育種材料.

木薯種質(zhì)； 田間試驗(yàn)； 評價(jià)

木薯(ManihotesculentaCrantz) 又名樹薯、樹番薯、木番薯[1]，為大戟科(Euphorbiaceae)木薯屬(Manihot)植物，原產(chǎn)南美洲.木薯是世界上8億多人口賴以生存的食糧，栽培歷史達(dá)4 000多年[2].木薯塊根中淀粉含量高達(dá)30%，因此有“淀粉之王”的美稱，與馬鈴薯和甘薯并稱世界三大薯類作物[3].木薯淀粉或干片可制酒精、檸檬酸、谷氨酸、賴氨酸、葡萄糖、果糖等，木薯莖葉是優(yōu)質(zhì)的飼料，也是優(yōu)質(zhì)的蘑菇培養(yǎng)基質(zhì)[4].據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，以木薯為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品多達(dá)2 000多種[5].

木薯種質(zhì)資源十分豐富，現(xiàn)存木薯資源最多的機(jī)構(gòu)為哥倫比亞國際熱帶農(nóng)業(yè)研究中心(CIAT)，其國際木薯種質(zhì)資源圃中囊括的木薯種質(zhì)資源逾6 000 多份[6].我國木薯引種可追溯到1820年，廣東率先進(jìn)行木薯的引種、馴化和栽培[7].木薯栽培量最大省份包括廣東、廣西、海南，其次為福建、云南、江西、湖南，另有少量試種于四川、貴州和重慶等地.木薯種質(zhì)收集、保存及評價(jià)工作現(xiàn)已于廣東、廣西和海南等有關(guān)科研單位內(nèi)普遍開展，育種、栽培技術(shù)及木薯淀粉深度加工的相關(guān)研究也已逐步深入.現(xiàn)已成功培育的優(yōu)良品種，如華南124、華南205、華南6068、華南5號、華南6號等，有效促進(jìn)了我國木薯品種多樣化與良種化進(jìn)程[8-11].廣西和廣東等省份育成了桂熱891、桂熱911、桂熱3號、桂熱4號、桂熱5號、新選048等.肖鑫輝等[12]對國內(nèi)外木薯資源表型多樣性的研究表明，288份木薯資源遺傳多樣性豐富，且數(shù)量性狀存在較大程度的變異，并將資源優(yōu)勢特性粗略劃分為了兩個(gè)類群，只能大致知道資源的特性，需進(jìn)一步細(xì)化才能確定資源特性；謝向譽(yù)等[13]從植物學(xué)性狀、農(nóng)藝性狀和氫氰酸含量從國內(nèi)外31份木薯資源中篩選出了13份較好的資源，篩選資源的標(biāo)準(zhǔn)是某一單一指標(biāo)的前幾份資源，缺乏綜合性的評價(jià).資源引進(jìn)是選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種的關(guān)鍵基礎(chǔ)[14]，本研究以從哥倫比亞引進(jìn)的54個(gè)木薯種質(zhì)為研究對象在海南開展品比試驗(yàn)，篩選出適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高及品質(zhì)好的種質(zhì)，并對種質(zhì)的利用潛質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，以期為木薯新品種的選育提供新的種質(zhì)和前期研究基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試木薯種質(zhì)為從哥倫比亞引進(jìn)后保存于國家木薯種質(zhì)資源圃的54份材料，植物學(xué)特征描述參照《木薯種質(zhì)資源形態(tài)圖譜》[15]，詳情見表1 .

表1 54份木薯種質(zhì)信息

續(xù)表1

注：1)株高：高>300 cm，中200～300 cm，矮<200 cm；2) 主莖直徑：粗>3.0 cm，細(xì)2.0～3.0 cm；3) 分支角度，大>45°，中30～45°，小<30°；4) 塊根直徑，粗>4.5cm，細(xì)3.0～4.5cm.

Notes: 1) about height: high >300 cm，middle 200-300 cm， short <200 cm；2) about stem diameter: thick >3.0 cm， thin 2.0-3.0 cm; 3) about branching angle: big >45°， middle 30-45°， small <30°; 4) about root diameter: thick >4.5 cm， thin 3.0-4.5 cm.

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)地選擇及土壤理化性狀測定 試驗(yàn)地點(diǎn)位于海南省儋州市，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所試驗(yàn)基地，地理位置為109°30′E，19°30′N，年均氣溫23.1℃，年均降雨量1 823 mm，地勢平坦，磚紅壤，土壤理化性狀見表2.

表2 種植地土壤理化性狀

1.2.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積16 m2，每個(gè)小區(qū)種植16 株，株行距為1.0 m，設(shè)3個(gè)重復(fù)，共162個(gè)小區(qū)，小區(qū)間距為2 m.試驗(yàn)區(qū)域周圍設(shè)2.5 m寬保護(hù)行，保護(hù)行內(nèi)種植王草.

1.2.3 育苗、移栽及田間管理 選取粗壯一致的種莖育苗于營養(yǎng)缽中(25 cm×30 cm)待出苗后選擇長勢一致的種苗按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分布圖移栽到大田中，每3個(gè)月除草一次，移栽12個(gè)月后收獲.

1.2.4 測定指標(biāo)及方法 采樣方法：株高、直徑及平均單株薯產(chǎn)量，測定所有植株的數(shù)值；鮮薯淀粉含量，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取樣品測定；支鏈淀粉含量，樣品為每個(gè)小區(qū)木薯磨粉混合后進(jìn)行取樣.

株高：收獲前用塔尺量取植株由地面至頂葉的高度.

主莖直徑：用游標(biāo)卡尺量取距地面10 cm處的主莖直徑.

塊根直徑：用游標(biāo)卡尺量取塊根最粗處的直徑.

平均單株薯產(chǎn)量：挖取小區(qū)內(nèi)各株塊根在水中清洗干凈后陰干，稱量總薯重后取平均值.

鮮薯淀粉含量：用泰國進(jìn)口的鮮薯淀粉測量儀，稱5 kg左右的鮮薯空中重和水中重，根據(jù)國際熱帶農(nóng)業(yè)中心制定的公式計(jì)算鮮薯淀粉含量：

鮮薯淀粉含量(%)=210.8×[空中重/(空中

重-水中重)]-213.4.

支鏈淀粉含量：用標(biāo)準(zhǔn)的支鏈淀粉繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.先用旋光計(jì)測定樣品總淀粉含[16].稱取總淀粉含量為50 mg木薯干粉樣品(約0.5 g)，加少量無水乙醇及0.5 mol/L NaOH溶液10 mL，置于沸水浴10 min.冷卻至室溫，蒸餾水定容至50 mL，充分混勻.吸取2.5 mL 樣品溶液，加入至50 mL 容量瓶，加20 mL 蒸餾水，用0.1 mol/L HCL溶液調(diào)pH約為3，加碘試劑0.5 mL，定容至50 mL，放置10 min，在620 nm波長處，用比色法測定其光密度.從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品中支鏈淀粉的含量，3次重復(fù)[17].

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)中所有的數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2000、JMP9等統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析，以Tukey HSD作為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)，顯著性水平P<0.01.通過IBM SPSS Statistics 19軟件進(jìn)行主因子分析，以最大方差法進(jìn)行方差正交旋轉(zhuǎn).

2 結(jié)果與分析

2.1 54份木薯種質(zhì)平均單株薯重差異顯著性分析

木薯的主要收獲對象是塊根，因此薯重是衡量木薯生產(chǎn)性能和木薯育種的首要指標(biāo)，54份引自哥倫比亞的木薯資源在海南儋州種植的平均單株薯重如表3所示.19份木薯資源在平均單株薯重上差異達(dá)極顯著(F種質(zhì)=37.35**)，其中種質(zhì)CMR36-63-4的平均單株薯種值最小，為0.58kg，與CM4040-1、哥倫比亞10J、SM1568-2、CMR26-07-15、哥倫比亞6F、CH20、CM3327-4、哥倫比亞8H、ECV83、哥倫比亞2號、BRA274.

哥倫比亞1號和哥倫比亞12L間平均單株產(chǎn)量差異不顯著；種質(zhì)哥倫比亞7G產(chǎn)量最高，為6.60 kg，為CMR36-63-4的11.38倍，與種質(zhì)SM2300-1、19S間差異不顯著；種質(zhì)CMR36-60-12、SM2323-6、CM837、SM1747的平均單株產(chǎn)量與19S差異不顯著，但顯著低于哥倫比亞7G、SM2300-1，產(chǎn)量在4.36～5.58 kg之間；種質(zhì)CM769-2、哥倫比亞16P、CMR34-11-3、CMR35-70-1、CM2399-4、SM28-80-3、CMR36-40-12、CM92-56-1、CMR35-22-196、CG501-2、CM965-3、ECV84、CM3970-8、CM7595-1產(chǎn)量與SM1747差異不顯著，在3.16～4.15 kg之間.

表3 54份木薯資源平均單株薯重和支鏈淀粉含量

續(xù)表3

注：縱向不同字母間表示菌株間差異極顯著(P<0.01).**表示差異極顯著

Note: Different letters in the same column means significantly different at 0.01 level.**: extremely significant difference

2.2 54 份木薯種質(zhì)支鏈淀粉含量差異顯著性分析

支鏈淀粉含量是衡量木薯品質(zhì)的主要指標(biāo)，引自哥倫比亞的54份木薯種質(zhì)的支鏈淀粉含量見表2，由表可知，54份木薯資源在支鏈淀粉含量上差異達(dá)極顯著(F種質(zhì)=54.23**)，其中種質(zhì)哥倫比亞7G的支鏈淀粉含量最低為71.26%，與種質(zhì)CM1585-13、SM1568-2差異不顯著；種質(zhì)SM610-1支鏈淀粉含量最高，為79.34%，與SM2300-1、CMR36-63-4、ECV81間差異不顯著；其它種質(zhì)支鏈淀粉含量根據(jù)差異顯著性可以分為3個(gè)層次，含量較高的種質(zhì)有12份，為：CM385-6、CM4054-40、CMR26-07-15、哥倫比亞1號、PER557、哥倫比亞2號、CM523-7、CMR36-40-9、19S、CMR34-11-3、SM2323-6、CM965-3；含量中等的種質(zhì)有21份，為：CMR37-14-9、哥倫比亞10J、CMR35-70-6、CMR36-40-12、CM483-2、CM837、SM28-80-3、SM1747、CM92-56-1、CMR35-70-1、CMR35-22-196、哥倫比亞8H、M?COL22、CM1210-10、CM3327-4、哥倫比亞6F、BRA12、BRA274、SG424-19、CM769-2、CM2399-4；含量較低的種質(zhì)有14份，為：哥倫比亞12L、CM3993-9、CH20、CM901、COL1050、CM4040-1、ECV84、哥倫比亞16P、CG501-2、CM7595-1、哥倫比亞3C、CM3970-8、ECV83、CMR36-60-12.

2.3 54份木薯種質(zhì)的綜合評價(jià)

通過對引自瑞士的54份木薯種質(zhì)的株高、塊根直徑、單薯鮮重、薯干率、鮮薯淀粉含量支鏈淀粉含量等指標(biāo)進(jìn)行因子分析，前3個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率達(dá)79.42%(一般情況下，累積貢獻(xiàn)率超過75%即可)，因此可提煉3個(gè)公因子.經(jīng)最大方差旋轉(zhuǎn)法得到旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣(表4).在54個(gè)木薯種質(zhì)的第一公因子(F1)中，薯干率(0.97)和鮮薯淀粉含量(0.97)具有大的正載荷可以稱為塊根淀粉含量因子，F(xiàn)1的方差貢獻(xiàn)率為36.76%；在F2中株高(0.69)和塊根直徑(0.83)有較高的正載荷，F(xiàn)2可稱為木薯生長狀況因子，該因子的方差貢獻(xiàn)率為24.01%，在F3中單薯鮮重(0.75)指標(biāo)有較高的正載荷，F(xiàn)3可稱為薯產(chǎn)量因子，該因子的方差貢獻(xiàn)率為15.65%.

根據(jù)引自瑞士54個(gè)木薯種質(zhì)的各觀測值在3個(gè)主因子上的標(biāo)準(zhǔn)得分，作各種質(zhì)關(guān)于F1、F2與F3公因子的表(表5).種質(zhì)在各主因子上的得分值可以反映該種質(zhì)的特性，可見種質(zhì)CM837、CM2399-4、哥倫比亞16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1在3個(gè)主因子上得分都為正值，塊根淀粉含量、生長及產(chǎn)量上都有較好的表現(xiàn)，是優(yōu)選的育種材料.種質(zhì)CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9在主因子F1和F2上都為正，在F3上為負(fù)，說明其塊根淀粉含量和生長情況較好，但木薯產(chǎn)量較差.種質(zhì)CM92-56-1、CM901、CM7595-1、SM28-80-3在F1和F3上都為正，在F2上為負(fù)，說明其木薯產(chǎn)量和質(zhì)量較好，生長量較差.種質(zhì)COL1050、SM1747在F2和F3上都為正，在F1上為負(fù)，說明其生長量和木薯產(chǎn)量都較好，木薯質(zhì)量較差.種質(zhì)CH20、CM3327-4、BRA12和BRA274在3個(gè)主因子上得分都為負(fù)，這4個(gè)種產(chǎn)量、質(zhì)量及生長情況都較差.剩余種質(zhì)在3個(gè)主因子中有1個(gè)為正，2個(gè)為負(fù)，屬于表現(xiàn)較差的種質(zhì)，按主因子的正負(fù)可分為以下3類：F1正，F(xiàn)2、F3負(fù)：比亞1號、CM523-7、CM965-3、CM1210-10、哥倫比亞10J、ECV81、CMR35-70-6和CMR36-63-4；F2正，F(xiàn)1、F3負(fù)：哥倫比亞2號、CM483-2、哥倫比亞8H、M?COL22、SM610-1、哥倫比亞12L和哥倫比亞6F；F3正，F(xiàn)2、F3負(fù)：CM1585-13、CM3970-8、CM4040-1、SM1568-2、哥倫比亞7G、哥倫比亞3C、ECV83、ECV84和CG501-2.

表4 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣

注：表中數(shù)據(jù)為不同木薯種質(zhì)各指標(biāo)通過方差正交旋轉(zhuǎn)后得到的前3個(gè)主因子載荷矩陣及所解釋的樣本總方差的累計(jì)比例．

Note: The results are the first 3 main factors rotated component matrix and its total variance explained by the cumulative percentage of the samples then different cassava germplasm．

表5 54份種質(zhì)在3個(gè)公因子的標(biāo)準(zhǔn)得分

ECV81058743-1103-165351ECV83-0538-090801016475

續(xù)表5

3 討論與結(jié)論

環(huán)境條件是影響作物生長和生產(chǎn)的關(guān)鍵，對引進(jìn)種質(zhì)進(jìn)行適應(yīng)性評價(jià)和篩選是育種和利用種質(zhì)的前提.木薯基因雜合程度較高且極易進(jìn)行無性繁殖的特性是其進(jìn)行雜交育種的天然優(yōu)勢[18-19]，只需要進(jìn)行一次有性雜交，得到雜種F1代，從中選出優(yōu)勢個(gè)體，進(jìn)行無性系繁殖，通過無性品系的比較試驗(yàn)、區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)即可篩選具有優(yōu)良性狀的新品種.種質(zhì)資源是育種的基礎(chǔ)，大量的種質(zhì)資源是篩選優(yōu)良種質(zhì)的必要條件，但大量的種質(zhì)資源會給雜交和品種選育帶來大量的工作量，因此在雜交之前對引自同一區(qū)域的種質(zhì)進(jìn)篩選和生產(chǎn)特性定位可以有效的減少育種的工作量，加快的育種的進(jìn)度.本研究在海南儋州對引哥倫比亞的54份種質(zhì)資源進(jìn)行篩選評價(jià)，雖然平均單株薯產(chǎn)量和支鏈淀粉含量之間差異都達(dá)到極顯著，但平均單株薯產(chǎn)量之間的差異較大在0.58±0.25 kg到6.60±0.11 kg之間，而支鏈淀粉含量的差異較小在78.56±0.28%到79.34±0.01%之間，SM2300-1、19S、和SM2323-6平均單株薯產(chǎn)量和支鏈淀粉含量都較高；CMR36-63-4、EVC81和SM610-1支鏈淀粉含量較高，但其平均單株薯中不是最高.目前生產(chǎn)中木薯主要是以塊根為收獲對象，但在飼料領(lǐng)域也以莖葉為主要收獲利用對象，平均單株薯重和支鏈淀粉含量雖在一定程度上可以反映木薯種質(zhì)的產(chǎn)量和品質(zhì)，但要確定引自哥倫比亞的種質(zhì)在海南的綜合特性需要考慮更多的指標(biāo)，而所有指標(biāo)在種質(zhì)間不能達(dá)到完全的統(tǒng)一， 故需通過降維的方法來確定.主因子分析可用少數(shù)幾個(gè)主因子來解釋多變量的方差、協(xié)方差，通過將多個(gè)變量維成少數(shù)幾個(gè)可以代表大部性狀且彼此不相關(guān)的變量.為達(dá)到使各主因子彼此不相關(guān)，在主因子分析中通過最大方差正交旋轉(zhuǎn)來達(dá)到使各指標(biāo)在公因子上分開[20-21].通過主因子分析將6個(gè)指標(biāo)降維為塊根淀粉含量、木薯生長狀況和薯產(chǎn)量3個(gè)公因子，通過各處理在兩個(gè)公因子上的標(biāo)準(zhǔn)得分確定54個(gè)木薯資源在海南儋州綜合表現(xiàn)為：種質(zhì)CM837、CM2399-4、哥倫比亞16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1綜合表現(xiàn)最好，是育種的優(yōu)選材料；種質(zhì)CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9塊根淀粉含量和生長情況較好但產(chǎn)量較低，可作為以高淀粉含量和以莖葉為飼料的育種材料；種質(zhì)CM92-56-1、CM901、CM7595-1和SM28-80-3木薯產(chǎn)量和質(zhì)量都較好，可作為以木薯為收獲目標(biāo)的育種材料.一般大田試驗(yàn)需要3年的數(shù)據(jù)方能確定一個(gè)資源的適應(yīng)性，本研究主要目的是對來自哥倫比亞的不同木薯資源進(jìn)行育種方向和適應(yīng)性的初步判定，故通過1年的試驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)，要進(jìn)一步確定不同資源的適應(yīng)能力需要進(jìn)一步的田間試驗(yàn).

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Breedingcharacteristicsevaluationof54cassavagermplasmfromColumbia

YE Jianqiu， ZHANG Jie， XIAO Xinhui， WU Chuanyi， XUE Maofu， LI Kaimian

(Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China，Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China)

Resources are the basis for breeding， while evaluation for resources is the prerequisite for breeding， and also the key point for speeding up breeding. In this study， 54 samples that introduced from Colombia were evaluated by field experiment (1 year) in order to determine the production characteristics， the indexes including plant height， diameter， fresh weight， dry rate， starch content， amylopectin content and others. The results showed that CM837， CM2399-4， Colombia 16P， 19S， SG424-19，SM2300-1，SM2323-6，CMR34-11-3，CMR35-70-1 and CMR35-70-1 were the best material for breeding; starch content and growth of CM385-6， CM837，CM3993-9，CM4054-40，PER557，CMR26-07-15，CMR36-40-9，CMR37-14-9 were better but the yield were low， which would be used as breeding materials with high starch content and feeding; yield and quality of CM92-56-1， CM901， CM7595-1 and SM28-80-3 were better， which are able to be used as breeding material for harvesting target．

cassava germplasm; field experiment; evaluation

2017-09-18.

農(nóng)業(yè)部物種品種資源保護(hù)項(xiàng)目(2017NWB045，17RZZY-08)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CARS-12-hnlkm)；中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(1630032017002).

*通訊聯(lián)系人. E-mail: likaimian@sohu.com.

10.19603/j.cnki.1000-1190.2017.06.015

1000-1190(2017)06-0809-08

S533

A