贵州芝麻种质资源调查、收集及鉴定评价

2017-12-04卫红贵州省油料研究所贵阳550006

种子 2017年7期

，，，，，，卫红(贵州省油料研究所，贵阳 550006)

贵州芝麻种质资源调查、收集及鉴定评价

魏忠芬，杨胜先，李慧琳，奉斌，林涛，黄泽素，林卫红
(贵州省油料研究所，贵阳 550006)

调查了贵州主要地区芝麻种质资源的类型及地理分布，种皮颜色类型多样，芝麻资源主要分布在贵州黔西北和黔西南地区。对108份贵州芝麻资源材料的26个主要农艺性状进行了遗传变异及主成分分析。结果表明：质量性状间遗传多样性指数在0.329 3～2.387 3之间，性状间遗传多样性差异水平大；数量性状的变异系数在7.32%～69.05%之间，变异范围广，遗传类型丰富。10个农艺性状主成分因子的主要信息集中在前6个主成分，其累计贡献率为90.75%，主成分分析确立了单株蒴果数、千粒重、单株籽粒重3类主要影响因子，表明芝麻优良品种的选择应集中在对单株蒴果数、千粒重、单株籽粒重性状等性状优良的资源材料进行选择。

贵州；芝麻；种质资源；调查收集；鉴定评价

作物种质资源又称为作物品种资源、遗传资源、基因资源等，它蕴藏在各类作物的品种(系)、类型及野生种和近缘种中，作物种质资源的收集与保护保存了物种的遗传多样性，包含着各种潜在的可利用基因[1]。生物种质资源是进行种质资源改良及相关基础性研究的重要物质基础，拥有种质资源的数量和质量以及种质资源研究的深度和广度，直接影响到种质资源利用效率和现代种业的可持续发展水平。因此，种质资源保护和利用已成为世界各国农业科技创新驱动战略的重要组成部分[2]。

芝麻(SesamumindicumL. 2 n=26)，属胡麻科芝麻属的一年生草本作物，是最古老的油料作物之一，栽培历史悠久，品种繁多，类型丰富。芝麻是我国的重要油料作物，分布范围广，总产量居世界首位。我国是世界上保存芝麻种质资源最多的国家之一，到20世纪90年代中期我国拥有芝麻资源5 200余份[3]。我国芝麻资源的平均含油率53.59%，最高达到61.15%，蛋白质平均含量为22.12%，最高为29.28%，品质优于世界上其他国家，芝麻是我国油料作物中传统出口创汇的优势农产品[4]。贵州芝麻种植历史悠久，由于独特的自然环境和生态条件，形成了丰富多样的芝麻资源和类型。目前由于外来文化的渗透、工业化城镇化建设和现代化农业的快速推进以及大量基础设施建设和改造，致使贵州当地大量的野生种质资源、地方品种破坏和流失十分严重，不少资源量在迅速减少，频临灭绝，因此加强贵州芝麻种质资源调查、收集、保护和相关研究显得尤为迫切[5]。张太平等在“八·五”期间在贵州的南部、西南部、东南部收集芝麻资源52份，对芝麻的农艺性状、品质性状及来源分布进行了研究[6]。2014年起，贵州省油料研究所在贵州省科研企业服务企业计划、贵州省农业科学院自主创新专项等项目支持下，开展了贵州地区芝麻资源的调查、收集和保护工作，初步摸清了贵州芝麻生产的地域分布和生产现状，收集了贵州芝麻主要产区的农家品种或地方品种共108份，建立贵州省芝麻种质资源圃，并进行整理、编目和田间性状鉴定评价相关研究工作，旨在为贵州芝麻种质资源保存、遗传改良及理论研究和开发利用提供资源材料保障。

1 资源的调查、收集及鉴定评价方法

1.1 调查范围

调查范围包括贵州的40个县(市)以及云南、四川等周边地区，主要调查和收集芝麻资源的地区有：贵州黔西南的安龙、普安、贞丰、兴仁、晴隆、册亨、望谟；黔西地区：安顺、平坝、镇宁、盘县、水城、普定、关岭、紫云；黔西北地区：威宁、毕节、金沙、黔西、织金、大方、赫章、纳雍；黔东北的道真、正安、务川、凤冈、湄潭、绥阳、余庆；黔北的遵义、桐梓、赤水、绥阳；黔东地区的思南、德江、铜仁；黔南地区的都匀、贵定、龙里、长顺、惠水、独山、三都、平塘、瓮安、荔波；黔东南的剑河、施秉、丹寨；黔中地区的贵阳、清镇、开阳、修文、息烽等地。累计收集贵州地区芝麻种质资源108份。通过调查了解了贵州不同生态区域的芝麻种分布、生产状况，收集各主产区栽培种植的农家品种和地方品种资源，初步掌握了贵州芝麻的地方种质资源分布、生产水平和开发利用状况。

1.2 资源的调查和收集方法

2014—2016年间笔者先后到贵州所属40个县的89个乡镇进行调查，根据《农作物种质资源收集技术规程》进行芝麻种质收集[7]。通过实地考察、查阅相关文献资料及访谈相关基层农技部门技术人员和当地农民等方式，并采取到各地乡镇赶集、走村串寨以及委托各基层农业部门进行芝麻资源调查和收集。所采集的芝麻资源样品按编号种植于贵州省油料研究所贵阳试验地内进行繁殖保存，管理栽培条件一致。

1.3 表型性状的鉴定评价方法

将收集的芝麻资源材料编号按顺序种植于贵州省油料研究所贵阳试验地内，建立贵州省芝麻资源材料圃，栽培管理条件一致。根据《芝麻种质资源描述规范和数据标准》[8]进行相关形态学性状的观测或测量。在同一生长季节测量考察主要表型性状，包括株高、茎粗、分枝高度、分枝数、单株蒴果数、每蒴粒数、蒴果棱数、蒴果长度、千粒重、单株籽粒重、基部叶宽、基部叶长、花冠长度以及株型、叶形、叶色、分枝类型、主茎分枝状态、茎绒毛密度、叶绒毛密度、花冠绒毛长短、花冠颜色、花药颜色、成熟期主茎颜色、每叶腋着生蒴果数等。在盛花期测量花冠长度，终花期测量基部叶长、基部叶宽。成熟期每小区取样10株挂牌考察测量的农艺性状有株高、分枝高、分枝数、单株有效蒴果数、蒴果长度、每蒴粒数、千粒重、单株籽粒重等。参照JAIN等方法计算Shannon-Wiener遗传多样性指数，遗传多样性指数H’=-∑Pi×LnPi，式中Pi=ni/N，即表示第i种表型出现的频率，其中ni为某一性状中第i个表型级别个体数，N为某一性状各表型类别的总个体数[9-10]。变异系数(CV)：不同材料同一性状指标间的差异用变异系数表示，CV=(S/X)×100%，其中S为标准差，X为某一性状的平均值。

利用观测指标作为原始数据进行主成分分析，利用Microsoft Execl 2007将观测数据标准化后，采用DPS 14.50软件对芝麻各性状观测值进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 贵州芝麻种质资源的调查及区域分布

贵州各地区沟壑纵横，海拔垂直差异大。贵州芝麻资源主要分布在海拔279～2 173 m的垂直范围内，位于25°04′N～28°89′N，104°71′E～109°21′E，即在贵州境内大部分地区均有分布，分布范围广。从种子的种皮颜色类型看有白色、乳白色、黑色、黄色、褐色、灰色、橄榄绿等，类型多样。白芝麻、黑芝麻在贵州的大部分区域均有分布，种皮颜色为橄榄绿的芝麻只有在黔西北地区发现了2份。贵州芝麻种质资源主要分布在黔西北、黔西南及黔东北地区(表1)。其中黔西北地区收集到的芝麻资源最多，有24份，黔西南地区有22份，黔东北地区19份。

表1 贵州芝麻种质资源的区域分布及调查收集情况

调查区域海拔(m)经度(E) 纬度(N) 种类样本数量黔中地区 1051～1264 106°26′～106°73′ 26°42′～27°10′白、黑、褐12 黔北地区 414～1038 105°59′～107°19′ 27°70′～28°57′白、黑、黄11 黔西北地区 919～2173 104°71′～106°22 25°75′～26°58′白、黑、黄、褐、橄榄绿24 黔东北地区 606～910 107°50′～107°88′ 27°22′～28°89′白、乳白、黑、黄、灰19 黔西地区 1264～1913 104°82′～106°26′ 25°81′～26°58′白、黑、黄、褐8 黔西南地区 582～1626 104°91′～106°09′ 25°04′～25°83′白、黑、褐、黄、灰22 黔南地区 413～1279 106°45′～107°88′ 25°42′～27°08′白、乳白、黑、褐、黄7 黔东南地区 249～964 107°58′～109°20′ 25°76′～27°21′白、黑3 黔东地区 279～911 108°13′～109°21′ 26°70′～28°57′白、黑2 总体分布区域 249～2173 104°71′～109°21′ 25°04′～28°89′108(合计)

表2 贵州芝麻资源主要形态性状类型及遗传多样性

性状类型1 类型2 类型3 类型4 类型5 多样性指数叶形25(心形)31(卵形)18(卵圆形)16(柳叶形)18(披针形)2．3873叶色20(浅绿色)67(绿色)21(深绿色)0．9269株型11(单杆型)97(分枝型)0．3293主茎分枝状态82(紧凑)12(中等)14(松散)0．7166分枝类型48(对生)33(互生)15(轮生)12(混生)1．2410植株形态77(直立)34(半直立)7(匍匐)0．7823基部叶缘形态64(全缘)38(锯齿)6(缺刻)0．8401主茎颜色37(绿色)60(黄绿色)8(紫绿色)3(紫色)0．9859叶绒毛密度15(无)15(少)24(中等)54(多)1．2292茎绒毛密度5(无)15(少)50(中等)38(多)1．1405花冠绒毛长短31(短)58(中)19(长)0．9963花冠颜色9(白色)13(粉红色)39(浅紫色)33(紫色)14(栗色)1．4568花药颜色27(白色)62(淡黄色)19(黄褐色)0．9709蒴果棱数47(4棱)14(6棱)35(8棱)12(混合)1．2389蒴果绒毛密度13(无)25(少)29(中等)41(多)1．3314每叶腋蒴果数73(单蒴)20(三蒴)15(多蒴)0．8513

2.2 贵州芝麻主要形态性状类型的多样性分析

贵州108份芝麻资源16个形态性状包含了57个质量性状的表型参数(表2)，代表性强。芝麻叶形有心形、卵形、卵圆形、披针形、柳叶形5种类型，以卵形和心形为主，遗传多样性指数为2.387 3；花冠颜色分为白色、粉红色、浅紫色、紫色、栗色5种类型，以浅紫色和紫色为主，遗传多样性指数为1.456 8；蒴果绒毛密度分别为无、少、中等、多4种类型，多少资源材料蒴果绒毛密度表现为多和中等，遗传多样性指数1.331 4；分枝类型有对生、互生、轮生、混生4种类型，以对生和互生为主，遗传多样性指数为1.241 0；主茎分枝状态分为紧凑、中等、松散3种类型，主要为紧凑类型；植株形态有直立、半直立、匍匐3种类型，以直立、半直立为主；基部叶缘形态有全缘、缺刻、锯齿3种类型，全缘和锯齿类型居多；株型为单杆型和分枝型，以分枝型为主。

16个形态性状的遗传多样性指数分析结果表明：所有性状均表现出一定的集中性，不同性状间的遗传多样性水平差异较大，16个形态性状的遗传多样性指数在0.329 3～2.387 3之间。在考察分析的16个芝麻性状中以叶形的遗传多样性指数(1.589 3)最大，其次是花冠颜色(遗传多样性指数为1.456 8)，株型的遗传多样性指数(0.329 3)最小。其余性状的遗传多样性指数介于0.716 6～1.331 4之间，其大小顺序依次为蒴果绒毛密度>主茎分枝类型>蒴果棱数>叶绒毛密度大>茎绒毛密度>成熟期主茎颜色>花药颜色>叶色>每叶腋蒴果数>基部叶缘形态>植株形态>主茎分枝状态。

2.3 贵州芝麻资源的主要农艺性状变异

在贵州108份芝麻种质资源中，各农艺性状的变异系数差异较大(表3)。以单株籽粒重的变异系数为69.05%，变幅5.11～31.04 g；有效分枝数的变异系数为46.98%，变幅1.24～12.34个；分枝高度变异系数41.33%，变幅2.98～301.3 cm；单株蒴果数变异系数27.32%，变幅37.68～243.56个；每蒴粒数变异系数25.22%，变幅16.31～132.98粒；基部叶宽变异系数21.61%，变幅3.81～11.18 cm；千粒重变异系数17.22%，变幅1.24～2.87 g；株高变异系数14.18%，变幅93.56～210.47 cm；基部叶长变异系数13.97%，变幅4.78～17.31 cm；蒴果长度变异系数11.47%，变幅1.92～3.54 cm；花冠长度变异系数7.32%，变幅3.07～4.80 cm。因此贵州芝麻种质资源主要农艺性状间变异系数和变幅差异明显，遗传类型丰富。

表3 贵州芝麻资源主要农艺性状变异分析

性状均值最大值最小值变幅标准差SD变异系数CV(%) 株高(cm)119．14210．4793．56116．9116．8914．18 分枝高(cm)14．5930．132．9827．156．0341．33 有效分枝数(个)3．8112．341．2411．101．7946．98 单株蒴果数(个)117．44243．5637．68205．8832．0927．32 蒴果长度(cm)2．793．541．921．620．3211．47 每蒴粒数(粒)65．31132．9816．31116．6716．4725．22 千粒重(g)2．092．871．241．630．3617．22 单株籽粒重(g)7．6931．045．1125．935．3169．05 基部叶长(cm)9．9517．314．7812．531．3913．97 基部叶宽(cm)6．5711．183．817．371．4221．61 花冠长度(cm)3．694．803．071．730．277．32

表4 贵州芝麻资源主要农艺性状主成分分析

性状因子1因子2因子3因子4因子5因子6因子7因子8因子9因子10分枝高度-0．0921-0．31740．51440．2611-0．17530．21160．6910-0．0313-0．00240．0630基部叶长0．37700．21460．4637-0．27840．03590．0738-0．13380．3402-0．39370．4732基部叶宽0．41080．22170．4105-0．18440．1576-0．28560．0864-0．02410．5434-0．4121花冠长度0．0610-0．2333-0．3797-0．65580．21020．21970．42650．26710．14240．0402株高0．3711-0．38890．0750-0．02690．23950．4847-0．29520．55740．08460．0854有效分枝数0．3919-0．2539-0．18720．5034-0．00600．1678-0．13430．62910．2217-0．0490单株蒴果数0．45890．0650-0．34840．2060-0．0058-0．44440．3518-0．30090．00560．4577蒴果长度-0．15180．06760．05010．25950．9069-0．07140．13440．0600-0．2238-0．0552千粒重-0．20320．5632-0．03900．13520．06500．44150．0516-0．01870．50760．4019单株籽粒重0．33270．4560-0．203810．0895-0．12110．39920．2552-0．1016-0．4066-0．4658特征值2．53912．19061．68221．08081．01480．56740．38050．26410．17190．1086贡献率(%)25．3921．9116．8210．8110．155．673．802．641．721．09累计贡献率(%)25．3047．3064．1274．9385．0890．7594．5597．1998．91100

2.4 贵州芝麻资源主要农艺性状的主成分分析

本研究针对贵州108份芝麻种质资源材料的10个测量型农艺性状采用DPS 14.50软件进行主成分分析，得出各主成分特征向量及贡献率(表4)。遵循主成分分析依据累计贡献率≥85%的原则，选择前6个主成分因子进行分析。在所有主成分因子构成中，主要信息集中在前6个主成分，其累计贡献率为90.75%。由表4可知，第1主成分的特征值为2.539 1，贡献率为25.39%。其特征向量中，性状有单株有效蒴果数、基部叶宽有较高的载荷，其特征向量所表达的生物学信息与单株有效蒴果数、基部叶宽性状相关。因此第1主成分为单株有效蒴果数(特征向量0.458 9)、基部叶宽(特征向量0.410 8)为主要构成因子，特征向量关系说明基部叶片越宽，芝麻资源材料所承载的单株有效蒴果数越多。

第2主成分特征值为2.190 6，贡献率为21.91%。特征值中贡献最大的是千粒重和单株籽粒重，故第2主成分为千粒重(特征向量0.563 2)和单株籽粒重(特征向量0.456 0)为主要构成因子。特征向量所传递的信息表明：千粒重和单株籽粒重有较高的载荷。第3主成分特征值为1.682 2，贡献率为16.82%。其特征向量值中分枝高度和基部叶长有较高的载荷。第4主成分贡献率最大的有效分枝数，为有效分枝数构成因子。特征向量关系表明有效分枝数越多，单株蒴果数就越多。第5主成分贡献率最大的是蒴果长度，称为过长度构成因子，向量关系表明蒴果长度越长，蒴果粒数就越多。第6主成分贡献率最大的是株高，称为株高构成因子，向量特征关系表明：一定范围内植株高度越高芝麻千粒重和单株籽粒重就较大。

3 讨论

生物种质资源的调查、收集、保存和鉴定评价是科学开发利用生物资源的基础，对发挥资源的利用潜力具有重要意义[11-13]。作物种质资源蕴藏着大量潜在可利用的优异基因，为人类提供食物、医药等生存基本生活物质的同时，也为高产、优质等优良新品种选育和开展相关遗传理论研究提供取之不尽的基因来源。另外还在解释作物遗传基础、揭示作物起源和生物多样性保护等方面发挥着极其重要的作用[14]。贵州芝麻资源主要分布在海拔279～2 173 m的垂直范围内，位于25°04′N～28°89′N，104°71′E～109°21′E，收集到的芝麻资源的种皮颜色有白色、乳白色、黑色、黄色、褐色、灰色、橄榄绿等多种类型。贵州芝麻种质资源主要分布在黔西北、黔西南及黔东北地区。

形态性状、农艺性状的田间鉴定和描述仍然是目前作物种质资源研究最基本最直接的方法和手段[15]。本试验针对收集贵州的108份芝麻种质资源26个形态性状在贵阳进行田间鉴定评价分析，结果表明，核心样本的描述型性状包含了所有的变异类型，描述型性状的遗传多样性指数在0.329 3～2.387 3之间，不同性状间的遗传差异水平大；数值型农艺性状中单株籽粒重、有效分枝数、分枝高度变异系数大于40%，这表明贵州芝麻资源间性状差异明显，变异幅度大，种质的遗传多样性丰富，为芝麻性状间的差异化选择、遗传改良及利用研究提供了丰富原始资源材料。种质资源丰富性及遗传多样性的高低直接影响遗传改良选择效果[16]。贵州芝麻资源主要农艺性状的主成分分析结果表明，前6个主成分反映了10个数值型农艺性状的主要信息，累计贡献率为90.75%。6个主成分包含的性状信息具有较高的相关性，性状类型差异较大，各主成分性状的载荷值也反映了相应性状的育种利用潜力，即芝麻优良品种的选育应集中在对单株蒴果数、千粒重、单株籽粒重等性状表现优良的材料进行选择。

4 建议

芝麻是贵州的特色油料作物，各地均有零星种植，地方品种资源丰富，用途广泛，但是属于未充分开发利用的作物之一。以芝麻种质资源为基础和前提，发掘优特异基因资源，为拓宽芝麻的利用前景和途径提供基础材料或品种，充分发挥芝麻特色油料的综合利用优势。同时以国家即将启动第3次农作物种质资源考察收集项目为契机，加强贵州芝麻等特色油料作物种质资源考察、收集、整理、编目、鉴定评价、繁殖更新等基础数据信息采集工作，多领域、多学科共同协作完成贵州相关作物资源实物和数据信息共享平台建设，确保贵州种质资源得到长期安全保存和高效充分利用。

[1]沈金雄,郭庆元,张秀荣,等.中国芝麻种质资源的聚类分析[J].华中农业大学学报,1995,13(6):532-536.

[2]黎裕,李英慧,杨庆文,等.基于基因组学的作物种质资源研究、现状与展望[J].中国农业科学,2015,48(17):3 333-3 353.

[3]孙建,张秀荣,张艳欣,等.中国主要芝麻品种遗传多样性特点及遗传演变[J].中国农业科学,2009,42(10):3 421-3 431.

[4]王永宏,高桐梅,司马青焕,等.我国芝麻生产优势、存在问题及对策研究[J].河南农业科学,2010(12):133-135.

[5]高爱农,郑殿升,李立会,等.贵州少数民族对作物种质资源的利用和保护[J].植物遗传资源学报,2015,16(3):121-126.

[6]黄亨履,钟永模.川陕黔桂作物种质资源考察文集[M].北京:中国农业出版社,1996:249-257.

[7]郑殿升,刘旭,卢新雄,等.农作物种质资源收集技术规程[S].北京:中国农业出版社,2007.

[8]张秀荣,冯祥运.芝麻种质资源描述规范和数据标准[M].北京:中国农业出版社,2006:9-71.

[9]Jain A,Bhatia S,Banga S S,et al.Potential use of random amplified polymorphic DNA (RAPD) technique to study diversity in Indian mustard(BrassicaJuncea)and its relationship to heterosis[J].Theoretical and Applied Geetics,1994,88:116-221.

[10]孔凡洲,于仁成,徐子钧,等.应用Excel软件计算生物多样性指数[J].海洋科学,2012,36(4):57-62.

[11]吴瑞香,杨建春,沈忠元.浅色亚麻种质资源的收集、评价及利用[J].天津农业科学,2015,21(5):142-144.

[12]李京璟,马庆华,陈新,等.平榛种质资源坚果农艺性状鉴定与评价研究[J].植物遗传资源学报,2016,17(3):483-490.

[13]周华,周洪波,李锦红,等.咖啡种质资源收集、保存、评价及创新利用研究[J].热带作物学报,2012,33(9):554-561.

[15]聂石辉,彭琳,王仙,等.鹰嘴豆种质资源农艺性状遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报,2015,16(1):64-70.

[16]邱丽娟,李英慧,关荣霞,等.大豆核心种质和微核心种质构建、验证和研究进展[J].作物学报,2009,35(4):571-579.

Investigation and Collection and Identification onSesamumindicumL. Germplasm Resources in Guizhou

WEIZhongfen,YANGShengxian,LIHuilin,FENGBin,LINTao,HUANGZesu,LINWeihong

2017-01-10

贵州省科研机构服务企业行动计划——贵州小宗油料及调味品研发平台建设(黔科合服企[2014]4004号)；贵州省农业科学院自主创新专项——天然香料和小宗油料作物种质资源发掘与产业化技术研究(黔农科院自主创新科研专项字[2014]013号)。

魏忠芬(1966—)，女，研究员，主要从事油料作物遗传育种研究；E-mail:1453978945@qq.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.07.063