45份木豆種質資源物候期及形態多樣性分析

高桂娟, 李志丹,*

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45份木豆種質資源物候期及形態多樣性分析

高桂娟1,2, 李志丹1,2,*

1. 廣東第二師范學院生物與食品工程學院, 廣州 510303 2. 廣東高校應用生態工程技術開發中心, 廣州 510303

對收集的45份木豆()種質資源進行物候期和形態性狀指標的觀測, 并以此為基礎進行各指標的變異系數、相關性分析和聚類分析, 分析木豆種質資源的遺傳多樣性, 篩選優異種質資源。結果表明: 木豆種質資源形態性狀多樣性豐富, 45份種質資源的8個數量遺傳性狀變異系數為3.73%—17.84%, 花軸長度與中央小葉寬、中央小葉葉長、旗瓣大小相關性顯著(<0.05)。基于8個形態指標的聚類分析將45份種質劃分為三大類群, 各類群間形態性狀差異明顯, 群體表現跟地域來源間沒有直接關系, 第一、第二類群可以進一步考察作為育種材料。

木豆; 種質資源; 形態多樣性; 聚類分析

1 引言

木豆()為豆科木豆屬多年生常綠直立小灌木, 又名樹黃豆、鴿豆、柳豆等[1], 廣泛分布于非洲和亞洲的熱帶和亞熱帶地區[2–3], 是世界六大食用豆類之一, 也是唯一的木本食用豆類[2], 是印度等國家的主要的食用豆類作物。木豆具有多種用途, 成熟籽粒可用作糧食[4]或飼料, 青籽粒是優質美味蔬菜, 嫩枝葉是食草動物的優質飼料。我國對木豆的栽培利用也有較為悠久的歷史, 對木豆種質資源進行收集和保存, 系統地研究木豆種質資源的遺傳多樣性, 有利于木豆種質資源利用和創新。

本研究對中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所收集的45份木豆種質資源進行物候特征和形態學觀察, 并進行相關性分析和聚類分析, 研究木豆種質資源的遺傳多樣性, 篩選優良的育種材料, 為進一步的育種工作提供基礎信息。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗材料為中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所收集的45份木豆種質材料, 其中野外采集34份, 采集地為海南、云南、廣東三個省份; 11份由相關單位提供。具體材料來源見下表1。

2.2 試驗方法

試驗開展于中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所牧草試驗基地。試驗地處海南省儋州市寶島新村, 屬熱帶季風氣候, 光、熱、水資源豐富, 年均溫為23—25 ℃, ≥10℃連續期為320—365 d。雨量充沛, 年均降雨量為1750 mm, 土壤類型為磚紅壤。試驗采用隨機區組設計, 每份種質種植2行, 株間距1.5 m, 行間間隔2 m, 每行種植20株, 底肥施有機肥和磷肥。試驗于2009年5月份育苗移栽, 翌年開始于花期(植株成熟穩定)每個種質隨機選取20株進行相關形態指標測定, 連續測定3年。

木豆植株形態特征指標、物候期觀測方法參考《木豆種質資源描述規范和數據標準》[5], 具體觀測指標見表2。采用Excel2003及SPSS17.0進行數據統計分析。

表1 木豆種質材料來源列表

表2 木豆種質資源形態學性狀、物候期觀測項目及標準

3 結果與分析

3.1 物候期

On solving Eqs. (5) and (10) using the coefficients derived in Eqs. (7), (8), and (9), we get

采集的45種材料均能順利完成各個生長時期, 但各材料間差異較大, 開花期從11月20日—次年2月5日, 開花持續時間分別在15—135 d之間。結莢期大多集中在1月25日-2月15日。其中4號和5號木豆品種開花期明顯提前于其它品種, 于11月20日就進入初花期, 為早花種。45號木豆品種最晚進入開花期, 也是最晚進入結莢期和成熟期的, 該種質為晚熟種。

3.2 木豆種質資源形態多樣性分析

對45份木豆屬種質的形態學性狀測定結果顯示(表4), 整體上, 木豆各供試種質之間的形態特征差異比較明顯。其中, 在種質間變異程度最大是葉寬, 變異系數達到17.84%, 37號種質呈現最大值40 mm, 而種質43呈現最小值20 mm。每花序小花數變異系數為13.23%; 變異程度最小的是莢果寬, 其變異系數值僅為3.73%, 其最大值(種質32)與最小值(種質33)之差只有2 mm。莢果長變異系數也較小, 為6.70%。

表3 木豆種質資源物候期觀察結果

表4 不同木豆種質材料形態特征

注: 變異系數指各指標性狀在不同供試品種之間的變異程度; 極差值=指標最大值-最小值。

3.3 木豆種質資源形態指標相關性分析

對45份木豆種質資源各形態性狀進行相關性分析(表5)表明: 在所有分析指標中花軸長度與中央小葉寬、中央小葉葉長呈極顯著正相關, 相關系數為0.720、0.406, 與旗瓣大小呈顯著相關。葉長與葉寬呈極顯著相關。與種子產量關聯的指標莢果長、莢果寬、單莢粒數與其他指標間相關性未達到顯著水平, 對育種無實際指導意義。

3.4 木豆種質資源形態指標聚類分析

根據葉長, 葉寬, 旗瓣大小, 莢果長, 莢果寬, 果莢粒數, 花軸長及每花序小花數等8個形態特征進行聚類分析(圖1, 表6), 結果將45份資源分為3個組群, 第一類資源數(1、4、20、24、27、30、36、37、38、39、40和41)占總供試種質的26.67%, 其在葉長, 葉寬, 旗瓣大小, 花軸長及每花序小花數等方面均表現出最高平均值; 歸在第二族群的資源為2號和19號種質, 僅占全部資源的4.44%, 其莢果長和莢果寬均表現出組最高平均值。剩余68.89%的資源歸為第三組群, 除葉寬最小, 所有形態特征表現均居中。

從種質資源的來源分析, 第一組群主要來源于中國農科院作物(5種)、云南農科院(1種)、云南元謀(2種)、廣東農川(2種)和信宜(2種), 一半以上為栽培品系; 第二類采集地為海南陵水(1種)和云南熱經所(1種)。第三類來源廣泛, 主要為野外采集種質。

4 結論與討論

對木豆不同形態指標觀測表明, 種質間的形態指標差異較大, 存在豐富的變異, 各指標的變異系數排序為: 中央小葉寬度>每花序小花數>總花軸長度>單莢粒數>旗瓣大小>中央小葉長度>莢果長>莢果寬。木豆由于其較高的天然異交率, 在中國為0—160%[7], 無論是種群間還是種群內各形態性狀都存在著豐富的遺傳多樣性[8], 可為育種提供豐富遺傳材料。

相關分析表明花軸長度與葉長、葉寬相關性達到極顯著水平, 可以作為飼用木豆品種篩選的重點參考指標。但其他指標間的相關性較小, 李正紅等對云南地方栽培木豆群體植株形態性狀指標的相關分析也表明, 除單株粒質量與單株莢數呈顯著正相關外, 測定的其他形態指標間無顯著相關關系[8]。國內對于木豆育種研究發展較慢, 主要集中于籽實利用型木豆育種, 而飼用型木豆育種研究較少[9]。

表5 木豆屬種質資源各性狀間相關分析結果

注: *代表顯著水平,<0.05; **代表極顯著水平,<0.01.

基于8項形態指標測定結果進行聚類分析, 將45份木豆種質資源分為3大類, 第一類群在各形態指標上都表現較優異, 是進行育種工作的重點考察種質, 第二類群莢果長和莢果寬兩個形態指標較高, 可以作為蔬菜型木豆育種的基礎材料, 第三類群的數量占全部種質資源的68.89%, 各項形態指標表現居中, 無突出性狀。

本研究對收集的45份木豆種質資源進行了形態指標和物候期的考察、并基于此進行了評價及優良性狀的篩選工作, 但該方法受自然環境和人為因素的影響較大, 進一步研究可以利用分子生物學技術深入進行木豆種質資源鑒定和遺傳多樣性研究, 并與農藝性狀的形態學觀測相結合, 以準確把握遺傳多樣性的本質,更好地為木豆育種和資源保存提供基礎信息。

表6 基于聚類分析的各類群木豆種質資源形態特征平均值列表

[1] 楊示英, 龐雯, 宗緒曉. 豆科作物新秀—木豆[A]. 廣西農科院, 中國農科院合作編印. 2002.

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[3] 谷勇, 周榕, 鄒恒芳, 等. 木豆栽培技術與綜合利用[J] . 西南林學院學報 , 2000(4): 213–217.

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Study on morphological features diversity and phonological period of pigeonpea germplasm materials

GAO Guijuan1,2, LI Zhidan1,2,*

1. Department of Biology, Guangdong University of Education, Guangzhou 510303, China2. Guangdong Technology Research Center for Applied Ecology, Guangzhou 510303, China

Phenological period and morphological features of 45 different kinds of pigeonpea germplasm materials were investigated. Based on this features, the genetic diversity was analyzed through coefficient of variation, correlation analysis and hierarchical clustering method. The results showed that obvious differences of morphological characteristics between 45 pigeonpea germplasm materials were observed. Wide distribution of traits and the large degree of variation resulting from eight quantitative genetic characters were observed, which ranged from the minimum value of 3.73% to the maximum value of 17.87%. Based on correlation analysis, leaf length, leaf width and petals size significantly related to each other (<0.05). With the hierarchical clustering, the tested 45 pigeonpea germplasm materials were categorized into three groups based on the cluster analysis involved in eight morphological features. Rich genetic diversity was revealed. Group performances showed insignificant correlations with region. It is necessary to conduct further study for those pigeonpea species in group I and II in order to select better breeding materials.

pigeonpea; germplasm materials; morphological features diversity; clustering analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.015

S541.9

A

1008-8873(2017)02-100-07

2015-10-10;

2016-02-03

廣東省創新強校工程項目(2014KTSCX197); 廣東自然科學基金項目(2015A030313849)

高桂娟(1976—), 女, 內蒙古通遼人, 博士, 副教授, 主要從事生態學研究, E-mail: ggj3215@126.com

李志丹, 男, 碩士, 副研究員, 主要從事草業科學與種質資源研究, E-mail: xwqlzd@126.com

高桂娟, 李志丹. 45份木豆種質資源物候期及形態多樣性分析[J]. 生態科學, 2017, 36(2): 100-106.

GAO Guijuan, LI Zhidan. Study on morphological features diversity and phonological period of pigeonpea germplasm materials[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 100-106.