45份木豆种质资源物候期及形态多样性分析

高桂娟, 李志丹,*



45份木豆种质资源物候期及形态多样性分析

高桂娟1,2, 李志丹1,2,*

1. 广东第二师范学院生物与食品工程学院, 广州 510303 2. 广东高校应用生态工程技术开发中心, 广州 510303

对收集的45份木豆()种质资源进行物候期和形态性状指标的观测, 并以此为基础进行各指标的变异系数、相关性分析和聚类分析, 分析木豆种质资源的遗传多样性, 筛选优异种质资源。结果表明: 木豆种质资源形态性状多样性丰富, 45份种质资源的8个数量遗传性状变异系数为3.73%—17.84%, 花轴长度与中央小叶宽、中央小叶叶长、旗瓣大小相关性显著(<0.05)。基于8个形态指标的聚类分析将45份种质划分为三大类群, 各类群间形态性状差异明显, 群体表现跟地域来源间没有直接关系, 第一、第二类群可以进一步考察作为育种材料。

木豆; 种质资源; 形态多样性; 聚类分析

1 引言

木豆()为豆科木豆属多年生常绿直立小灌木, 又名树黄豆、鸽豆、柳豆等[1], 广泛分布于非洲和亚洲的热带和亚热带地区[2–3], 是世界六大食用豆类之一, 也是唯一的木本食用豆类[2], 是印度等国家的主要的食用豆类作物。木豆具有多种用途, 成熟籽粒可用作粮食[4]或饲料, 青籽粒是优质美味蔬菜, 嫩枝叶是食草动物的优质饲料。我国对木豆的栽培利用也有较为悠久的历史, 对木豆种质资源进行收集和保存, 系统地研究木豆种质资源的遗传多样性, 有利于木豆种质资源利用和创新。

本研究对中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所收集的45份木豆种质资源进行物候特征和形态学观察, 并进行相关性分析和聚类分析, 研究木豆种质资源的遗传多样性, 筛选优良的育种材料, 为进一步的育种工作提供基础信息。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验材料为中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所收集的45份木豆种质材料, 其中野外采集34份, 采集地为海南、云南、广东三个省份; 11份由相关单位提供。具体材料来源见下表1。

2.2 试验方法

试验开展于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所牧草试验基地。试验地处海南省儋州市宝岛新村, 属热带季风气候, 光、热、水资源丰富, 年均温为23—25 ℃, ≥10℃连续期为320—365 d。雨量充沛, 年均降雨量为1750 mm, 土壤类型为砖红壤。试验采用随机区组设计, 每份种质种植2行, 株间距1.5 m, 行间间隔2 m, 每行种植20株, 底肥施有机肥和磷肥。试验于2009年5月份育苗移栽, 翌年开始于花期(植株成熟稳定)每个种质随机选取20株进行相关形态指标测定, 连续测定3年。

木豆植株形态特征指标、物候期观测方法参考《木豆种质资源描述规范和数据标准》[5], 具体观测指标见表2。采用Excel2003及SPSS17.0进行数据统计分析。

表1 木豆种质材料来源列表

表2 木豆种质资源形态学性状、物候期观测项目及标准

3 结果与分析

3.1 物候期

On solving Eqs. (5) and (10) using the coefficients derived in Eqs. (7), (8), and (9), we get

采集的45种材料均能顺利完成各个生长时期, 但各材料间差异较大, 开花期从11月20日—次年2月5日, 开花持续时间分别在15—135 d之间。结荚期大多集中在1月25日-2月15日。其中4号和5号木豆品种开花期明显提前于其它品种, 于11月20日就进入初花期, 为早花种。45号木豆品种最晚进入开花期, 也是最晚进入结荚期和成熟期的, 该种质为晚熟种。

3.2 木豆种质资源形态多样性分析

对45份木豆属种质的形态学性状测定结果显示(表4), 整体上, 木豆各供试种质之间的形态特征差异比较明显。其中, 在种质间变异程度最大是叶宽, 变异系数达到17.84%, 37号种质呈现最大值40 mm, 而种质43呈现最小值20 mm。每花序小花数变异系数为13.23%; 变异程度最小的是荚果宽, 其变异系数值仅为3.73%, 其最大值(种质32)与最小值(种质33)之差只有2 mm。荚果长变异系数也较小, 为6.70%。

表3 木豆种质资源物候期观察结果

表4 不同木豆种质材料形态特征

注: 变异系数指各指标性状在不同供试品种之间的变异程度; 极差值=指标最大值-最小值。

3.3 木豆种质资源形态指标相关性分析

对45份木豆种质资源各形态性状进行相关性分析(表5)表明: 在所有分析指标中花轴长度与中央小叶宽、中央小叶叶长呈极显著正相关, 相关系数为0.720、0.406, 与旗瓣大小呈显著相关。叶长与叶宽呈极显著相关。与种子产量关联的指标荚果长、荚果宽、单荚粒数与其他指标间相关性未达到显著水平, 对育种无实际指导意义。

3.4 木豆种质资源形态指标聚类分析

根据叶长, 叶宽, 旗瓣大小, 荚果长, 荚果宽, 果荚粒数, 花轴长及每花序小花数等8个形态特征进行聚类分析(图1, 表6), 结果将45份资源分为3个组群, 第一类资源数(1、4、20、24、27、30、36、37、38、39、40和41)占总供试种质的26.67%, 其在叶长, 叶宽, 旗瓣大小, 花轴长及每花序小花数等方面均表现出最高平均值; 归在第二族群的资源为2号和19号种质, 仅占全部资源的4.44%, 其荚果长和荚果宽均表现出组最高平均值。剩余68.89%的资源归为第三组群, 除叶宽最小, 所有形态特征表现均居中。

从种质资源的来源分析, 第一组群主要来源于中国农科院作物(5种)、云南农科院(1种)、云南元谋(2种)、广东农川(2种)和信宜(2种), 一半以上为栽培品系; 第二类采集地为海南陵水(1种)和云南热经所(1种)。第三类来源广泛, 主要为野外采集种质。

4 结论与讨论

对木豆不同形态指标观测表明, 种质间的形态指标差异较大, 存在丰富的变异, 各指标的变异系数排序为: 中央小叶宽度>每花序小花数>总花轴长度>单荚粒数>旗瓣大小>中央小叶长度>荚果长>荚果宽。木豆由于其较高的天然异交率, 在中国为0—160%[7], 无论是种群间还是种群内各形态性状都存在着丰富的遗传多样性[8], 可为育种提供丰富遗传材料。

相关分析表明花轴长度与叶长、叶宽相关性达到极显著水平, 可以作为饲用木豆品种筛选的重点参考指标。但其他指标间的相关性较小, 李正红等对云南地方栽培木豆群体植株形态性状指标的相关分析也表明, 除单株粒质量与单株荚数呈显著正相关外, 测定的其他形态指标间无显著相关关系[8]。国内对于木豆育种研究发展较慢, 主要集中于籽实利用型木豆育种, 而饲用型木豆育种研究较少[9]。

表5 木豆属种质资源各性状间相关分析结果

注: *代表显著水平,<0.05; **代表极显著水平,<0.01.

基于8项形态指标测定结果进行聚类分析, 将45份木豆种质资源分为3大类, 第一类群在各形态指标上都表现较优异, 是进行育种工作的重点考察种质, 第二类群荚果长和荚果宽两个形态指标较高, 可以作为蔬菜型木豆育种的基础材料, 第三类群的数量占全部种质资源的68.89%, 各项形态指标表现居中, 无突出性状。

本研究对收集的45份木豆种质资源进行了形态指标和物候期的考察、并基于此进行了评价及优良性状的筛选工作, 但该方法受自然环境和人为因素的影响较大, 进一步研究可以利用分子生物学技术深入进行木豆种质资源鉴定和遗传多样性研究, 并与农艺性状的形态学观测相结合, 以准确把握遗传多样性的本质,更好地为木豆育种和资源保存提供基础信息。

表6 基于聚类分析的各类群木豆种质资源形态特征平均值列表

[1] 杨示英, 庞雯, 宗绪晓. 豆科作物新秀—木豆[A]. 广西农科院, 中国农科院合作编印. 2002.

[2] 李正红, 周朝鸿, 谷勇, 等. 中国木豆研究利用现状及开发前景[J]. 林业科学研究, 2001(6): 674–681.

[3] 谷勇, 周榕, 邹恒芳, 等. 木豆栽培技术与综合利用[J] . 西南林学院学报 , 2000(4): 213–217.

[4] 郑卓杰. 中国食用豆类学[M]. 北京: 中国农业出版社, 1997.

[5] 宗绪晓. 木豆种质资源描述规范和数据标准[M]. 北京: 中国农业出版社, 2006.

[6] 罗高玲, SAXENA K B, 杨示英. 木豆的开花结荚特性研究[J]. 种子, 2006, 09: 55–56.

[7] YANG Shiying, SAXENA K B, VEN D, et al. Natural out-crossing in pigeonpea in China[J]. Indian Journal of Pulses Research. 2003, 16: 155 –156.

[8] 李正红, 潘学政, 周朝鸿, 等. 云南地方栽培木豆群体数量性状变异分析[J]. 林业科学研究, 2004, 05: 547–554.

[9] 唐军, 王文强, 黄春琼, 等. 木豆育种及分子生物学研究进展[J]. 热带农业科学, 2013, 08: 36–41.

Study on morphological features diversity and phonological period of pigeonpea germplasm materials

GAO Guijuan1,2, LI Zhidan1,2,*

1. Department of Biology, Guangdong University of Education, Guangzhou 510303, China2. Guangdong Technology Research Center for Applied Ecology, Guangzhou 510303, China

Phenological period and morphological features of 45 different kinds of pigeonpea germplasm materials were investigated. Based on this features, the genetic diversity was analyzed through coefficient of variation, correlation analysis and hierarchical clustering method. The results showed that obvious differences of morphological characteristics between 45 pigeonpea germplasm materials were observed. Wide distribution of traits and the large degree of variation resulting from eight quantitative genetic characters were observed, which ranged from the minimum value of 3.73% to the maximum value of 17.87%. Based on correlation analysis, leaf length, leaf width and petals size significantly related to each other (<0.05). With the hierarchical clustering, the tested 45 pigeonpea germplasm materials were categorized into three groups based on the cluster analysis involved in eight morphological features. Rich genetic diversity was revealed. Group performances showed insignificant correlations with region. It is necessary to conduct further study for those pigeonpea species in group I and II in order to select better breeding materials.

pigeonpea; germplasm materials; morphological features diversity; clustering analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.015

S541.9

A

1008-8873(2017)02-100-07

2015-10-10;

2016-02-03

广东省创新强校工程项目(2014KTSCX197); 广东自然科学基金项目(2015A030313849)

高桂娟(1976—), 女, 内蒙古通辽人, 博士, 副教授, 主要从事生态学研究, E-mail: ggj3215@126.com

李志丹, 男, 硕士, 副研究员, 主要从事草业科学与种质资源研究, E-mail: xwqlzd@126.com

高桂娟, 李志丹. 45份木豆种质资源物候期及形态多样性分析[J]. 生态科学, 2017, 36(2): 100-106.

GAO Guijuan, LI Zhidan. Study on morphological features diversity and phonological period of pigeonpea germplasm materials[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 100-106.