38份割手密葉表蠟質含量及其農藝性狀的遺傳多樣性評價

賢武 廖江雄 鄧宇弛

摘要：分析38份割手密葉表蠟質含量及其農藝性狀的遺傳多樣性，結果表明：割手密葉表蠟質含量的變化范圍為7.5～19.3 mg/g，平均值為12.0 mg/g，變異系數為16.4%，多樣性指數為1.9，說明割手密葉表蠟質有一定的變異潛力。9個調查性狀的變異系數為8.2%～66.4%，多樣性指數為0.4～2.1，說明割手密農藝性狀遺傳多樣性豐富。割手密葉表蠟質含量與葉長呈極顯著負相關（P<0.01）。綜合株高、莖徑、單莖等性狀因素，割手密92_3、83_21、92_4、87_23、38_3、92_9、87_10可以作為葉表蠟質的研究材料進行重點利用。

關鍵詞：割手密;葉表蠟質;遺傳多樣性;農藝性狀;種質資源

中圖分類號： S566.101 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）22-0080-04

割手密（Saccharum spontanuem L.）是世界上重要的雜交材料，在甘蔗育種上貢獻很大。其生長勢強，宿根性好，抗逆性強，能耐-25 ℃的嚴寒，且抗病力強，是抗病基因的種源[1]。當前世界范圍內種植的甘蔗栽培品種幾乎都含有割手密的遺傳成分，甘蔗栽培種中約10%的染色體來自割手密[2]。海南甘蔗育種場先后利用崖城、陵水、云南割手密的3個無性系，育成含我國本土割手密血緣的甘蔗品種23個[3]。國內外各甘蔗育種機構都很重視割手密的收集、保育，也開展了許多遺傳多樣性的研究[2-8]。植物表皮蠟質是覆蓋在植物最外層的不溶于水而溶于有機溶劑的一類有機混合物的總稱，在植物生長發育、適應外界環境方面起重要作用。植物蠟質研究始于20世紀50年代，半個多世紀以來各國科學家借助各種先進的科學手段和研究理念對植物蠟質的結構、成分和功能進行深入的研究，并取得了豐碩的成果。植物表皮蠟質的物理化學特性使其不僅能夠防止植物體內水分散失，提高葉片水分利用率[9]，還能夠抵抗多種生物和非生物侵害，如真菌、病菌、昆蟲、光線、低溫傷害等[10-14]。徐文等研究認為，蠟質能夠提高小麥的抗旱性，旗葉蠟質含量可以作為抗旱小麥品種的選擇指標[15]。宋玉偉等認為，在干旱處理條件下，抗旱性不同的2個玉米品種葉面的蠟質含量均明顯高于正常條件下的蠟質含量，且在正常和干旱條件下抗旱較強的品種蠟質含量較高[16]。周玲艷等研究認為，在8 ℃低溫處理下水稻幼苗葉角質層蠟質的積累明顯增加[17]。左示敏等研究發現，5份不同抗感紋枯病的小麥品種葉片蠟質含量與病級均呈負相關關系[18]。甘蔗栽培種抗逆基因主要來源于割手密，割手密葉表蠟質尚未有相關的研究報道。研究割手密葉表蠟質含量差異和農藝性狀遺傳多樣性，以及葉表蠟質與農藝性狀的關系，對甘蔗抗逆育種野生資源的創新利用具有參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料為廣西農業科學院甘蔗研究所野生資源圃中保育在水泥圈中的割手密，參試38份割手密材料編號依次為92_3、2_5、83_25、83_21、85_47、87_1、85_30、85_33、92_4、85_23、87_23、38_3、92_9、87_7、87_4、87_2、87_10、85_53、83_23、87_33、83_17、海南羊欄、85_31、87_51②、87_54、87_9、92_7、87_31、87_20、87_51、83_26、85_38、85_19、85_2、8_10、87_38、85_1和 87_6②。

1.2 試驗方法

2015年5月分8批次共采集38份割手密，每份割手密采集10株生長最好的當年生分蘗莖，測量葉長、葉寬、株高、莖中部最長節間、莖徑、單莖質量，用榨汁機榨取10株莖稈汁液，用手持錘度儀測量錘度;最高可見肥厚帶葉（+1葉）除去葉脈，剪成2 cm長的小段混勻，稱取約2 g的葉片，倒入 30 mL 三氯甲烷浸泡30 s，把溶液過濾到蒸發皿中，在通風櫥中待三氯甲烷完全揮發，再次稱質量，減去燒杯質量，即為葉表蠟質總含量。將樣葉放入已升溫至105 ℃的烘箱中殺青15 min，80 ℃烘至恒質量，計算單位干質量葉片的蠟質含量（mg/g），每份樣品測3個重復。

1.3 統計分析

采用Excel 2007處理數據，應用SPSS 23進行相關性和聚類分析。多樣性指數即Shannon-Weaver index（H′）的計算方法同劉洋等[6，19]。

2 結果與分析

2.1 割手密葉表蠟質含量特點

由圖1可見，38份割手密中葉表蠟質含量最高的為 19.3 mg/g，最低的為7.5 mg/g，90%的參試割手密葉表蠟質含量超過 10 mg/g，50%以上的參試割手密葉表蠟質含量超過12 mg/g。其中，割手密92_3平均葉表蠟質含量最高，為18.8 mg/g，割手密87_6②平均葉表蠟質含量最低，為 8.3 mg/g。

2.2 割手密葉表蠟質含量以及農藝性狀的變異分析和多樣性分析

由表1可知，38份割手密葉表蠟質含量變異范圍為7.5～19.3 mg/g，極差為11.9 mg/g，平均值為12.0 mg/g，變異系數為16.4%，多樣性指數為1.9。其他農藝性狀的變異系數差異較大，單莖質量變異系數最大，為66.4%，單莖質量變化范圍為1.0～71.2 g;其次是葉寬變異系數，為30.5%，葉寬變化范圍為0.3～2.1 cm;其后依次是株高、葉長、莖徑、最長節間長度等，變異系數為24.4%～28.2%;錘度和葉片含水率變異系數較小，分別為12.6%和8.2%?？傮w來看，參試割手密種質資源單莖質量、葉長、葉寬、株高、莖徑和最長節間長度等性狀的變異較大，葉片含水率和錘度的變異較小。

葉長的多樣性指數最高，為2.1，其次是葉寬、株高和最長節間長度，均為2.0;其后為莖徑（1.9）;錘度、葉片含水率的多樣性指數最小，均為0.4。從遺傳多樣性指標來看，葉長、葉寬、株高、最長節間長度、葉表蠟質含量、莖徑、單莖質量這7個性狀的多樣性指數較高，表明割手密種質資源具有豐富的遺傳多樣性，具有較大的利用潛力。

2.3 割手密葉表蠟質含量以及農藝性狀的相關性分析

對割手密葉表蠟質含量以及農藝性狀進行相關性分析，以進一步了解性狀間的關聯。由表2可見，割手密葉表蠟質含量與葉長呈極顯著負相關（P<0.01）;株高與單莖質量、莖徑、最長節間長度均呈極顯著正相關（P<0.01）;莖徑與單莖質量、最長節間長度均呈極顯著正相關（P<0.01）;單莖質量與最長節間長度、葉長、葉寬均呈極顯著正相關（P<0.01）?？傮w而言，產量相關性狀株高、莖徑、單莖質量、最長節間長度之間呈正相關關系，葉長與葉表蠟質含量呈負相關，錘度與其他性狀均無顯著相關性。

2.4 聚類分析結果

對38份割手密材料的9個性狀進行標準化轉換后，依據歐氏距離、平均聯接（組間）法進行系統聚類，繪制聚類樹狀圖。由圖2可見，在遺傳距離為15～17處，可將參試割手密分成3類，3個類群中，錘度和葉片含水率相差不大。結合表3，第Ⅰ類含海南羊欄等12份割手密，其葉表蠟質含量較高，葉片較短，植株高大，莖徑較粗，最長節間較長，單莖質量較大;第Ⅱ類含22份割手密，其葉表蠟質含量中等，產量性狀中等;第Ⅲ類含4份割手密，其葉片較長，植株較矮，莖徑較細，單莖質量較小。

3 討論

種質資源是作物育種的物質基礎[20-21]，目前甘蔗育種品種間遺傳背景狹窄，利用甘蔗的野生資源割手密來拓展甘蔗親本的遺傳背景，是提高甘蔗親本遺傳多樣性的有效途徑。割手密是甘蔗野生種質中用于甘蔗雜交育種最早、利用最有成效的種質，不少育種家認為割手密是甘蔗屬及其近緣屬種中最有育種價值和研究價值的野生種之一[4]。葉片是植物進行光合作用、呼吸作用以及蒸騰作用等生理過程的重要器官。前人對葉表蠟質的研究表明，葉表蠟質能夠防止植物體內水分散失，提高葉片水分利用率，抵抗多種生物和非生物侵害[9-18]。研究割手密資源葉表蠟質以及農藝性狀的多樣性，對發掘其優異的基因資源、甘蔗遺傳改良具有一定的參考意義。本研究中38份割手密葉表蠟質含量最高的為19.3 mg/g，最低的為7.5 mg/g，變異系數為16.4%，說明割手密葉表蠟質有一定的變異潛力。葉表蠟質含量與葉長呈極顯著負相關（P<0.01），葉片較短的割手密其葉表蠟質含量可能較高。聚類分析第Ⅰ類中的割手密92_3、83_21、92_4、87_23、38_3、92_9、87_10，葉表蠟質含量均在12.3 mg/g以上，綜合株高、莖徑、單莖質量等性狀因素，表明這些割手密可以作為葉表蠟質的研究材料進行重點利用。

除葉片含水率以外，其他性狀均表現出了較高的遺傳變異，變異系數為12.6%～66.4%，遺傳變異系數從小到大依次為：錘度、葉表蠟質含量、最長節間長度、莖徑、葉長、株高、葉寬、單莖質量。表明割手密在這些表型性狀上的變異較大，研究結果與前人對割手密種質的農藝性狀變異系數的分析結果相近[4，7]。參試割手密單莖質量有較高的變異潛力，研究結果同張革民等的研究結果[4]。單莖質量和株高性狀上的高遺傳變異也為將來有針對性地利用割手密改良栽培甘蔗品種提供了遺傳基礎。葉長的多樣性指數最大，為2.1，其次為葉寬、株高、最長節間，均為2.0，不同性狀間變異幅度較大，本研究對割手密株高、莖徑、葉長、葉寬的多樣性指數分析結果與劉建樂等對華南8省的43份割手密的研究結果[7]、劉洋等對海南26份割手密的分析結果[6]相近。表明割手密種質的主要農藝性狀遺傳多樣性豐富，在育種方面有巨大的潛力。蔗糖分屬數量性狀，受微效多基因控制。在生產上的甘蔗雜交品種控制體內蔗糖合成與積累的基因，幾乎全部來自熱帶種原種，因為野生種各個種的蔗糖含量極少，甚至沒有[1]。本研究中割手密錘度多樣性指數為0.4，與前人的研究結果不同，可能與參試材料的生長期、來源以及生態環境的不同有關。

參考文獻：

[1]彭紹光. 甘蔗育種學[M]. 北京：農業出版社，1990：61.

[2]齊永文，鄧海華，李奇偉. 我國大陸甘蔗種質資源利用進展[J]. 作物研究，2012，26（5）：443-446.

[3]黃忠興，周 峰，王勤南，等. 國內外割手密資源農藝性狀表型遺傳多樣性分析[J]. 植物遺傳資源學報，2012，13（5）：825-829.

[4]張革民，楊榮仲，劉海斌，等. 割手密主要數量性狀的主成分及聚類分析[J]. 西南農業學報，2006，19（6）：1127-1131.

[5]齊永文，樊麗娜，何慧怡，等. 廣東割手密資源農藝性狀遺傳多樣性評價[J]. 甘蔗糖業，2009（3）：7-10，20.

[6]劉 洋，劉新龍，蘇火生，等. 海南甘蔗野生種資源的收集與遺傳多樣性初析[J]. 中國農學通報，2013，29（1）：199-208.

[7]劉建樂，白昌軍，嚴琳玲，等. 43份割手密資源農藝性狀遺傳多樣性評價[J]. 熱帶作物學報，2015，36（2）：229-236.

[8]劉 洋，蘇俊波，劉新龍，等. 我國金沙江干熱河谷地區甘蔗野生種質資源采集與鑒定[J]. 熱帶農業科學，2017，37（8）：60-67.

[9]張海祿，齊軍倉，王祥軍. 干旱脅迫對大麥葉片表皮蠟質含量及主要生理指標的影響[J]. 麥類作物學報，2012，32（2）：280-283.

[10]李魏強，張正斌，李景娟. 植物表皮蠟質與抗旱及其分子生物學[J]. 植物生理與分子生物學學報，2006，32（5）：505-512.

[11]顧 俊，王 飛，張 鵬，等. 植物葉表皮蠟質的生物學功能[J]. 江蘇農業學報，2007，23（2）：144-148.

[12]王美芳，陳巨蓮，原國輝，等. 植物表面蠟質對植食性昆蟲的影響研究進展[J]. 生態環境學報，2009，18（3）：1155-1160.

[13]宋 超，王 婧，郭彥軍，等. 植物表皮蠟質對環境脅迫的響應[J]. 植物生理學報，2011，47（10）：951-956.

[14]魏曉雪，楊 臣，李德文. UV-B輻射增強對紅松幼苗蠟質的影響[J]. 黑龍江科學，2015，6：10-12.

[15]徐 文，申 浩，郭 軍，等. 旗葉蠟質含量不同小麥近等基因系的抗旱性[J]. 作物學報，2016，42（11）：1700-1707.

[16]宋玉偉，楊偉林. 玉米幼苗葉表面蠟質含量及成分對干旱脅迫的響應[J]. 玉米科學，2016，24（2）：91-95.

[17]周玲艷，姜大剛，李 靜，等. 逆境處理下水稻葉角質層蠟質積累及其與蠟質合成相關基因OsGL1表達的關系[J]. 作物學報，2012，38（6）：1115-1120.

[18]左示敏，張玉梅，薛 薌，等. 水稻新種質YSBR1抗紋枯病機制的初步研究[J]. 中國水稻科學，2014，28（2）：132-140.

[19]吳宏亞，張伯橋，汪尊杰，等. 長江中下游冬麥區小麥品種主要性狀的遺傳多樣性分析[J]. 江蘇農業科學，2014，42（5）：67-72.

[20]許 玲，吳 魁，魏伶俐，等. 基于分子生物學技術的作物種質資源創新研究現狀及發展策略[J]. 江蘇農業科學，2017，45（23）：11-14.

[21]楊 欣，朱 銀，徐婷婷，等. 基于移動平臺的農業種質資源信息共享服務系統[J]. 江蘇農業科學，2018，46（23）：267-270.