我国金沙江干热河谷地区甘蔗野生种质资源采集与鉴定

刘洋　苏俊波　刘新龙　刘洪博　姚艳丽　徐磊

摘 要 为了扩充国家甘蔗野生资源，进一步挖掘具有育种潜力的亲本材料。对金沙江干热河谷地区华坪县、攀枝花市区、盐边县、米易县、会理县、永仁县等12个市县的甘蔗野生种质资源进行了采集和鉴定，共采集斑茅9份，割手密20份，蔗茅4份，芒1份，涉及4个属4个种，合计34份。主要农艺性状相关性分析结果表明：所采集的甘蔗野生种质资源性状差异显著，株高、茎粗、叶长和叶宽均存在极显著或者显著（株高和叶长）的相关性，而锤度与其它指标不相关。遗传多样性分析表明：所采集的甘蔗野生种质资源多样性指数为1.53～1.68，变异系数为0.35～0.61，具有较高的遗传多样性。聚类分析可将其分为四个类群，其中Ⅲ类群具有较好的锤度品质潜力，Ⅳ类群具有较大的生物产量。Ⅲ和Ⅳ类群可推荐作为甘蔗育种的优异材料。

关键词 甘蔗 ；资源采集 ；性状鉴定 ；相关性分析 ；遗传多样性

中图分类号 S324 ；S566.1 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.08.013

Abstract In order to enrich the wild germplasm resource pool of sugarcane and discover potential wild parental materials for breeding in China， germplasm resource of sugarcane were collected and characterized from 12 cities and counties of Jinsha River Dry-hot valleys. Collected were 9 accessions of Erianthus arundinacius， 20 accessions of Sacchuram spontaneum， 4 accessions of Erianthus rufipilus and 1 accession of Miscanthus sinensis， totaling 34 accessions including 4 genera and 4 species. Correlation analysis showed that there were significant differences in characteristics among the wild germplasm resource of sugarcane collected. The plant height， stem diameter， leaf length and leaf width were highly significantly correlated or significantly correlated （between plant height and leaf length）， but there was no correlation between brix and other four major traits. Genetic diversity analysis showed that the genetic diversity index of the wild germplasm resources was 1.53～1.68 with the variance coefficient being 0.35～0.61， indicating that all the collections were high in genetic diversity. These 34 accessions of germplasm resources could be divided into four groups， in which Group III had good quality potential of brix， and Group IV had greater biomass. Groups III and IV could be recommended as desirable sugarcane materials for breeding.

Keywords sugarcane ； resource collection ； characterization ； correlation analysis ； genetic diversity

现代甘蔗品种是印度的热带种和野生割手密通过天然杂交，再经过精挑细选的进程选育得来的。甘蔗作为我国重要的糖料作物[1]，新品种选育工作一直受到重视。近年来，中国大陆和台湾地区各育种单位先后育成新台糖系列、桂糖系列、粤糖和云蔗系列品种[2]，为甘蔗产业的发展提供了有力的支撑，其中新台糖系列品种仍然在中国大陆甘蔗种植面积中占据主导地位。由于遗传基础较为狭窄，甘蔗新品种在宿根性、适应力、抗逆性和分蘖力等方面退化现象严重[3]。要解决这一问题，必须扩大现有甘蔗的遗传基础，引入新的基因资源，提高产量和抗性。利用甘蔗野生种质资源将有可能成为解决这一问题的有效途径之一。

中国甘蔗种质资源较为丰富，主要包括斑茅、割手密、蔗茅和芒等，目前以斑茅和割手密研究较多。割手密（Saccharum spontaneum）属于甘蔗属，与栽培种甘蔗亲缘关系最近[4]。其具有抗逆性强、糖分含量较高[5]、分蘖多等优良特性[6-8]，是被认为最有利用价值的甘蔗属野生种质资源[9]。斑茅（Erianthus arundinaceus）属于蔗茅属（Erianthus Michaux.），具有极强的抗逆性[10-11]。通过远缘杂交，将斑茅的抗性基因导入栽培种甘蔗，极有可能获得适应性强的甘蔗新种质。我国一直重视甘蔗野生资源的收集和鉴定工作，目前已对云南[12]、广东[13]、广西[14]、福建[15]、海南[16]、藏南[17]等地的甘蔗野生種资源进行了收集和鉴定，保存了大量珍贵的育种资源。但是，由于各地经济的快速发展，对甘蔗野生资源的生长环境造成了破坏，部分种质资源甚至面临绝种，急需在采集鉴定的基础上，收集更多野生资源，扩充我国甘蔗种质资源库。endprint

金沙江干热河谷地区地处四川和云南金沙江流域，具有典型的亚热带和热带地区气候特征，而且周围多山，较为封闭，极可能发现基因较纯且具有特殊品质的育种材料。然而，由于交通等问题，这一区域的甘蔗野生资源采集和鉴定工作还未开展。为此，本研究对金沙江干热河谷地区的12个县（市）的甘蔗野生种质资源进行了采集，对其主要农艺性状的相关性和遗传多样性进行分析，期望能找到有潜力的甘蔗育种材料，为进一步培育甘蔗新品种提供资源。

1 材料与方法

1.1 材料

金沙江干热河谷地区甘蔗野生种质资源。采集时间为2015年7月3～6日，采集路线为攀枝花西区、兴泉镇、荣将镇、华坪县、盐边县、垭口镇、米易县、会理县、大黑山、永仁县、坪地镇、大田镇12个市县（镇），基本覆盖了金沙江干热河谷地区的各市县。每隔30 km左右采集1次样品，采集时用铁锹和锄头将根挖出，样品经过记录和测定后取其部分根部放入材料袋中保存，最后统一邮寄回单位在实验基地进行活体种植保存。

1.2 方法

1.2.1 信息记录

对采集的样品填写样品记录单。内容包括采集编号、采集时间、照片编号、种质名称、地方名、采集地、海拔、经度、纬度、分布状况、土壤类型、生境等。其中海拔、经度、纬度测定使用GARMIN公司生产的GPSmap76进行测定。

1.2.2 性状测定

测定参照《甘蔗种质资源描述规范和数据标准》[18]进行。测定的主要农艺性状有株高、茎径、锤度、叶长、叶宽、叶色和毛群等指标。以上测定均设3次重复。

1.2.3 数据统计与分析

采集样品分布图：采用Google Earth 6.0软件进行分布图制作。

相关性分析：利用Excel 2010软件对测定结果进行整理和分类，利用Spss 19.0软件中的双变量相关性分析方法对株高、茎粗、锤度、叶长和叶宽5个农艺性状进行相关分析。

遗传多样性分析：利用遗传多样性指数来衡量群体遗传多样性大小[19]。

聚类分析：利用SPSS 19.0版软件中系统聚类的质心聚类法进行聚类，度量标准采用Pearson相关性的区间度量方法。

2 结果与分析

2.1 采集信息与地理分布情况

本次对金沙江干热河谷12个县（市）的甘蔗野生种质资源进行了采集，共采斑茅9份，割手密20份，芒1份，蔗茅4份，涉及4个属4个种，共34份。

本次调查发现，不同甘蔗野生种质资源分布随着海拔和气候条件的改变而不同（图1）。斑茅分布较广，山坡、路边、水塘边都有分布，海拔1 059～1 803 m，经度范围101°13′～102°15′，纬度26°12′～27°05′，伴生物种多为草类和林木类植物。割手密主要分布在接近水源的金沙江边、河边、水库等地方，海拔1 013～2 043 m，经度101°26′～102°15′，纬度26°05′～27°05′。蔗茅主要分布在海拔较高的坡地和田埂上，海拔1 184～1 968 m，经度101°12′～102°15′，纬度26°07′～27°05′。芒只在山坡地采集到1份资源，海拔为1 184 m，经度101°14′，纬度26°30′（表1）。

2.2 主要农艺性状及相关性分析

本研究收集的甘蔗野生种质资源株高、茎粗、锤度、叶长和叶宽之间均存在较大差异。斑茅株高变化为58～265 cm；茎径为0.89～1.60 cm；锤度为2.8%～10.6%；叶长为77～192 cm；叶宽为1.3～2.7cm。割手密株高变化在36～302cm；茎径在0.30～0.7cm；锤度在3.3%～12.8%；叶长在56～144 cm；叶宽在0.4～1.7 cm。蔗茅株高变化在50～100 cm；茎径在0.369～0.73 cm；锤度在4.8%～11.4%；叶长在59～86 cm；叶宽在0.40～2.1 cm。芒只采集到1份，株高为200 cm；茎径为1.10 cm；锤度为5.5%；叶长为41 cm；叶宽为2.9 cm（表2）。

总的来说，斑茅的植株较为高大，平均株高为143 cm，而蔗茅植株较为矮小，平均株高只有70.5 cm，割手密平均株高在86 cm左右；斑茅平均茎径1.24 cm，较为粗壮，而割手密的只有0.48 cm左右；锤度方面割手密优势较明显，锤度大于10%的有6份，平均可达7.3%。斑茅的叶长和叶宽占有绝对优势，显著高于其它的资源。

本研究区对收集的甘蔗野生种质资源的株高、茎粗、锤度、叶长和叶宽进行了相关性分析。结果表明，株高、茎粗、叶长和叶宽两两之间都存在极显著或者显著（株高和叶长）的正相关（表3）。茎粗和叶宽相关系数最高可达到0.670，株高和叶长相关系数最低为0.417。值得一提的是，锤度与株高和茎粗之间呈负相关，但未达显著水平，而锤度与叶长和叶宽之间不存在相关性（表3）。可以认为，株高与其它性状指标相关性较大，而锤度与其它性状相关程度较低。

2.3 遗传多样性分析

为了进一步搞清金沙江干热河谷的甘蔗野生种质资源的来源和进化关系，本研究对其遗传多样性进行了分析。结果表明，本次收集的甘蔗野生材料在株高、茎粗、锤度、叶长和叶宽均存在较大的变异和较高的遗传多样性（表4）。株高变异系数最高为0.61，而叶长最低为0.35。锤度和叶宽多样性指数为1.68，而株高为1.53。可以看出，5个性状指标均存在较大的多样性指数，也表明甘蔗野生种质资源具有丰富的遗传多样性，具有较大的利用潜力。

2.4 聚类分析

34份甘蔗野生材料可以分为4类（图2），每个类群材料数量较为平均（表5）。每个类群特征如下：Ⅰ类群有材料10个，株高、茎粗、锤度均较低，但要好于Ⅱ类群；Ⅱ类群有材料8个，各项指标均较低，但锤度指标较高，可用于糖分改良的材料；Ⅲ类群个数为8个，大多数指标处于Ⅱ類和Ⅳ类之间，但锤度指标最好，有较大利用潜力；Ⅳ类有材料8个，其株高平均可达184 cm，显著高于其它所有材料，但其锤度指标较低（表5）。按照生物量估计，优略顺序为：Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ，按照锤度指标估计，优略顺序为：Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ。endprint

3 结论与讨论

国内外甘蔗领域专家学者一直重视甘蔗种质资源的收集和保存工作。在过去的40～50年，国际甘蔗技师协会（ISSCT）已经组织过4次较大规模的资源采集工作，收集了大量的热带种、大茎野生种和割手密资源[20]。印度和巴西也保存了将近1 500份甘蔗种质资源[21]。中国也非常重视甘蔗种质资源的收集和保存工作，依托云南省农科院甘蔗研究所建设了国家甘蔗种质资源圃。近年来，对云南、广东、广西、海南、四川、藏南等地的甘蔗资源进行了收集和鉴定[12-17]。但是尚未见对云南和四川边境的金沙江干热河谷地区进行系统考察的报道。该地区地处四川大凉山山区，地域相对比较封闭，因此这些资源含有野生血缘的纯度更高。另外，与沿海和平原相比，其生态环境破坏程度低，通过本次工作能搜寻一些珍贵的资源。本次采集过程中发现，金沙江干热河谷地区甘蔗野生种质资源分布较广，从江边到山顶都有分布，其中斑茅和蔗茅多分布在山坡地，而割手密多分布在江边、水塘边，这与海南的情况较为类似。同时，也发现斑茅和蔗茅比割手密具有更强的抗旱性。从采集数量上来看，割手密最多，其次是斑茅，芒只找到1份，这可能是由于割手密具有更强的分蘖能力和适应能力，其传播的范围也更广。本研究采集的甘蔗野生种质资源性状差异很大，有些材料性状较好，比如割手密Sp-05，其株高可达302 cm，生物量很大，可作为今后产量基因挖掘的一个基础材料；还发现的一个割手密材料Er-16，锤度接近12.8%，可作为今后改良含糖量品种的资源。但也有一些材料性状较差，比如割手密Sp-11，株高只有36 cm，而Sp-02，茎粗只有0.30 cm，几乎不生长。总体来看，与海南采集的资源相比，本次采集的资源株高、茎粗和锤度都相对较小。可能其独特的气候和生态环境产生较大的影响。

相关性是反映性状遗传连锁和遗传能力的重要指标。本研究发现，金沙江干热河谷地区的甘蔗种质资源株高、茎粗、叶长和叶宽之间均存在极显著或者显著的正相关。因此，控制这些性状的基因连锁强度较高，通过杂交的手段可以实现综合性状的改良。然而，锤度与其他4种农艺性状均没有显著的相关性，这与广东[13]和海南[16]采集的资源结果一致。根据这些结果可以推测，控制糖分含量的基因与其他性状基因连锁强度不高，可以创制出糖分含量不同的丰富遗传材料。这也说明，相比产量性状而言，含糖量性狀更容易通过杂交的方法来改良。

遗传多样性是生物多样性的重要组成部分，农艺性状的多样性本身也揭示了其基因遗传的多样性[22]。从分析的结果来看，本研究采集的资源具有较高的遗传多样性，这与刘洋等的研究结果一致[16]。这也说明甘蔗种质资源在进化的过程中，产生了一定程度的遗传变异，具有较大的杂种优势利用空间[23]。同时也发现，本研究采集的资源遗传多样性系数均小于海南采集的资源。其原因可能是，金沙江干热河谷地区比海南等沿海地区具有更强的封闭性，资源的传播和扩散也较慢，因此资源变异程度不如沿海地区高。

本研究将采集的资源分成了4类，第Ⅲ和第Ⅳ类表现较好，可以作为今后甘蔗品种改良基因挖掘的基础材料。金沙江干热河谷地区气候独特，甘蔗野生资源相对较少，可能会进化出一些耐旱、抗倒伏的独特材料。本研究下一步的工作将重点对采集的资源进行进一步鉴定，期望能找到抗逆性强的基因资源。

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