我國金沙江干熱河谷地區甘蔗野生種質資源采集與鑒定

劉洋　蘇俊波　劉新龍　劉洪博　姚艷麗　徐磊

摘 要 為了擴充國家甘蔗野生資源，進一步挖掘具有育種潛力的親本材料。對金沙江干熱河谷地區華坪縣、攀枝花市區、鹽邊縣、米易縣、會理縣、永仁縣等12個市縣的甘蔗野生種質資源進行了采集和鑒定，共采集斑茅9份，割手密20份，蔗茅4份，芒1份，涉及4個屬4個種，合計34份。主要農藝性狀相關性分析結果表明：所采集的甘蔗野生種質資源性狀差異顯著，株高、莖粗、葉長和葉寬均存在極顯著或者顯著（株高和葉長）的相關性，而錘度與其它指標不相關。遺傳多樣性分析表明：所采集的甘蔗野生種質資源多樣性指數為1.53～1.68，變異系數為0.35～0.61，具有較高的遺傳多樣性。聚類分析可將其分為四個類群，其中Ⅲ類群具有較好的錘度品質潛力，Ⅳ類群具有較大的生物產量。Ⅲ和Ⅳ類群可推薦作為甘蔗育種的優異材料。

關鍵詞 甘蔗 ；資源采集 ；性狀鑒定 ；相關性分析 ；遺傳多樣性

中圖分類號 S324 ；S566.1 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.08.013

Abstract In order to enrich the wild germplasm resource pool of sugarcane and discover potential wild parental materials for breeding in China， germplasm resource of sugarcane were collected and characterized from 12 cities and counties of Jinsha River Dry-hot valleys. Collected were 9 accessions of Erianthus arundinacius， 20 accessions of Sacchuram spontaneum， 4 accessions of Erianthus rufipilus and 1 accession of Miscanthus sinensis， totaling 34 accessions including 4 genera and 4 species. Correlation analysis showed that there were significant differences in characteristics among the wild germplasm resource of sugarcane collected. The plant height， stem diameter， leaf length and leaf width were highly significantly correlated or significantly correlated （between plant height and leaf length）， but there was no correlation between brix and other four major traits. Genetic diversity analysis showed that the genetic diversity index of the wild germplasm resources was 1.53～1.68 with the variance coefficient being 0.35～0.61， indicating that all the collections were high in genetic diversity. These 34 accessions of germplasm resources could be divided into four groups， in which Group III had good quality potential of brix， and Group IV had greater biomass. Groups III and IV could be recommended as desirable sugarcane materials for breeding.

Keywords sugarcane ； resource collection ； characterization ； correlation analysis ； genetic diversity

現代甘蔗品種是印度的熱帶種和野生割手密通過天然雜交，再經過精挑細選的進程選育得來的。甘蔗作為我國重要的糖料作物[1]，新品種選育工作一直受到重視。近年來，中國大陸和臺灣地區各育種單位先后育成新臺糖系列、桂糖系列、粵糖和云蔗系列品種[2]，為甘蔗產業的發展提供了有力的支撐，其中新臺糖系列品種仍然在中國大陸甘蔗種植面積中占據主導地位。由于遺傳基礎較為狹窄，甘蔗新品種在宿根性、適應力、抗逆性和分蘗力等方面退化現象嚴重[3]。要解決這一問題，必須擴大現有甘蔗的遺傳基礎，引入新的基因資源，提高產量和抗性。利用甘蔗野生種質資源將有可能成為解決這一問題的有效途徑之一。

中國甘蔗種質資源較為豐富，主要包括斑茅、割手密、蔗茅和芒等，目前以斑茅和割手密研究較多。割手密（Saccharum spontaneum）屬于甘蔗屬，與栽培種甘蔗親緣關系最近[4]。其具有抗逆性強、糖分含量較高[5]、分蘗多等優良特性[6-8]，是被認為最有利用價值的甘蔗屬野生種質資源[9]。斑茅（Erianthus arundinaceus）屬于蔗茅屬（Erianthus Michaux.），具有極強的抗逆性[10-11]。通過遠緣雜交，將斑茅的抗性基因導入栽培種甘蔗，極有可能獲得適應性強的甘蔗新種質。我國一直重視甘蔗野生資源的收集和鑒定工作，目前已對云南[12]、廣東[13]、廣西[14]、福建[15]、海南[16]、藏南[17]等地的甘蔗野生種資源進行了收集和鑒定，保存了大量珍貴的育種資源。但是，由于各地經濟的快速發展，對甘蔗野生資源的生長環境造成了破壞，部分種質資源甚至面臨絕種，急需在采集鑒定的基礎上，收集更多野生資源，擴充我國甘蔗種質資源庫。endprint

金沙江干熱河谷地區地處四川和云南金沙江流域，具有典型的亞熱帶和熱帶地區氣候特征，而且周圍多山，較為封閉，極可能發現基因較純且具有特殊品質的育種材料。然而，由于交通等問題，這一區域的甘蔗野生資源采集和鑒定工作還未開展。為此，本研究對金沙江干熱河谷地區的12個縣（市）的甘蔗野生種質資源進行了采集，對其主要農藝性狀的相關性和遺傳多樣性進行分析，期望能找到有潛力的甘蔗育種材料，為進一步培育甘蔗新品種提供資源。

1 材料與方法

1.1 材料

金沙江干熱河谷地區甘蔗野生種質資源。采集時間為2015年7月3～6日，采集路線為攀枝花西區、興泉鎮、榮將鎮、華坪縣、鹽邊縣、埡口鎮、米易縣、會理縣、大黑山、永仁縣、坪地鎮、大田鎮12個市縣（鎮），基本覆蓋了金沙江干熱河谷地區的各市縣。每隔30 km左右采集1次樣品，采集時用鐵鍬和鋤頭將根挖出，樣品經過記錄和測定后取其部分根部放入材料袋中保存，最后統一郵寄回單位在實驗基地進行活體種植保存。

1.2 方法

1.2.1 信息記錄

對采集的樣品填寫樣品記錄單。內容包括采集編號、采集時間、照片編號、種質名稱、地方名、采集地、海拔、經度、緯度、分布狀況、土壤類型、生境等。其中海拔、經度、緯度測定使用GARMIN公司生產的GPSmap76進行測定。

1.2.2 性狀測定

測定參照《甘蔗種質資源描述規范和數據標準》[18]進行。測定的主要農藝性狀有株高、莖徑、錘度、葉長、葉寬、葉色和毛群等指標。以上測定均設3次重復。

1.2.3 數據統計與分析

采集樣品分布圖：采用Google Earth 6.0軟件進行分布圖制作。

相關性分析：利用Excel 2010軟件對測定結果進行整理和分類，利用Spss 19.0軟件中的雙變量相關性分析方法對株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬5個農藝性狀進行相關分析。

遺傳多樣性分析：利用遺傳多樣性指數來衡量群體遺傳多樣性大小[19]。

聚類分析：利用SPSS 19.0版軟件中系統聚類的質心聚類法進行聚類，度量標準采用Pearson相關性的區間度量方法。

2 結果與分析

2.1 采集信息與地理分布情況

本次對金沙江干熱河谷12個縣（市）的甘蔗野生種質資源進行了采集，共采斑茅9份，割手密20份，芒1份，蔗茅4份，涉及4個屬4個種，共34份。

本次調查發現，不同甘蔗野生種質資源分布隨著海拔和氣候條件的改變而不同（圖1）。斑茅分布較廣，山坡、路邊、水塘邊都有分布，海拔1 059～1 803 m，經度范圍101°13′～102°15′，緯度26°12′～27°05′，伴生物種多為草類和林木類植物。割手密主要分布在接近水源的金沙江邊、河邊、水庫等地方，海拔1 013～2 043 m，經度101°26′～102°15′，緯度26°05′～27°05′。蔗茅主要分布在海拔較高的坡地和田埂上，海拔1 184～1 968 m，經度101°12′～102°15′，緯度26°07′～27°05′。芒只在山坡地采集到1份資源，海拔為1 184 m，經度101°14′，緯度26°30′（表1）。

2.2 主要農藝性狀及相關性分析

本研究收集的甘蔗野生種質資源株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬之間均存在較大差異。斑茅株高變化為58～265 cm；莖徑為0.89～1.60 cm；錘度為2.8%～10.6%；葉長為77～192 cm；葉寬為1.3～2.7cm。割手密株高變化在36～302cm；莖徑在0.30～0.7cm；錘度在3.3%～12.8%；葉長在56～144 cm；葉寬在0.4～1.7 cm。蔗茅株高變化在50～100 cm；莖徑在0.369～0.73 cm；錘度在4.8%～11.4%；葉長在59～86 cm；葉寬在0.40～2.1 cm。芒只采集到1份，株高為200 cm；莖徑為1.10 cm；錘度為5.5%；葉長為41 cm；葉寬為2.9 cm（表2）。

總的來說，斑茅的植株較為高大，平均株高為143 cm，而蔗茅植株較為矮小，平均株高只有70.5 cm，割手密平均株高在86 cm左右；斑茅平均莖徑1.24 cm，較為粗壯，而割手密的只有0.48 cm左右；錘度方面割手密優勢較明顯，錘度大于10%的有6份，平均可達7.3%。斑茅的葉長和葉寬占有絕對優勢，顯著高于其它的資源。

本研究區對收集的甘蔗野生種質資源的株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬進行了相關性分析。結果表明，株高、莖粗、葉長和葉寬兩兩之間都存在極顯著或者顯著（株高和葉長）的正相關（表3）。莖粗和葉寬相關系數最高可達到0.670，株高和葉長相關系數最低為0.417。值得一提的是，錘度與株高和莖粗之間呈負相關，但未達顯著水平，而錘度與葉長和葉寬之間不存在相關性（表3）。可以認為，株高與其它性狀指標相關性較大，而錘度與其它性狀相關程度較低。

2.3 遺傳多樣性分析

為了進一步搞清金沙江干熱河谷的甘蔗野生種質資源的來源和進化關系，本研究對其遺傳多樣性進行了分析。結果表明，本次收集的甘蔗野生材料在株高、莖粗、錘度、葉長和葉寬均存在較大的變異和較高的遺傳多樣性（表4）。株高變異系數最高為0.61，而葉長最低為0.35。錘度和葉寬多樣性指數為1.68，而株高為1.53。可以看出，5個性狀指標均存在較大的多樣性指數，也表明甘蔗野生種質資源具有豐富的遺傳多樣性，具有較大的利用潛力。

2.4 聚類分析

34份甘蔗野生材料可以分為4類（圖2），每個類群材料數量較為平均（表5）。每個類群特征如下：Ⅰ類群有材料10個，株高、莖粗、錘度均較低，但要好于Ⅱ類群；Ⅱ類群有材料8個，各項指標均較低，但錘度指標較高，可用于糖分改良的材料；Ⅲ類群個數為8個，大多數指標處于Ⅱ類和Ⅳ類之間，但錘度指標最好，有較大利用潛力；Ⅳ類有材料8個，其株高平均可達184 cm，顯著高于其它所有材料，但其錘度指標較低（表5）。按照生物量估計，優略順序為：Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，按照錘度指標估計，優略順序為：Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ。endprint

3 結論與討論

國內外甘蔗領域專家學者一直重視甘蔗種質資源的收集和保存工作。在過去的40～50年，國際甘蔗技師協會（ISSCT）已經組織過4次較大規模的資源采集工作，收集了大量的熱帶種、大莖野生種和割手密資源[20]。印度和巴西也保存了將近1 500份甘蔗種質資源[21]。中國也非常重視甘蔗種質資源的收集和保存工作，依托云南省農科院甘蔗研究所建設了國家甘蔗種質資源圃。近年來，對云南、廣東、廣西、海南、四川、藏南等地的甘蔗資源進行了收集和鑒定[12-17]。但是尚未見對云南和四川邊境的金沙江干熱河谷地區進行系統考察的報道。該地區地處四川大涼山山區，地域相對比較封閉，因此這些資源含有野生血緣的純度更高。另外，與沿海和平原相比，其生態環境破壞程度低，通過本次工作能搜尋一些珍貴的資源。本次采集過程中發現，金沙江干熱河谷地區甘蔗野生種質資源分布較廣，從江邊到山頂都有分布，其中斑茅和蔗茅多分布在山坡地，而割手密多分布在江邊、水塘邊，這與海南的情況較為類似。同時，也發現斑茅和蔗茅比割手密具有更強的抗旱性。從采集數量上來看，割手密最多，其次是斑茅，芒只找到1份，這可能是由于割手密具有更強的分蘗能力和適應能力，其傳播的范圍也更廣。本研究采集的甘蔗野生種質資源性狀差異很大，有些材料性狀較好，比如割手密Sp-05，其株高可達302 cm，生物量很大，可作為今后產量基因挖掘的一個基礎材料；還發現的一個割手密材料Er-16，錘度接近12.8%，可作為今后改良含糖量品種的資源。但也有一些材料性狀較差，比如割手密Sp-11，株高只有36 cm，而Sp-02，莖粗只有0.30 cm，幾乎不生長。總體來看，與海南采集的資源相比，本次采集的資源株高、莖粗和錘度都相對較小。可能其獨特的氣候和生態環境產生較大的影響。

相關性是反映性狀遺傳連鎖和遺傳能力的重要指標。本研究發現，金沙江干熱河谷地區的甘蔗種質資源株高、莖粗、葉長和葉寬之間均存在極顯著或者顯著的正相關。因此，控制這些性狀的基因連鎖強度較高，通過雜交的手段可以實現綜合性狀的改良。然而，錘度與其他4種農藝性狀均沒有顯著的相關性，這與廣東[13]和海南[16]采集的資源結果一致。根據這些結果可以推測，控制糖分含量的基因與其他性狀基因連鎖強度不高，可以創制出糖分含量不同的豐富遺傳材料。這也說明，相比產量性狀而言，含糖量性狀更容易通過雜交的方法來改良。

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分，農藝性狀的多樣性本身也揭示了其基因遺傳的多樣性[22]。從分析的結果來看，本研究采集的資源具有較高的遺傳多樣性，這與劉洋等的研究結果一致[16]。這也說明甘蔗種質資源在進化的過程中，產生了一定程度的遺傳變異，具有較大的雜種優勢利用空間[23]。同時也發現，本研究采集的資源遺傳多樣性系數均小于海南采集的資源。其原因可能是，金沙江干熱河谷地區比海南等沿海地區具有更強的封閉性，資源的傳播和擴散也較慢，因此資源變異程度不如沿海地區高。

本研究將采集的資源分成了4類，第Ⅲ和第Ⅳ類表現較好，可以作為今后甘蔗品種改良基因挖掘的基礎材料。金沙江干熱河谷地區氣候獨特，甘蔗野生資源相對較少，可能會進化出一些耐旱、抗倒伏的獨特材料。本研究下一步的工作將重點對采集的資源進行進一步鑒定，期望能找到抗逆性強的基因資源。

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