野生割手密種質資源的考察與收集

張瑜 鄢家俊 白史且 彭燕 刀志學 張建波 張勁 張昌兵

摘要：為豐富我國甘蔗（Saccharum L.）育種基因資源庫和發掘新型能源植物，對我國野生割手密（Saccharum spontaneum L.）種質資源進行系統的考察與收集具有重大意義。本次考察采用居群采集法，涉及我國7省71縣，涵蓋了我國野生割手密分布的大部分區域，共收集到33個居群、304份野生割手密材料，并對割手密野生狀態下的形態特征、地理分布特點進行了初步調查。結果表明，野生割手密在我國東經101°11′02″～111°02′29″、北緯18°33′47″～34°09′32″、海拔-11～2 155 m范圍內都有分布;與其近緣種相比較，割手密生境豐富，野生狀態下的形態特征差異明顯，具有干旱、濕生環境的良好適應性，株高出現了1～4 m不等的變異，具有豐富的遺傳多樣性，其研究與利用將有廣泛的前景。

關鍵詞：割手密（Saccharum spontaneum L.）;種質資源;考察;收集

中圖分類號：S566.1;S502.4 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2015）02-0377-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn 0439-8114.2015.02.030

Investigation and Collection of Wild Germplasm Resources of Saccharum spontaneum

ZHANG Yu1，2，YAN Jia-jun1，BAI Shi-qie1，2，PENG Yan2，DAO Zhi-xue1，ZHANG Jian-bo1，3，

ZHANG Jin1，ZHANG Chang-bing1

（1.Sichuan Grassland Science Academy， Chengdu 611731， China; 2.Department of Grassland， Sichuan Agricultural University， Ya′an 625014， Sichuan， China; 3.Guizhou Grassland Science Institute， Guiyang 550006， China）

Abstract： In order to enrich the wild germplasm resources of sugarcane（Saccharum L.） in China and discover new species of wild plant， investigation and collection of wide germplasm resources of Saccharum spontaneum L. was of very importance. Using the method of populations collection， 304 wild recources， 33 populations of S. spontaneum were collected from 71 counties or cities in seven provinces. The morphological characteristics and distribution characteristic of wild S. spontaneum in detail were investigated. Results showed that wild resources of S. spontaneum were widely distributed in China， mainly in the east longitude of 101°11′02″ to 111°02′29″， north latitude of 18°33′47″ to 34°09′32″， with altitude of -11 to 2 155 m. Compared with its relatives， S. spontaneum had abundant habitats and different shapes in the wild. It had good adaptability under drought and wet environment. Its plant height varied from 1 m to 4 m， with abundant genetic diversity and extensive prospect for further study and application.

Key words： Saccharum spontaneum L.; germplasm resources; investigation; collection

割手密（Saccharum spontaneum L.）又名甜根子草，即甘蔗細莖野生種，是禾本科（Gramineae）甘蔗屬（Saccharum L.）多年生草本植物，具有分蘗多、抗逆性強、適應性廣等優良特性。是甘蔗屬野生種質資源中用于甘蔗雜交育種最早且最有價值的種質資源[1]，早在一個世紀前，Jesweit發現的名為Kassoer的甘蔗即為一個熱帶種（Saccharum officinartm L.）與割手密的天然雜交種[2]，其對萎縮病與嵌紋病免疫的強大根系便遺傳自割手密，該材料的發現為1885～1895年印度尼西亞肆虐的甘蔗萎縮病帶來了希望;歷史上甘蔗育種在印度尼西亞的爪哇與印度廣大地區取得了巨大成就，其原因就與割手密與印度種（Saccharum baraeri Jes.）先后導入熱帶種后而創造了富有成效的育種方法有關，當時育成了一系列POJ與CO等優良商用品種，并為有性雜交育種創造了許多優良親本[3];中國海南省甘蔗育種場通過種屬間雜交，也獲得了一批割手密的優良后代，并在甘蔗育種上起到了重要的作用[4]。割手密因其生物量大、抗逆性強、高光合效率而成為一種新興的能源植物，進而在近幾年受到了廣泛關注。常丹[5]的研究發現，與世界公認的能源草柳枝稷（Panicum virgatum L.）和芒（Miscanthus sinensis Anderss.）相比，割手密具有較高的生物質能轉化潛力;印度的Chandel等[6]認為，割手密生長速度快、經濟投入少，是生產燃料乙醇的理想能源植物，并已經進行了相關研究。

植物種質資源是育種的重要物質基礎，世界各國甘蔗界對割手密野生種質資源的收集工作非常重視。印度于1948～1957年便成立名為S.E.S.的割手密考察隊，對割手密及其近緣種進行了多次考察與收集，共收集到500多份無性系材料[7]。中國的何順長等[8]于1982～1993年收集了144份割手密無性系材料;劉洋等[9]于2011年在海南省采集到26份割手密及其他甘蔗屬的野生資源。由于割手密植株高大、根系發達，收集無性系的工作量很大，所以前期的收集以一個居群收集一個無性系的方式為主，這樣的收集方式降低了收集的難度，但是易遺漏該居群內優良的材料，同時在研究割手密遺傳多樣性時缺乏該居群的代表性，也無法完成割手密遺傳結構的研究，所以局限性比較明顯。而利用居群收集的方式能有效地避免以上問題[10]，但目前采用居群收集法收集割手密資源的報道僅見常丹等[11]對四川省種質資源的收集，而這種收集方法已經廣泛運用在割手密近緣種斑茅（Saccharum arundinaceum Retz.）[12-14]、芒[15]、五節芒[Miscanthus floridulu（Labnll.）Warb.][16]等物種上。為此，在前期工作的基礎上，本課題組將割手密資源收集的范圍擴大到國內若干個省，初步考察了我國野生割手密的地理分布、形態特征和生態適應性，旨在摸清我國野生割手密的生長狀況及地理分布規律;同時利用居群收集法對考察地割手密的種質資源進行了較為系統的收集保存，以期為割手密的開發利用及進一步的研究提供基礎材料。

1 ?材料與方法

1.1 ?野生割手密種質資源考察路線

主要依據《中國植物志》對我國割手密分布的描述[17]、結合割手密生物學特征確定考察路線，以盡量覆蓋野生割手密種質資源的生態分布區域。本次考察收集工作由四川省草原科學研究院能源草課題組主持完成，涉及四川、貴州、陜西、甘肅、廣東、廣西、海南7個省（自治區）的71個市（縣）。考察區以秦嶺、淮河以南的大部分熱帶、亞熱帶地區為主，同時包括了暖溫帶地區的陜西、甘肅2個省。具體路線見圖1。

1.2 ?采集方法

嚴格按照居群采集法[10]進行采集，居群采集點分布如圖2。在每個居群取10個單株，單株間隔大于10 m。由于自然條件下野生割手密種子發芽率低，為保障采集材料能成功在資源圃保存，此次采集以割手密無性系為主。操作上將待采集的無性系連根挖出，剪去地上多余的莖節，掛以標簽，并在根際四周填滿新鮮苔蘚，以保濕根系、提高定植后的成活率，捆扎后放于編織袋內。為確保采集的無性系存活，每次采集的時間一般控制在10 d左右。

1.3 ?材料信息

利用GPS記錄收集居群的海拔高度及經緯度信息，記錄居群的采集地點、分布區域、優勢種、生境等情況，測量每個單株的株高。同時對每一采集點進行照相記錄，包括采集地的生境、地形及居群照，單株照等。

1.4 ?數據處理

用SPSS14.0軟件對各居群野生割手密株高的數據進行方差分析（ANOVA），差異顯著性運用LSD檢驗法進行多重比較。

2 ?結果與分析

2.1 ?考察與采集地概況

此次考察以秦嶺為界，向南考察了陜西、四川、貴州、廣西、廣東、海南6個省（自治區），向北考察了甘肅省。共覆蓋我國7個省（自治區）71個市（縣），總行程約13 000 km。共收集到33個居群、304份割手密材料，各居群分布情況見表1。其中陜西省有6個居群，共56份材料;四川省有18個居群，共157份材料，其中四川盆地9個居群，干熱河谷9個居群;海南省有6個居群，共61份材料;貴州省、廣西壯族自治區、廣東省各有1個居群，各10份材料。甘肅省屬山地型高原地貌，因其地形復雜、氣候干燥、海拔與緯度偏高，此次采集在甘肅省境內未見到割手密野生資源的分布。

2.2 ?采集地生境及群落組成

考察范圍的GPS定位顯示，割手密主要分布在東經101°11′02″～111°02′29″，北緯18°33′47″～34°09′32″，分布最北端的是秦嶺以北的陜西省周至縣，最南端的是海南省崖城縣，橫跨了6°的緯度。分布的海拔高度從-11～2 155 m，最低點在海南省崖城縣，海拔處在海平面以下;最高點在四川省鹽源縣的大涼山上，具體分布見表1。通過表1可以看出，野生割手密生境多種多樣，大多生長在陽光和水分充足的江河兩岸、灌叢、田邊與丘陵處;也有在高緯度、高海拔處生長的野生材料，如四川省鹽源縣采集地海拔在2 155 m;尤其是在降雨量極少的沙石地、河漫灘等土壤貧瘠處（如四川省天全縣、陜西省留壩縣）采集到了抗逆性強的材料，更有甚者發現了生長于絕壁石縫中的野生材料。可見割手密適應性強，能夠忍受干旱，可在沙地、巖石縫里生存。

在有割手密自然種群分布的植物群落中還發現有不少優勢種，如蘆葦（Phragmites communis Trin.）、芒、斑茅、狗尾草[Setaira viridis（L.）Beauv]、地瓜藤（Ficus tikoua Bur.）、狗牙根[Cynodon dactylon（L.）Pers]、白茅[Imperata cylindrical（L.）Beauv]、水花生[Alternanthera philoxeroides（Mart.）Griseb.]、紫莖澤蘭（Eupatorium adenophorum Spreng）、鬼針草（Bidens bipinnata L.）、辣蓼（Polygonum bungeanum Turcz.）等。在河漫灘地、江河兩旁與割手密伴生的物種主要有蘆葦、芒等;田邊、路邊荒地、山坡則主要為鬼針草、紫莖澤蘭、斑茅、白茅、狗牙根等。其中最常見的群落組成為：割手密+蘆葦+水花生、割手密+芒+斑茅+狗尾草、割手密+鬼針草+地瓜藤+葎草[Humulus scandens（Lour.）Merr.]。

2.3 ?野生割手密形態研究

調查發現，割手密在野生狀態下由于其生境不同使形態特征迥異。從表1可以看出，割手密在野生分布狀態下植株高度變異大，最矮的是四川省冕寧縣的材料，株高為0.8 m;最高的是四川省寶興縣的材料，株高為3.8 m，變異在1～4 m。在株型方面，野生割手密分蘗多，表現為直立型、松散型和匍匐型3種類型，直立型多為連片生長，長勢較好，高度較高，松散型與匍匐型則大多以單株生存，高度較低;莖稈與近緣種斑茅相比細弱，莖粗多在1 cm以下，尚未見莖粗超過2 cm者。根系都為須根系。葉片分為寬葉（葉基小）、窄葉（葉基大）和幾乎只有中肋這3種葉型;葉片條形，長30～70 cm，寬4～8 ?mm，觸感粗糙，葉緣具小齒，葉鞘較節間長，鞘口、有些鞘節或上部邊緣有柔毛，葉面與葉背無毛，灰白色，偶見紫色斑點，冬季略枯黃。花期可見白色圓錐花序，長20～40 cm，整體分枝細弱，直立或上升;總狀花序多節，主軸有白色柔毛;另外發現部分個體的地上芽能萌發形成分支并能抽穗開花。采集過程發現野生割手密的地下根狀莖發達，適宜生境下常見其連片形成單優勢群落。

3 ?小結與討論

3.1 ?割手密的生態適應性

通過考察可以看出，野生割手密分布的生境多樣性非常豐富，在熱帶、亞熱帶和暖溫帶均有分布，同時在干熱河谷等特殊氣候環境下也常見分布，分布的海拔范圍在-10～2 000 m。而割手密的近緣種蔗茅[Erianthus rufipilus（Steud.）Griseb.]生于海拔1 300～2 400 m[17]，近緣種斑茅則主要產于熱帶及亞熱帶[17]，可見割手密在野生環境中的分布大于近緣種蔗茅和斑茅，說明割手密具有較強的生態適應性。考察還發現割手密主要生長在江河、溝渠旁以及河灘、沼澤、田頭邊等多水地帶，有的材料整株淹沒于水中仍能正常生長，表現出較強的耐澇和耐漬能力;并且有極少數材料生長在比較干燥的懸崖陡壁或荒坡地上，出現了葉窄、中肋發達、葉姿挺拔等抗旱特征;可見割手密野生資源有較強的抗逆性和較高的土壤環境適應能力。從割手密分布的生境來看，其分布地常見的群落組成為割手密+鬼針草+地瓜藤+葎草、割手密+蘆葦+水花生、割手密+芒+斑茅+狗尾草3種，其中割手密+鬼針草+地瓜藤+葎草是旱生生態環境，割手密+蘆葦+水花生是水生生態環境，說明割手密能參與差異大的生態群落組成。

3.2 ?形態多樣性

割手密由于分布區域廣，所處群落生態差異大，所以具有豐富的形態多樣性。考察注重對野生條件下割手密株高的測量研究，發現割手密的株高變異大，出現了從不到1 m到近4 m的變異，說明株高受所處環境的影響明顯。本次考察前主要確定有3個環境影響因子，分別為經緯度、海拔及小的生態環境。考察后分析發現生態環境是造成割手密株高差異的主要因子，如水分充足環境下生長的割手密株高明顯高于旱生環境下的株高;而海拔是次要因子，高海拔分布的割手密株高較矮。生長在水分充足地帶的割手密植株高大，最高可達4 m，且葉片較寬，而生長在相對干旱地段的植株較矮，有的不及1 m，且葉片相對較窄;葉型有寬而下垂的、有窄而挺直的;葉片的中肋寬度有的達葉寬的1/4，有的不足1/4;大多數植株葉色呈濃綠，少數為淡綠，個別植株帶紫色;節間類型有凹腰型和圓錐型2種;芽的形狀有三角形、五角形、卵圓形和圓形。這些豐富的形態差異說明植物的表型性狀受基因和環境的相互影響，割手密經過長期的自然選擇以及對生態環境具有較強的適應能力，在形態上表現出了豐富的遺傳多樣性。

3.3 ?前景與展望

割手密廣泛分布于我國的陜西、江蘇、安徽、浙江、江西、湖南、湖北、福建、臺灣、廣東、海南、廣西、貴州、四川、云南等省（自治區），適應熱帶、亞熱帶以及暖溫帶廣大區域的氣候條件，在海拔2 000 m以下野生資源豐富。可采集到的割手密野生種類型多樣，遺傳多樣性十分豐富，故可利用的資源也較為豐富。

如利用割手密的高抗逆性、高錘度對于甘蔗育種來說極具價值。長期生長在極為干燥的懸崖陡壁或山頂荒坡上的割手密，在經過長期的自然篩選下，其抗旱性、抗逆性十分突出;對于降雨量較少、偏干旱的地區，其較高的錘度是甘蔗育種資源篩選的另一個重要指標。何順長等[8]研究發現，抗旱性與錘度關系密切，割手密錘度>17的個體出現在云南、陜西、四川等省，而錘度>20的僅在云南和陜西省發現。

再如生長在河堤、沼澤處的野生割手密居群，利用其突出的耐澇性可以用作河岸護堤的水土保持植物，其龐大的根系、發達的根狀莖對于堤岸保土固沙、防止水土流失等具有重要的意義，并且割手密連片生長的壯麗景觀亦有一定的美化環境、供人觀賞的環境美化功能。

近年來，隨著能源危機的日益嚴重，生物質能源以其經濟、環保、實用、可再生等優勢成為替代傳統能源的寵兒[18]。而割手密具有的抗逆性強、生物產量大及纖維素含量高等特點，具有作為生物質能源材料的開發潛力，開發其成為新型能源植物將會是未來研究的熱點。

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