江蘇地區(qū)扁豆主要表型性狀的多樣性評(píng)價(jià)

蘇彩霞　孟珊　欒春榮　顏偉　狄佳春　朱銀　張旭

摘要：利用表型特征，對(duì)收集的101份扁豆資源進(jìn)行多樣性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，花序長(zhǎng)短、莢厚、單株莢數(shù)等與產(chǎn)量密切相關(guān);播種至始花天數(shù)與單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量的關(guān)系較為密切;播種至盛花天數(shù)、播種至采收的天數(shù)與單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量的關(guān)系則不顯著;而花序長(zhǎng)短則影響著莢長(zhǎng)、莢寬、單莢質(zhì)量和產(chǎn)量;聚類分析表明，品種間存在顯著的遺傳差異，在歐氏距離為0.74閾值時(shí)，可將101份材料分為5類，形態(tài)與地理來(lái)源無(wú)嚴(yán)格的一致性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：扁豆;江蘇省;表型特征;種質(zhì)資源;多樣性評(píng)價(jià);遺傳基礎(chǔ)

中圖分類號(hào)：S643.502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2021）19-0024-05

扁豆[Lablab-purpureus （Linn.） Sweet]是豆科、扁豆屬的一個(gè)栽培種，是多年生或一年生纏繞藤本植物，主要食用嫩莢或成熟豆粒。在我國(guó)，扁豆既可當(dāng)糧食又可以當(dāng)蔬菜用，在全國(guó)的種植面積約21.6萬(wàn)hm2，單季平均產(chǎn)鮮豆莢約22 500 kg/hm2。近年來(lái)，隨著市場(chǎng)的發(fā)展以及人們對(duì)扁豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，扁豆的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在逐步加速，作為其支柱的品種創(chuàng)新和品質(zhì)創(chuàng)新工作也被提上了議事日程，而種質(zhì)資源的收集和鑒定是進(jìn)行該工作的前提和基礎(chǔ)。因此，筆者所在課題組近年來(lái)對(duì)江蘇地區(qū)的扁豆種質(zhì)資源進(jìn)行了廣泛的收集，為了更有效地對(duì)所收集的材料進(jìn)行鑒定和利用，必須對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

雖然用于研究植物種質(zhì)變異和遺傳關(guān)系有種子蛋白、同工酶等許多標(biāo)記[1]，但種質(zhì)評(píng)價(jià)和分類的第1步仍然是形態(tài)特征的鑒定[2]，即形態(tài)學(xué)標(biāo)記是植物種間或種內(nèi)分類的重要依據(jù)之一[3]。據(jù)報(bào)道，形態(tài)學(xué)標(biāo)記的多樣性分析已用在芭蕉、草莓、甜瓜、甘蔗、菊苣等作物上[4-9]。但在扁豆作物上，對(duì)江蘇地區(qū)扁豆多樣性評(píng)價(jià)方面的研究卻少見(jiàn)報(bào)道。

因此，本研究于2019年決定對(duì)收集自江蘇地區(qū)的101份材料（含從上海地區(qū)引進(jìn)的材料）進(jìn)行植物形態(tài)學(xué)特征觀測(cè)和鑒定，通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析數(shù)量性狀和質(zhì)量性狀，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行相關(guān)性和聚類分析，以找出不同類型材料差異的主要性狀，旨在為鑒別扁豆特異種質(zhì)，擴(kuò)大我國(guó)扁豆基因資源，以及扁豆新種質(zhì)的創(chuàng)制等方面提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地設(shè)在江蘇省泰興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所內(nèi)，地理坐標(biāo)為31°58′12″～32°23′05″N，119°54′05″～120°21′56″E，季風(fēng)顯著，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，日照充足。年平均氣溫15.0 ℃，年平均降水量1 039.7 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1 984.5 h。年平均日照百分率45%。

1.2試驗(yàn)材料

供試扁豆種質(zhì)主要來(lái)源于江蘇地區(qū)第三次農(nóng)作物種質(zhì)資源普查材料（含從上海地區(qū)引進(jìn)的5份材料），材料編號(hào)、名稱及來(lái)源見(jiàn)表1，總計(jì)101份。

1.3試驗(yàn)內(nèi)容與方法

試驗(yàn)采用一條龍區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積為 30 m2，行距60 cm，穴距1 m，每穴2～3粒種子，最后留苗1株。四周設(shè)保護(hù)行。測(cè)定表型性狀時(shí)，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)10次。具體測(cè)量數(shù)量指標(biāo)有12個(gè)（播種至始花天數(shù)、播種至盛花天數(shù)、播種至采收天數(shù)、花序長(zhǎng)、莢長(zhǎng)、莢寬、莢厚、單莢粒數(shù)、單莢質(zhì)量、單株莢數(shù)、 單株產(chǎn)量、 百粒質(zhì)量），質(zhì)量性狀指標(biāo)有19個(gè)（莖色、葉色、葉脈色、葉片大小、翼瓣色、花色、莢形、縫線色、嫩莢色、莢壁纖維、品質(zhì)、熟性、抗病性、抗蟲性、抗逆性、干籽粒種皮色、是否帶花紋、粒形、光澤度）。熟性、抗病性、抗蟲性、抗逆性在生長(zhǎng)后期觀察記載，干籽粒的種皮色、是否帶花紋、粒形、光澤度、百粒質(zhì)量，在種子收獲曬干后測(cè)定。其他性狀基本在花莢期測(cè)定。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel軟件對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行變異系數(shù)分析。利用NTSYSpc軟件對(duì)性狀進(jìn)行材料間歐氏距離分析，質(zhì)量性狀指標(biāo)首先在Standardization模塊中標(biāo)準(zhǔn)化為（0，1）矩陣，再在SAHN模塊中采用可變類平均法進(jìn)行聚類分析（un-weighted pair-group method with arithmetic mean algorithm，UPGMA）。用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)量性狀進(jìn)行方差分析、相關(guān)分析，確定反映扁豆差異的主要形態(tài)學(xué)指標(biāo)。

2結(jié)果與分析

2.1扁豆形態(tài)變異分析

對(duì)101份扁豆材料間主要數(shù)量性狀變異情況進(jìn)行分析（表2）。結(jié)果顯示，12個(gè)數(shù)量性狀差異均達(dá)到極顯著水平，通過(guò)材料間F檢驗(yàn)值比較，單株產(chǎn)量的F檢驗(yàn)值最大（679 523.30），莢厚最?。?65）。變異系數(shù)結(jié)果顯示，莢厚的變異系數(shù)最大，達(dá)到7692%，說(shuō)明莢厚潛力很大，其次為單株莢數(shù)（5177%），播種至盛花天數(shù)最少，僅10.91%，是比較穩(wěn)定的植物學(xué)性狀。從整體變異程度來(lái)看，播種至始花天數(shù)、播種至盛花天數(shù)、播種至采收天數(shù)等與熟性相關(guān)的性狀變異程度要小于花序長(zhǎng)短、莢厚、單株莢數(shù)等與產(chǎn)量密切相關(guān)性狀的變異程度，表明扁豆不同性狀間存在較大的遺傳差異，品種的熟性主要由遺傳因素決定，與產(chǎn)量性狀相關(guān)的花序長(zhǎng)短、莢厚、單株莢數(shù)等表型特征更容易受外界環(huán)境的影響。均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)等具體參數(shù)見(jiàn)表2。

2.2扁豆植物學(xué)形態(tài)指標(biāo)之間的相關(guān)分析

將扁豆不同材料各植物學(xué)形態(tài)數(shù)量指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析（表3），結(jié)果表明，播種至始花天數(shù)與各性狀均呈正相關(guān)，除與花序長(zhǎng)短相關(guān)性不顯著外，與其他數(shù)量性狀的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平，說(shuō)明開花期越早，與產(chǎn)量相關(guān)的莢長(zhǎng)、莢寬、單株產(chǎn)量、單莢質(zhì)量等也呈正增長(zhǎng);播種至盛花天數(shù)則與播種至采收天數(shù)、莢長(zhǎng)、莢寬、莢厚、單莢粒數(shù)、單莢質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與花序長(zhǎng)短、單株產(chǎn)量、 單株莢數(shù)正相關(guān)性不顯著;播種至采收天數(shù)與花序長(zhǎng)短呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，與其他性狀均呈正相關(guān)，且除單株產(chǎn)量、單株莢數(shù)外，正相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平;花序長(zhǎng)短與莢長(zhǎng)、莢寬、單莢質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，與其他性狀呈正相關(guān)，說(shuō)明隨著花序的增長(zhǎng)，扁豆莢長(zhǎng)、莢寬、單莢質(zhì)量會(huì)減少，其原因可能與養(yǎng)分的供應(yīng)、分配相關(guān)，如果分配給花器官的養(yǎng)分多了，則供應(yīng)給嫩莢的養(yǎng)分必然有所減少;另外，莢長(zhǎng)與莢厚、單株莢數(shù)呈不顯著正相關(guān)，與莢寬、單莢粒數(shù)、單莢質(zhì)量、單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);除單株莢數(shù)外，莢寬與其他性狀均呈極顯著正相關(guān);除莢長(zhǎng)外，莢厚與其他性狀均呈顯著或極顯著正相關(guān);其他幾個(gè)性狀彼此間也呈正相關(guān)（表3）?？傊?，播種至始花天數(shù)與單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量的關(guān)系較為密切;播種至盛花天數(shù)、播種至采收天數(shù)與單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量的關(guān)系則不顯著;而花序長(zhǎng)短則影響著莢長(zhǎng)、莢寬、單莢質(zhì)量和產(chǎn)量，說(shuō)明如何選擇一個(gè)適宜的始花期和適宜花序長(zhǎng)度的品種，使產(chǎn)量、效益達(dá)到最大化，是進(jìn)行新品種選育時(shí)值得關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。

2.3101份扁豆種質(zhì)聚類分析

為了研究扁豆種內(nèi)親緣關(guān)系，采用12個(gè)主要數(shù)量性狀形態(tài)指標(biāo)以及遺傳上較為穩(wěn)定、不易受環(huán)境影響的質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算材料間的歐氏距離，利用可變類平均法進(jìn)行聚類分析（圖1）?？傮w看，品種間存在顯著的遺傳差異。在歐氏距離為0.74閾值時(shí)，101份材料分為5組，前3組材料占總材料的9802%，基本是按照莢形分為3個(gè)類型， 即：（1）青

皮、白皮嫩莢、直刀皮條白花型;（2）紫花、紫紅嫩莢、鐮刀型;（3）青白紅邊嫩莢、紫花型。第1組材料37份（材料編號(hào)主要為1、2、5、8、12、18、19、20等），約占總材料的36.63%，這部分材料大多為白皮扁豆，皮薄，籽粒大，糯性強(qiáng)，但纖維稍多，易老化，口感稍差;第2組材料62份（材料編號(hào)主要為3、21、53、24、75、71等），約占總材料的61.38%，這部分材料大多花青素含量高，肉質(zhì)厚，籽粒大，纖維含量少，口感優(yōu)良;第3組材料4份（材料編號(hào)為15、89、90、91），這部分材料早期為青白紅邊，生長(zhǎng)中期見(jiàn)光部分逐步由沙紅色到紅色，老熟時(shí)紅色又逐步消失，可能是第1組和第2組的中間過(guò)渡型;第4組是87號(hào)，名為句容紅邊扁豆，花色紫，無(wú)花序或超短花序，鮮豆莢長(zhǎng)鐮刀形，紅色縫線，青白帶沙紅色嫩莢。但嫩莢比一般扁豆更長(zhǎng)、更寬;第5組是40號(hào)啟東刀扁豆，花色白，中長(zhǎng)花序，鮮豆莢蔥管形、青綠色縫線，青白色嫩莢，在扁豆的莢型中也是獨(dú)樹一幟。從圖1中還可以看出，上海市的5個(gè)品種（編號(hào)為92、93、94、95、96）莢形雖均為豬耳朵，嫩莢較厚，但均在第2組，可見(jiàn)形態(tài)與地理來(lái)源無(wú)嚴(yán)格的一致性關(guān)系。

3討論與結(jié)論

種群內(nèi)遺傳變異的大小及種群結(jié)構(gòu)決定了一個(gè)物種的進(jìn)化潛力和抵御不良環(huán)境的能力[10]。表型性狀是種質(zhì)遺傳多樣性分析的最常用方式[11]。本研究中，扁豆不同材料間存在顯著的遺傳變異，各性狀間均有一定程度的相關(guān)性，且大部分達(dá)到極顯著相關(guān)性。其中，與熟性相關(guān)的性狀變異程度總體小于與產(chǎn)量相關(guān)的性狀變異程度，說(shuō)明產(chǎn)量性狀的遺傳潛力巨大，可以通過(guò)栽培措施來(lái)影響產(chǎn)量相關(guān)部分性狀，尤其是莢厚、單株莢數(shù)等，從而提高產(chǎn)量，增加效益。姜永平等曾指出，在評(píng)價(jià)品種間遺傳差異時(shí)，不能僅以地理來(lái)源為依據(jù)[12]，對(duì)扁豆主要農(nóng)藝性狀變異系數(shù)的分析表明，莢厚、單株產(chǎn)量、單株莢數(shù)等性狀的變異系數(shù)較大，超過(guò)了30%，而播種至始花天數(shù)、播種至盛花天數(shù)、播種至采收天數(shù)性狀的變異系數(shù)較小，說(shuō)明扁豆種質(zhì)資源中，莢厚、花序長(zhǎng)短、單株產(chǎn)量的變異較為豐富，雖然熟期有些單一，但可引進(jìn)不同成熟期的種質(zhì)資源以豐富變異類型，從而選育不同生育期的品種。

表3中，播種至始花天數(shù)與單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量有顯著或極顯著的相關(guān)性;播種至盛花天數(shù)、播種至采收天數(shù)與單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量的關(guān)系則不顯著;說(shuō)明播種至始花天數(shù)的重要性。生產(chǎn)上，我們常用播種至采收天數(shù)確定品種的熟性，本研究認(rèn)為，應(yīng)以播種至始花天數(shù)作為其主要的依據(jù)更為恰當(dāng)。在進(jìn)行扁豆新品種選育時(shí)，我們本能地以長(zhǎng)花序品種作為優(yōu)良親本的首選，本研究表明，要結(jié)合莢厚、單株莢數(shù)綜合考慮，使產(chǎn)量效益達(dá)到最大值時(shí)的花序長(zhǎng)度才是最合適的。

在馴化物種演化過(guò)程中，地理因素發(fā)揮了重要的作用[13]，用形態(tài)性狀進(jìn)行聚類分析，能粗略地反映出材料之間的親緣關(guān)系。本研究所用101份材料，幾乎涵蓋了目前長(zhǎng)三角地區(qū)絕大部分扁豆品種，通過(guò)聚類分析圖1，可將其分為5類，第1類、第2類數(shù)量較多，87號(hào)句容紅邊扁豆、40號(hào)啟東刀扁豆則各自成為一類，說(shuō)明他們與其他品種性狀間存在顯著差異;上海市的5個(gè)品種（編號(hào)為92、93、94、95、96）均在第2類，表明本研究中收集的扁豆資源不存在地域特異差異，各資源分類并不與地域相關(guān)。這與國(guó)內(nèi)外同行研究的結(jié)果[14-16]相同。

由于目前扁豆尚未進(jìn)行全基因組測(cè)序，可用的標(biāo)記太少，本試驗(yàn)只進(jìn)行了表型分析，至于通過(guò)分子標(biāo)記來(lái)檢測(cè)和分析遺傳多樣性結(jié)果如何，有待進(jìn)一步考證。

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基金項(xiàng)目：江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系項(xiàng)目（編號(hào)：JATS[2021]274）;2019年泰興市高層次人才培養(yǎng)工程培養(yǎng)對(duì)象科研資助項(xiàng)目（編號(hào)：泰人才辦[2019]14號(hào)）;第三次全國(guó)農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)（編號(hào)：111821301354052028）。

作者簡(jiǎn)介：蘇彩霞（1974—），女，江蘇泰興人，碩士，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事糧經(jīng)作物新品種選育及配套栽培技術(shù)研究與示范。E-mail：2794785451@qq.com。

通信作者：欒春榮，碩士，農(nóng)業(yè)推廣研究員，主要從事糧經(jīng)作物新品種選育及配套栽培技術(shù)研究與示范工作。E-mail：lcrtx@163.com。