32份油藥兼用紅花種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性分析

賈東海，王秀珍，侯獻飛，顧元國，買買提伊明·斯馬依，梁 鴻，孫 杰，石必顯，苗昊翠，李 強，陳躍華

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所，烏魯木齊 830091；2.塔城地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心站，新疆塔城 834700 3.北京大學(xué)藥學(xué)院天然藥物學(xué)系，北京 100195；4.中國中藥有限公司，北京 100195)

0 引 言

【研究背景】紅花栽培歷史悠久[1]。紅花是雙子葉植物，藏紅花是單子葉植物，兩者相差甚遠。油用紅花適應(yīng)性強、耐寒耐旱、耐鹽堿、栽培管理簡單，適于機械化作業(yè)，種子含油率高、品質(zhì)好、用途廣[1]。紅花油是優(yōu)質(zhì)食用油，不僅亞油酸含量是所有已知植物油中最高的，為73%～85%，且飽和酸和單不飽和酸含量比較低；紅花油除直接食用外，還可以通過深加工制成奶油、色拉油等多種食用油和食品添加劑；在工業(yè)上可以用作配制油漆涂料、印刷油等原料；在畜牧業(yè)上用紅花油作為飼料補充物，可以增加牛奶中的亞油酸含量[1、2]，目前，紅花在全國范圍內(nèi)有所種植，如新疆、河南、浙江、四川、云南等地皆有不同的種植面積，其中新疆是我國紅花的主要產(chǎn)區(qū)，種植面積約占全國的90%左右[1]。挖掘油用紅花種質(zhì)資源的多樣性，不僅是改良現(xiàn)有品種的基礎(chǔ)，也是保護我國紅花種質(zhì)資源的主要途徑之一。【前人研究進展】袁東升等[3]對收集的100份番茄種質(zhì)資源材料進行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)59份資源材料可以在番茄品質(zhì)改良和育種生產(chǎn)中充分利用，12份可以作為培育高品質(zhì)及耐貯藏的番茄育種材料；雷夢林等[4]對山西省冬小麥地方種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析發(fā)現(xiàn)，芒形、幼苗習(xí)性、粒質(zhì)和穗長4個性狀的遺傳多樣性指數(shù)比其他性狀高，遺傳變異較豐富；趙孟良等[5]對126份蕪菁種質(zhì)資源地上部表型的多樣性分析發(fā)現(xiàn)，蕪菁葉片形狀、裂片數(shù)量、葉片絨毛和葉柄形狀呈現(xiàn)出比較豐富的多樣性，篩選出7份材料適于作為食用蕪菁種植，8份種質(zhì)材料適于作為冬儲牧草的飼用材料，為后續(xù)研究、加工利用提供可選優(yōu)質(zhì)材料。王沛琦等[6]利用主成分分析和聚類分析對國內(nèi)外的312份紅花種質(zhì)資源材料分析發(fā)現(xiàn)，頂果球著粒數(shù)的多樣性指數(shù)最高，其次是果球直徑；單株種子產(chǎn)量的變異系數(shù)最大，其次是單株有效果球數(shù)。胡尊紅等[2]利用108對AFLP標(biāo)記對50份云南優(yōu)異的紅花種質(zhì)資源遺傳多樣性分析，表明云南紅花群體在種內(nèi)遺傳變異豐富，具有復(fù)雜的遺傳分化和豐富的遺傳多樣性。除上述作物之外，目前關(guān)于不同作物種質(zhì)資源研究較多，其中在煙草[7]、杏[8]、芝麻[9]、西瓜[10]、棗[11]、綠豆等[12、13]作物已有相關(guān)報道。【本研究切入點】我國油用紅花種植主要以新疆塔城地區(qū)、伊犁、昌吉為主，以云紅2號、裕民紅花、吉選3號為主，高產(chǎn)、高抗、優(yōu)質(zhì)品種少，且國內(nèi)對紅花的研究主要集中在花用、藥用，關(guān)于油用紅花相關(guān)報道較少，研究油用紅花種質(zhì)資源的遺傳多樣性，為選育油藥兼用紅花品種提供基礎(chǔ)材料。【擬解決的關(guān)鍵問題】分析32份油用紅花種質(zhì)資源的表型形狀、主要油用性狀，挖掘油花兼用的種質(zhì)資源，為選育高產(chǎn)、高抗、優(yōu)質(zhì)品種，提高紅花種植效益奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料來源于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟作物研究所收集的32份紅花種質(zhì)資源材料。表1

表1 種質(zhì)資源材料編號、來源及物候期

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗材料于2019年4月播種于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院安寧渠綜合試驗場。試驗地前茬為花生，土壤為灰漠土，土壤肥力中等、均勻，播種前施1.2 × 104kg/hm2農(nóng)家肥及 450 kg/hm2(NH4)2HPO4用作底肥，32份紅花材料每份材料播種2 行，行距 30 cm，行長3 m，有效播種數(shù)為 60 株，株距 10 cm，3 次重復(fù)。常規(guī)田間管理。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 紅花性狀

收獲時，每份材料隨機選取5株，分別測定株高(cm)、千粒重(g)、分枝高度(cm)、頂球直徑(mm)、皮殼率(%)、單株球數(shù)(個)、單株產(chǎn)量(g)，以其平均值作為該材料的實測值。表2，圖1

圖1 種質(zhì)資源材料聚類

表2 紅花種質(zhì)資源質(zhì)量性狀描述規(guī)范及數(shù)據(jù)標(biāo)準[1]

1.2.2.2 品質(zhì)

每份材料隨機選取5株，收其種子，混合均勻后，均分3份，利用近紅外分析儀(Foss NIR systems)檢測含油率(%)、棕櫚酸(%)、硬脂肪酸(%)、油酸(%)、亞油酸(%)、蛋白質(zhì)含量(%)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)利用 Excel 2010 和 SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件進行分析，采用Shannon-wiener指數(shù)(Shannon-wiener diversity index，H′)進行多樣性分析，計算公式H′=-∑[(Ni/N)ln(Ni/N)]，式中Ni為某性狀第i個代碼出現(xiàn)的次數(shù)，N為某性狀所有代碼出現(xiàn)的次數(shù)，Ni/N表示某性狀第i個代碼出現(xiàn)的頻率。其中聚類方法采用Ward法，種質(zhì)間遺傳聚類為平方歐式距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅花種質(zhì)資源物候期

研究表明，參試紅花種質(zhì)資源全生育期天數(shù)變幅較大，在81～114 d，其中來自新疆的BXY1，4月30日出苗，7月20日成熟，生育期最短81 d，來自浙江的BXY8，5月2日出苗，7月25日成熟，生育期天數(shù)84 d，而來自甘肅的BXY10、BXY31全生育期最長，分別是118和116 d；32伢種質(zhì)資源中生育期在80～90 d的4份，90～100 d的6份，100～110 d的16份，110 d以上的6份。表1

2.2 質(zhì)量性狀的遺傳多樣性

研究表明，參試材料的10個質(zhì)量性狀變異系數(shù)(CV)、遺傳多樣性指數(shù)(H′)變幅范圍較大，變異系數(shù)變幅在29.87%～89.99%；遺傳多樣性指數(shù)(H′)變幅在0.37～1.29；苞葉刺刺長的變異系數(shù)最大(89.99%)；花色的遺傳多樣性指數(shù)(H′)最高(1.29)，其次是苞葉刺刺長(1.19)，苞葉刺刺位(1.16)，花色、苞葉刺刺長、苞葉刺刺位多樣性較為豐富；遺傳多樣性指數(shù)最低的是葉形(0.37)，其次是籽粒殼性(0.38)，且油用紅花種質(zhì)資源主要是葉型倒披(90.6%)、籽粒殼性普通(87.5%)、花球性狀圓錐(84.4%)、籽粒性狀圓錐(87.5%)為主，只有少數(shù)的葉形矩圓(3.1%)、花球性狀橢圓(3.1%)、籽粒殼性橢圓(3.1%)。葉刺中材料占到62.5%，無苞葉刺刺數(shù)的材料25%，苞葉刺刺數(shù)較多的37.5%，苞葉刺刺位主要位于尖端和沿著整個葉緣(59.4%)。表3

表3 紅花種質(zhì)資源質(zhì)量性狀遺傳多樣性

2.2 數(shù)量性狀多樣性

研究表明，參試材料的變異系數(shù)在8.84%～332.83%，其中亞油酸含量變異系數(shù)最小，其次是生育期天數(shù)，而最大的是硬脂肪酸含量(332.83%)，其次是單株產(chǎn)量(68.08%)；油藥兼用紅花種質(zhì)資源數(shù)量性狀主要變異來源于硬脂肪酸含量，其次是單株產(chǎn)量，頂球直徑、蛋白質(zhì)含量、亞油酸的變異差異較小。多樣性指數(shù)最大的是含油率和油酸，為3.47，其次是棕櫚酸(3.23)，最小的是皮殼率(2.26)。表4

表4 紅花種質(zhì)資源數(shù)量性狀遺傳多樣性

2.3 不同地區(qū)種質(zhì)資源資性狀遺傳差異

研究表明，來源于甘肅省的材料生育期天數(shù)最長，平均為112.5 d，生育期天數(shù)最少的是浙江的材料(84 d)；來源于新疆的材料生育期天數(shù)變異系數(shù)最大(13.33%)，其次是四川(10.26%)，內(nèi)蒙古的材料生育期天數(shù)變異系數(shù)最小(2.11%)；株高的變異系數(shù)以新疆的材料變異系數(shù)最大(53.10%)，其次是甘肅(40.80%)，植株高度最高的是來自河北的材料(92.00 cm)，其次是山東的材料(47.67 cm)；頂球直徑最大的是河北(110 mm)，最小的是青海(47.33 mm)，變異系數(shù)最大的是甘肅(21.63%)，最小的是陜西(7.27%)；單株產(chǎn)量最高的是寧夏(21.00 g)，其次是新疆(16.00 g)，變異系數(shù)最大的是山東(72.65%)，最小的是陜西(28.28%)；含油率最高的是新疆的材料平均為37.29%，其次是來自甘肅28.12%；含油率最低的是來自于江蘇(18.13%)，含油率的變異系數(shù)以甘肅(21.24%)的最大，內(nèi)蒙古的最小(0.43%)。表5

表5 不同地區(qū)種質(zhì)資源資性狀遺傳差異比較

2.4 聚類分析

研究表明，在歐氏距離為4.5時，32份材料可以分為10大類，其中第一大類中包括6份材料，以青海的材料為主；第二大類包含14份材料，第三大類3份材料，第四大類包括3份材料，主要來自山東。其他材料BXY11(甘肅)、BXY1(新疆)、BXY19(河北)、BXY3(江蘇)、BXY8(浙江)分別成一類；材料的聚類與其來源無明顯的聯(lián)系，但也有相同來源的部分材料優(yōu)先聚在一起，主要有青海、甘肅、河南、山東的材料。圖2

3 討 論

3.1 新疆紅花油藥兼用種質(zhì)資源豐富

新疆是我國紅花的主要種植區(qū)，每年紅花總種植面積約40 000 hm2，占到全國種植面積的50%以上，其中塔城地區(qū)種植面積約25 333 hm2，伊犁地區(qū)約13 333 hm2，昌吉地區(qū)約6 666 hm2，塔城地區(qū)裕民縣已成為新疆最大的紅花種植基地，年均種植面積在10 000 hm2以上，主要用于油用，采摘花絲；新疆紅花種質(zhì)資源已有300多份在中國作物種質(zhì)信息網(wǎng)收錄，新疆紅花種質(zhì)資源豐富[14、15、16]。高玉堯等[17]通過利用44份玉米種質(zhì)材料的主要農(nóng)藝性狀進行遺傳多樣性，發(fā)現(xiàn)這些種質(zhì)材料具有豐富的多樣性；王麗慧等[18]利用萵苣種質(zhì)資源材料的質(zhì)量性狀對24份資源材料進行遺傳多樣性分析發(fā)現(xiàn)，莖用萵苣資源的表型性狀的變異程度和遺傳多樣性指數(shù)較高，具有豐富的變異程度和多樣性。研究通過對新疆農(nóng)科院經(jīng)濟作物研究所收集的32份油藥兼用紅花種質(zhì)資源多樣性分析發(fā)現(xiàn)，10個質(zhì)量性狀遺傳多樣性指數(shù)變幅在0.37～1.29，紅花種質(zhì)資源表型存在廣泛的遺傳多樣性，花色、苞葉刺相關(guān)性狀遺傳多樣性指數(shù)最高，在數(shù)量性狀方面，多樣性指數(shù)最大的是含油率和油酸，新疆油藥兼用紅花品種品質(zhì)性狀遺傳多樣性高于產(chǎn)量性狀，新疆有豐富的紅花油藥兼用種質(zhì)資源。

3.2 優(yōu)良的紅花種質(zhì)資源及育種潛力

研究通過變異分析發(fā)現(xiàn)，參試材料的變異數(shù)量性狀變異系數(shù)在8.84%～332.83%，質(zhì)量性狀的變異系數(shù)變幅在29.87%～89.99%；同時經(jīng)過聚類發(fā)現(xiàn)32份材料可以分為10大類，其中來自青海、山東、河南等地的材料單獨成一類，說明收集的新疆紅花種質(zhì)資源遺傳距離較遠；趙朝森等[19]利用13個描述型性狀對431份江西省大豆種質(zhì)資源進行多樣性分析，篩選出21份優(yōu)異種質(zhì)可用于我國高蛋白質(zhì)大豆新品種選育、種質(zhì)創(chuàng)新和蛋白質(zhì)特異基因挖掘；李亞蘭等[20]對165份核桃種質(zhì)其堅果表型數(shù)量性狀指標(biāo)和質(zhì)量性狀多態(tài)性指標(biāo)進行分析，堅果表型性狀多樣性分析可為新疆核桃種質(zhì)資源多樣性評價提供基礎(chǔ)；呂偉等[21]利用山西芝麻種質(zhì)資源10個質(zhì)量性狀和8個數(shù)量性狀進行遺傳多樣性分析，將189份資源材料分為4個類群，為選育優(yōu)質(zhì)芝麻親本奠定基礎(chǔ)。研究通過紅花表型數(shù)據(jù)分析其遺傳多樣性，篩選出用于不同方向的紅花種質(zhì)資源，為選育新品種提供依據(jù)，但表型數(shù)據(jù)與生態(tài)環(huán)境關(guān)系密切，為更準確的掌握資源材料的遺傳信息，必須在紅花種質(zhì)資源表型多樣性的基礎(chǔ)上，結(jié)合分子生物學(xué)、細胞學(xué)研究方法，為紅花高品質(zhì)育種提供更為可靠、準確的科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié) 論

新疆紅花種質(zhì)資源表型存在廣泛的遺傳多樣性，花色、苞葉刺相關(guān)性狀遺傳多樣性指數(shù)最高，在數(shù)量性狀方面，參試材料的10個質(zhì)量遺傳多樣性指數(shù)變幅在0.37～1.29；花色的遺傳多樣性指數(shù)最高(1.29)；質(zhì)量性狀中多樣性指數(shù)最大的是含油率和油酸，為3.47；多樣性指數(shù)最大的是含油率和油酸，新疆油藥兼用紅花品種品質(zhì)性狀遺傳多樣性高于產(chǎn)量性狀，新疆擁有豐富的紅花油藥兼用種質(zhì)資源，油藥兼用紅花種質(zhì)資源主要是葉型倒披(90.6%)、籽粒殼性普通(87.5%)、花球性狀圓錐(84.4%)、籽粒性狀圓錐(87.5%)為主，32份材料可以分為10大類，其中來自青海、山東、河南等地的材料單獨成一類，收集的紅花油藥兼用種質(zhì)資源遺傳距離較遠。