貴州引進甘薯種質資源形態標記聚類分析

何天久， 付 梅， 吳巧玉， 楊 航, 鄧仁菊

(1.貴州省農業科學院生物技術研究所， 貴陽 550006； 2.貴州省農作物技術推廣總站， 貴陽 550001)

甘薯是繼馬鈴薯與木薯之后的世界第三大薯類作物，是發展中國家主要的碳水化合物來源[1]。我國甘薯種植面積與產量均居世界首位，目前種植面積在 550萬hm2左右，占世界種植面積的75%左右[2]。甘薯是貴州省重要的糧食農作物之一，貴州省內甘薯種植面積常年維持在27萬hm2以上，主要分布在海拔較低的遵義、銅仁、黔東南等地區[3]。

種質資源是植物遺傳改良的物質基礎，近年來，國內外學者對甘薯種質資源進行了大量研究，采用各種方法和技術對收集保存的甘薯種質資源進行分類鑒定， 其中形態標記依然是主要的分類研究方法[4]。采用形態學來區分遺傳變異和種屬之間的差別方法最直接簡便[5]。黃萍等[3]利用形態標記聚類法把15 個甘薯品種分成2個類群；宋吉軒等[6]采用形態標記方法，研究了23份紫薯材料間的遺傳多樣性，將種質資源分為三類；李慧峰等[4]利用形態標記聚類分析法將136份廣西地方甘薯種質資源可被分為四類。貴州種植甘薯歷史悠久，但品種相對單一，新品種選育仍是制約貴州甘薯產業的發展因素。因此，為豐富貴州甘薯種植資源，從全國引進33份優質甘薯品種進行形態聚類分析，對這些品種的主要性狀進行鑒定分類，以期篩選優良的適合貴州種植的品種，為貴州甘薯育種提供材料保證。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料從西南大學及其他省份引進甘薯材料33份(表1)，種植于貴州省農科院生物技術研究所種植圃。

表1 甘薯材料名稱及來源

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設計

2020年5月在貴州省農科院試驗基地種植，施微生物菌肥20 kg·(667 m2)-1,復合肥(N-P-K=15-15-15)15 kg·(667 m2)-1,小區面積3 m2,薯苗株距30 cm,行距1 m，重復3次,隨機區組排列。

1.2.2形態學表型性狀調查

按農業行業標準 NY/T 2939-2016[7]觀察、測量、記載 20項甘薯種質資源形態學性狀，取平均值。形態標記編碼(見表2)。

表2 甘薯形態標記及編碼

1.2.3數據分析

對調查的性狀進行編碼，運用DPS 數據處理系統對形態學性狀調查數據進行處理，采用唐起義等[8]歐式距離和類平均法(UPGMA)進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 甘薯形態學性狀測量編碼結果

根據參數的測量標準，不同甘薯品種20個性狀指標的測定結果如表3所示。從表3可看出，各資源的葉尖形狀、葉色表現出的多樣性最差，所有材料葉尖形狀都表現出葉尖銳，葉色綠。薯形表現出的多樣性最豐富，有8種，有球形(材料為5、9、15)、短紡錘(材料為20、23)、紡錘(材料為7、13、14、17、22、25、32)、上膨紡(材料為11、21、26、33)、下膨紡(材料為6、18、23、27、29)、長筒形(材料為12、19、30)、長紡錘(材料為1、2、4、10、16、28)；葉脈色表現出的遺傳多樣性，此組為6種；頂葉色、葉緣類型、薯皮主色、薯肉主色表現出的遺傳多樣性為5種；葉缺刻數表現出的遺傳多樣性為4種；其余形狀表現出的遺傳多樣性較差。

表3 甘薯形態標記量化值

2.2 甘薯形態標記的聚類分析

利用DPS軟件采用歐式距離和類平均法進行聚類分析，33份迷你甘薯材料20項主要性狀的聚類分析結果見圖1。在歐式距離為9.71處，可以33份甘薯材料可以分為兩大類群，第Ⅰ類群包括31份甘薯材料；第Ⅱ類群只有2份材料為紫云紅心和云南昭通(紅皮)。第Ⅰ類群在歐式距離8.33處，可將第Ⅰ類群分為兩個亞類。第1亞類包括23份甘薯種質資源，分別為：渝紅心4號、9-14-27、廣薯87、渝薯6號、徐薯22、渝198、秦5、徐18、湛薯12、渝薯38、渝薯12、濟薯26、渝68、四川仁壽、蘇8、渝98、黔8、云南昭通(黃皮)、渝33、渝17、海南、龍9、一點紅，此組品種大部分具有以下特征：葉尖形狀銳，葉色綠，葉緣色綠，葉柄帶紫，頂葉色綠或黃綠。第2亞類包括8份甘薯材料，分別為：萬薯5號、濟薯29、商19、渝50、濟薯30、萬薯10號、西瓜紅、煙25，此類品種在頂葉色、葉脈色、薯皮主色和薯肉色與第1類群差別較大。

圖1 甘薯形態標記的聚類分析

第Ⅱ類包括2份材料，為紫云紅心和云南昭通(紅皮)。主要表現為：頂葉色黃綠、頂葉形狀三角、頂葉葉緣色綠、葉片形狀三角形、葉尖銳、葉色綠、葉緣綠、葉柄綠上部帶紫、莖主色節點紫、節間長中等。

3 結論與討論

本研究通過形態學性狀對33份引進貴州種植的甘薯種質資源進行形態標記聚類分析，在歐式聚類9.71處，將這些材料可分為兩大類，同一類群的性狀相差小，歐氏距離相近; 類群間的性狀差異較大，歐氏距離相差大。

作物形態學形狀在生產上更直觀、便捷表現個體的，在傳統育種中仍是一項重要的研究手段。但是在鑒定性狀時容易受主觀意識的影響，對于一些不好區分性狀特征如頂葉色：褐綠和紫綠和一些薯形的判斷，不同的人對材料進行編碼時容易出現偏差。羅文彬等[9]研究認為特別是在品種非常相似時，傳統的形態特征很難鑒定種質資源及其來源，容易將不同品種混雜。因此，根據形態標記的相似性對甘薯種植資源進行系統聚類分析，一定程度上能反映品種資源之間親緣關系的遠近，但易受自然環境因素和人為因素的影響，難以準確闡明甘薯品種資源間的遺傳差異，還需要結合其他的研究方法對材料進行親緣關系分析[10]。

遺傳標記技術由經典的形態學研究發展到 DNA 分子標記的研究，極大地彌補了形態學研究的不足[11]。近年來有多項研究表明, 分子標記和形態學性狀可在植物分類、品種鑒別和遺傳多樣性分析中起到互補作用, 尤其對種子真實性鑒定、同種異名和異種同名鑒別[12]。因此, 綜合形態學信息和 DNA 標記信息能有效提高品種特異性鑒定的準確性[13]。