優異甜菜種質資源篩選評價

陳 麗，趙春雷，李彥麗，王 希，崔 平

（1黑龍江大學現代農業與生態環境學院/中國農業科學院甜菜研究所，哈爾濱150080；2黑龍江省普通高等學校甜菜遺傳育種重點實驗室/黑龍江省甜菜工程技術研究中心，哈爾濱150080；3國家糖料改良中心/中國農業科學院北方糖料作物資源與利用重點開放實驗室，哈爾濱150080）

0 引言

甜菜育種的目的是不斷創造豐產、穩產、品質優良的新品種，滿足不同生產力條件下種植者以及制糖企業的共同需求[1-2]。達到這一目標必須要通過對甜菜育種材料的經濟性狀、工藝品質性狀及抗病性等性狀的鑒定評價和選擇培育，充分的了解和有效合理利用現有種質資源，是育成理想甜菜新品種的前期基礎性研究工作[3]。

關于甜菜塊根產量和含糖率之間的關系國內外研究比較多，但得到的結果不盡一致：日本學者細川定治等認為，甜菜根重和糖分呈負相關關系是甜菜的普遍規律[4-5]；而國內另有研究認為，甜菜塊根產量與含糖率在根重一定的范圍內兩者存在正相關，之后隨根重增加又呈負相關[6-7]；邵科等[8]研究得出甜菜生育期根重與含糖具有線性相關，其根重、含糖與時間呈S型增長曲線，并得出了不同生育階段含糖率出現拐點時甜菜的根重。由于塊根產量與含糖率的復雜關系一直未有定論，目前在甜菜育種材料的選擇中，非常需要對甜菜種質這兩方面性狀綜合評價的數據作為參考。

選育甜菜新品種不但要協調好豐產性和含糖率兩者關系，還要盡可能降低甜菜塊根中有害性非糖分的含量[9-10]、提高品種的對當地主要病害的抗（耐）性[11-13]，從而保證培育的新品種在生產中具有較強的生命力[14-16]。

甜菜塊根中含有的K、Na、α-N的成分直接影響蔗糖的提取，被稱之為有害性非糖分。研究結果表明，鉀造蜜系數為2.5、鈉為3.5，1份α-N約使25份蔗糖轉化為糖蜜，降低甜菜塊根中有害性非糖分是提高甜菜加工品質的一項重要指標；甜菜塊根中的鉀、鈉和α-N含量遺傳是受多個基因支配的[17]，鉀和α-N含量主要是受累加基因效應支配[18-19]，鈉含量受兩種基因效應控制，累加基因效應大于非累加基因效應[18,20]。但是，這些有害成分之間是否有互作、對甜菜經濟性狀是否有干擾，則一直未見全面報道。

甜菜病害是影響甜菜產量和品質的重要因素之一，近年來，中國甜菜產區病害有逐年蔓延并加重趨勢[21-22]。為減輕甜菜病害對生產的影響，選育抗病品種是最為經濟有效的途徑[13,23-25]。但是抗病育種受種質性狀評價信息的限制，往往僅在少數種質資源中有限地選擇[12-13,24-25]。此外，以往報道多注重某一品種經濟性狀之間關系上的研究，而對遺傳類型復雜數量眾多的種質資源，包含經濟性狀、工藝品質性狀和抗病性等指標與育種目標親本選擇上研究較少[22-24]，偶有調查與類型劃分，數據也不夠全面[26-27]。

本研究對277份種質資源材料試驗數據中的塊根產量、含糖率、有害性非糖分以及主要病害病情指數共計8個主要性狀指標，按規范標準進行分組劃類，將具有一個或兩個不同優異性狀的種質資源材料歸類，科學評價，為在甜菜育種上利用提供可靠的信息支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

本研究田間試驗于2011—2020年同時在哈爾濱市呼蘭區長嶺鎮的非發病地塊和哈爾濱市呼蘭區中國農業科學院甜菜研究所試驗地重病地塊進行，室內檢測在黑龍江大學呼蘭校區進行。

1.2 試驗材料

供試材料為東北甜菜生態區甜菜種質資源材料277份。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗采用隨機區組排列，3次重復，小區面積13.2～ 13.4 m2。

1.3.2 精密儀器和藥品規格 本研究分析甜菜品質使用的主要儀器為甜菜品質自動分析儀ANALYSER ⅢG，產自荷蘭VENEMA廠。藥品為常規分析純試劑，購自北京益利精細化學品有限公司。

1.3.3 數據獲取與分析 對供試的277份甜菜種質資源，在生育期間調查農藝性狀和抗病性，收獲期收獲時按小區全區測定塊根產量，并選取20株樣品進行品質性狀的測定。使用ANALYSER IIIG甜菜品質自動分析儀（荷蘭VENEMA），測定樣品的蔗糖、鉀、鈉和α-N含量4項品質指標，設2次技術重復。

1.3.4 抗病性調查及標準 田間自然發病，在病害發病盛期按照《甜菜種質資源描述規范和數據標準》[28]對病害按照發生程度進行病情分級，再將以上田間病害調查結果按公式(1)計算病情指數(disease index,DI)，各種病害抗性的鑒定標準如表1所示。

表1 甜菜各種病害抗性鑒定標準（病情指數DI）

2 結果與分析

2.1 參試種質資源試驗數據統計特征值

統計分析甜菜產量性狀、工藝品質性狀和3種主要病害病情指數等8項277組數據，將各參試材料統計數據的特征值列表（表2）。

表2 參試種質資源試驗數據統計特征值匯總表

統計結果表明，參試的種質資源中病害病情指數不同種質資源間變異系數最高，均為40%以上，塊根有害性非糖分中鈉含量變異系數相對較高，其次是α-N含量和鉀含量，塊根產量和塊根含糖率兩個性狀變異系數相對較小。種質資源材料間各性狀存在較大差異，表現出了參試種質資源遺傳性狀的多樣性，從中進行符合甜菜育種目標優異性狀的挖掘，具有廣泛的利用空間。

2.2 種質資源的經濟性狀

將供試的甜菜種質資源的塊根產量按高產、中產、低產劃分3個級別，含糖率按高糖、中糖和低糖劃分3個級別，即：高產的為52t/hm2以上、中產的為38～ 52t/hm2、低產的為38 t/hm2以下；含糖率中高糖的為17%以上、中糖為15.5%～ 17.0%；低糖為15.5%以下。由此得出高產高糖型、高產中糖型、高產低糖型、中產高糖型、中產中糖型、中產低糖型、低產高糖型、低產中糖型、低產低糖型9個經濟類型，如表3所示。

表3 各經濟類型甜菜種質資源統計表

經濟類型劃分結果，塊根產量52 t/hm2以上的高產型共有種質資源材料37份，含糖率17%以上的高糖類型種質資源材料88份；本研究中的種質資源材料多數集中在中產和中糖類型，分別為201份和138份，占總份數的72.6%和49.8%；低產和低糖類型分別為39份和51份。

在所參試的種質資源材料中，具有豐產高糖性狀和豐產性狀或高糖性狀的種質資源材料分別為：高產高糖型、高產中糖型、高產低糖型、中產高糖型和低產高糖型等5個組，如表4所示。

表4 經濟性狀優異的種質資源匯總表

高產高糖型種質資源材料4份，平均塊根產量53.10 t/hm2，平均含糖率17.61%；高產中糖型種質資源材料21份，平均塊根產量54.46 t/hm2，平均含糖率16.02%；高產低糖型包含12份種質資源材料，平均塊根產量55.22 t/hm2，平均含糖率14.50%；中產高糖型包含72份種質資源材料，平均塊根產量43.91 t/hm2，平均含糖率17.55%；低產高糖型包含12份種質資源材料，平均根產量35.85 t/hm2，平均含糖率17.49%。

2.3 種質資源的有害性非糖分含量

甜菜塊根中有害性非糖分是指糖分提取過程中影響糖分提取的主要成分，通常指鉀、鈉和α-N含量。品質育種一般有害性非糖分在參試材料平均值以下的種質資源認定為低有害成分含量材料[11]。由此，將有害性非糖分劃分為高、偏低（中）和低3組，分別劃分鉀含量大于4.73 mmol/100g（平均值）為高含量、3.79～ 4.73 mmol/100g為偏低（中）含量、3.79 mmol/100g以下為低含量；鈉含量大于2.51 mmol/100g（平均值）為高含量、2.00～ 2.51 mmol/100g為偏低（中）含量、2.00 mmol/100g以下為低含量；α-N含量大于5.94 mmol/100g（平均值）為高含量、4.76～ 5.94 mmol/100g為偏低（中）含量、4.76 mmol/100g以下為低含量。種質資源有害性非糖分含量統計結果如表5所示。

表5 種質資源有害性非糖分含量統計結果匯總表

在參試種質資源材料中，鉀含量低和α-N含量低的種質資源材料數量較少，分別占總數的9.0%和17.7%，鉀主要集中在偏低（中）含量上，占總數的52.3%，α-N主要集中在高含量上，占總數的49.8%；鈉含量中的低含量種質資源材料數量多于偏低（中）含量的數量，分別占參試種質資源總數的34.7%和23.8%。

匯總兩種以上有害性非糖分含量低的種質資源材料如表6所示，鉀和鈉含量低的種質資源材料有4份，鉀和α-N含量低的種質資源材料4份，鈉和α-N含量低的種質資源材料20份，3項有害性非糖分含量均低的種質資源材料有3份。

表6 低有害性非糖分含量的優異種質資源匯總表

2.4 種質資源的抗病性

將277份種質資源田間調查的立枯病、褐斑病和根腐病數據，按公式(1)計算病情指數，按照表1甜菜各種病害抗性鑒定標準進行抗性級別的劃分。在供試種質資源材料中表現高抗褐斑病和抗褐斑病材料分別為62份和107份，占總參試材料的22.38%和38.63%；立枯病和根腐病具有抗性的種質資源數量較少，分別為33份和19份，占總數的11.91%和6.86%，參試材料以感病居多并以高感型為主，分別占總數的77.62%和75.45%，如圖1所示。

圖1 不同抗病性種質資源數量分布

本研究參試的種質資源材料中一些材料不僅表現抗一種病害而且還對另一種病害具有兼抗性，如表7所示。具有高抗褐斑病兼中抗立枯病種質資源10份，平均根產量45.33 t/hm2，平均含糖率16.90%；高抗褐斑病兼抗根腐病的種質資源5份，平均根產量49.15 t/hm2，平均含糖率16.66%；抗褐斑病兼中抗立枯病種質資源14份，平均根產量46.61 t/hm2，平均含糖率16.78%；抗褐斑病兼抗根腐病的種質資源5份，平均根產量39.34 t/hm2，平均含糖率16.24%；抗褐斑病兼中抗根腐病的種質資源3份，平均根產量41.06 t/hm2、平均含糖率16.67%。中抗立枯病兼中抗根腐病種質資源僅有2份，平均根產量40.59 t/hm2，含糖率16.77%。

表7 兼抗兩種病害種質資源匯總表

3 討論

本研究首次將國內甜菜種質從經濟性狀、工藝品質、抗病性三個方面進行了系統的、綜合的評價，除篩選出了一些性狀優異的種質資源材料之外，也在三方面分別發現了一些規律性的現象。

甜菜的塊根重量與含糖之間的關系，國內外學者普遍認為根重和含糖率呈現負相關關系是甜菜的普遍規律[4]，但是，以‘雙豐8號’品種為試驗材料又發現，在甜菜根重達到某一范圍內（500 g以下）時，二者反而呈正相關的關系[6]；此外，楊瑞紅等研究24個品系含糖率和根重相關關系則發現，其中有22個品系單株根重和單株含糖率無相關關系，2個品系單株根重和單株含糖率呈顯著負相關[7,29]。分析以上看似矛盾的結果，筆者認為，甜菜根重與含糖率之所以存在不同的相關結果，是因為研究者采用的研究試材不同，如一份育種材料的若干單株，也有的是不同的品系材料。從而說明含有不同基因型的甜菜育種材料所組成的群體根重與含糖之間的關系，因育種材料基因型的差異而變得更為復雜。本項研究是以277份種質資源材料為試材，在按塊根含糖率高低劃分的各類型材料中，高糖組(r=-0.0142)、中糖組(r=-0.1117)以及低糖組(r=-0.0691)在組內的相關系數均不顯著；但是，在按塊根產量劃分的高產組(r=-0.306)、中產組(r=-0.179)塊根產量和含糖率呈顯著負相關，低產組呈顯著正相關(r=0.423)。從本研究的結果可以推斷出，甜菜不同基因型育種材料所反映的塊根產量與含糖率間的相關關系只是一個總體趨勢，并不能完全反映出某一品種或某一份種質資源材料的塊根產量與含糖率間的相關關系，二者的相關性在整體上呈現出了“中高產時負相關，低產時正相關”的趨勢，這與高妙珍[6]、邵科等[8]的研究結果一致，但針對單個種質，二者的關系、趨勢、拐點又均與種質本身的遺傳背景和基因型有關。因此，若能明確不同類型種質資源材料塊根產量和含糖率二者正負相關性的拐點，將更便于種質資源的有效利用。

植物病害發生條件包括3方面內容：寄主植物、氣象條件和病原菌基數，從保護環境的角度考慮，利用寄主植物對病害的抗（耐）性是首選方案，也成為了抗病育種工作的主要內容。關于甜菜褐斑病研究報道較多，抗褐斑病種質資源也比較豐富[4,13,25]。甜菜抗立枯病和根腐病種質資源材料比較匱乏[11,22]。在本研究中也有著類似的情況，抗立枯病的種質資源材料只有7份，中抗立枯病的26份；抗根腐病的種質資源材料11份，中抗根腐病的8份。由此看來，收集引進抗甜菜根部病害種質資源材料以及創新具有高抗性育種材料是當前育種工作的主要任務之一。

本研究對種質有害性非糖分的分析結果表明，甜菜塊根中有害性非糖分鉀、鈉和有害氮(α-N)在種質資源材料中個體間差異很大，其變異系數分別為18.2%、35.3.8%和21.2%。分析相互之間及塊根產量、含糖率間相關關系發現，塊根中的鉀、鈉和有害氮含量之間無顯著相關性，與塊根產量有一定的相關性，與含糖率相關系數顯著，特別是鈉與含糖率相關性達到極顯著水平(r=-0.6091)。以往研究也表明，甜菜塊根中的有害性非糖分，雖然影響制糖工藝過程中蔗糖結晶并造成糖分損失[10]，同時影響甜菜生長過程中的糖分積累[9]，但是鉀、鈉和有害氮含量之間相關性不大[30-31]。結合本研究與以往報道可推斷出，甜菜塊根中不同種類的有害性非糖分的規律為：分別積累、輕度影響塊根產量、嚴重影響含糖率、對經濟性狀基本無積極作用。因此，在甜菜品質育種工作中，選育豐產性好、含糖率高、有害性非糖分含量低的優質甜菜新品種，具有較大的選擇空間，且單向選育有害性非糖分含量低的品種不會影響糖的產量。

4 結論

本文通過對277份種質資源材料的塊根產量、含糖率、有害性非糖分以及主要病害病情指數等8個主要性狀指標，按規范標準進行分組劃類，篩選出具有優異性狀的種質資源材料。

4.1 經濟性狀優異的種質資源

在參試的種質資源中，塊根產量52 t/hm2以上的高產型種質資源37份，含糖率17%以上高糖類型種質資源88份。其中，高產高糖型種質資源4份，平均塊根產量53.10 t/hm2，平均含糖率17.61%；高產中糖型種質資源材料21份，平均塊根產量54.46 t/hm2，平均含糖率16.02%；高產低糖型12份，平均塊根產量55.22 t/hm2，平均含糖率14.50%；中產高糖型72份種質資源材料，平均塊根產量43.91 t/hm2，平均含糖率17.55%；低產高糖型12份種質資源材料，平均塊根產量35.85 t/hm2，平均含糖率17.49%。

4.2 品質性狀優異的種質資源

參試材料中甜菜塊根中低鉀含量（3.79 mmol/100g以下）有25份種質資源材料，平均塊根產量為42.40 t/hm2，平均含糖率16.57%；塊根中低鈉含量（2.00 mmol/100g以下）的種質資源材料有96份，平均塊根產量為43.05 t/hm2，平均含糖率17.13%；塊根中低α-N含量（4.76 mmol/100g以下）的種質資源材料49份，平均塊根產量為44.29 t/hm2，平均含糖率16.78%。甜菜塊根中低鉀、低鈉的有4份，低鉀、低α-N含量4份，低鈉、低α-N含量20份，低鉀、低鈉、低α-N含量3份。

4.3 抗病性強的種質資源

參試種質資源材料中抗甜菜立枯病的7份，高抗甜菜褐斑病種質資源62份、抗病種質資源107份，抗甜菜根腐病種質資源11份。高抗甜菜褐斑病兼中抗甜菜立枯病種質資源10份，高抗甜菜褐斑病兼抗根腐病的種質資源5份，抗褐斑病兼中抗立枯病種質資源14份，抗褐斑病兼抗根腐病的種質資源5份，抗褐斑病兼中抗根腐病的種質資源3份，中抗立枯病兼中抗根腐病種質資源2份。