甜高粱生物學性狀與SSR分子標記遺傳多樣性

趙文杰，徐 薇，張景龍，程 爽，鄭甲成，劉言龍，殷世霞，李杰勤，詹秋文，*

(1.安徽科技學院 農學院，安徽 鳳陽 233100； 2.南京農業大學 草業學院，江蘇 南京 210095)

隨著經濟快速發展，資源短缺，生態環境日益惡化，以天然草地為主的草原畜牧業已沒有優勢可言，畜牧業迅速發展與飼料短缺的矛盾日益突出。因此，人類亟需探索新的可再生資源，來緩解人類消費與生態環境失衡、資源短缺間的矛盾。甜高粱(Sorghumbicolor)屬于禾本科高粱屬，為粒用高粱的一個變種[1]，是一種高大、靠種子繁殖、莖中富含糖汁、生長速度快、生物量大、光能轉化效率高的C4作物[2]。甜高粱除了可產出2.25～6.00 t·hm-2的籽粒外，其莖稈含糖量豐富，是生產乙醇的最佳原料之一[3]。甜高粱耐澇、耐旱、耐鹽堿、耐肥、適應性強、莖稈鮮嫩、葉片柔軟、適口性好，在pH為5.0～8.5的土壤中均可種植[4-5]，其合成的碳水化合物為玉米的3.2倍[1]。甜高粱既可做飼草喂養牲畜，又可用于燃料乙醇、制糖、釀酒等產業。近年來，甜高粱作為青貯飼料和生物質能源作物受到國內外廣泛關注[6-8]，并得到作物育種和農業生產部門的高度重視。合理開發利用甜高粱資源，對于保障糧食安全，解決能源危機，促進畜牧業發展具有重要意義。

作物的遺傳多樣性研究可以了解不同作物品種的遺傳背景與遺傳關系并拓寬其遺傳基礎。以往遺傳多樣性分析多采用數值分類方法[9-10]，但隨著分子生物技術的發展，隨機擴增多態性DNA(random amplified polymorphism DNA，RAPD)、限制性片段長度多態性(restriction fragment length polymorphism，RFLP)、簡單重復序列(simple sequence repeat，SSR)等分子標記技術得到廣泛的應用[3，11]，其中SSR是一種共顯性標記，操作方法簡單，具有很好的穩定性和重復性，可為作物遺傳多樣性分析提供比顯性標記更為豐富的信息[11]。我國的甜高粱品種資源豐富，表型多樣，遺傳差異較大，大多數地區甜高粱栽培品種混雜，生長優勢弱，單產低下，限制了農民種植甜高粱的積極性[12]。目前，甜高粱資源的研究主要依靠農藝性狀觀察，甜高粱育種中親本的選配和組合配置中都存在很大盲目性。Ali等[13]用SSR標記分析了72個甜高粱材料，得到的聚類結果與已知的家譜和遺傳背景信息相吻合。本研究選取31份甜高粱品種資源，通過方差分析、相關分析、主成分分析、聚類分析與SSR分子標記分析，旨在探討甜高粱的遺傳多樣性，為甜高粱資源利用與遺傳育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料見表1。其中，1～30號由中國農業科學院國家種質庫提供，31號從美國引進。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計與指標測定

全部試驗材料于2015年5月8日播種于安徽科技學院種植科技園，完全隨機設計，3次重復。在本地甜高粱青貯能源收獲期(8月21日)，每份材料隨機抽取3株，調查分蘗數、葉片數、株高、倒2葉長、倒2葉寬、莖粗，并稱量莖葉全株鮮質量，采用日本ATAGO PAL-1手持數顯折光儀測定莖稈含糖量(糖錘度，BX，%)。取全株樣本帶回實驗室，進行品質分析[14]，其中粗蛋白含量(以干質量計，%)測定采用凱氏定氮法，粗脂肪含量(以干質量計，%)測定采用油重法，粗纖維(以干質量計，%)測定采用酸洗滌法，粗灰分含量(以干質量計，%)測定采用馬福爐灼燒法。

1.2.2 DNA提取與SSR分子標記檢測

甜高粱DNA的提取采用CTAB法[11]。DNA提取后，利用核酸測定儀測定DNA濃度，測得D260/D280為1.78～1.97，表明所提取的DNA純度較高，質量較好，可以用于后續試驗。

表1 供試材料的序號、名稱與地理來源

Table1Experimental number， name and sources of materials used in the study

序號No.名稱Name來源Source序號No.名稱Name來源Source序號No.名稱Name來源Source1懷德甜高粱黑龍江12竹山小甜稈湖北23四川甜高粱02四川HuaidetiangaoliangHeilongjiangZhushanxiaotianganHubeiSCtiangaoliang02Sichuan2黑龍江甜稈黑龍江13英山甘蔗粱湖北24貴州甜稈高粱貴州HLJtianganHeilongjiangYingshanganzheliangHubeiGZtiangangaoliangGuizhou3屯留甜茭子山西14輝南甜高粱吉林25三峽甜高粱01湖北TunliutianjiaoziShanxiHuinantiangaoliangJilinSanxiatiangaoliag01Hubei4武鄉甜稈茭山西15寧陜小甜高粱陜西26三峽甜高粱02湖北WuxiangtianganjiaoShanxiNingshanxiaotiangaoliangShaanxiSanxiatiangaoliang02Hubei5阿魯甜高粱01內蒙古16商南甘芝甜高粱陜西27海南甜高粱海南Alutiangaoliang01Inner MongoliaShangnanganzhitiangaoliangShaanxiHNtiangaoliangHainan6阿魯甜高粱02內蒙古17墨江高粱蔗云南28鳳山甜高粱廣西Alutiangaoliang02Inner MongoliaMojianggaoliangzheYunnanFengshantiangaoliangGuangxi7法庫甜稈遼寧18鎮雄甜高粱云南29貴州甜高粱貴州FakutianganLiaoningZhenxiongtiangaoliangYunnanGZtiangaoliangGuizhou8新賓甜高粱遼寧19甜選7北京30平興甜黍稈河南XinbintiangaoliangLiaoningTianxuan7BeijingPingxingtianshuganHenan9肇東甜高粱黑龍江20甜選43北京31M-81E美國ZhaodongtiangaoliangHeilongjiangTianxuan43BeijingUSA10泗縣甜稈秫秫安徽21甜選153北京SixiantianganshushuAnhuiTianxuan153Beijing11定遠甜到稍安徽22四川甜高粱01四川DingyuantiandaoshaoAnhuiSCtiangaoliang01Sichuan

SSR引物序列來源于http://www.gramene.org/markers/index.html，選取276對SSR引物，由寶生物工程(大連)有限公司合成。PCR擴增采用10 μL反應體系，擴增程序與擴增產物電泳方法參照文獻[11]。

1.2.3 數據分析

各生物學性狀取全部觀察個體的平均值。采用SPSS軟件進行方差分析、相關分析、主成分分析，其中對于品質性狀數據，除無氮浸出物外其余指標均反正弦轉換后再進行方差分析；采用NTSYSpc 2.10e數據軟件，先對各性狀數據標準化后聚類分析，運算函數選擇EUCLID[15]。

2 結果與分析

2.1 甜高粱生物學性狀的方差分析

方差分析結果表明，13個生物學性狀在31份甜高粱品種間存在顯著差異(表2和表3)，說明此甜高粱群體品種間有真實差異，需要進一步分析。在產量性狀中(表2)，株高的變異系數為20.35%，最高者為29號品種(貴州甜高粱，381.67 cm)，但與13號(英山甘蔗粱)、17號(墨江高粱蔗)、18號(鎮雄甜高粱)、21號(甜選153)、25號(三峽甜高粱01)、26號(三峽甜高粱02)、27號(海南甜高粱)、28號(鳳山甜高粱)品種間無顯著差異；其次是22號(四川甜高粱01)、24號(貴州甜稈高粱)和30號(平興甜黍稈)品種，以上這些品種株高均在300 cm以上；最小為2號品種(黑龍江甜稈，178.00 cm)。莖粗的變異系數為15.23%，最粗者為24號品種(貴州甜稈高粱，21.60 mm)，但與28號(鳳山甜高粱)品種無顯著差異，且莖粗都在20 mm以上；最細為2號品種(黑龍江甜稈，9.98 mm)。分蘗數的變異系數最大，為56.15%，最多者為1號(懷德甜高粱)和2號(黑龍江甜稈)品種，均有6個分蘗，且兩者間無顯著差異；最少為4號品種(武鄉甜稈茭，0.33個)。鮮質量的變異系數達49.86%，最大為28號品種(鳳山甜高粱，2.32 kg)，但與23號(四川甜高粱02)、24號(貴州甜稈高粱)、27號(海南甜高粱)、29號(貴州甜高粱)和31號(M-81E)品種間無顯著差異；最小為8號品種(新賓甜高粱，0.35 kg)。

表2 三十一份甜高粱產量性狀的多重比較結果

Table2Multiple comparison results of yield characters of 31 sweet sorghum varieties

序號No.株高Plantheight/cm倒2葉長Leaflength/cm倒2葉寬Leafwidth/cm葉片數Number ofleaves分蘗數Tillernumber莖粗Stemdiameter/mm鮮質量Freshweight/kg1243.00 ijkl55.33 bcdefgh6.83 abcd7.33 kl 6.00 a 11.57 hi 0.88 efg 2178.00 n45.00 gh6.17 bcd6.67 l 6.33 a 9.98 i 0.46 fg 3243.33 ijkl57.00 bcdefgh7.33 abcd7.33 kl 3.00 bcdef 14.92 bcdefg 0.58 efg 4259.33 hijk58.67 bcdefgh8.33 ab7.33 kl 0.33 f 14.76 cdefg 0.37 g 5227.33 klm43.33 h6.67 abcd10.67 defghi 2.33 bcdef 14.35 efg 0.75 efg 6230.67 jkl41.33 h6.00 cd11.33 cdefg 1.33 def 14.39 defg 0.69 efg 7232.33 jkl72.00 abc8.67 a9.00 ijk 1.67 cdef 17.14 bcde 0.57 efg 8241.33 ijkl58.83 bcdefgh7.50 abcd9.33 hij 3.00 bcdef 12.83 fgh 0.35 g 9182.33 mn44.33 gh7.00 abcd8.00 jkl 4.67 ab 12.02 ghi 0.59 efg 10296.33 defgh53.00 defgh8.00 abc10.33 efghi 2.67 bcdef 15.11 bcdef 0.82 efg 11299.33 defgh48.67 defgh6.67 abcd11.67 cdef 2.33 bcdef 14.51 defg 0.73 efg 12289.17 efghi56.00 bcdefgh7.00 abcd10.00 fghi 1.67 cdef 14.80 cdefg 0.59 efg 13334.33 abcde63.67abcdef7.17 abcd11.33 cdefg 2.33 bcdef 15.09 bcdef 0.90 defg 14204.00 lmn59.00 bcdefgh6.67 abcd7.00 l 2.00 bcdef 15.48 bcdef 0.80 efg 15266.00 hijk47.67 defgh7.50 abcd13.00 bc 1.67 cdef 17.71 bc 0.90 defg 16260.67 hijk41.00 h6.50 abcd12.00 bcde 2.00 bcdef 15.69 bcdef 0.92 defg 17351.00 abc77.33 a6.75abcd12.33 bcd 1.00 ef 15.08 bcdef 1.11 cdefg 18358.00 abc45.00 gh6.00 cd12.00 bcde 2.67 bcdef 15.69 bcdef 1.30 bcde 19241.00 ijkl46.00 fgh7.50 abcd10.67 defghi 2.67 bcdef 16.30 bcde 0.87 efg 20282.00 fghij47.67 defgh7.17 abcd11.00 defgh 1.67 cdef 16.73 bcde 0.86 efg 21355.67 abc46.50 efgh6.17 bcd13.00 bc 2.00 bcdef 17.95 b 1.24 bcdef 22318.33 cdefg53.00 defgh5.83 cd11.67 cdef 0.33 f 16.10 bcde 0.66 efg 23274.00 ghijk52.67 defgh6.67 abcd11.33 cdefg 3.33 bcde 17.01 bcde 1.79 abc 24324.67 bcdef65.33 abcd6.67 abcd13.00 bc 1.33 def 21.60 a 1.67 abcd 25373.00 ab59.00 bcdefgh7.00 abcd11.33 cdefg 1.67 cdef 15.32 bcdef 0.80 efg 26366.00 abc54.67 cdefgh5.67 d11.67 cdef 3.00 bcdef 15.15 bcdef 1.13 cdefg 27374.00 ab44.33 gh6.33 bcd13.67 b 2.67 bcdef 17.49 bcd 1.66 abcd 28342.33 abcd72.33 ab7.50 abcd13.67 b 3.33 bcde 21.52 a 2.32 a 29381.67 a64.33 abcde8.00 abc21.33 a 4.33 abc 17.19 bcde 1.84 abc 30322.33 cdefg62.00 abcdefg6.83 abcd9.67 ghij 1.00 ef 16.14 bcde 0.75 efg 31273.00 ghijk49.67 defgh6.50 abcd11.33 cdefg4.00 abcd 14.80 cdefg 1.91 ab 變幅Min-Max178.00～381.6741.00～77.33 5.67～8.67 6.67～21.33 0.33～6.33 9.98～21.60 0.35～2.32平均值Mean287.89 54.34 6.92 10.97 2.53 15.63 0.99 變異系數CV/%20.35 17.61 10.44 25.41 56.15 15.23 49.86

同列數據后無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Data marked without the same lowercase letter in each column indicated significant differences atP<0.05. The same as below.

在品質性狀中(表3)，含糖量的變異系數為14.59%，最高者為26號品種(三峽甜高粱02，18.53%)，但與1號(懷德甜高粱)、3號(屯留甜茭子)、4號(武鄉甜稈茭)和31號(M-81E)等品種無顯著差異，最低者為2號(黑龍江甜稈)和30號(平興甜黍稈)，均為10.87%。粗蛋白含量的變異系數最高，為20.84%，含量最高者為28號品種(鳳山甜高粱，5.13%)，但與5號(阿魯甜高粱01)、19號(甜選7)、20號(甜選43)、24號(貴州甜稈高粱)和26號(三峽甜高粱02)品種之間無顯著差異，最低者為9號品種(肇東甜高粱，2.27%)。粗脂肪的變異系數為14.39%，含量最高者為24號品種(貴州甜稈高粱，2.05%)，但與5號(阿魯甜高粱01)、6號(阿魯甜高粱02)、9號(肇東甜高粱)、14號(輝南甜高粱)、15號(寧陜小甜高粱)、16號(商南甘芝甜高粱)、17號(墨江高粱蔗)、19號(甜選7)、20號(甜選43)、21號(甜選153)、22號(四川甜高粱01)、23號(四川甜高粱02)、26號(三峽甜高粱02)、27號(海南甜高粱)和28號(鳳山甜高粱)品種之間無顯著差異，最低者為12號品種(竹山小甜稈，1.21%)。

表3 三十一份甜高粱品質性狀的多重比較結果

Table3Multiple comparison results of quality characters of 31 sweet sorghum varieties

序號No.含糖量Sugarcontent/%粗蛋白Crudeprotein/%粗脂肪Etherextract/%粗纖維Crudefiber/%粗灰分Crudeash/%無氮浸出物N-freeextractive/%113.97 abcdef 2.96 cdef 1.34 cde 34.08 abcd 6.49 cdef 42.04 fghij210.87 f 2.80cdef 1.33 cde 36.75 abc 6.30 def 40.03 ij315.07 abcdef 2.56 def 1.31 cde 35.59 abc 5.78 f 42.82 efghi416.13 abcde 2.42 ef 1.28 de 37.91 a 5.76 f 40.74 hij513.40 bcdef 3.76 abcd 1.78 abc 26.04 cdefgh 8.41 abcd 43.07 defghi616.73 abcde 2.59 def 1.69 abcd 28.73 abcdefg 6.28 def 47.1 abc714.67 abcdef 3.27 bcdef 1.33 cde 33.70 abcde 6.96 abcdef 41.83 fghij817.70 abc 2.80 cdef 1.39 cde 32.35 abcdef 6.19 def 43.41 defghi916.07 abcde 2.27 f 1.64 abcde 28.17 abcdefg 5.56 f 49.61 a1016.47 abcde 2.64 def 1.30 cde 35.97 abc 6.07 ef 41.82 fghij1112.50 def 3.13 cdef 1.51 cde 27.07 abcdefgh 6.95 abcdef 44.78 bcdefg1214.87 abcdef 2.62 def 1.21 e 37.36 ab 5.97 ef 40.49 ij1317.07 abcd 2.65 def 1.30 cde 34.75 abcd 6.31 def 42.06 fghij1417.10 abcd 2.88 cdef 1.54 abcde 26.27 bcdefgh 6.06 ef 47.6 ab1518.00 ab 3.46 bcdef 1.69 abcd 23.27 efgh 7.25 abcdef 47.15 abc1617.63 abc 3.07 cdef 1.77 abc 25.67 cdefgh 6.55 cdef 46.4 abcd1714.30 abcdef 3.52 bcdef 1.56 abcde 29.16 abcdefg 7.80 abcdef 40.49 ij1816.13 abcde 2.75 cdef 1.34 cde 34.52 abcd 6.08 ef 42.13 fghij1916.13 abcde 4.10 abc 1.69 abcd 24.42 defgh 8.22 abcde 43.38 defghi2017.13 abcd 4.08 abc 1.77 abcd 22.08 fgh 8.71 abc 44.09 cdefgh2118.00 ab 3.56 bcdef 1.67 abcde 24.55 defgh 7.60 abcdef 45.99 bcde2216.00 abcde 3.67 bcde 1.77 abc 23.27 efgh 7.47 abcdef 44.93 bcdef2316.47 abcde 2.61 def 1.59 abcde 32.05 abcdef 6.09 ef 45.26 bcdef2413.07 cdef 4.67 ab2.05 a 17.80 h 9.25 a 42.12 fghij2518.37 a 2.77 cdef 1.37 cde 35.77 abc 6.17 def 40.97 hij2618.53 a 3.77 abcde 1.70 abcd 26.91 abcdefgh 8.15 abcde 43.11 defghi2718.17 ab 3.46 bcdef 1.64 abcde 28.74 abcdefg 6.83 bcdef 42.58 efghij2812.00 ef 5.13 a 2.04 ab 19.43 gh 9.16 ab 41.26 ghij2912.10 ef 2.76 cdef 1.29 cde 37.48 a 6.24 def 39.23 j3010.87 f 3.40 bcdef 1.53 bcde 31.62 abcdef 6.74 cdef 42.1 fghij3113.93 abcdef 3.23 bcdef 1.52 cde 31.81 abcdef 7.00 abcdef 43.45 defghi變幅Min-Max10.87～18.532.27～5.131.21～2.0517.80～37.915.56～9.2539.23～49.61平均數Mean15.47 3.21 1.55 29.78 6.92 43.29 變異系數CV/%14.59 20.84 14.39 18.94 14.95 5.74

2.2 甜高粱生物學性狀的相關分析

由13個生物學性狀相關分析可知(表4)，株高與莖粗、鮮質量和葉片數呈極顯著正相關，莖粗與鮮質量、粗蛋白和粗脂肪呈極顯著正相關，含糖量僅與無氮浸出物呈極顯著正相關，這是因為無氮浸出物越高，可溶性單糖和雙糖等含量越多所致。鮮質量與粗蛋白、株高、葉片數，以及莖粗呈極顯著正相關，說明在一定范圍內，株高、葉片數和莖粗對鮮質量有極顯著正向貢獻。分蘗數與莖粗呈顯著負相關，說明隨著分蘗數的增多，主莖中的營養物質分流，導致主莖變細；莖粗與粗纖維呈極顯著負相關，表明甜高粱莖越細，植株自身為了支撐直立生長，抵抗倒伏，莖稈內粗纖維含量升高。

表4 甜高粱各生物學性狀間的相關系數

Table4Correlation coefficient of biological characters of sweet sorghum

性狀Traits株高Plantheight倒2葉長Leaflength倒2葉寬Leafwidth葉片數Leafnumber分蘗數Tillernumber莖粗Stemdiameter鮮質量Freshweight含糖量Sugarcontent粗蛋白Crudeprotein粗脂肪Etherextract粗纖維Crudefiber粗灰分Crudeash倒2葉長0.320Leaf length倒2葉寬-0.141 0.440?Leaf width葉片數0.707??0.118 0.056Leaf number分蘗數-0.288 -0.196 0.122-0.094Tiller number莖粗0.539??0.346 0.0160.576??-0.453?Stem diameter鮮質量0.547??0.193 -0.0950.666??0.189 0.649??Fresh weight含糖量0.099 -0.315 -0.184-0.040 -0.300 0.018-0.165Sugar content粗蛋白0.302 0.218 -0.0600.320 -0.192 0.676??0.475??-0.202Crude protein粗脂肪0.105 -0.103 -0.3300.277 -0.222 0.580??0.431?0.0180.799??Ether extract粗纖維-0.046 0.120 0.274 -0.214 0.272 -0.560??-0.302 -0.096-0.791??-0.944??Crude fiber粗灰分0.275 0.169 -0.0800.321 -0.212 0.588??0.403?-0.1560.962??0.789??-0.784??Crude ash無氮浸出物-0.471??-0.556??-0.239 -0.260 -0.024 -0.260 -0.287 0.482??-0.407?0.109 -0.206 -0.375?N-free

“*”和“**”分別表示在P<0.05和P<0.01水平顯著相關。

“*” and “**” were signifiantly correlated at the 0.05 and 0.01 levels， respectively.

2.3 甜高粱生物學性狀的主成分分析

對全部生物學性狀進行主成分分析，得到各性狀前4個主成分的特征向量(表5)。前4個成分的累計貢獻率達81.12%(>80%)，基本可代表全部生物學性狀指標。

主成分1的特征值為5.07，占原始數據變異的38.99%，其中粗蛋白、粗脂肪和粗灰分的正值較大，粗纖維負值最大，說明該主成分主要決定甜高粱的品質，可將該主成分稱為“品質因子”。

表5 各生物學性狀前4個主成分的特征向量

Table5Eigenvectors of the first 4 principal component factors of each trait

性狀Trait1234株高0.24960.24930.50270.0107Plant height倒2葉長0.12060.4380-0.1117-0.3803Leaf length倒2葉寬-0.05570.3453-0.2546-0.1741Leaf width葉片數0.28790.15510.35640.2526Leaf number分蘗數-0.15250.0914-0.21900.6954Tiller number莖粗0.37960.05390.1578-0.1519Stem diameter鮮質量0.30360.14240.18060.4448Fresh weight含糖量-0.0543-0.30470.4628-0.2256Sugar content粗蛋白CP0.4032-0.0452-0.2745-0.0194粗脂肪EE0.3531-0.3262-0.15530.0453粗纖維CF-0.33260.36700.17480.0398粗灰分Ash0.3875-0.0759-0.2738-0.0402無氮浸出物-0.1630-0.47900.13560.0134N-free

主成分2的特征值為2.57，占原始數據變異的19.74%，其中株高、倒2葉長、倒2葉寬、葉片數和鮮質量正值較大，含糖量、粗脂肪、無氮浸出物均為較高負值，說明該主成分主要體現在甜高粱的產量性狀上。因此，可將第2主成分稱為“產量因子”。

主成分3的特征值為1.59，占原始數據變異的12.25%，其中株高、含糖量和葉片數的正值居前三位，可稱為“糖分和產量次因子”。

主成分4的特征值為1.32，占原始數據變異的10.14%，其中分蘗數、鮮質量和葉片數的正值較大，因此可將該主成分稱為“產量輔助因子”。

2.4 甜高粱基于生物學性狀的聚類分析

對31份甜高粱進行聚類分析，結果見圖1，其中13號(英山甘蔗粱)與25號品種(三峽甜高粱01)間的EUCLID距離最小(1.305)，兩品種均來自湖北；2號(黑龍江甜稈)與來自廣西的28號品種(鳳山甜高粱)距離最大(10.379)，平均EUCLID距離4.839。在UCLID距離為4.250處可將31份品種分成6大類。

編號1～31同表1。No. 1-31 were the same as table 1.圖1 基于生物學性狀的甜高粱品種聚類分析結果Fig.1 Clustered results of 31 sweet sorghum varieties based on biological characters

第Ⅰ類包括2份品種，即24號(貴州甜稈高粱)和28號品種(鳳山甜高粱)。2份品種的產量核心指標鮮質量和莖粗居前列，葉片數、粗蛋白和粗脂肪含量均高于其他類群的平均值，但品質核心指標含糖量偏低。因此，第Ⅰ類屬于高產型。

第Ⅱ類僅包括1份品種，即29號品種(貴州甜高粱)，其株高、葉片數在6個類群中最高，鮮質量也居前列，但無氮浸出物含量最低，粗蛋白偏低，含糖量不高，且粗纖維含量偏高。因此，第Ⅱ類屬于高產低質型。

第Ⅲ類包括5號(阿魯甜高粱01)、6號(阿魯甜高粱02)、14號(輝南甜高粱)、15號(寧陜小甜高粱)、16號(商南甘芝甜高粱)、19號(甜選7)、20號(甜選43)、21號(甜選153)、22號(四川甜高粱01)、26號(三峽甜高粱02)和27號(海南甜高粱)共11份品種，集中了大部分含糖量高的材料。因此，第Ⅲ類屬于高含糖量型。

第Ⅳ類包括14份品種。該類可以進一步細分為2亞類，第1亞類包括3號(屯留甜茭子)、4號(武鄉甜稈茭)、7號(法庫甜稈)、8號(新賓甜高粱)、10號(泗縣甜稈秫秫)、12號(竹山小甜稈)、13號(英山甘蔗粱)和25號(三峽甜高粱01)共8份品種，這些品種在鮮質量上表現最差，卻在含糖量上表現較好；第2亞類包括11號(定遠甜到稍)、30號(平興甜黍稈)、17號(墨江高粱蔗)、18號(鎮雄甜高粱)、23號(四川甜高粱02)和31號(M-81E)共6個品種，這些品種鮮質量較高，但含糖量較低。

第Ⅴ類只含1份品種，即9號品種(肇東甜高粱)，其無氮浸出物含量最高，分蘗較多，但是莖稈纖細、植株矮、鮮質量偏低，鮮質量和含糖量一般。綜上，第Ⅳ、Ⅴ類利用價值不大。

第Ⅵ類包括2份品種，即1號(懷德甜高粱)和2號品種(黑龍江甜稈)。2份材料分蘗最多，但莖稈纖細、植株較矮、葉片數偏少，鮮質量和含糖量均不高。因此，本類屬于高分蘗型。

2.5 高粱SSR遺傳多態性分析

用276對SSR引物在31份甜高粱材料中篩選，獲得條帶清晰、多態性豐富的46對SSR引物，其擴增片段大小為180～300 bp，多態性比率為100%(圖2)。46對引物共擴增出114個等位基因，每對引物的等位基因變幅為1～6，平均2.478個。

M，DL 600 marker；編號1～31同表1。M， DL 600 marker; No. 1-31 were the same as table 1.圖2 引物S182在31份甜高粱品種的擴增結果Fig.2 Amplification of primer S182 in 31 sweet sorghum varieties

多態信息含量(PIC)分析表明，SSR標記PIC變幅較大，最小值為0，最大值為0.757，平均為0.334(表6)，說明不同SSR引物檢測出的多態性差異較大。

表6 四十六對引物在31份甜高粱品種中檢測到的等位基因數目與PIC值

Table6Number of alleles and PIC values detected in 31 sweet sorghum varieties by using 46 pairs of primer

SSR引物SSRprimer等位基因數Number ofallelesPICSSR引物SSRprimer等位基因數Number ofallelesPICS140.505S14640.602S830.496S15430.648S1540.607S16220.459S2060.757S17920.213S2330.473S18120.062S2440.420S18230.604S2540.654S18430.519S2710S19120.219S2940.592S19910S3430.575S20240.529S3620.375S20720.251S3710.000S21010S3920.069S21110S4020.067S21420.355S4320.105S21610S4530.370S21820.500S4920.180S22410S7010S22820.473S7540.482S24620.213S7620.455S24810S7830.653S24940.739S13930.471S25040.659S14210S32910

2.6 甜高粱基于SSR分子標記的聚類分析

根據31份甜高粱擴增譜帶的0、1數據，計算兩兩品種間的DICE遺傳相似系數，最大為0.93(來自山西的4號與來自吉林的14號品種)，最小為0.08(來自黑龍江的9號與來自四川的22號品種)，平均相似系數為0.656。根據相似系數構建的31份品種的聚類圖見圖3。以相似系數0.678作為分類臨界值，可將31份材料分成6大類。

第Ⅰ類只包含9號品種(肇東甜高粱)，正好對應于生物學性狀聚類獲得的第Ⅴ類；第Ⅱ類只含有31號品種(M-81E)，系本試驗唯一從美國引進的甜高粱推廣品種；第Ⅲ類只含有29號品種(貴州甜高粱)，正好對應于生物學性狀聚類分析的第Ⅱ類；第Ⅳ類包括27號(海南甜高粱)和30號品種(平興甜黍稈)，分別位于生物學性狀聚類結果的第Ⅲ、Ⅳ類群；第Ⅴ類共3個品種，即11號(定遠甜到稍)、23號(四川甜高粱02)和24號(貴州甜稈高粱)品種，其中11號(定遠甜到稍)和23號(四川甜高粱02)品種屬于生物學性狀聚類分析第Ⅳ類中的第2亞類，但是24號品種(貴州甜稈高粱)卻屬于生物學性狀聚類中的第Ⅰ類；第Ⅵ類為剩余的23個品種，分布在生物學性狀聚類結果的第Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ類，卻正好涵蓋了生物學性狀聚類結果的第Ⅵ類。因此，2種分析結果具有一定相似性，但又不完全一致。

圖3 基于SSR分子標記的甜高粱品種聚類分析結果Fig.3 Clustered results of 31 sweet sorghum varieties base on SSR markers

3 討論

3.1 方差分析對甜高粱聚類分析中生物學性狀指標重要性的確認

通過生物學性狀的數值分析，可以評價不同作物品種間的相似性[9-10]。本文正是基于這一觀點開展了31份甜高粱材料的遺傳多樣性研究，并通過聚類分析獲得全部甜高粱品種間的遺傳距離。馮國郡等[4]利用24個質量和數量性狀對新疆的甜高粱種質資源多樣性表現進行了分析。然而，聚類分析結果是否正確，必須通過方差分析予以確認。本研究結果表明，7個產量性狀和6個品質性狀在甜高粱品種間差異均顯著，說明所選取的13個生物學性狀指標能夠準確反映供試品種間的差異，這為甜高粱育種工作中親本的選配和后代組合的鑒定提供了理論依據。

3.2 生物學性狀和SSR分子標記2種聚類結果的比較

為了準確揭示不同甜高粱品種的親緣關系，本研究進一步采用SSR分子標記進行分析，發現基于生物學性狀和SSR分子標記的聚類分析結果類似，SSR聚類中的第Ⅰ類正好對應于生物學性狀聚類的第Ⅴ類，第Ⅱ類包含在生物學性狀聚類第Ⅳ類的第2亞類中，第Ⅲ類對應于生物學性狀聚類分析中的第Ⅱ類，第Ⅵ類涵蓋了生物學性狀聚類結果的第Ⅵ類等。然而，2種聚類結果又不完全一致，如SSR聚類中的第Ⅳ類、第Ⅴ類在生物學性狀聚類中找不到完全對應的分類群。主要原因是2種聚類分析依賴的基礎數據不同，31份甜高粱種質材料生物多樣性豐富，可能易受環境條件和基因顯隱性的影響，遺傳表達不穩定；而SSR分子標記檢測的目標是基因組中的非功能區域，檢測結果相對比較穩定。金偉棟等[15]在粳稻上也獲得了類似結果，其利用SSR標記證明了太湖流域粳稻地方品種具有豐富的遺傳多樣性。但是，國內外關于生物遺傳多樣性研究要么單一從分子標記入手[3]，要么單獨從表觀生物學性狀進行分析[4，9-10]。本試驗分別從分子水平和表型性狀進行綜合研究，以便獲得準確的結果。

本研究選取的31份甜高粱品種，無論從產量還是品質來看，都難以滿足新時代的甜高粱生產需求，比如24號品種(貴州甜稈高粱)、28號品種(鳳山甜高粱)的鮮質量、粗蛋白和粗脂肪含量較高，但含糖量卻偏低，因此，這些品種資源只能作為育種材料利用。相關分析表明，鮮質量與株高、莖粗、葉片數與粗蛋白含量均呈極顯著正相關，說明青貯型甜高粱育種時可以通過選擇植株較高、莖稈粗壯、葉片數多、品質性狀優良的材料雜交，從而選育出產量高、品質好的甜高粱品種；在選育能源型甜高粱時，因含糖量性狀與鮮質量和莖粗等生物學性狀均無顯著正相關，說明難以保證含糖量與產量均處于較高水平，需要根據具體育種目標區別選育策略。主成分分析表明，在開展高產優質青貯型甜高粱選育工作時，應重點考慮主成分1(品質因子)和主成分2(產量因子)；若開展能源型甜高粱育種，則建議重點考慮主成分3的作用。本研究目的主要在于了解甜高粱材料品種資源的青貯或能源利用價值，所以未對籽粒產量進行單獨收獲和比較分析，若需要比較各品種的籽粒產量，尚待進一步試驗。

致謝：中國農業科學院陸平研究員提供試驗材料，謹致謝忱。