54份哥倫比亞木薯種質的育種特性評價

葉劍秋， 張 潔， 肖鑫輝， 吳傳毅， 薛茂富， 李開綿

(中國熱帶農業科學院 熱帶作物品種資源研究所農業部華南基因資源與種質創制重點實驗室， 海南 儋州 571737)

54份哥倫比亞木薯種質的育種特性評價

葉劍秋， 張 潔， 肖鑫輝， 吳傳毅， 薛茂富， 李開綿*

(中國熱帶農業科學院 熱帶作物品種資源研究所農業部華南基因資源與種質創制重點實驗室， 海南 儋州 571737)

資源是育種的基礎，對引進資源進行科學的評價是確定育種方向的前提，也是加快育種進度的關鍵.該研究通過田間試驗(1 a)對引自哥倫比亞的54份木薯資源進行育種特性評價，通過對株高、塊根直徑、單薯鮮重、薯干率、鮮薯淀粉含量及支鏈淀粉含量等指標的測定和分析，確定54份資源的生產特性.結果表明：種質CM837、CM2399-4、哥倫比亞16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1表現最好，是育種的優選材料；種質CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9塊根淀粉含量和生長情況較好但產量較低，可作為以高淀粉含量和以莖葉為飼料的育種材料；種質CM92-56-1、CM901、CM7595-1和SM28-80-3木薯產量和質量都較好，可作為以木薯為收獲目標的育種材料.

木薯種質； 田間試驗； 評價

木薯(ManihotesculentaCrantz) 又名樹薯、樹番薯、木番薯[1]，為大戟科(Euphorbiaceae)木薯屬(Manihot)植物，原產南美洲.木薯是世界上8億多人口賴以生存的食糧，栽培歷史達4 000多年[2].木薯塊根中淀粉含量高達30%，因此有“淀粉之王”的美稱，與馬鈴薯和甘薯并稱世界三大薯類作物[3].木薯淀粉或干片可制酒精、檸檬酸、谷氨酸、賴氨酸、葡萄糖、果糖等，木薯莖葉是優質的飼料，也是優質的蘑菇培養基質[4].據不完全統計，以木薯為原料生產的產品多達2 000多種[5].

木薯種質資源十分豐富，現存木薯資源最多的機構為哥倫比亞國際熱帶農業研究中心(CIAT)，其國際木薯種質資源圃中囊括的木薯種質資源逾6 000 多份[6].我國木薯引種可追溯到1820年，廣東率先進行木薯的引種、馴化和栽培[7].木薯栽培量最大省份包括廣東、廣西、海南，其次為福建、云南、江西、湖南，另有少量試種于四川、貴州和重慶等地.木薯種質收集、保存及評價工作現已于廣東、廣西和海南等有關科研單位內普遍開展，育種、栽培技術及木薯淀粉深度加工的相關研究也已逐步深入.現已成功培育的優良品種，如華南124、華南205、華南6068、華南5號、華南6號等，有效促進了我國木薯品種多樣化與良種化進程[8-11].廣西和廣東等省份育成了桂熱891、桂熱911、桂熱3號、桂熱4號、桂熱5號、新選048等.肖鑫輝等[12]對國內外木薯資源表型多樣性的研究表明，288份木薯資源遺傳多樣性豐富，且數量性狀存在較大程度的變異，并將資源優勢特性粗略劃分為了兩個類群，只能大致知道資源的特性，需進一步細化才能確定資源特性；謝向譽等[13]從植物學性狀、農藝性狀和氫氰酸含量從國內外31份木薯資源中篩選出了13份較好的資源，篩選資源的標準是某一單一指標的前幾份資源，缺乏綜合性的評價.資源引進是選育高產優質新品種的關鍵基礎[14]，本研究以從哥倫比亞引進的54個木薯種質為研究對象在海南開展品比試驗，篩選出適應性強、產量高及品質好的種質，并對種質的利用潛質進行評價，以期為木薯新品種的選育提供新的種質和前期研究基礎.

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試木薯種質為從哥倫比亞引進后保存于國家木薯種質資源圃的54份材料，植物學特征描述參照《木薯種質資源形態圖譜》[15]，詳情見表1 .

表1 54份木薯種質信息

續表1

注：1)株高：高>300 cm，中200～300 cm，矮<200 cm；2) 主莖直徑：粗>3.0 cm，細2.0～3.0 cm；3) 分支角度，大>45°，中30～45°，小<30°；4) 塊根直徑，粗>4.5cm，細3.0～4.5cm.

Notes: 1) about height: high >300 cm，middle 200-300 cm， short <200 cm；2) about stem diameter: thick >3.0 cm， thin 2.0-3.0 cm; 3) about branching angle: big >45°， middle 30-45°， small <30°; 4) about root diameter: thick >4.5 cm， thin 3.0-4.5 cm.

1.2 方法

1.2.1 試驗地選擇及土壤理化性狀測定 試驗地點位于海南省儋州市，中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所試驗基地，地理位置為109°30′E，19°30′N，年均氣溫23.1℃，年均降雨量1 823 mm，地勢平坦，磚紅壤，土壤理化性狀見表2.

表2 種植地土壤理化性狀

1.2.2 田間試驗設計 試驗采用隨機區組設計，小區面積16 m2，每個小區種植16 株，株行距為1.0 m，設3個重復，共162個小區，小區間距為2 m.試驗區域周圍設2.5 m寬保護行，保護行內種植王草.

1.2.3 育苗、移栽及田間管理 選取粗壯一致的種莖育苗于營養缽中(25 cm×30 cm)待出苗后選擇長勢一致的種苗按照實驗設計分布圖移栽到大田中，每3個月除草一次，移栽12個月后收獲.

1.2.4 測定指標及方法 采樣方法：株高、直徑及平均單株薯產量，測定所有植株的數值；鮮薯淀粉含量，在每個小區內隨機選取樣品測定；支鏈淀粉含量，樣品為每個小區木薯磨粉混合后進行取樣.

株高：收獲前用塔尺量取植株由地面至頂葉的高度.

主莖直徑：用游標卡尺量取距地面10 cm處的主莖直徑.

塊根直徑：用游標卡尺量取塊根最粗處的直徑.

平均單株薯產量：挖取小區內各株塊根在水中清洗干凈后陰干，稱量總薯重后取平均值.

鮮薯淀粉含量：用泰國進口的鮮薯淀粉測量儀，稱5 kg左右的鮮薯空中重和水中重，根據國際熱帶農業中心制定的公式計算鮮薯淀粉含量：

鮮薯淀粉含量(%)=210.8×[空中重/(空中

重-水中重)]-213.4.

支鏈淀粉含量：用標準的支鏈淀粉繪制標準曲線.先用旋光計測定樣品總淀粉含[16].稱取總淀粉含量為50 mg木薯干粉樣品(約0.5 g)，加少量無水乙醇及0.5 mol/L NaOH溶液10 mL，置于沸水浴10 min.冷卻至室溫，蒸餾水定容至50 mL，充分混勻.吸取2.5 mL 樣品溶液，加入至50 mL 容量瓶，加20 mL 蒸餾水，用0.1 mol/L HCL溶液調pH約為3，加碘試劑0.5 mL，定容至50 mL，放置10 min，在620 nm波長處，用比色法測定其光密度.從標準曲線上查出樣品中支鏈淀粉的含量，3次重復[17].

1.2.5 數據處理 試驗中所有的數據均用Microsoft Excel 2000、JMP9等統計軟件進行統計和方差分析，以Tukey HSD作為差異顯著性標準，顯著性水平P<0.01.通過IBM SPSS Statistics 19軟件進行主因子分析，以最大方差法進行方差正交旋轉.

2 結果與分析

2.1 54份木薯種質平均單株薯重差異顯著性分析

木薯的主要收獲對象是塊根，因此薯重是衡量木薯生產性能和木薯育種的首要指標，54份引自哥倫比亞的木薯資源在海南儋州種植的平均單株薯重如表3所示.19份木薯資源在平均單株薯重上差異達極顯著(F種質=37.35**)，其中種質CMR36-63-4的平均單株薯種值最小，為0.58kg，與CM4040-1、哥倫比亞10J、SM1568-2、CMR26-07-15、哥倫比亞6F、CH20、CM3327-4、哥倫比亞8H、ECV83、哥倫比亞2號、BRA274.

哥倫比亞1號和哥倫比亞12L間平均單株產量差異不顯著；種質哥倫比亞7G產量最高，為6.60 kg，為CMR36-63-4的11.38倍，與種質SM2300-1、19S間差異不顯著；種質CMR36-60-12、SM2323-6、CM837、SM1747的平均單株產量與19S差異不顯著，但顯著低于哥倫比亞7G、SM2300-1，產量在4.36～5.58 kg之間；種質CM769-2、哥倫比亞16P、CMR34-11-3、CMR35-70-1、CM2399-4、SM28-80-3、CMR36-40-12、CM92-56-1、CMR35-22-196、CG501-2、CM965-3、ECV84、CM3970-8、CM7595-1產量與SM1747差異不顯著，在3.16～4.15 kg之間.

表3 54份木薯資源平均單株薯重和支鏈淀粉含量

續表3

注：縱向不同字母間表示菌株間差異極顯著(P<0.01).**表示差異極顯著

Note: Different letters in the same column means significantly different at 0.01 level.**: extremely significant difference

2.2 54 份木薯種質支鏈淀粉含量差異顯著性分析

支鏈淀粉含量是衡量木薯品質的主要指標，引自哥倫比亞的54份木薯種質的支鏈淀粉含量見表2，由表可知，54份木薯資源在支鏈淀粉含量上差異達極顯著(F種質=54.23**)，其中種質哥倫比亞7G的支鏈淀粉含量最低為71.26%，與種質CM1585-13、SM1568-2差異不顯著；種質SM610-1支鏈淀粉含量最高，為79.34%，與SM2300-1、CMR36-63-4、ECV81間差異不顯著；其它種質支鏈淀粉含量根據差異顯著性可以分為3個層次，含量較高的種質有12份，為：CM385-6、CM4054-40、CMR26-07-15、哥倫比亞1號、PER557、哥倫比亞2號、CM523-7、CMR36-40-9、19S、CMR34-11-3、SM2323-6、CM965-3；含量中等的種質有21份，為：CMR37-14-9、哥倫比亞10J、CMR35-70-6、CMR36-40-12、CM483-2、CM837、SM28-80-3、SM1747、CM92-56-1、CMR35-70-1、CMR35-22-196、哥倫比亞8H、M?COL22、CM1210-10、CM3327-4、哥倫比亞6F、BRA12、BRA274、SG424-19、CM769-2、CM2399-4；含量較低的種質有14份，為：哥倫比亞12L、CM3993-9、CH20、CM901、COL1050、CM4040-1、ECV84、哥倫比亞16P、CG501-2、CM7595-1、哥倫比亞3C、CM3970-8、ECV83、CMR36-60-12.

2.3 54份木薯種質的綜合評價

通過對引自瑞士的54份木薯種質的株高、塊根直徑、單薯鮮重、薯干率、鮮薯淀粉含量支鏈淀粉含量等指標進行因子分析，前3個因子的累積貢獻率達79.42%(一般情況下，累積貢獻率超過75%即可)，因此可提煉3個公因子.經最大方差旋轉法得到旋轉因子載荷矩陣(表4).在54個木薯種質的第一公因子(F1)中，薯干率(0.97)和鮮薯淀粉含量(0.97)具有大的正載荷可以稱為塊根淀粉含量因子，F1的方差貢獻率為36.76%；在F2中株高(0.69)和塊根直徑(0.83)有較高的正載荷，F2可稱為木薯生長狀況因子，該因子的方差貢獻率為24.01%，在F3中單薯鮮重(0.75)指標有較高的正載荷，F3可稱為薯產量因子，該因子的方差貢獻率為15.65%.

根據引自瑞士54個木薯種質的各觀測值在3個主因子上的標準得分，作各種質關于F1、F2與F3公因子的表(表5).種質在各主因子上的得分值可以反映該種質的特性，可見種質CM837、CM2399-4、哥倫比亞16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1在3個主因子上得分都為正值，塊根淀粉含量、生長及產量上都有較好的表現，是優選的育種材料.種質CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9在主因子F1和F2上都為正，在F3上為負，說明其塊根淀粉含量和生長情況較好，但木薯產量較差.種質CM92-56-1、CM901、CM7595-1、SM28-80-3在F1和F3上都為正，在F2上為負，說明其木薯產量和質量較好，生長量較差.種質COL1050、SM1747在F2和F3上都為正，在F1上為負，說明其生長量和木薯產量都較好，木薯質量較差.種質CH20、CM3327-4、BRA12和BRA274在3個主因子上得分都為負，這4個種產量、質量及生長情況都較差.剩余種質在3個主因子中有1個為正，2個為負，屬于表現較差的種質，按主因子的正負可分為以下3類：F1正，F2、F3負：比亞1號、CM523-7、CM965-3、CM1210-10、哥倫比亞10J、ECV81、CMR35-70-6和CMR36-63-4；F2正，F1、F3負：哥倫比亞2號、CM483-2、哥倫比亞8H、M?COL22、SM610-1、哥倫比亞12L和哥倫比亞6F；F3正，F2、F3負：CM1585-13、CM3970-8、CM4040-1、SM1568-2、哥倫比亞7G、哥倫比亞3C、ECV83、ECV84和CG501-2.

表4 旋轉后的因子載荷矩陣

注：表中數據為不同木薯種質各指標通過方差正交旋轉后得到的前3個主因子載荷矩陣及所解釋的樣本總方差的累計比例．

Note: The results are the first 3 main factors rotated component matrix and its total variance explained by the cumulative percentage of the samples then different cassava germplasm．

表5 54份種質在3個公因子的標準得分

ECV81058743-1103-165351ECV83-0538-090801016475

續表5

3 討論與結論

環境條件是影響作物生長和生產的關鍵，對引進種質進行適應性評價和篩選是育種和利用種質的前提.木薯基因雜合程度較高且極易進行無性繁殖的特性是其進行雜交育種的天然優勢[18-19]，只需要進行一次有性雜交，得到雜種F1代，從中選出優勢個體，進行無性系繁殖，通過無性品系的比較試驗、區域試驗和生產試驗即可篩選具有優良性狀的新品種.種質資源是育種的基礎，大量的種質資源是篩選優良種質的必要條件，但大量的種質資源會給雜交和品種選育帶來大量的工作量，因此在雜交之前對引自同一區域的種質進篩選和生產特性定位可以有效的減少育種的工作量，加快的育種的進度.本研究在海南儋州對引哥倫比亞的54份種質資源進行篩選評價，雖然平均單株薯產量和支鏈淀粉含量之間差異都達到極顯著，但平均單株薯產量之間的差異較大在0.58±0.25 kg到6.60±0.11 kg之間，而支鏈淀粉含量的差異較小在78.56±0.28%到79.34±0.01%之間，SM2300-1、19S、和SM2323-6平均單株薯產量和支鏈淀粉含量都較高；CMR36-63-4、EVC81和SM610-1支鏈淀粉含量較高，但其平均單株薯中不是最高.目前生產中木薯主要是以塊根為收獲對象，但在飼料領域也以莖葉為主要收獲利用對象，平均單株薯重和支鏈淀粉含量雖在一定程度上可以反映木薯種質的產量和品質，但要確定引自哥倫比亞的種質在海南的綜合特性需要考慮更多的指標，而所有指標在種質間不能達到完全的統一， 故需通過降維的方法來確定.主因子分析可用少數幾個主因子來解釋多變量的方差、協方差，通過將多個變量維成少數幾個可以代表大部性狀且彼此不相關的變量.為達到使各主因子彼此不相關，在主因子分析中通過最大方差正交旋轉來達到使各指標在公因子上分開[20-21].通過主因子分析將6個指標降維為塊根淀粉含量、木薯生長狀況和薯產量3個公因子，通過各處理在兩個公因子上的標準得分確定54個木薯資源在海南儋州綜合表現為：種質CM837、CM2399-4、哥倫比亞16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1綜合表現最好，是育種的優選材料；種質CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9塊根淀粉含量和生長情況較好但產量較低，可作為以高淀粉含量和以莖葉為飼料的育種材料；種質CM92-56-1、CM901、CM7595-1和SM28-80-3木薯產量和質量都較好，可作為以木薯為收獲目標的育種材料.一般大田試驗需要3年的數據方能確定一個資源的適應性，本研究主要目的是對來自哥倫比亞的不同木薯資源進行育種方向和適應性的初步判定，故通過1年的試驗進行評價，要進一步確定不同資源的適應能力需要進一步的田間試驗.

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Breedingcharacteristicsevaluationof54cassavagermplasmfromColumbia

YE Jianqiu， ZHANG Jie， XIAO Xinhui， WU Chuanyi， XUE Maofu， LI Kaimian

(Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China，Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China)

Resources are the basis for breeding， while evaluation for resources is the prerequisite for breeding， and also the key point for speeding up breeding. In this study， 54 samples that introduced from Colombia were evaluated by field experiment (1 year) in order to determine the production characteristics， the indexes including plant height， diameter， fresh weight， dry rate， starch content， amylopectin content and others. The results showed that CM837， CM2399-4， Colombia 16P， 19S， SG424-19，SM2300-1，SM2323-6，CMR34-11-3，CMR35-70-1 and CMR35-70-1 were the best material for breeding; starch content and growth of CM385-6， CM837，CM3993-9，CM4054-40，PER557，CMR26-07-15，CMR36-40-9，CMR37-14-9 were better but the yield were low， which would be used as breeding materials with high starch content and feeding; yield and quality of CM92-56-1， CM901， CM7595-1 and SM28-80-3 were better， which are able to be used as breeding material for harvesting target．

cassava germplasm; field experiment; evaluation

2017-09-18.

農業部物種品種資源保護項目(2017NWB045，17RZZY-08)；現代農業產業技術體系建設專項資金項目(CARS-12-hnlkm)；中國熱帶農業科學院基本科研業務費專項資金(1630032017002).

*通訊聯系人. E-mail: likaimian@sohu.com.

10.19603/j.cnki.1000-1190.2017.06.015

1000-1190(2017)06-0809-08

S533

A