浙江紅麻資源表型性狀的遺傳多樣性分析

李文略 陳常理 駱霞虹 柳婷婷 安 霞 金關榮 朱關林

（浙江省農業科學院浙江省園林植物與花卉研究所（浙江省蕭山棉麻研究所），311251，浙江杭州）

紅麻（Hibiscus cannabinus L.）亦稱洋麻、槿麻，是錦葵科（Malvaceae）木槿屬（Hibiscus）一年生韌皮纖維植物[1]。紅麻是重要的粗紡原料作物，主要用于生產麻袋、繩索、地毯底布和汽車內飾等[2]。此外，因其具有生長周期短、植株高大和生物產量高等特點，被用于生產復合材料、環保產品和飼料等，被視為21世紀極具潛力的纖維作物[3-6]。

因麻袋具有易干燥、防腐和耐磨等特點，主要用作糧食、食糖和食鹽外包裝，消費量巨大。20世紀50-60年代，因西方國家封鎖，我國麻袋進口受到限制，紅麻作為戰略物資受到各級政府高度重視[7-8]。浙江省是我國較早發展紅麻生產的省份之一，紅麻產量居我國前列。至20世紀80年代初，浙江紅麻最高種植面積約3.81萬hm2，長期研究積累了一批有特色的紅麻品種資源，其中“浙蕭麻1號”、“浙8310”和“浙832”等品種在浙江紅麻產業發展中發揮了重要作用[9]。20世紀90年代末，受化學工業發展的影響，麻袋逐步被廉價的聚乙烯等塑料替代，紅麻原材料需求量逐漸下降，加之人工和土地成本的上升，紅麻在浙江種植面積大幅縮減，目前僅有少量種植。

但近年來，治理“白色污染”受到各級政府高度重視。隨著《關于進一步加強塑料污染治理的意見》的發布，紅麻生產迎來了新的發展機遇，極具市場潛力[10]。本研究對22份浙江紅麻資源進行了繁殖更新和鑒定評價，借助主成分分析、聚類分析和隸屬函數法等對其16個產量和品質性狀進行分析，為紅麻種質資源的利用和遺傳改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

22份紅麻品種（系）均為浙江地方資源，由浙江省農業科學院收集，并保存于國家麻類中期庫。經過3年繁殖更新和提純復壯，達到常規生產水平，材料信息見表1。

表1 供試紅麻品種（系）及來源Table 1 The tested kenaf varieties (lines) and their origins

1.2 試驗設計

試驗材料分別于2016年5月20日和2017年5月 13日種植在浙江省蕭山棉麻研究所頭蓬試驗基地，該區年均氣溫16.1℃，年均降雨量1402.5mm，年均日照時數 2006.9h，土壤為砂質壤土，含有機質1.52%、速效磷28.77mg/kg、速效氮42.00mg/kg、速效鉀6.30mg/kg，pH 7.46。采用隨機區組設計，3次重復，小區長4.00m，畦寬1.40m，一畦兩行撒條播，田間管理同常規大田生產。

1.3 指標調查及方法

分別于2016年10月8日和2017年9月28日在紅麻工藝成熟期調查各小區有效株數，并隨機取樣20株，測量株高、莖粗、韌皮厚度、單株鮮皮重、單株鮮莖重、單株干皮重和單株纖維重等，并計算干皮精洗率和鮮莖干皮率，方法參照《紅麻種質資源描述規范和數據標準》[1]。收獲后的紅麻韌皮脫膠后，委托農業農村部植物纖維產品質量安全風險評估實驗室檢測紅麻纖維強力和纖維支數。干皮精洗率（%）=纖維重/干皮重×100；鮮莖干皮率（%）=干皮重/鮮莖重×100。

1.4 數據分析

利用Excel 2016進行數據整理，計算各指標的平均值和變異系數；利用SPSS 23.0進行主成分分析和聚類分析，采用最大方差法進行主成分分析，取特征值大于1的特征根，采用系統聚類組間聯接歐氏距離法進行聚類分析。為全面評價紅麻資源，引入“隸屬函數”：式中Xij代表i基因型中j指標的隸屬函數值，X為參試種質某性狀的測定值，Xmin為對應該性狀的最小測定值，Xmax為對應該性狀的最大測定值[11-12]。

2 結果與分析

2.1 紅麻資源表型性狀的描述性統計分析

由表2可知，不同表型性狀間變異系數存在較大差異。變異系數以纖維強力最大（20.10%），變幅為205.00～452.00N；其次是生物量、精麻產量、干皮產量、單株鮮皮重、單株鮮重、單株鮮莖重、單株纖維重、單株干皮重、有效株數和鮮皮厚，變異系數在8.22%～17.45%之間；莖粗、鮮莖干皮率、干皮精洗率、纖維支數和株高變異較小，變異系數在3.49%～5.74%之間，其中株高最小。

表2 浙江紅麻資源表型性狀的描述性統計分析Table 2 Descriptive statistics of the characters of Zhejiang kenaf resources

2.2 紅麻資源表型性狀的主成分分析

如表 3所示，前 3個主成分的特征值分別為8.543、2.604和1.774，累計貢獻率達80.753%，可代表所考察性狀的絕大部分信息。對公因子進行方差最大正交旋轉，得到旋轉后的因子載荷矩陣。其中第1主成分在單株鮮莖重、單株鮮重、單株鮮皮重、單株干皮重、單株纖維重、莖粗和鮮皮厚有較大載荷，主要反映紅麻個體產量信息，貢獻率為53.391%；第2主成分在生物量、有效株數、干皮產量和精麻產量有較大載荷，反映群體產量信息，貢獻率為16.273%；第3主成分在纖維強力和干皮精洗率有較大載荷，反映麻率和纖維品質相關信息，貢獻率為11.089%。

表3 浙江紅麻資源主成分分析前3個主成分的因子載荷矩陣及特征值描述Table 3 The component matrix and eigenvalues of the first three principal components in principal component analysis of Zhejiang kenaf resources

2.3 紅麻資源表型性狀的聚類分析

如圖1所示，在歐式距離為10時，可以將22份浙江紅麻資源分為3類。不同類群紅麻資源產量和品質性狀具有一定差異，各類的主要性狀見表4。Ⅰ類包含浙431、浙8310和浙83-13等16份資源，占比72.7%，該類材料植株高大、粗壯，具有較大單株和群體產量，可作為選育高產栽培紅麻品種的目標親本加以利用。Ⅱ類僅包含浙 83-15，該材料單株和群體產量性狀低于Ⅰ類，但纖維強力表現優異，較Ⅰ類高出約66.5%，可作為選育高纖維強力的紅麻親本加以利用。Ⅲ類材料包含浙45、浙蕭麻1號、浙3130、ZH-01和向陽1號，共5份資源，其中除浙3130和浙45外，其他3份資源均為中熟資源，該類材料植株相對矮小、瘦弱，單株和群體產量較低。

表4 3類紅麻資源主要性狀特征Table 4 The main characters of three group resources

圖1 基于產量和品質性狀構建的浙江紅麻種質系統聚類圖Fig.1 Cluster diagram of Zhejiang kenaf resources based on yield and quality characteristics

2.4 紅麻資源表型性狀的綜合評價

浙江紅麻16個性狀的隸屬函數值見表5，浙1-96的平均隸屬函數值最高，為0.827，主要表現有植株高大、粗壯和單株生物量高等特點，歸屬于聚類分析的Ⅰ類。航優1號、浙江2號、ZHKX-01、浙4438和浙8310等15份資源的平均隸屬函數值在0.510～0.771之間，分列2～16位，主要表現出較高的單株和群體產量，均歸屬于聚類分析的Ⅰ類。浙83-15平均隸屬函數值為0.459，排名第17位，表現出較高的出麻率和纖維強力，歸屬于聚類分析的Ⅱ類。浙45、ZH-01、向陽1號、浙3130和浙蕭麻1號平均隸屬函數值在0.205～0.420之間，分列18～22位，歸屬于聚類分析的Ⅲ類，這類群體植株相對矮小，產量較低。從上述結果可以看出，聚類分析的結果與隸屬函數綜合性狀分析結果較為一致。聚類關系越近的品種（系），其綜合隸屬函數值不一定相近，如在歐式距離4.5時，Ⅰ類又可以分為2個亞類，其中浙832、浙83-12、浙38-2、浙江2號、浙1-96和浙241聚為一類，這6個品種均表現出較高的單株產量水平，但在群體產量水平和纖維品質方面存在較大差異，因此，綜合隸屬函數平均值排名比較分散，分列第18、12、11、3、2、1和7位。

表5 浙江紅麻資源16個指標的隸屬函數值分析Table 5 The subordinate function analysis of 16 characteristics in Zhejiang kenaf resources

3 討論

紅麻種質資源是新品種選育、理論研究和農業生產的重要物質基礎。目前我國麻類中期庫收集保存紅麻資源2175份，居世界首位[13]。對紅麻種質的遺傳多樣性、產量構成和性狀遺傳相關等方面開展了較多研究[14-17]。為了更好地利用已收集的紅麻種質資源，已開發多種分子標記用于紅麻種質鑒定和分類研究[2,18-21]。區別于分子標記，基于植物表型性狀進行鑒定和分類是最直觀、簡便的方法，已被用于不同作物的分析和評價[22]。

主成分分析和聚類分析是目前作物數量性狀分析和綜合評價的主要手段[22-23]。陶愛芬等[4]基于9個產量和品質性狀對 40份紅麻材料進行主成分分析，提取韌皮纖維產量構成因子、皮骨比構成因子和纖維品質構成因子，3個因子累計貢獻率達86.0%；張加強等[17]對40份紅麻種質的9個產量性狀進行多樣性分析，變異系數在5.13%～25.33%，主成分分析提取的重量因子、生長和曬干率因子解釋了原始性狀85.9%的變異；洪建基等[23]對不同來源74份紅麻資源的 10個產量和品質性狀進行了分析，提取的4個因子解釋了85.61%的信息。

在本研究中，供試22份浙江紅麻資源的16個產量和品質性狀存在不同程度差異，變異系數范圍在3.49%～20.10%，以纖維強力變異最大，變異系數稍低于前人研究[17]結果，推測與試驗材料均來源于同一紅麻產區有關。主成分分析提取前3個主成分因子，這3個因子分別反映了紅麻個體產量特征、群體產量特征和纖維品質特征，代表了 16個原始因子80.753%的信息，這與前人研究[4,17,23]結果較為一致。聚類分析將22份浙江紅麻資源劃分為3類，其中Ⅰ類紅麻表現為高產量，Ⅱ類表現出較高的纖維強力，浙45、浙3130、浙蕭麻1號、ZH-01和向陽1號都被歸為Ⅲ類，主要表現為產量低、纖維強力中等，其中浙蕭麻1號、ZH-01和向陽1號均為中熟資源，因此推測在紅麻品種選育中，為達到較高的產量應盡量選擇晚熟品種。隸屬函數法綜合分析結果顯示，Ⅰ類紅麻資源綜合性狀表現排名靠前，Ⅲ類排名靠后，進一步說明聚類分析結果的可靠性。

4 結論

針對 22份浙江紅麻種質資源的產量和品質性狀進行分析和評價，初步鑒定出浙 1-96、航優 1號、浙江2號、ZHKX-01、浙4438和浙8310具有高產潛力，浙83-15具有高纖維強力，但缺乏與國內外主推紅麻品種的比較，因此今后還需將這些初步篩選的資源與其他來源的紅麻種質進行系統比較分析，從而更好地對這些資源進行綜合評價。