38份割手密叶表蜡质含量及其农艺性状的遗传多样性评价

贤武 廖江雄 邓宇弛

摘要：分析38份割手密叶表蜡质含量及其农藝性状的遗传多样性，结果表明：割手密叶表蜡质含量的变化范围为7.5～19.3 mg/g，平均值为12.0 mg/g，变异系数为16.4%，多样性指数为1.9，说明割手密叶表蜡质有一定的变异潜力。9个调查性状的变异系数为8.2%～66.4%，多样性指数为0.4～2.1，说明割手密农艺性状遗传多样性丰富。割手密叶表蜡质含量与叶长呈极显著负相关（P<0.01）。综合株高、茎径、单茎等性状因素，割手密92_3、83_21、92_4、87_23、38_3、92_9、87_10可以作为叶表蜡质的研究材料进行重点利用。

关键词：割手密;叶表蜡质;遗传多样性;农艺性状;种质资源

中图分类号： S566.101  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）22-0080-04

割手密（Saccharum spontanuem L.）是世界上重要的杂交材料，在甘蔗育种上贡献很大。其生长势强，宿根性好，抗逆性强，能耐-25 ℃的严寒，且抗病力强，是抗病基因的种源[1]。当前世界范围内种植的甘蔗栽培品种几乎都含有割手密的遗传成分，甘蔗栽培种中约10%的染色体来自割手密[2]。海南甘蔗育种场先后利用崖城、陵水、云南割手密的3个无性系，育成含我国本土割手密血缘的甘蔗品种23个[3]。国内外各甘蔗育种机构都很重视割手密的收集、保育，也开展了许多遗传多样性的研究[2-8]。植物表皮蜡质是覆盖在植物最外层的不溶于水而溶于有机溶剂的一类有机混合物的总称，在植物生长发育、适应外界环境方面起重要作用。植物蜡质研究始于20世纪50年代，半个多世纪以来各国科学家借助各种先进的科学手段和研究理念对植物蜡质的结构、成分和功能进行深入的研究，并取得了丰硕的成果。植物表皮蜡质的物理化学特性使其不仅能够防止植物体内水分散失，提高叶片水分利用率[9]，还能够抵抗多种生物和非生物侵害，如真菌、病菌、昆虫、光线、低温伤害等[10-14]。徐文等研究认为，蜡质能够提高小麦的抗旱性，旗叶蜡质含量可以作为抗旱小麦品种的选择指标[15]。宋玉伟等认为，在干旱处理条件下，抗旱性不同的2个玉米品种叶面的蜡质含量均明显高于正常条件下的蜡质含量，且在正常和干旱条件下抗旱较强的品种蜡质含量较高[16]。周玲艳等研究认为，在8 ℃低温处理下水稻幼苗叶角质层蜡质的积累明显增加[17]。左示敏等研究发现，5份不同抗感纹枯病的小麦品种叶片蜡质含量与病级均呈负相关关系[18]。甘蔗栽培种抗逆基因主要来源于割手密，割手密叶表蜡质尚未有相关的研究报道。研究割手密叶表蜡质含量差异和农艺性状遗传多样性，以及叶表蜡质与农艺性状的关系，对甘蔗抗逆育种野生资源的创新利用具有参考价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试材料为广西农业科学院甘蔗研究所野生资源圃中保育在水泥圈中的割手密，参试38份割手密材料编号依次为92_3、2_5、83_25、83_21、85_47、87_1、85_30、85_33、92_4、85_23、87_23、38_3、92_9、87_7、87_4、87_2、87_10、85_53、83_23、87_33、83_17、海南羊栏、85_31、87_51②、87_54、87_9、92_7、87_31、87_20、87_51、83_26、85_38、85_19、85_2、8_10、87_38、85_1和 87_6②。

1.2 试验方法

2015年5月分8批次共采集38份割手密，每份割手密采集10株生长最好的当年生分蘖茎，测量叶长、叶宽、株高、茎中部最长节间、茎径、单茎质量，用榨汁机榨取10株茎秆汁液，用手持锤度仪测量锤度;最高可见肥厚带叶（+1叶）除去叶脉，剪成2 cm长的小段混匀，称取约2 g的叶片，倒入 30 mL 三氯甲烷浸泡30 s，把溶液过滤到蒸发皿中，在通风橱中待三氯甲烷完全挥发，再次称质量，减去烧杯质量，即为叶表蜡质总含量。将样叶放入已升温至105 ℃的烘箱中杀青15 min，80 ℃烘至恒质量，计算单位干质量叶片的蜡质含量（mg/g），每份样品测3个重复。

1.3 统计分析

采用Excel 2007处理数据，应用SPSS 23进行相关性和聚类分析。多样性指数即Shannon-Weaver index（H′）的计算方法同刘洋等[6，19]。

2 结果与分析

2.1 割手密叶表蜡质含量特点

由图1可见，38份割手密中叶表蜡质含量最高的为 19.3 mg/g，最低的为7.5 mg/g，90%的参试割手密叶表蜡质含量超过 10 mg/g，50%以上的参试割手密叶表蜡质含量超过12 mg/g。其中，割手密92_3平均叶表蜡质含量最高，为18.8 mg/g，割手密87_6②平均叶表蜡质含量最低，为 8.3 mg/g。

2.2 割手密叶表蜡质含量以及农艺性状的变异分析和多样性分析

由表1可知，38份割手密叶表蜡质含量变异范围为7.5～19.3 mg/g，极差为11.9 mg/g，平均值为12.0 mg/g，变异系数为16.4%，多样性指数为1.9。其他农艺性状的变异系数差异较大，单茎质量变异系数最大，为66.4%，单茎质量变化范围为1.0～71.2 g;其次是叶宽变异系数，为30.5%，叶宽变化范围为0.3～2.1 cm;其后依次是株高、叶长、茎径、最长节间长度等，变异系数为24.4%～28.2%;锤度和叶片含水率变异系数较小，分别为12.6%和8.2%。总体来看，参试割手密种质资源单茎质量、叶长、叶宽、株高、茎径和最长节间长度等性状的变异较大，叶片含水率和锤度的变异较小。

叶长的多样性指数最高，为2.1，其次是叶宽、株高和最长节间长度，均为2.0;其后为茎径（1.9）;锤度、叶片含水率的多样性指数最小，均为0.4。从遗传多样性指标来看，叶长、叶宽、株高、最长节间长度、叶表蜡质含量、茎径、单茎质量这7个性状的多样性指数较高，表明割手密种质资源具有丰富的遗传多样性，具有较大的利用潜力。

2.3 割手密叶表蜡质含量以及农艺性状的相关性分析

對割手密叶表蜡质含量以及农艺性状进行相关性分析，以进一步了解性状间的关联。由表2可见，割手密叶表蜡质含量与叶长呈极显著负相关（P<0.01）;株高与单茎质量、茎径、最长节间长度均呈极显著正相关（P<0.01）;茎径与单茎质量、最长节间长度均呈极显著正相关（P<0.01）;单茎质量与最长节间长度、叶长、叶宽均呈极显著正相关（P<0.01）。总体而言，产量相关性状株高、茎径、单茎质量、最长节间长度之间呈正相关关系，叶长与叶表蜡质含量呈负相关，锤度与其他性状均无显著相关性。

2.4 聚类分析结果

对38份割手密材料的9个性状进行标准化转换后，依据欧氏距离、平均联接（组间）法进行系统聚类，绘制聚类树状图。由图2可见，在遗传距离为15～17处，可将参试割手密分成3类，3个类群中，锤度和叶片含水率相差不大。结合表3，第Ⅰ类含海南羊栏等12份割手密，其叶表蜡质含量较高，叶片较短，植株高大，茎径较粗，最长节间较长，单茎质量较大;第Ⅱ类含22份割手密，其叶表蜡质含量中等，产量性状中等;第Ⅲ类含4份割手密，其叶片较长，植株较矮，茎径较细，单茎质量较小。

3 讨论

种质资源是作物育种的物质基础[20-21]，目前甘蔗育种品种间遗传背景狭窄，利用甘蔗的野生资源割手密来拓展甘蔗亲本的遗传背景，是提高甘蔗亲本遗传多样性的有效途径。割手密是甘蔗野生种质中用于甘蔗杂交育种最早、利用最有成效的种质，不少育种家认为割手密是甘蔗属及其近缘属种中最有育种价值和研究价值的野生种之一[4]。叶片是植物进行光合作用、呼吸作用以及蒸腾作用等生理过程的重要器官。前人对叶表蜡质的研究表明，叶表蜡质能够防止植物体内水分散失，提高叶片水分利用率，抵抗多种生物和非生物侵害[9-18]。研究割手密资源叶表蜡质以及农艺性状的多样性，对发掘其优异的基因资源、甘蔗遗传改良具有一定的参考意义。本研究中38份割手密叶表蜡质含量最高的为19.3 mg/g，最低的为7.5 mg/g，变异系数为16.4%，说明割手密叶表蜡质有一定的变异潜力。叶表蜡质含量与叶长呈极显著负相关（P<0.01），叶片较短的割手密其叶表蜡质含量可能较高。聚类分析第Ⅰ类中的割手密92_3、83_21、92_4、87_23、38_3、92_9、87_10，叶表蜡质含量均在12.3 mg/g以上，综合株高、茎径、单茎质量等性状因素，表明这些割手密可以作为叶表蜡质的研究材料进行重点利用。

除叶片含水率以外，其他性状均表现出了较高的遗传变异，变异系数为12.6%～66.4%，遗传变异系数从小到大依次为：锤度、叶表蜡质含量、最长节间长度、茎径、叶长、株高、叶宽、单茎质量。表明割手密在这些表型性状上的变异较大，研究结果与前人对割手密种质的农艺性状变异系数的分析结果相近[4，7]。参试割手密单茎质量有较高的变异潜力，研究结果同张革民等的研究结果[4]。单茎质量和株高性状上的高遗传变异也为将来有针对性地利用割手密改良栽培甘蔗品种提供了遗传基础。叶长的多样性指数最大，为2.1，其次为叶宽、株高、最长节间，均为2.0，不同性状间变异幅度较大，本研究对割手密株高、茎径、叶长、叶宽的多样性指数分析结果与刘建乐等对华南8省的43份割手密的研究结果[7]、刘洋等对海南26份割手密的分析结果[6]相近。表明割手密种质的主要农艺性状遗传多样性丰富，在育种方面有巨大的潜力。蔗糖分属数量性状，受微效多基因控制。在生产上的甘蔗杂交品种控制体内蔗糖合成与积累的基因，几乎全部来自热带种原种，因为野生种各个种的蔗糖含量极少，甚至没有[1]。本研究中割手密锤度多样性指数为0.4，与前人的研究结果不同，可能与参试材料的生长期、来源以及生态环境的不同有关。

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