江西贛南地區芝麻地方種質資源的遺傳多樣性分析

張祖清，王郅琪，范呈根，歐陽衛衛，顏廷獻，顏小文，樂美旺，孫 建*

（1.贛州市農業科學研究所，江西 贛州 341000；2.江西省農業科學院 作物研究所/江西省油料作物生物學重點實驗室/國家油料改良中心南昌分中心，江西 南昌 330200）

芝麻(Sesamum indicum L.)又名胡麻，隸屬于唇形目胡麻科胡麻屬的一個栽培種，是我國六大特色油料作物之一，擁有上千年的種植歷史，廣泛分布于全國各地［1-3］。而種質資源的收集、整理、鑒定、保存和研究是迄今為止世界各國都很重視的重要措施［4］。據報道，全世界已經有20000余份芝麻種質資源保存在其遺傳種質庫中，其中有6000余份保存在中國［5-6］。贛南地區地處江西省南部，位于贛江上游，地貌以山脈、丘陵地形為主，屬典型的亞熱帶丘陵山區濕潤季風性氣候的地區。贛南地區素有種植芝麻的傳統，芝麻種植呈現零星分布廣且規模較小的特點，贛南的地方品種資源極其豐富。目前，作物遺傳多樣性的研究大多集中在作物的形態學水平、細胞學水平和分子水平等方面，其中形態學水平被普遍認為是認識作物最直觀的方法，同時對研究作物遺傳變異規律和發掘不同基因型芝麻種質資源具有重要意義［7］。王郅琪等［8］對132份江西芝麻地方種質資源進行了表型性狀的遺傳多樣性分析，結果發現江西芝麻地方資源主要表型性狀的變異較大，遺傳多樣性較豐富。楊學樂等［9］利用主成分分析和聚類分析法對湖南省收集的63份芝麻種質資源中的21個表型性狀進行了遺傳多樣性分析，結果發現湖南省芝麻資源具有廣泛的遺傳多樣性。崔彥芹等［10］對河北省收集的300份芝麻種質資源的遺傳多樣性進行了分析，結果發現300份芝麻種質資源的多樣性豐富，篩選出了一些具有優良綜合性狀和特異性狀的種質資源。本研究采用遺傳多樣性指數、變異系數、相關分析法、主成分分析法和聚類分析法等對67份贛南地區芝麻地方種質資源進行了多樣性分析，以期為芝麻地方種質資源的特異性品種的選育和創新提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗采用江西省農業科學院作物研究所芝麻創新團隊多年自行收集的67份來自江西省贛南地區的芝麻地方種質資源為材料，各種質資源分別來自贛州市的大余縣、定南縣、會昌縣、南康區、寧都縣、全南縣、瑞金市、信豐縣、興國縣、尋烏縣、于都縣等11個區縣，各個芝麻種質的具體信息詳見表1。

表1 67份贛南地區芝麻地方種質資源名稱、編號及來源

1.2 試驗設計

于2020年6月在江西省農業科學院作物研究所南昌橫崗試驗田進行。采取順序區組設計，每份種質種植4行，行長1.6 m，行距0.4 m，株距0.15 m，按照一般的田間栽培管理。

1.3 性狀調查

考察供試材料的25個主要表型性狀，根據張秀榮等［11］關于《芝麻種質資源描述規范化和數據標準化》中各性狀的調查標準，對株型、葉色、葉絨毛稀密、基部葉緣、基部葉開裂、莖稈絨毛稀密、成熟主莖顏色、每片葉腋花數、花旁蜜腺、蒴果棱數、蒴果顏色、種皮顏色、種子形狀等13個質量性狀進行調查和記載，并對其賦值；每小區選擇長勢一致的芝麻10株，測量其生育期、株高、始蒴高度、空梢尖長度、主莖蒴節數、主莖蒴果數、蒴果長、蒴果寬、蒴果厚、每蒴粒數、千粒重、單株產量等12個數量性狀。

1.4 統計與分析

遺傳多樣性指數(Genetic Diversity Index, GDI)計算采用Shannon-Weaver信息指數，計算公式：H′=-ΣPi×lnPi，其中，Pi為某一性狀第i級別內材料份數占總份數的百分比。對數量性狀進行分級，先計算參試材料的總體平均數(X)和標準差(S)，然后劃分為10級，即第1級(Xi＜X-2S)到第10級(Xi＞X+2S)，每0.5 S為1級，每級的相對頻率用于計算GDI。總體平均多樣性指數為各個單項性狀多樣性指數的平均值。利用Excel 2010軟件對數據進行統計分析［12］，用IBM SPSS Stztistics 19.0軟件進行相關分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 表型性狀的多樣性分析

由表2可知，對67份江西贛南地區芝麻地方種質資源的13個質量性狀的遺傳多樣性指數分析結果表明：芝麻種質資源遺傳多樣性較豐富的性狀為種皮顏色，GDI最高為1.2972；多樣性表現較差的性狀為葉絨毛稀密和莖稈絨毛稀密，其GDI最低，均為0.4800。

對67份江西贛南地區芝麻種質資源的12個數量性狀的變異范圍、變異系數(CV)和遺傳多樣性指數(GDI)的分析結果表明：在該種質群體中，數量性狀的變異系數為2.99%～38.81%，遺傳變異范圍較大。其中，主莖蒴果數、空梢尖長度、始蒴高度、單株產量、每蒴粒數、蒴果厚等6個數量性狀的變異系數相對較大，均在20%以上。由此可知，這6個數量性狀的遺傳穩定性較差；而GDI最高的是株高(2.0302)，最低的是生育期(1.1032)。綜合分析表明：13個質量性狀的GDI平均為0.8345，12個數量性狀的GDI平均為1.7770，25個表型性狀的平均GDI平均為1.2869。

2.2 芝麻種質數量性狀的相關性分析

對12個數量性狀的相關性分析結果表明(表3)：始蒴高度與生育期、株高呈極顯著正相關，與主莖蒴節數、主莖蒴果數、單株產量呈極顯著負相關，與空梢尖長度、蒴果寬呈顯著負相關；主莖蒴果數與空梢尖長度呈極顯著正相關；主莖蒴節數與主莖蒴果數和單株產量呈極顯著正相關；蒴果長與千粒重呈極顯著正相關；蒴果寬與蒴果厚、每蒴粒數呈極顯著正相關；蒴果厚與每蒴粒數呈極顯著正相關。

表3 13個數量性狀之間的相關系數

2.3 芝麻種質數量性狀的主成分分析

基于對12個數量性狀的主成分分析發現(表4)：有4個主成分的特征值大于1，其特征值分別為3.415、2.697、1.713、1.183，累計貢獻率為75.072%。第1主成分貢獻率為28.457%，特征向量表現為正值且較高的蒴果寬、蒴果厚、主莖蒴節數、每蒴粒數、單株產量等可能與產量相關的主要性狀，歸為產量因子。第2主成分貢獻率為22.478%，特征向量為正且較高的性狀包括蒴果厚、蒴果寬、每蒴粒數，歸為蒴果性因子。第3主成分貢獻率為14.276%，特征向量表現為正值且較高的性狀為蒴果長和千粒重，歸為粒重因子。第4個主成分貢獻率為9.860%，特征向量表現為正值且較高的性狀為生育期、主莖蒴節數和單株產量，歸為生育期因子。

表4 12個數量性狀的主成分分析

2.4 芝麻種質資源的聚類分析

采用歐式距離Ward聚類法，對67份贛南地區芝麻地方種質資源進行了聚類分析，將其分為四大類群(圖1)，分別計算各類群數量性狀的平均值和變異系數，結果表明(表5)：(1)類群Ⅰ包括26份種質，占供試種質數量的38.81%，該類群芝麻種質的質量性狀表現為：株型中分枝和單稈數量相當，葉、莖茸毛長短中均以短茸毛居多，葉、莖茸毛稀密中均以少量茸毛居多，成熟主莖顏色以黃綠色為主，每葉腋花數以單花為主，蒴果棱數以四棱居多，蒴果顏色以黃綠色居多。該類群芝麻種質的數量性狀表現為：蒴果長度表現為最長，其余11個數量性狀的均值均表現為適中，可作為潛在選育芝麻長蒴果新品種的親本材料。(2)類群Ⅱ包括11份種質，占供試種質數量的16.42%，該類群芝麻種質的質量性狀表現為：株型中以單稈居多，葉、莖茸毛長短中以短茸毛居多，葉、莖茸毛稀密以少量茸毛為主，每葉腋花數均以單花居多，花旁蜜腺顏色均以黃色居多，蒴果棱數以混生為主。該類群芝麻種質的數量性狀特點表現為：主莖蒴節數最多，蒴果寬度最寬，蒴果厚度最厚，每蒴粒數最多，單株產量最多，與單株產量相關的性狀綜合表現良好，可作為潛在選育芝麻高產型種質資源。(3)類群Ⅲ包括7份種質，占供試種質的10.45%，該類群芝麻種質的質量性狀：株型中以分枝為主，葉、莖茸毛長短中以短絨毛居多，葉、莖茸毛稀密中以少量茸毛為主，基部葉緣中鋸齒型和缺刻型數量相當，每葉腋花數以單花為主，花旁蜜腺顏色以黃色為主，蒴果棱數均為四棱。該類群數量性狀特點為：生育期表現為最長，株高表現為最高，始蒴高度表現為最高，主莖蒴節數表現為最少，主莖蒴果數表現為最少，蒴果寬度和厚度表現為最小，每蒴粒數表現為最少，千粒重表現為最大，單株產量表現為最低，可作為潛在選育高粒重型的親本材料。(4)類群Ⅳ包括23個種質，占供試種質數量的34.32%，該類群種質的質量性狀表現為：株型以單稈居多，葉、莖茸毛長短中以短絨毛居多，葉莖絨毛稀密中以少量絨毛居多，成熟主莖顏色中以黃綠色居多，每葉腋花數均為三花，蒴果顏色均為黃綠色。該類群數量性狀特點為：株高表現為最矮，始蒴高度表現為最矮，空梢尖長度表現為最短，主莖蒴果數表現為最多，每蒴粒數表現為最少，千粒重表現為最小，可作為潛在選育矮稈多蒴型的親本材料加以利用。

圖1 基于25個表型性狀的贛南地區芝麻種質資源聚類圖

表5 不同類群芝麻種質的12個數量性狀統計分析

3 討論與結論

地方種質資源的遺傳多樣性是豐富種質資源生物多樣性的基礎，也是選育新品種的重要途徑和手段。利用變異系數和遺傳多樣性指數可以分析評價供試種質多樣性的豐富度。本研究通過對贛南地區收集的67份芝麻地方種質資源的25個表型性狀進行遺傳多樣性分析，結果發現13個質量性狀的遺傳多樣性指數范圍為0.4800～1.2972，表現最大的性狀為種皮顏色，最小的性狀為葉、莖絨毛稀密；數量性狀的遺傳多樣性指數范圍為1.0673～2.0302，表現最大的性狀為株高，最小的性狀為主莖蒴節數，這表明表型性狀中種皮顏色和株高的遺傳基礎較廣，改良潛力較大，而葉、莖絨毛稀密和主莖蒴節數的遺傳基礎較窄，改良潛力較小，這與王治會等［13］指出遺傳多樣性指數的大小代表供試種質相關性狀的遺傳基礎和改良潛力的大小相一致。在供試種質的12個數量性狀中，變異系數最高的為主莖蒴果數，最低的為生育期，其中有11個性狀(除生育期)均大于10%，表明這些性狀的遺傳變異較大，具有更好的改良潛力，這與呂偉等［2-3］得出的結果“當變異系數大于10%時說明供試種質間存在較大差異”一致［14-15］。

本研究利用聚類分析將67份贛南地區芝麻種質資源分為4個類群，每一個類群都代表著各自性狀的綜合特征特性，這為芝麻選育親本材料提供了重要的理論基礎和依據。67份贛南地區芝麻種質資源的相關性分析表明：與單株產量呈顯著正相關的性狀有主莖蒴節數、主莖蒴果數、空梢尖長度，與單株產量呈顯著負相關的性狀有始蒴高度。基于67份芝麻種質對12個數量性狀的主成分進行分析，將其轉化為4個主成分因子，選出了產量因子、蒴果性因子、粒重因子和生育期因子。這與呂偉等［2-3］分析246份芝麻種質所篩選的部分產量因子相同，與韓俊梅等［16］對200份芝麻資源分析所得的產量因子不同，這可能與供試種質來源地和所選目標性狀的不同有關。