貴州向日葵地方種質(zhì)資源分布調(diào)查與性狀鑒定

魏忠芬， 奉 斌， 楊勝先， 李慧琳， 楊 航

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 油料研究所， 貴州 貴陽 550006)

向日葵屬菊科(Asteroidea)向日葵屬(HelianthusannuusL.)，為一年生或多年生草本植物，異花授粉植物[1]。向日葵集油食兼用、藥用及觀賞多功能于一體，其籽實富含不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)及維生素E等，籽粒中的含油量高于油菜和大豆，具有豐富的營養(yǎng)價值和油用價值，是世界上重要的食用油料作物[2]。貴州特有的喀斯特地貌石漠化地區(qū)以及復(fù)雜多變的生態(tài)環(huán)境逐漸形成和演變出適應(yīng)貴州各種生態(tài)環(huán)境的特異向日葵地方品種和資源類型，因其自然環(huán)境、耕作栽培習(xí)慣及民族風(fēng)情的多樣化，衍生形成的向日葵種質(zhì)資源在世界和國家特種油料種質(zhì)資源研究中具有重要的理論研究意義和作用[3-4]。當(dāng)前由于貴州旅游業(yè)及大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)貴州對外交流不斷深入，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設(shè)和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的快速推進(jìn)，以及新品種、新技術(shù)的應(yīng)用推廣，導(dǎo)致貴州各地大量的地方優(yōu)異種質(zhì)資源和農(nóng)家品種不可逆轉(zhuǎn)的流失及原生資源迅速減少或消亡，因此針對貴州生物種質(zhì)資源開展調(diào)查、收集、保護、性狀鑒定與應(yīng)用研究顯得尤為重要[5]。

由于貴州春夏季節(jié)寡日照、多陰雨的氣候特點，向日葵生產(chǎn)應(yīng)用受到明顯影響，導(dǎo)致相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與國內(nèi)其他省(區(qū))相比嚴(yán)重滯后。向日葵是貴州傳統(tǒng)休閑食品，2016年常年播種面積約8 000 hm2(折算為凈作)，總產(chǎn)1.618 5萬t[6]。貴州向日葵資源主要為食用型，食用向日葵籽仁蛋白質(zhì)含量在25%以上[7]，富含維生素E，營養(yǎng)豐富，是當(dāng)前大力發(fā)展貴州生態(tài)旅游、實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和發(fā)展山地高效特色農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢作物。為明確貴州地方向日葵種質(zhì)資源情況，貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所從2014年起開展貴州地區(qū)向日葵資源的調(diào)查、收集、表型性狀田間鑒定及品質(zhì)性狀的鑒定評價等研究工作，旨在為貴州地方向日葵種質(zhì)資源的保護、創(chuàng)新、遺傳改良及產(chǎn)業(yè)利用提供基礎(chǔ)資源材料。

1調(diào)查研究方法

1.1調(diào)查范圍

2014—2018年按照《農(nóng)作物種質(zhì)資源收集技術(shù)規(guī)程》[9]進(jìn)行向日葵地方種質(zhì)資源調(diào)查、收集工作，調(diào)查范圍涉及貴州的64個縣(市、區(qū))，調(diào)查區(qū)域包括黔西南地區(qū)的安龍縣、普安縣、貞豐縣、興義市、興仁縣、晴隆縣、冊亨縣和望謨縣；黔西地區(qū)的安順市、平壩縣、鎮(zhèn)寧縣、盤縣、關(guān)嶺縣、水城縣、普定縣、六枝特區(qū)和紫云縣；黔西北地區(qū)的畢節(jié)市、金沙縣、黔西縣、織金縣、大方縣、赫章縣和納雍縣；黔東北地區(qū)的道真縣、正安縣、務(wù)川縣、湄潭縣、綏陽縣和余慶縣；黔北地區(qū)的遵義市、桐梓縣、習(xí)水縣和仁懷縣；黔東地區(qū)的思南縣、德江縣、銅仁市、印江縣和沿河縣；黔南地區(qū)的都勻市、貴定縣、龍里縣、長順縣、惠水縣、獨山縣、三都縣、平塘縣、甕安縣和荔波縣；黔東南地區(qū)的天柱縣、施秉縣、丹寨縣、鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣、黃平縣、黎平縣、從江縣和榕江縣；黔中地區(qū)的貴陽市、清鎮(zhèn)市、開陽縣、息烽縣、修文縣、烏當(dāng)區(qū)和花溪區(qū)。

1.2調(diào)查方法

采用實地調(diào)查、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料及訪談相關(guān)基層農(nóng)技部門技術(shù)人員和當(dāng)?shù)剞r(nóng)民等方式，并采取到各地縣(市)鄉(xiāng)鎮(zhèn)趕集、走村串寨以及委托各地州農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)、基層農(nóng)業(yè)部門進(jìn)行向日葵地方種質(zhì)資源調(diào)查與補充收集工作。

1.3性狀鑒定

1.3.1田間管理收集的向日葵資源材料均按編號分別于2016—2017年種植于貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所貴陽試驗地內(nèi)，試驗地為黃壤土，肥力均勻。試驗地前作為油菜，2016年于5月24日播種，2017年于5月22日播種。開廂打窩播種，廂寬3.5 m，行距60 cm，株距35 cm。每個資源材料種植4行，計40～80株，資源材料圃四周設(shè)約2 m的保護行。播種時施用復(fù)合肥30 kg/667m2，向日葵田間生長季節(jié)進(jìn)行勻苗、定苗、中耕除草、追肥等田間常規(guī)管理，追肥施用尿素10 kg/667m2。

1.3.2鑒定材料針對地理來源清晰的貴州向日葵種質(zhì)資源材料的田間表型性狀進(jìn)行統(tǒng)計分析[7-8]，對具有地域代表性的65份資源材料的27個形態(tài)性狀進(jìn)行遺傳變異及主成分分析。

1.3.3調(diào)查指標(biāo)在苗期、開花期、成熟期及收獲期參照《向日葵種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[10]進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。記錄葉色、葉形、葉鋸齒大小及規(guī)則、葉耳有無及大小、舌狀花顏色、舌狀花形狀、管狀花顏色、花粉顏色、花盤形狀和花盤傾斜度等17個形態(tài)描述性狀，以及株高、莖粗、葉片數(shù)、舌狀花瓣數(shù)、花盤直徑、每盤粒數(shù)、粒長、粒寬、百粒重和單株籽粒重等10個數(shù)量測量性狀。統(tǒng)計分析時對向日葵葉形、葉鋸齒和葉鋸齒規(guī)則性等17個形態(tài)描述性狀進(jìn)行性狀賦值標(biāo)準(zhǔn)化處理(表1)。

表1 向日葵資源形態(tài)描述性狀賦值

1.4統(tǒng)計分析

參照J(rèn)AIN等[11-12]的方法計算Shannon-Wiener遺傳多樣性指數(shù)。

H’= -∑Pi×LnPi

式中，H’為遺傳多樣性指數(shù)，Pi=ni/N，表示第i種表型出現(xiàn)的頻率，ni為某一性狀第i個表型級別個體數(shù)，N為某一性狀各表型類別的總個體數(shù)。

利用觀測指標(biāo)為原始數(shù)據(jù)，Microsoft Execl-2009將觀測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，采用唐啟義DPS 17.10對65份向日葵資源的各性狀觀測值進(jìn)行主成分分析[13]。

2結(jié)果與分析

2.1貴州向日葵種質(zhì)資源的區(qū)域分布

至2018年底累計收集貴州地方向日葵種質(zhì)資源584份，其中地理來源清晰的有414份。414份向日葵種質(zhì)資源中，160份為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所2015—2018年補充征集的貴州省向日葵地方種質(zhì)資源，254份分別為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所、黔西南州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供給中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所入庫保存編目的貴州食用向日葵種質(zhì)資源材料[12]。從表2看出，414份資源材料分別來自貴州黔中地區(qū)、黔北地區(qū)、黔西北地區(qū)、黔東北地區(qū)、黔西地區(qū)、黔西南地區(qū)、黔南地區(qū)、黔東南地區(qū)和黔東地區(qū)的64個縣(市、區(qū))。說明在貴州境內(nèi)的大部分區(qū)域均有向日葵種質(zhì)資源分布，其分布范圍廣，類型主要為食用向日葵。其中黔西南地區(qū)收集到的向日葵資源有74份，黔西北地區(qū)有68份，中部地區(qū)54份，南部地區(qū)和西部地區(qū)分別有49份和47份。由此可見，貴州向日葵種質(zhì)資源主要分布在黔西南、黔西北及黔中地區(qū)，向日葵資源占有率分別為17.87%、16.34%和13.04%，共占總資源量的47.25%。

表2 貴州向日葵種質(zhì)資源的區(qū)域分布

2.2貴州向日葵主要形態(tài)性狀類型的多樣性

從表3看出，貴州向日葵地方種質(zhì)資源的表型性狀變異豐富，變異系數(shù)和多樣性指數(shù)平均分別為24.88%和0.73。17個形態(tài)性狀多樣性指數(shù)在0.19～1.23，變異系數(shù)為6.12%～46.82%。其中，葉間高度的變異系數(shù)最高(46.82%)，舌狀花數(shù)的變異系數(shù)最低(6.12%)；葉耳和葉間高度的多樣性指數(shù)最高，分別為1.23和1.22；舌狀花數(shù)的多樣性指數(shù)最低(0.19)。

表3 貴州向日葵資源主要形態(tài)性狀類型及遺傳多樣性

5種葉形類型中，心形資源材料最多，三角形次之，橢圓形最少，尚未發(fā)現(xiàn)披針形和圓形葉材料。葉鋸齒中等的最多，小的次之，大的最少。葉鋸齒規(guī)則性類型中以葉鋸齒規(guī)則的材料略多于葉鋸齒不規(guī)則材料。葉耳以中等和大葉耳較多，小葉較普遍，其他類型較少。葉片顏色以綠色最多，淺綠次之，深綠最少(3.83%)。葉側(cè)脈角度以銳角和鈍角較普遍，而直角或近直角較少。舌狀花色和管狀花色均以黃色最普遍，其他類型較少見。

2.3貴州向日葵資源主要農(nóng)藝性狀變異

從表4看出，貴州向日葵資源10個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)及多樣性指數(shù)變化差異較大，各數(shù)量性狀的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)平均值分別為22.64%和2.06，變異系數(shù)分布在14.19%～49.19%，多樣性指數(shù)變幅為1.65～2.63，所有觀測性狀的變異系數(shù)均在10%以上。其中，單株籽實重的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)均最高。莖粗和花盤直徑的變異系數(shù)分別為23.38%和23.16%，多樣性指數(shù)分別為2.11和2.02；葉片數(shù)、葉柄長度、每盤粒數(shù)、籽實長度、籽實寬度和株高的變異系數(shù)分別為17.99%、17.50%、16.37%、16.24%、16.00%和14.19%，多樣性指數(shù)分別為2.04、1.92、1.91、1.78、1.65、2.05和1.95。貴州向日葵資源的10個數(shù)量性狀的變異系數(shù)均在10%以上，多樣性指數(shù)在1.6以上，因此貴州向日葵種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀間變異系數(shù)和多樣性指數(shù)差異明顯，種質(zhì)資源的遺傳類型豐富。

表4 貴州向日葵資源主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)

注：表中變異系數(shù)行的單位為%，多樣性指數(shù)無單位。

Note:% is the unit for variation coefficient,no unit for diversity index.

2.4貴州向日葵資源數(shù)量性狀主成分分析

主成分分析得出各主成分特征向量值及貢獻(xiàn)率，遵循主成分分析依據(jù)累計貢獻(xiàn)率≥85%的原則，選擇前4個主成分因子進(jìn)行分析。從表5看出，在所有主成分因子構(gòu)成中，主要信息集中在前3個主成分上，其累計貢獻(xiàn)率為80.39%。第1主成分的特征值為4.547 2，貢獻(xiàn)率為45.47%，其特征向量中，貢獻(xiàn)較多的性狀有葉片數(shù)(特征向量0.594 2)、莖粗(特征向量0.473 8)及花盤直徑(特征向量0.423 4)等，即葉片數(shù)、莖粗和花盤直徑為第1主成分的主要構(gòu)成因子，說明向日葵葉片數(shù)越多，莖粗越大生長勢就越強，而向日葵植株承載的花盤直徑就越大。

第2主成分特征值為2.439 1，貢獻(xiàn)率為24.39%。特征值中貢獻(xiàn)最大的是百粒重(特征向量0.543 6)、單株籽粒重(特征向量0.453 4)和籽實長度(特征向量0.414 0)，故百粒重、單株籽粒重和籽實長度為第2主成分的主要構(gòu)成因子。表明千粒重、單株籽粒重和籽實長度有較高的載荷。

第3主成分特征值為1.053 3，貢獻(xiàn)率為10.53%。其特征向量值中株高和百粒重有較高的載荷。第4主成分貢獻(xiàn)最大的性狀是籽實長度和百粒重，是其主要構(gòu)成因子。表明籽實長度越長百粒重就越重。

表5 貴州向日葵資源主要數(shù)量性狀的主成分分析

3結(jié)論與討論

貴州擁有豐富的作物種質(zhì)資源，是國家作物種質(zhì)資源遺傳多樣性的重要組成部分，因其獨特的地理環(huán)境和氣候條件，至今仍保存較豐富的特色作物種質(zhì)資源，具有重要開發(fā)和利用價值[14-15]。作物種質(zhì)資源中蘊藏著大量潛在可利用的優(yōu)(特)異基因，在為人類提供食物、醫(yī)藥等生存基本生活物質(zhì)的同時，也是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等優(yōu)良新品種選育和開展相關(guān)遺傳理論研究提供取之不盡的基因源泉，對揭示作物遺傳基礎(chǔ)、作物起源及生物多樣性保護等方面具有重要的理論意義和戰(zhàn)略意義[16]。調(diào)查結(jié)果顯示，至2018年共收集到貴州地區(qū)向日葵農(nóng)家品種或地方品種584份，其中地理來源清晰向日葵種質(zhì)資源有414份(160份為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所2015—2018年補充征集的貴州省向日葵地方種質(zhì)資源，254份分別為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所和黔西南州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供給中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所入庫保存編目的貴州食用向日葵種質(zhì)資源材料[12])。貴州向日葵資源主要分布在海拔249～1 796 m的垂直范圍，位于24°59′～28°52′N，104°28′～109°12′E，即在貴州境內(nèi)的大部分區(qū)域均有分布，分布范圍廣。黔西南、黔西北及黔中地區(qū)的向日葵資源占貴州資源總量的47.25%，說明這3個地區(qū)是貴州向日葵資源的主要分布區(qū)域，與張?zhí)降萚17]對貴州向日葵資源調(diào)查結(jié)果基本一致。

對具有地域代表性的65份向日葵種質(zhì)資源的27個性狀進(jìn)行田間鑒定及評價分析表明，向日葵資源的17個形態(tài)(描述型)性狀包含所有的變異類型，遺傳多樣性指數(shù)在0.19～1.23，不同性狀間的遺傳水平差異大。10個農(nóng)藝性狀中，單株籽實重的變異系數(shù)為49.19%，多樣性指數(shù)為2.63；百粒重變異系數(shù)為32.41%，多樣性指數(shù)為1.91；莖粗和花盤直徑的變異系數(shù)分別為23.38%和23.16%，多樣性指數(shù)分別為2.11和2.02；10個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均在10%以上，多樣性指數(shù)在1.6以上。貴州向日葵種質(zhì)資源材料各性狀間差異明顯，變異幅度大，種質(zhì)的遺傳多樣性豐富，為向日葵各性狀的鑒定選擇、遺傳改良及利用研究提供了豐富的種質(zhì)材料。

10個農(nóng)藝性狀的主成分分析結(jié)果表明，前4個主成分因子累計貢獻(xiàn)率為86.45%，反映其主要信息。根據(jù)主成分分析結(jié)果提出，向日葵資源優(yōu)良品種選育應(yīng)注重對葉片數(shù)、莖粗、單株籽粒重、百粒重、花盤大小、籽實長度等性狀指標(biāo)的遺傳改良和鑒定選擇。

向日葵在貴州大部分地區(qū)均有零星種植，地方品種資源豐富，用途廣泛，但是一直以來未得到各級主管部門及科研單位的重視，研究經(jīng)費投入少、研究基礎(chǔ)薄弱，屬于未充分開發(fā)利用的作物之一。向日葵已成為世界上集油用、食用、藥用和觀賞花卉為一體的多用途作物，開展向日葵研究及發(fā)展向日葵產(chǎn)業(yè)對維護我國糧油安全和助推貴州打造生態(tài)旅游大省具有重要意義。為此，建議貴州省科研、農(nóng)業(yè)主管部門對貴州具有地方特色的農(nóng)作物種質(zhì)資源收集、保護、研究設(shè)立專項，保證穩(wěn)定長久的經(jīng)費支持和研究團隊，以確保貴州這個多樣性豐富、珍貴的生物種質(zhì)資源庫得以保存、傳承及創(chuàng)新利用。