湖北省高粱地方種質(zhì)資源鑒定和主要農(nóng)藝性狀評價(jià)

李莉+劉昌燕+陳宏偉+萬正煌+劉良軍+伍廣洪+黎大革

摘要：對湖北省436份高粱（Sorghum）種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了調(diào)查分析，鑒定和評價(jià)了生育期、株高、穗長、穗粒重、穗型、千粒重和粒色等性狀，并對部分種質(zhì)資源進(jìn)行了抗逆性鑒定和品質(zhì)鑒定。結(jié)果表明，湖北高粱種質(zhì)資源穗粒重的變異性較大，遺傳多樣性高，各種質(zhì)間生育期差異較小，遺傳性狀相對穩(wěn)定。在品質(zhì)方面，湖北高粱種質(zhì)資源的直鏈淀粉和單寧含量這2個(gè)性狀的遺傳多樣性較豐富，部分高粱的抗逆性較好，是優(yōu)異的育種資源材料。

關(guān)鍵詞：高粱（Sorghum）；種質(zhì)資源；鑒定評價(jià)；湖北

中圖分類號：S566.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）23-4463-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.009

Abstract： In the article， the main characteristics of 436 sorghum germplasm in Huber province were investigated and analyzed， and the parts of them were also identified for resistance and quality. The main characters included whole growth period， plant height， panicle length， grain weight per spike， panicle type， 1000-grain weight and seed color， etc.. The results indicated that the grain weight per spike showed a high variation and great genetic diversity， whole growth period had little differences among the germplasms， the genetic character was stable. For the quality， the sorghum germplasms in Hubei had great genetic diversity on the contents of amylase and tannin. Some sorghum germplasms were found better stress resistance and could be excellent germplasm resources.

Key words： Sorghum； germplasm resources； identification and evaluation； Huber

高粱（Sorghum）又稱烏禾、蜀黍，是禾本科高粱屬一年生草本植物，屬于人類栽培的重要谷類作物之一，已有3 000多年的歷史，在世界范圍內(nèi)高粱是繼小麥、水稻、玉米和大麥之后位居第5位的重要谷物[1，2]。高粱是中國重要的旱地糧食作物，又是重要的飼料和加工作物，具有產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)（不僅抗旱、抗?jié)场⒛望}堿、耐瘠薄，還耐高溫、耐寒冷）、用途廣泛的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有巨大的發(fā)展空間和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢[3-7]。

高粱在湖北省的分布很廣，幾乎各縣（市）均有種植。湖北地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地和平原兼?zhèn)洌貏莞叩拖嗖顟沂猓渲猩降丶s占全省總面積55.5%，丘陵和崗地占24.5%，平原湖區(qū)占20%。由于境內(nèi)地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地區(qū)氣候差異較大，形成一些各具特點(diǎn)的小氣候區(qū)域，加上地形地勢的天然阻隔，因而形成了豐富多樣的地方高粱種質(zhì)資源。

為推動(dòng)高粱育種和生產(chǎn)的發(fā)展，對湖北省農(nóng)作物種質(zhì)中期庫保存的436份高粱種質(zhì)資源進(jìn)行了遺傳多樣性評價(jià)，旨在了解高粱各類型間的差異，為優(yōu)良種質(zhì)資源的發(fā)掘、研究和利用提供參考，同時(shí)也為今后外來種質(zhì)的引進(jìn)和拓寬提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

試驗(yàn)材料來自湖北省農(nóng)作物種質(zhì)中期庫保存的436份高粱資源（材料來源地見表1）。試驗(yàn)于2006年3～11月結(jié)合湖北省財(cái)政重大專項(xiàng)在監(jiān)利進(jìn)行繁殖更新。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2006年在監(jiān)利（海拔22.3 m）進(jìn)行，小區(qū)面積10 m2（2 m×5 m），條播，行距50 cm，株距20 cm，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

田間調(diào)查生育期、幼苗色、穗型、穗形，植株成熟后從每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)抽樣10株進(jìn)行室內(nèi)考種，考查株高、莖粗、穗長、穗粒重、千粒重、殼色和粒色等農(nóng)藝性狀。田間管理按自然生態(tài)條件下的大田生產(chǎn)水平進(jìn)行。高粱品質(zhì)鑒定以成熟、清洗后的干種子為對象進(jìn)行測定。以上形態(tài)特征和生物學(xué)特性的考察以及品質(zhì)特性、抗逆性的測定均參照國家種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[8]。

1.3 分析方法

參加統(tǒng)計(jì)的所有數(shù)據(jù)為各材料田間性狀平均數(shù)，生育期、株高、莖粗、穗長、穗粒重、千粒重等的農(nóng)藝性狀和粗蛋白質(zhì)、總淀粉、直鏈淀粉、單寧等品質(zhì)性狀的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)等[9，10]的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel（Microsoft office，2003）數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖北高粱種質(zhì)資源的地理分布

由表2可知，湖北省農(nóng)作物種質(zhì)中期庫保存的436份高粱資源分布的范圍介于北緯29°15′-32°51′，東經(jīng)108°51′-115°56′之間。南起鄂東南的通城縣（北緯29°15′），北到鄂西北的鄖縣（北緯32°51′），西到鄂西的利川市（東經(jīng)108°51′），東至鄂東的黃梅縣（東經(jīng)115°56′），都分布著各具特色的高粱資源。高粱種質(zhì)資源數(shù)最多的范圍是北緯29°46′-31°15′之間，共有種質(zhì)270份，占中期庫中高粱資源總數(shù)的61.9%，由此范圍向南向北都逐漸減少（32°01′-32°30′例外）。資源數(shù)最多的經(jīng)度范圍是東經(jīng)109°-112°，有283份材料，占資源總數(shù)的64.9%，由此范圍向東向西也有逐漸減少趨勢。endprint

2.2 生育期、株高

高粱種質(zhì)資源部分農(nóng)藝性狀分析見表3。生育期的長短是品種的主要特性之一，湖北省的436份高粱種質(zhì)資源的生育期在81～142 d，按熟性的不同大致可以分為早熟（<90 d）、中熟（90～110 d）和晚熟（>110 d）3種類型。早熟種質(zhì)有6份，占1.4%，中熟品種154份，占35.3%，晚熟品種276份，占63.3%。可見，湖北省中期庫保存的高粱種質(zhì)資源的熟性類型主要是中晚熟品種，早熟品種較少。

高粱的株高受品種特性的影響較大，湖北省高粱種質(zhì)資源間的株高差異很大，其中最矮的為126 cm，最高的有447 cm，不同品種間相差321 cm。其中株高在180 cm以下的種質(zhì)有18份，占高粱種質(zhì)資源的4.1%，株高為181～300 cm的種質(zhì)有165份，占37.9%，株高為301～400 cm的種質(zhì)有225份，占51.6%，株高高于400 cm的種質(zhì)有28份，占6.4%，可見湖北高粱種質(zhì)資源在株高方面有著豐富的遺傳多樣性，具有廣泛的基因資源，育種者可以根據(jù)不同需要進(jìn)行選擇（表3）。

2.3 穗長、穗粒重、千粒重

通過表3可以看出，湖北省高粱種質(zhì)的穗長在13.0～52.5 cm，平均值為32.4 cm，變異幅度為39.5 cm，標(biāo)準(zhǔn)差為5.2。湖北高粱種質(zhì)的千粒重最大值為37.7 g，最小值為10.0 g；千粒重的平均值為21.5 g，標(biāo)準(zhǔn)差為4.5，變異幅度為27.7 g。人們越來越偏愛大粒品種，而目前商品性好的品種也多為中粒和大粒品種，但湖北高粱資源中，中粒和大粒品種匱乏，千粒重大于30.0 g的種質(zhì)只有11份，占高粱種質(zhì)資源2.5%。高粱穗粒重在8.1～113.0 g，平均值為46.6 g，變異幅度為104.9 g，標(biāo)準(zhǔn)差為17.7，其中穗粒重在60 g以上的資源有95份，占高粱種質(zhì)資源總量的21.8%，且其中穗粒重高于90 g的種質(zhì)有10份，可作為優(yōu)異種質(zhì)在高粱育種中利用。

性狀的變異頻率是性狀遺傳多樣性的數(shù)量化體現(xiàn)，變異系數(shù)越大，對資源選擇的余地也越大。由圖1可知，湖北省高粱種質(zhì)資源生育期變異較小，變異系數(shù)為9.2%。株高、莖粗、穗長、穗粒重和千粒重的變異系數(shù)分別為21.1%、22.3%、15.9%、37.9%和20.8%，其中穗粒重的變異系數(shù)在35%以上，說明湖北高粱資源在這個(gè)性狀上有豐富的遺傳變異性，而株高、莖粗、穗長和千粒重的變異系數(shù)都在20%左右，說明這4個(gè)性狀上的相對遺傳變異程度較小、穩(wěn)定性較好。變異系數(shù)排序?yàn)樯?穗長<千粒重<株高<莖粗<穗粒重。分析不同性狀的變異度可知，由于高粱生育期、穗長、千粒重、株高和莖粗的變異度較低，育種時(shí)選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)嚴(yán)格。而穗粒重的變異系數(shù)相對較大，說明湖北高粱品種資源在這個(gè)性狀上可選擇的育種材料很豐富，且受自然條件、栽培條件和病蟲害防治的影響較大，其穩(wěn)定性最差，選擇時(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)放寬。

2.4 幼苗色、穗型、穗形

湖北省高粱種質(zhì)幼苗色有紅色、綠色和紫色3種，其中幼苗綠色資源最多，有403份，占高粱種質(zhì)資源的92.4%，幼苗紫色和紅色資源分別為18份和15份，分別占湖北高粱種質(zhì)資源的4.1%和3.5%。高粱種質(zhì)的穗型有緊、中緊、中散、散4種，湖北高粱種質(zhì)資源中19份資源的穗型緊，占資源材料的4.4%；穗型中緊的種質(zhì)資源有53份，占資源材料的12.2%，穗型中散的種質(zhì)資源有118份，占資源材料的27.0%，穗型散的種質(zhì)資源數(shù)量最多（246份），占資源材料的56.4%。高粱穗形性狀不受產(chǎn)地、播種時(shí)期及栽培條件等因素影響而發(fā)生變化，是遺傳穩(wěn)定性最好的性狀之一，高粱穗形有6種，分別是棒形、紡錘形、牛心形、傘形、圓筒形、帚形6種。本次更新的436份高粱種質(zhì)資源中，穗形棒形資源有38份，紡錘形資源有14份，牛心形資源有5份，傘形資源有232份，圓筒形資源有7份，帚形資源有140份，分別占種質(zhì)材料的8.7%、3.2%、1.2%、53.2%、1.6%和32.1%，可見，湖北省的高粱穗形以傘形為主（表4）。

2.5 殼色、粒色

高粱的殼色和粒色是資源遺傳性穩(wěn)定且不受環(huán)境條件影響而發(fā)生變異的重要質(zhì)量性狀，也是進(jìn)行品種類型劃分的關(guān)鍵指標(biāo)之一，同時(shí)還是市場非常重視和關(guān)注的商品性狀。湖北高粱種質(zhì)的殼色有黑色、紫色、褐色、紅色、黃色等，本次更新的材料中有79份黑色種質(zhì)、56份紫色種質(zhì)、61份褐色種質(zhì)、185份紅色種質(zhì)、49份黃色種質(zhì)和6份其他殼色種質(zhì)，分別占資源材料的18.2%、12.8%、14.0%、42.4%、11.2%和1.4%。湖北高粱種質(zhì)的粒色有白色、黃色、紅色、淺紅、粉紅和褐色6種，其中黃色種質(zhì)最多，有340份，占資源材料的80.0%；白色資源25份、紅色資源62份、淺紅色資源3份、粉紅色資源3份和褐色資源3份（表4）。

2.6 品質(zhì)分析和抗逆性鑒定

高粱部分種質(zhì)資源的粗蛋白質(zhì)含量、淀粉總含量、直鏈淀粉含量和單寧含量情況見表5。從表5中可以看出，高粱種質(zhì)資源的粗蛋白質(zhì)、淀粉總量、直鏈淀粉和單寧的平均含量分別占干種子質(zhì)量的10.25%，72.04%，17.32%和1.14%。其中粗蛋白質(zhì)含量在8.33%～14.89%，總淀粉含量在64.47%～75.42%，直鏈淀粉含量在0.08%～36.21%，單寧含量在0.07%～2.92%。從表5中還可看出，高粱直鏈淀粉含量的變異系數(shù)較大，為63.67%（不排除因測試材料份數(shù)較少對變異系數(shù)的部分影響），其次為單寧含量，變異系數(shù)為38.86%，而高粱總淀粉含量的變異性較小，說明各種質(zhì)之間的總淀粉含量差異不大。

對部分湖北省高粱種質(zhì)進(jìn)行抗逆性鑒定，結(jié)果表明，湖北高粱種質(zhì)資源中高耐旱和耐旱資源有29份，占測定高粱種質(zhì)資源的10.91%。對部分湖北高粱種質(zhì)資源進(jìn)行了耐鹽性鑒定，篩選出芽期高耐鹽和耐鹽資源9份，中耐鹽資源17份，共占測定資源總數(shù)的9.66%。高粱種質(zhì)資源中苗期耐鹽性中等的資源有4份，占測定資源總數(shù)的1.49%。高粱耐瘠性較好，測定的224份資源中有20份資源耐瘠，有110份資源中耐瘠，分別占測定種質(zhì)資源的8.93%和49.11%。高粱種質(zhì)中有2份資源高耐冷，24份資源耐冷，共占測定資源的9.66%（表6）。高抗逆性的種質(zhì)是抗逆育種的寶貴資源，以上29份耐旱資源、26份芽期耐鹽資源，20份耐瘠資源和26份耐冷資源都是培育高抗高粱的優(yōu)異原始材料。endprint

3 小結(jié)與討論

遺傳多樣性是蘊(yùn)藏在地球上的植物、動(dòng)物和微生物個(gè)體的基因庫和遺傳組織形式，是生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性的基礎(chǔ)。對遺傳多樣性進(jìn)行研究不僅可以了解物種的群體遺傳結(jié)構(gòu)和多態(tài)性水平，而且為研究物種起源、品種分類、親本選配以及核心種質(zhì)的構(gòu)建等提供了依據(jù)[11-13]。種質(zhì)資源的充分有效利用，有賴于對資源的真實(shí)、深入了解和準(zhǔn)確的鑒定、評價(jià)[14-16]。因此對湖北的高粱品種資源進(jìn)行鑒定和評價(jià)，既可以掌握資源信息的需求，同時(shí)部分綜合性狀優(yōu)異的資源也可以在生產(chǎn)上直接利用或作為育種材料的來源。

通過對436份高粱種質(zhì)資源的分析可以看出，湖北省高粱農(nóng)藝性狀變幅大，選擇范圍廣，存在較廣泛的遺傳多樣性，有很強(qiáng)的地域特色，是湖北高粱育種工作重要的親本來源和主要種質(zhì)基礎(chǔ)。湖北高粱種質(zhì)資源的穗粒重的變異幅度較大，表明該性狀具有很高的遺傳變異和選擇潛力，但因受外界因素的影響較大，作為育種材料的來源進(jìn)行運(yùn)用時(shí)應(yīng)注意選擇。高粱的生育日數(shù)和穗長的變異度較小，選擇親本時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照育種目標(biāo)進(jìn)行篩選。在品質(zhì)方面，高粱各種質(zhì)資源間總淀粉含量差異較小，遺傳性較穩(wěn)定，而直鏈淀粉和單寧的變異性較大，遺傳多樣性較高，不同的種質(zhì)間有一定的差異。高粱種質(zhì)中29份耐旱資源、26份芽期耐鹽資源、20份耐瘠資源和26份耐冷資源都是培育高抗高粱的寶貴資源。

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