甘肅紫蘇種質資源的遺傳多樣性分析

張亞宏 王芙蓉 雷建明 武軍艷 張建學 范提平

摘要：通過田間觀測，對搜集到的46份甘肅紫蘇種質資源的形態(tài)多樣性進行了分析。結果表明，46份甘肅紫蘇種質資源存在豐富的形態(tài)多樣性，9個數量性狀的變異系數為7.02%～36.01%，單株產量變異系數最大，單蒴籽實數變異系數最小，相關分析顯示各性狀之間存在顯著的相關性（P < 0.05）。基于所有表現型的聚類分析發(fā)現，在歐式距離11.65處可將46份紫蘇種質資源分為兩大類，第Ⅰ大類39份，均為油用型，葉色綠色，籽粒較大，單株產量高;第Ⅱ大類7份，為兼用型，葉色面青背紫或紫色，葉色深，籽粒小的菜用型或觀賞型。

關鍵詞：紫蘇;種質資源;遺傳多樣性;甘肅

中圖分類號：S567.219? ? ?文獻標志碼：A? ? 文章編號：1001-1463（2020）10-0015-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.10.004

Abstract：The morphological diversity of 46 perilla frutescens resources in Gansu Province was analyzed by field observation. The results showed that the morphological diversity of 46 Perilla germplasm in Gansu was rich. The coefficient of variation of the nine quantitative traits were 7.02%～36.01%. The variation coefficient of yield per plant was the largest and which to number of single seed was the smallest， correlation analysis showed that there was a significant correlation among the traits（P < 0.05）. Based on the cluster analysis of all phenotypes， 46 resources of Perilla can be divided into 2 categories at the euclidean distance of 11.65. The firstⅠcategories has 39， are all of oil-type varieties with green leaves， large seeds and high yield per plant. The firstⅡcategories has 7， are dual-purpose variety resources with surface green-back purple or purple leaves，the leaf color is deep， the grain is small，and it applies to vegetable or ornamental.

Key words：Perilla? frutescens L. Britt;Germplasm;Genetic diversity;Gansu

紫蘇（Perilla frutescens L.），又名荏，為唇形科（Labiatae）紫蘇屬一年生自花授粉植物，具有特異芳香，是我國傳統(tǒng)的藥食、油料作物，也是國家衛(wèi)生部首批頒布的60種“藥食同源”植物之一[1 - 4 ]。紫蘇油富含α-亞麻酸，具有調節(jié)免疫力，降血脂和血壓、提高智力、延緩衰老、抗癌和預防多種疾病等保健功效，是高血壓、血栓病患者的理想食療油[5 - 6 ];紫蘇葉富含胡蘿卜素、維生素C、B2，有助于增強人體免疫功能;紫蘇種子蛋白質中含有18種氨基酸，還富含黃酮類化合物、類胡蘿卜素及迷迭香酸等活性成分，具有抗氧化和抗菌消炎的作用，醫(yī)用價值頗高[7 - 8 ]。紫蘇適應性很強，對土壤要求不嚴，原產于我國，在我國已有2 000多年的栽培歷史，資源遍布我國多個省份，具有豐富的紫蘇種質資源。目前對紫蘇的研究報道很多，但主要集中在化學成分分析、栽培技術及藥用價值等方面[9 - 16 ]，對紫蘇種質資源的研究相對較少。搜集、整理紫蘇種質資源，分析其遺傳多樣性，篩選優(yōu)異種質資源，是紫蘇新品種選育、品質改良及種質資源創(chuàng)新研究的基礎。

植物的形態(tài)學表型性狀標記，具有簡單、明顯和易于識別的特征，而成為遺傳標記的基礎，具有不可替代性。植物種質資源表型形態(tài)性狀的鑒定和描述是種質資源研究最直接、最基本的方法和手段，而且是植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試的主要依據[17 ]，在種質資源的精準鑒定和分類中廣泛應用[18 - 21 ]。為了掌握甘肅紫蘇種質資源的形態(tài)多樣性，拓展地方種質資源的遺傳基礎，提高資源利用率，我們通過對搜集到的甘肅紫蘇種質資源進行農藝性狀的遺傳多樣性分析，掌握紫蘇種質資源的遺傳多樣性信息數據，旨在為紫蘇種質資源的合理有效應用和新品種選育提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

供試材料為天水市農業(yè)科學研究所2017年從甘肅各地收集的46份紫蘇種質資源材料，材料編號、名稱及來源見表1。

1.2? ?試驗方法

試驗設在天水市農業(yè)科學研究所冬油菜試驗基地（東經105° 69′，北緯34° 61′）。當地海拔1 650 m，日照時數2 100 h，年均氣溫11 ℃，無霜期169 d，降水量500～550 mm，為典型的雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)。試驗地土質為黃綿土，山旱地，前茬小麥。采用隨機區(qū)組排列，3次重復，小區(qū)面積5.4 m2（1.8 m×3.0 m）。穴窩播種，每品種種植3行，行距60 cm，行長3 m。其他管理同當地大田。

1.3? ?主要性狀調查與統(tǒng)計

農藝性狀調查按照嚴興初[22 ]的方法進行。形態(tài)性狀調查和賦值參考李會珍等[23 ]的方法進行。用10個描述性的形態(tài)性狀（表2）和9個農藝性狀（株高、莖粗、主莖節(jié)數、單株分枝數、主穗長度、單蒴籽實數、單株總穗數、千粒重、單株產量）描述遺傳多樣性。為便于統(tǒng)計分析，對部分性狀進行了數值分級處理，如株高、千粒重等進行10級分類，1級 < X-2σ，10級≥X+2σ，中間每一級相差0.5σ，σ為標準差。采用歐氏距離進行聚類分析，聚類方法采用類平均法（UPGMA）。

1.4? ?數據處理方法

利用Microsoft Excel 2007和DPS 14.50軟件對各性狀形態(tài)測定值進行聚類分析和相關性分析處理。

2? ?結果與分析

2.1? ?形態(tài)性狀

表3為甘肅46份紫蘇種質資源的10個形態(tài)性狀（描述性狀）的表現。可以看出，甘肅紫蘇子葉顏色分為綠色、面青背紫、紫色3種，所占比例分別為86.96%、10.87%、2.17%，以綠色為主。葉色有綠色、面青背紫、紫色3種，所占比例分別為84.78%、13.04%、2.17%，絕大多數葉色為綠色。葉脈顏色分為綠色、面青背紫、紫色3種，所占比例分別為84.78%、2.17%、13.04%，以綠色為主。莖色綠色占比43.48%、紫色占比56.52%。莖葉茸毛多數較輕，占比78.26%。花色以白色為主，占比為97.83%;紫色的1份，占比2.17%。雄蕊顏色有3種，其中白色占比86.96%、粉色占比10.87%、紫色占比2.17%。葉片平展占比97.83%，僅2.17%葉片表現為褶皺。熟性以晚熟居多，中熟次之，極少數極晚熟，所占比例分別為52.17%、39.13%、8.70%。

2.2? ?農藝性狀

由表4可知，甘肅紫蘇農藝性狀存在較大差異，株高、莖粗、千粒重等9個農藝性狀的變異系數為7.02%～36.01%，差異明顯。單株產量10.4～94.0 g，變異系數為36.01%，說明參試46份甘肅紫蘇種質資源在單株產量上存在豐富的多樣性。單株總穗數為235.0～527.0個，變異系數18.27%。千粒重為1.0～6.1 g，變異系數為18.23%。其余性狀的變異系數由大到小依次為主穗長度、株高、莖粗、單株分枝數、主莖節(jié)數、單蒴籽實數，變異系數依次為13.92%、11.97%、10.47%、9.49%、9.42%、7.02%。綜合各數量性狀的平均值、最大值、最小值、極差及變異系數發(fā)現，參試紫蘇數量性狀間差異較大，不同材料在不同性狀間以及同一性狀在不同材料間均存在明顯的多樣性。

2.3? ?聚類分析

由圖1可以看出，在歐氏距離11.65處可將46份甘肅紫蘇種質資源分為兩大類群。第Ⅰ大類39份資源，均為油用型，葉綠色、籽粒大、總穗數多、千粒重大、單株產量高、晚熟或極晚熟，且產地相近的距離較近，可作為油用紫蘇品種選育的基礎材料。第Ⅱ大類7份，分別為P26、P27、P33、P29、P40、P36和P41，晚熟菜用型或野生型，葉色面青背紫或紫色，花色粉色或紫色，既可作為菜用資源，也具有一定觀賞價值。P41整株純紫色，花色艷麗、葉褶皺重，生育期長，可作為菜用或觀賞兼用資源。

2.4? ?形態(tài)性狀之間的相關性

相關分析結果（表5）顯示，莖色、單蒴籽實數、主穗長度與其他性狀之間無顯著相關性，其余性狀之間均有顯著相關性（P<0.05）。子葉顏色與葉色、葉脈色、莖葉茸毛、花冠顏色、雄蕊顏色、葉片褶皺極顯著正相關，與種子大小、株高、莖粗、主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著負相關。葉色與葉脈色、莖葉茸毛、花冠顏色、雄蕊顏色、葉片褶皺極顯著正相關，與種子大小、株高、莖粗、主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著負相關。葉脈色與莖葉茸毛、花冠顏色、雄蕊顏色、葉片褶皺極顯著正相關，與種子大小顯著負相關，與株高、莖粗、主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著負相關。莖葉茸毛與花冠顏色、葉片褶皺顯著正相關，與雄蕊顏色極顯著正相關;與莖粗顯著負相關，與種子大小、主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著負相關。花冠顏色與熟性顯著正相關，與雄蕊顏色、葉片褶皺極顯著正相關;與單株產量顯著負相關，與種子大小、千粒重極顯著負相關。雄蕊顏色與葉片褶皺極顯著正相關，與株高、單株分枝數顯著負相關，與種子大小、莖粗、主莖節(jié)數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著負相關。葉片褶皺與熟性顯著正相關;與單株產量顯著負相關，與種子大小、千粒重極顯著負相關。種子大小與株高顯著正相關，與莖粗、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著正相關。株高與莖粗、主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著正相關。莖粗與主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重、單株產量極顯著正相關。主莖節(jié)數與千粒重顯著正相關，與單株分枝數、單株總穗數、單株產量極顯著正相關。單株分枝數與千粒重顯著正相關，與單株總穗數、單株產量極顯著正相關。單株總穗數與千粒重顯著正相關，與單株產量極顯著正相關。千粒重與單株產量極顯著正相關。表明植株越高，主莖節(jié)數、分枝數越多;千粒重越大、單株總穗數越大，單株產量越高;子葉顏色與葉色相關性很高，子葉為紫色，葉色即為紫色。

3? ?結論與討論

對甘肅46份紫蘇種質資源的形態(tài)多樣性進行了分析，發(fā)現甘肅紫蘇遺傳差異較大，來自于同一地區(qū)的品種之間遺傳差異小，不同地區(qū)品種之間遺傳差異大，說明紫蘇品種的相似性與其原產地的地理和生態(tài)環(huán)境相關。9個農藝性狀的變異系數為7.02%～36.01%，差異明顯（P < 0.05），其中單株產量變異系數為最大，說明參試的46份甘肅紫蘇種質資源在單株產量上存在豐富的多樣性。單蒴籽實數變異系數最小。

種質資源是育種的根本，對種質資源的收集、保存、評價及利用是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，對紫蘇優(yōu)異種質資源的收集及遺傳多樣性研究具有深遠的影響和價值[17 ]。在長期的進化與選擇過程中種質資源表現出豐富的遺傳多樣性，不同遺傳背景的優(yōu)良性狀基因將有助于避免遺傳脆弱性的形成，優(yōu)異基因資源的發(fā)掘和利用是新品種選育及種質資源創(chuàng)新利用的基礎。甘肅紫蘇遺傳差異較大，這可能是由于甘肅省地域遼闊，地區(qū)間的地理和生態(tài)環(huán)境差異大，在長期自然環(huán)境選擇下，形成了多樣的紫蘇遺傳資源。同時發(fā)現，來自于同一地區(qū)品種之間遺傳差異小，不同地區(qū)品種之間遺傳差異大，即紫蘇品種的相似性與其原產地的地理和生態(tài)環(huán)境相關。可以推論，地理和生態(tài)環(huán)境是影響紫蘇遺傳差異的主要因素。但表型性狀受環(huán)境條件影響較大，我們僅選取了部分性狀進行研究，具有局限性。為了全面深入了解這些紫蘇資源，還需要進一步對品質、抗病性進行鑒定，另外還要在分子水平上加以研究，以便更加全面、準確地對這些紫蘇種質進行客觀評價。

植物的很多性狀之間具有相關性，在作物新品種選育及種質資源創(chuàng)新利用中，可充分利用性狀之間的相關性，通過間接選擇對難以選擇的性狀進行選擇[23 - 25 ]。本研究分析了紫蘇種質19個形態(tài)性狀之間的相關性，結果除莖色、單蒴籽實數、主穗長度與其他性狀之間無顯著相關性，其余性狀之間均有顯著相關性（P < 0.05）。單株產量與株高、莖粗、主莖節(jié)數、單株分枝數、單株總穗數、千粒重都存在顯著相關性，即植株較高、分枝多、單株總穗數多、千粒重大則產量較高。在新品種選育過程中，通過對產量相關性狀的篩選，可為選育高產新品種提供參考，這與魏忠芬等[19 ]的研究一致。

一個物種的遺傳多樣性是在長期進化過程中對環(huán)境適應能力的體現，作物遺傳多樣性的研究，對作物品種資源保存、研究和利用具有重要價值。對46份甘肅紫蘇種質資源的19個性狀進行了聚類分析，分為兩大類群，性狀相近的聚為一類。第Ⅰ大類群均為油用型，葉色綠色、籽粒大、總穗數多、千粒重大、單株產量高、晚熟或極晚熟，且產地相近的資源距離較近，可作為油用紫蘇新品種選育的基礎資源材料;第Ⅱ大類7份，晚熟型菜用或野生型，葉色面青背紫或紫色，花色粉色或紫色，既可作為菜用資源，也具有一定觀賞價值。

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（本文責編：陳? ? 偉）