干旱脅迫下33份木薯種質表型性狀的初步分析

魏云霞 王曉慶 黃潔

摘 要 以33份木薯種質為材料，采用盆栽方法對其進行反復干旱-復水處理，測定株高、莖徑、葉片數(shù)量和主根數(shù)量，并通過方差、相關性和聚類分析，對其耐旱性進行歸類。結果表明：33份木薯種質株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量的變幅分別為19.5～52.3 cm、3.46～5.90 mm、10.0～17.7片/株、14.0～56.0條/株，試驗材料遺傳背景豐富，代表性強；土壤含水量與株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量相關性均不顯著；通過聚類分析可將33份種質分為4類，Ⅳ類僅ZM8316一份種質，其各項表型性狀指標均處于較高水平；其次是Ⅲ類，包括CMR35-22-196、A234、SC5、D346、F709、C381、C322。

關鍵詞 木薯 ；種質 ；干旱脅迫 ；表型性狀 ；聚類分析

分類號 S533

木薯（Manihot esculenta Crantz）是中國重要的熱帶亞熱帶作物，其產品（塊根）主要用作飼料、糧食和工業(yè)原料[1-2]。干旱是影響作物產量的主要因素之一，其對農作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位[3-4]。在木薯生產中，干旱脅迫會顯著降低木薯塊根產量及品質[5-7]。中國熱區(qū)木薯的苗期易受干旱脅迫，對木薯產業(yè)的發(fā)展極其不利[8]。在農業(yè)生產中，抗旱育種是解決干旱問題的經(jīng)濟有效途徑[9]，耐旱種質資源的篩選、鑒定及利用是其重要前提[10]，而且干旱條件下的表型性狀是直接、宏觀分析評價種質耐旱性的重要依據(jù)[11-12]，其中，株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量等表型性狀與耐旱性關系尤為密切[13-14]。

目前，國內開展了少量的種質資源、栽培技術、基因學等方面的木薯耐旱性研究[8，15-17]，而中國又有著豐富的木薯種質資源[18]，加強木薯種質耐旱性研究將為解決木薯抗旱生產有著重要的現(xiàn)實意義。本研究在反復干旱-復水脅迫條件下，研究33份木薯種質的表型性狀，并運用聚類分析對其進行分類，以期為耐旱種質的初步篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

從海南省儋州市中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所（以下簡稱“品資所”）的國家木薯種質資源圃中隨機選取33份種質，對其進行耐旱性的初步分類，具體種質見表1。

2011年2～7月，在品資所試驗基地遮雨大棚內開展盆栽試驗。試驗土壤基本理化性質為pH 5.3，有機質12.8 g/kg、全氮1.5 g/kg、速效磷3.5 mg/kg、速效鉀48.5 mg/kg。每盆裝5 kg干土，并施用0.2 g尿素、0.2 g過磷酸鈣和0.2 g氯化鉀作為底肥。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，設33個處理（種質），5次重復（每份種質種植5盆）。每個重復小區(qū)（每盆）直插1條種莖，種莖長度為（15.0±1.0）cm，芽眼朝上，露出土壤部分長（8.0±0.5）cm，統(tǒng)一管理。2011年5月8日齊苗后開始反復干旱-復水處理。試驗過程中，用稱重法控制土壤含水量[19]，使試驗條件盡可能一致。每次復水后的土壤含水量均控制在16%～18%。

干旱-復水過程：5月8日開始第1次干旱，50%以上植株萎蔫時（5月23日）進行第1次復水；5月23日開始第2次干旱，50%以上植株出現(xiàn)葉片脫落時（5月28日）進行第2次復水；5月28日開始第3次干旱，50%以上植株萎蔫時（6月14日）進行第3次復水。

1.2.2 調查指標及方法

6月14日進行第3次復水后，在每盆土壤中隨機選擇3～5點取土，用于測定土壤含水量，并調查植株高度、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量。

土壤含水量：烘干法測定土壤含水量[20]；株高：用卷尺測量植株萌芽基部至頂部第1片未展開嫩葉頂端的高度；莖徑：用游標卡尺測量植株距離萌芽基部2 cm高處的直徑；葉片數(shù)量：計算單株完全展開葉的葉片總數(shù)；主根數(shù)量：計算單株的主根數(shù)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析、相關性分析及聚類分析[21]。

2 結果與分析

2.1 種質表型性狀的分析

在本試驗中，對各種質的土壤含水量控制較為合理，變幅為15.67%～18.28%，差異不顯著。種質株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量變幅分別為19.5～52.3 cm、3.46～5.90 mm、10.0～17.7片/株、14.0～56.0條/株，差異均達極顯著（表2）。

2.2 表型性狀與土壤含水量的相關性分析

由表3可知，參試種質株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量與土壤含水量的相關系數(shù)為0.059～0.230，均差異不顯著；4項表型性狀間，除葉片數(shù)量與主根數(shù)量不顯著相關外，其他兩兩性狀間呈顯著或極顯著正相關。

2.3 聚類分析

對參試種質株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量4項指標進行聚類分析（圖1）。結果表明，當歐式距離為5.5時，33份種質可歸為4類。

由表4可知，株高和莖徑均表現(xiàn)為Ⅳ類>Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類；Ⅳ類種質的株高、主根數(shù)量均顯著高于其余3類，莖徑、葉片數(shù)量也較高，但未達顯著水平。對4類木薯種質進行初步評價，其耐旱性強弱可能為Ⅳ類>Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類。

3 討論與結論

性狀差異是基因型和環(huán)境共同作用的結果[22]。在本試驗條件下，33份木薯種質的株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量變幅較寬，由此可知，其遺傳背景豐富，代表性強[23]。通過聚類分析，將33份木薯種質劃分為4類，初步評價其耐旱性強弱可能為Ⅳ類>Ⅲ類>Ⅱ類>Ⅰ類，其中，Ⅳ類僅ZM8316種質，各項表型性狀均較優(yōu)異；其次是Ⅲ類，包括CMR35-22-196、A234、SC5、D346、F709、C381、C322。本研究在反復干旱-復水條件下研究參試種質的表型性狀，對于初步篩選和利用耐旱種質具有重要意義，但根據(jù)株高、莖徑、葉片數(shù)量、主根數(shù)量4項表型性狀，難以精確評價木薯種質的耐旱等級，需結合其他表型性狀、生理生化及分子生物學指標[3，16，24]作進一步研究，從而更準確地評價劃分木薯種質的不同耐旱等級。

參考文獻

[1] 羅興錄. 廣西木薯產業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略思考[J]. 耕作與栽培，2001（4）：59-61.

[2] 濮文輝. 世界木薯業(yè)發(fā)展與研究[J]. 世界熱帶農業(yè)信息，2007（10）：1-5.

[3] 王 敏，張從宇，馬同富，等. 大豆品種苗期抗旱性研究[J]. 中國油料作物學報，2004，26（3）：29-32.

[4] 彭立新，李德全，束懷瑞. 園藝植物水分脅迫生理及耐旱機制研究進展[J]. 西北植物學報，2002，22（5）：1 275-1 281.

[5] Santisopasri V， Kurotjanawong K， Chotineeranat S， et al. Impact of water stress on yield and quality of cassava starch[J]. Industrial Crops and Products， 2001， 13（2）： 115-129.

[6] Fermont A M， van Asten P J A， Tittonell P， et al. Closing the cassava yield gap：An analysis from smallholder farms in East Africa[J]. Field Crops Research， 2009， 112（1）： 24-36.

[7] Sriroth K， Piyachomkwan K， Santisopasri， et al. Environmental conditions during root development：Drought constraint on cassava starch quality[J]. Euphytica， 2001， 120（1）： 95-102.

[8] 李一萍，黃 潔，許瑞麗，等. 干旱脅迫下水楊酸和油菜素內酯對木薯苗生理特性的影響[J]. 熱帶農業(yè)科學，2013，33（10）：6-11，15.

[9] 路貴和. 玉米種質資源抗旱性評價及其遺傳基礎研究[D]. 北京：中國農業(yè)大學，2005：1-11.

[10] 王 綸，溫琪汾，曹厲萍，等. 黍稷抗旱種質篩選及抗旱機理研究[J]. 山西農業(yè)科學，2007，35（4）：31-34.

[11] 孟慶立，關周博，馮佰利，等. 谷子抗旱相關性狀的主成分與模糊聚類分析[J]. 中國農業(yè)科學，2009，42（8）：2 667-2 675.

[12] 劉新龍，馬 麗，蔡 青，等. 云南甘蔗品種表型性狀的遺傳多樣性分析[J]. 植物遺傳資源學報，2010，11（6）：703-708.

[13] 黎 裕. 作物抗旱鑒定方法與指標[J]. 干旱地區(qū)農業(yè)研究，1993，11（1）：91-99.

[14] Ogaya R， Pe uelas J， Martínez-Vilalta J， et al. Effect of drought on diameter increment of Quercus ilex， Phillyrea latifolia， and Arbutus unedo in a holm oak forest of NE Spain[J]. Forest Ecology and Management， 2003， 180（1-3）： 175-184.

[15] 劉海剛，黃 潔，羅會英，等. 種莖覆膜、浸水和蠟封對木薯抗旱性的影響[J]. 熱帶作物學報，2014，35（4）：668-672.

[16] 王宇陽，陳 新，夏志強，等. 利用改良型cDNA-AFLP技術篩選木薯干旱脅迫相關基因[J]. 熱帶作物學報，2013，34（6）：1 033-1 040.

[17] 王曉慶，唐茂昌，黃 潔，等. 14份木薯種質的苗期耐旱性評價[J]. 湖南農業(yè)大學學報（自然科學版），2012，38（4）：366-372.

[18] 王慶煌，陳業(yè)淵. 熱帶作物種質資源[M]. 北京：中國農業(yè)出版社，2010：92-117.

[19] 施關正，趙 致，張衛(wèi)星，等. 干旱脅迫下玉米自交系農藝性狀的遺傳相關與通徑分析[J]. 西南農業(yè)學報，2008，21（3）：570-574.

[20] 鮑士旦. 土壤農化分析（第3版）[M]. 北京：中國農業(yè)出版社，2005：22-24.

[21] 孟 林，毛培春，張國芳. 不同居群馬藺抗旱性評價及生理指標變化分析[J]. 草業(yè)學報，2009，18（5）：18-24.

[22] 鄧志英，田紀春，胡瑞波，等. 基因型和環(huán)境對小麥主要品質性狀參數(shù)的影響[J]. 生態(tài)學報，2006，26（8）：2 757-2 763.

[23] 祁旭升，劉章雄，關榮霞，等. 大豆成株期抗旱性鑒定評價方法研究[J]. 作物學報，2012，38（4）：665-674.

[24] 潘世明，陳義強，吳水金，等. 甘蔗抗旱種質資源的篩選與評價[J]. 江西農業(yè)大學學報，2006，28（6）：838-844.