云南不同生态型割手密及其血缘F1 代种质的抗旱性遗传分析

2013-07-15经艳芬董立华孙有芳桃联安朱建荣周清明杨李和安汝东

湖南农业大学学报（自然科学版） 2013年1期

经艳芬，董立华，孙有芳，桃联安，朱建荣，周清明，杨李和，安汝东

(云南省农业科学院甘蔗研究所瑞丽育种站，云南瑞丽 678600)

作物的抗旱育种实践中，创造抗旱种质、选配抗旱亲本组合、在分离后代中选择抗旱基因型，特别是育种早期世代，需要比较简便且准确可靠的鉴定方法和指标[1]。有研究表明，叶片长度和宽度及厚度、地下生物量胁迫指数、根冠比胁迫指数等指标，可作为甜菜苗期抗旱性的鉴定指标[2]。反复干旱几次后植株存活率与品种抗旱性呈显著正相关，可作为鉴定品种抗旱性的可靠指标[3]；水稻根系形态学特征如根长、根重以及下层根的数量与抗旱性呈极显著正相关，这些根系性状能够稳定遗传，可作为生产上筛选抗旱品种的指标[4]。干旱胁迫筛选抗旱性指标在大麦[5]、旱稻[6]、玉米[7–8]和谷子[9]等多种作物上已得到普遍应用。

种质资源的抗旱性评价是开展甘蔗抗旱性育种的基础[10]，割手密是甘蔗品种抗逆基因的主要来源，亦是分布最广、育种利用成效最显著的甘蔗野生种。由于资源利用的局限性，甘蔗种质资源的抗旱性鉴定大多针对亲本、品种展开[10–12]，涉及甘蔗野生种、栽培原种[13–15]的抗旱性研究[16–17]不多。笔者比较分析了原生地为内陆高原的云南不同生态型割手密及其血缘的部分高产高锤度一代创新种质材料的生长发育性状，期望筛选出抗旱性优良的创新种质材料，并建立能大批量鉴定抗旱性种质材料的简易方法，为系统发掘云南不同生态型割手密优良抗逆基因奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

参试材料：5 个母本、8 个父本、15 个云割F1代创新种质材料，共计28 个(表1)。

表1 参试材料

续表

1.2 试验方法

试验于2010年在云南瑞丽进行。5月20日，筛选出在鉴定圃中单产高于80 t/hm2、11月田间蔗汁锤度高于15.3%、经分子标记鉴定血缘真实的云割F1代创新种质材料，取双芽节间，在山基土与发酵猪粪和河沙质量比为2∶1∶1 的基质中培养催芽。当母本品种开始分蘖时，将幼苗移入同样基质的桶中，每桶装基质10 kg，移栽5 丛，每个材料种植7 桶，共计35 丛，适时灌水、施肥，保证其正常生长。至10月30日，全部材料统一从基部剪除地上部分，使其在自然气候条件下重新萌苗、生长。适时灌水，保证其生长正常。至2011年4月12日，每个材料随机取1 桶，调查生长发育指标(萌苗率、地上部分相对含水量、主要功能叶(+1、+2、+3 叶)长宽比、根冠比)。其余材料分3 重复，每重复2 桶，第Ⅰ重复正常供水，第Ⅱ、Ⅲ重复进行干旱胁迫处理，至2011年5月20日，干旱胁迫材料大部分分蘖枯死时，分别调查3 重复试验材料的生长发育指标(枯苗率、枯叶率、株高、最大根长、根冠比)，取第Ⅱ、Ⅲ重复平均值作为干旱胁迫指标值，根据干旱胁迫指数(%)=干旱胁迫指标值/正常供水指标值×100%，得到抗旱性综合评价指标(绿苗率胁迫指数、枯苗率胁迫指数、绿叶率胁迫指数、枯叶率胁迫指数、株高伤害率、最大根长指数、根冠比、根冠比胁迫指数)，利用隶属函数均值法处理数据，对参试材料的抗旱性进行综合评价。

1.3 数据处理

利用公式(1)和(2)计算参试材料抗旱性综合评价指标的隶属函数值。指标与抗旱性呈正相关，用公式(1)；指标与抗旱性呈负相关，选用公式(2)。

式中： Xij表示 i 基因型j 指标干旱胁迫指数，Xjmax、Xjmin分别表示各个指标的最大和最小值。

式中：Zij表示i 基因型j 指标的抗旱隶属函数值，公式 (3)表示i 基因型的隶属函数平均值，n 为指标数，计算干旱胁迫指数的隶属函数值时，n＝1；计算生长发育指标抗旱性隶属函数平均值时，n＝指标数。将测定结果按上述公式扩展到[0，1]闭区间内，即得各指标的隶属函数值，按所计算结果进行参试材料的抗旱性综合评价，隶属函数均值越大，抗旱性越强。

2 结果与分析

2.1 参试材料生长发育与抗旱性

在干旱胁迫下，株高受伤害程度越轻，抗旱性越强；干物质积累数量越多，干物质胁迫指数越大，抗旱性越强；绿苗率胁迫指数越高，抗旱性越强；枯死苗率胁迫指数越高，抗旱性越弱。从表2 中可见，萌苗率优于割手密排前4 位的材料依次是云割F108–475(376.67%)、云割F108–519(300.00%)、云割F108–317(283.33%)和云割F108–392(280.00%)，其萌苗率均优于父本割手密中排第1 位的云南82– 59(262.22%)。干旱胁迫下，株高受伤害程度最轻的是云南82–25(10.42%)、云南83–184(11.57%)和粤糖93–159(2.1%)，最重的是云割F108–519(41.03%)、云割F108–326(35.19%)和云南82–34(34.45%)。根据干物质胁迫指数，抗旱性由强到弱排前3 位的依次是Hocp93–746(158.3%)、50Uahiapele(120.51%)和云瑞05–189(116.77%)。根据绿苗率胁迫指数，抗旱性由强到弱排前 3 位的依次是 50Uahiapele (130.4%)、云割F108–317(118.5%)、云割F108–511 (107.8%)。根据枯死苗胁迫指数，抗旱性由强到弱依次是云瑞05–189(103.6%)、德蔗93–94(108.4%)和云割F108–319(114.5%)。

表2 参试材料抗旱系数

2.2 参试材料隶属函数均值及其排序

不同的单个生长发育指标，对参试材料的抗旱性强弱评价结果各不相同，而且各参试指标度量单位亦不尽相同，难以用测定结果直接评价参试材料的抗旱性。为便于对参试材料的抗旱性进行综合评价，对参试指标进行无量纲化处理，求取隶属函数均值，见表3。根据隶属函数均值间最大极差0.344，将参试材料的抗旱性分为5 级。隶属函数均值＜0.333，抗旱性弱；0.334＜隶属函数均值＜0.402，抗旱性中等；0.403＜隶属函数均值＜0.470，抗旱性强；0.471＜隶属函数均值＜0.538，抗旱性较强；隶属函数均值＞0.540，抗旱性特强。

在28 个参试材料中，德蔗93–94、云割F108– 319、云割F108–511、Hocp93–746 等4 个材料表现抗旱性特强；云南82–34 和云南82–59 表现抗旱性弱；5 个母本材料中，德蔗93–94、Hocp93–746 表现抗旱性特强，50Uahiapele、云瑞05–189 抗旱性较强，粤糖93–159 抗旱性强。8 个父本割手密表现出不同的抗旱性。15 个云割F1代创新种质材料，80%表现抗旱性强，100%具有中等以上的抗旱性，其中云割F108–319 和云割F108–511 表现抗旱性特强，云割F108–616、云割F108–519 和云割F108–326表现抗旱性中等，其余云割F1代材料表现抗旱性强或较强。

表3 参试材料抗旱性分级

2.3 参试材料抗旱性遗传分析

从表4 可见，云割F1代材料的抗旱性较其双亲无一具有超亲优势，只有超父和无优势两种表现，其中具有超父优势的材料占云割F1代材料总数的66.7%。较双亲无优势的材料中，抗旱性与父本相当的占云割F1代材料总数的20%，抗旱性较其双亲均无优势占云割F1代材料总数的13.3%。表现强抗旱性的瑞割07–30、云南93–184、云南82–25 等3个割手密无性系的杂交后代71.4%表现抗旱性强，但其中只有42.8%的抗旱性具超父优势，与父本相当或较双亲均无优势的各占28.6%；抗旱性表现中等的云南83–174、云南82–110、云南1 号的杂交后代83.3%表现抗旱性强并具超父优势，只有16.6%的材料较双亲均无优势；抗旱性表现弱的云南82– 34、云南82–59 分别与抗旱性表现优良的Hocp93– 746、50Uahiapele 杂交后代云割F108–511、云割F108–475 的抗旱性表现特强、较强，具有明显的超父优势。

表4 云割F1 代的抗旱性遗传性

3 讨论

割手密是现代甘蔗杂交品种的抗逆基因来源。在利用割手密创新种质、培育新型亲系、选育甘蔗新品种的研究中，存在两大不协调关系：一是丰富的甘蔗细茎野生种质资源与狭窄的甘蔗育种遗传基础之间的不协调；二是甘蔗野生种质资源创新利用过程中目标性状–––抗逆性往往在世代升级过程中丢失，背离野生种质资源利用的初衷，而导致资源利用效率不高。因此，对云南不同生态型的割手密及其血缘的一代创新种质材料抗旱性鉴定，对于筛选抗旱性优良种质材料，拓宽育种遗传基础，提升甘蔗野生资源利用效率均具有重要意义。

本研究涉及原生地为云南不同气候生态型的8个割手密无性系，其抗旱性各不相同；原生地同为中亚热带半湿润半干燥型气候生态类型的云南82–34、云南82–59 的抗旱性均弱，原生地同为北热带半湿润半干燥型的云南83–184、云南83–174和云南1 号的抗旱性表现有强有弱；抗旱性表现强的瑞割07–30、云南93–184、云南82–25 割手密无性系，其原生地又属不同的生态类型。云割F1代的抗旱性表现似乎与其父本原生地气候类型以及父本的抗旱性表现均无一致性或特异性。这与彭远英等[18]研究燕麦的抗旱性不具有种属和分布区域的特异性的结果相似。因此，其抗旱性并非简单地由基因和环境决定，在确定抗旱性材料时需要对个体进行全面的抗旱性评价和鉴定，以期在利用抗旱材料和通过克隆抗旱基因来改善干旱地区生态环境中能更准确和有效。

抗旱育种的最终目的是选育出能够在干旱条件下获得高产的品种。抗旱性种质材料的选育是抗旱亲本、品种培育的种质基础。因此，本研究将参试材料在自然条件下与干旱胁迫条件下的表现相结合，兼顾了部分形态指标与生长发育指标，但从研究结果来看，割手密及其血缘材料的抗旱性是一个复杂的特性，甘蔗生育各个时期对光温水气的需求不同，其不同时期的抗旱性表现及其遗传机理亦将产生差异，对于割手密及其血缘种质材料的抗旱性及其遗传的全面了解，尚需要对其进行全生育期的抗旱性鉴定，需将形态指标、生长发育指标及产量指标相结合，建立一套标准的指标体系。

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