湖北省高粱地方种质资源鉴定和主要农艺性状评价

2018-01-09李莉刘昌燕陈宏伟万正煌刘良军伍广洪黎大革

湖北农业科学 2017年23期

李莉+刘昌燕+陈宏伟+万正煌+刘良军+伍广洪+黎大革

摘要：对湖北省436份高粱（Sorghum）种质资源的主要农艺性状进行了调查分析，鉴定和评价了生育期、株高、穗长、穗粒重、穗型、千粒重和粒色等性状，并对部分种质资源进行了抗逆性鉴定和品质鉴定。结果表明，湖北高粱种质资源穗粒重的变异性较大，遗传多样性高，各种质间生育期差异较小，遗传性状相对稳定。在品质方面，湖北高粱种质资源的直链淀粉和单宁含量这2个性状的遗传多样性较丰富，部分高粱的抗逆性较好，是优异的育种资源材料。

关键词：高粱（Sorghum）；种质资源；鉴定评价；湖北

中图分类号：S566.5 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）23-4463-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.009

Abstract： In the article， the main characteristics of 436 sorghum germplasm in Huber province were investigated and analyzed， and the parts of them were also identified for resistance and quality. The main characters included whole growth period， plant height， panicle length， grain weight per spike， panicle type， 1000-grain weight and seed color， etc.. The results indicated that the grain weight per spike showed a high variation and great genetic diversity， whole growth period had little differences among the germplasms， the genetic character was stable. For the quality， the sorghum germplasms in Hubei had great genetic diversity on the contents of amylase and tannin. Some sorghum germplasms were found better stress resistance and could be excellent germplasm resources.

Key words： Sorghum； germplasm resources； identification and evaluation； Huber

高粱（Sorghum）又称乌禾、蜀黍，是禾本科高粱属一年生草本植物，属于人类栽培的重要谷类作物之一，已有3 000多年的历史，在世界范围内高粱是继小麦、水稻、玉米和大麦之后位居第5位的重要谷物[1，2]。高粱是中国重要的旱地粮食作物，又是重要的饲料和加工作物，具有产量高、抗逆性强（不仅抗旱、抗涝、耐盐碱、耐瘠薄，还耐高温、耐寒冷）、用途广泛的特点，在农业生产中具有巨大的发展空间和产业优势[3-7]。

高粱在湖北省的分布很广，几乎各县（市）均有种植。湖北地貌类型多样，山地、丘陵、岗地和平原兼备，地势高低相差悬殊，其中山地约占全省总面积55.5%，丘陵和岗地占24.5%，平原湖区占20%。由于境内地形结构复杂，地区气候差异较大，形成一些各具特点的小气候区域，加上地形地势的天然阻隔，因而形成了丰富多样的地方高粱种质资源。

为推动高粱育种和生产的发展，对湖北省农作物种质中期库保存的436份高粱种质资源进行了遗传多样性评价，旨在了解高粱各类型间的差异，为优良种质资源的发掘、研究和利用提供参考，同时也为今后外来种质的引进和拓宽提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

试验材料来自湖北省农作物种质中期库保存的436份高粱资源（材料来源地见表1）。试验于2006年3～11月结合湖北省财政重大专项在监利进行繁殖更新。

1.2 试验方法

试验于2006年在监利（海拔22.3 m）进行，小区面积10 m2（2 m×5 m），条播，行距50 cm，株距20 cm，随机区组排列，重复3次。

田间调查生育期、幼苗色、穗型、穗形，植株成熟后从每个试验小区随机抽样10株进行室内考种，考查株高、茎粗、穗长、穗粒重、千粒重、壳色和粒色等农艺性状。田间管理按自然生态条件下的大田生产水平进行。高粱品质鉴定以成熟、清洗后的干种子为对象进行测定。以上形态特征和生物学特性的考察以及品质特性、抗逆性的测定均参照国家种质资源描述规范和数据标准进行[8]。

1.3 分析方法

参加统计的所有数据为各材料田间性状平均数，生育期、株高、茎粗、穗长、穗粒重、千粒重等的农艺性状和粗蛋白质、总淀粉、直链淀粉、单宁等品质性状的平均值、标准差和变异系数等[9，10]的统计分析采用Excel（Microsoft office，2003）数据软件进行。

2 结果与分析

2.1 湖北高粱种质资源的地理分布

由表2可知，湖北省农作物种质中期库保存的436份高粱资源分布的范围介于北纬29°15′-32°51′，东经108°51′-115°56′之间。南起鄂东南的通城县（北纬29°15′），北到鄂西北的郧县（北纬32°51′），西到鄂西的利川市（东经108°51′），东至鄂东的黄梅县（东经115°56′），都分布着各具特色的高粱资源。高粱种质资源数最多的范围是北纬29°46′-31°15′之间，共有种质270份，占中期庫中高粱资源总数的61.9%，由此范围向南向北都逐渐减少（32°01′-32°30′例外）。资源数最多的经度范围是东经109°-112°，有283份材料，占资源总数的64.9%，由此范围向东向西也有逐渐减少趋势。endprint

2.2 生育期、株高

高粱种质资源部分农艺性状分析见表3。生育期的长短是品种的主要特性之一，湖北省的436份高粱种质资源的生育期在81～142 d，按熟性的不同大致可以分为早熟（<90 d）、中熟（90～110 d）和晚熟（>110 d）3种类型。早熟种质有6份，占1.4%，中熟品种154份，占35.3%，晚熟品种276份，占63.3%。可见，湖北省中期库保存的高粱种质资源的熟性类型主要是中晚熟品种，早熟品种较少。

高粱的株高受品种特性的影响较大，湖北省高粱种质资源间的株高差异很大，其中最矮的为126 cm，最高的有447 cm，不同品种间相差321 cm。其中株高在180 cm以下的种质有18份，占高粱种质资源的4.1%，株高为181～300 cm的种质有165份，占37.9%，株高为301～400 cm的种质有225份，占51.6%，株高高于400 cm的种质有28份，占6.4%，可见湖北高粱种质资源在株高方面有着丰富的遗传多样性，具有广泛的基因资源，育种者可以根据不同需要进行选择（表3）。

2.3 穗长、穗粒重、千粒重

通过表3可以看出，湖北省高粱种质的穗长在13.0～52.5 cm，平均值为32.4 cm，变异幅度为39.5 cm，标准差为5.2。湖北高粱种质的千粒重最大值为37.7 g，最小值为10.0 g；千粒重的平均值为21.5 g，标准差为4.5，变异幅度为27.7 g。人们越来越偏爱大粒品种，而目前商品性好的品种也多为中粒和大粒品种，但湖北高粱资源中，中粒和大粒品种匮乏，千粒重大于30.0 g的种质只有11份，占高粱种质资源2.5%。高粱穗粒重在8.1～113.0 g，平均值为46.6 g，变异幅度为104.9 g，标准差为17.7，其中穗粒重在60 g以上的资源有95份，占高粱种质资源总量的21.8%，且其中穗粒重高于90 g的种质有10份，可作为优异种质在高粱育种中利用。

性狀的变异频率是性状遗传多样性的数量化体现，变异系数越大，对资源选择的余地也越大。由图1可知，湖北省高粱种质资源生育期变异较小，变异系数为9.2%。株高、茎粗、穗长、穗粒重和千粒重的变异系数分别为21.1%、22.3%、15.9%、37.9%和20.8%，其中穗粒重的变异系数在35%以上，说明湖北高粱资源在这个性状上有丰富的遗传变异性，而株高、茎粗、穗长和千粒重的变异系数都在20%左右，说明这4个性状上的相对遗传变异程度较小、稳定性较好。变异系数排序为生育期<穗长<千粒重<株高<茎粗<穗粒重。分析不同性状的变异度可知，由于高粱生育期、穗长、千粒重、株高和茎粗的变异度较低，育种时选择标准应适当严格。而穗粒重的变异系数相对较大，说明湖北高粱品种资源在这个性状上可选择的育种材料很丰富，且受自然条件、栽培条件和病虫害防治的影响较大，其稳定性最差，选择时标准应适当放宽。

2.4 幼苗色、穗型、穗形

湖北省高粱种质幼苗色有红色、绿色和紫色3种，其中幼苗绿色资源最多，有403份，占高粱种质资源的92.4%，幼苗紫色和红色资源分别为18份和15份，分别占湖北高粱种质资源的4.1%和3.5%。高粱种质的穗型有紧、中紧、中散、散4种，湖北高粱种质资源中19份资源的穗型紧，占资源材料的4.4%；穗型中紧的种质资源有53份，占资源材料的12.2%，穗型中散的种质资源有118份，占资源材料的27.0%，穗型散的种质资源数量最多（246份），占资源材料的56.4%。高粱穗形性状不受产地、播种时期及栽培条件等因素影响而发生变化，是遗传稳定性最好的性状之一，高粱穗形有6种，分别是棒形、纺锤形、牛心形、伞形、圆筒形、帚形6种。本次更新的436份高粱种质资源中，穗形棒形资源有38份，纺锤形资源有14份，牛心形资源有5份，伞形资源有232份，圆筒形资源有7份，帚形资源有140份，分别占种质材料的8.7%、3.2%、1.2%、53.2%、1.6%和32.1%，可见，湖北省的高粱穗形以伞形为主（表4）。

2.5 壳色、粒色

高粱的壳色和粒色是资源遗传性稳定且不受环境条件影响而发生变异的重要质量性状，也是进行品种类型划分的关键指标之一，同时还是市场非常重视和关注的商品性状。湖北高粱种质的壳色有黑色、紫色、褐色、红色、黄色等，本次更新的材料中有79份黑色种质、56份紫色种质、61份褐色种质、185份红色种质、49份黄色种质和6份其他壳色种质，分别占资源材料的18.2%、12.8%、14.0%、42.4%、11.2%和1.4%。湖北高粱种质的粒色有白色、黄色、红色、浅红、粉红和褐色6种，其中黄色种质最多，有340份，占资源材料的80.0%；白色资源25份、红色资源62份、浅红色资源3份、粉红色资源3份和褐色资源3份（表4）。

2.6 品质分析和抗逆性鉴定

高粱部分种质资源的粗蛋白质含量、淀粉总含量、直链淀粉含量和单宁含量情况见表5。从表5中可以看出，高粱种质资源的粗蛋白质、淀粉总量、直链淀粉和单宁的平均含量分别占干种子质量的10.25%，72.04%，17.32%和1.14%。其中粗蛋白质含量在8.33%～14.89%，总淀粉含量在64.47%～75.42%，直链淀粉含量在0.08%～36.21%，单宁含量在0.07%～2.92%。从表5中还可看出，高粱直链淀粉含量的变异系数较大，为63.67%（不排除因测试材料份数较少对变异系数的部分影响），其次为单宁含量，变异系数为38.86%，而高粱总淀粉含量的变异性较小，说明各种质之间的总淀粉含量差异不大。

对部分湖北省高粱种质进行抗逆性鉴定，结果表明，湖北高粱种质资源中高耐旱和耐旱资源有29份，占测定高粱种质资源的10.91%。对部分湖北高粱种质资源进行了耐盐性鉴定，筛选出芽期高耐盐和耐盐资源9份，中耐盐资源17份，共占测定资源总数的9.66%。高粱种质资源中苗期耐盐性中等的资源有4份，占测定资源总数的1.49%。高粱耐瘠性较好，测定的224份资源中有20份资源耐瘠，有110份资源中耐瘠，分别占测定种质资源的8.93%和49.11%。高粱种质中有2份资源高耐冷，24份资源耐冷，共占测定资源的9.66%（表6）。高抗逆性的种质是抗逆育种的宝贵资源，以上29份耐旱资源、26份芽期耐盐资源，20份耐瘠资源和26份耐冷资源都是培育高抗高粱的优异原始材料。endprint

3 小结与讨论

遗传多样性是蕴藏在地球上的植物、动物和微生物个体的基因库和遗传组织形式，是生态系统多样性和物种多样性的基础。对遗传多样性进行研究不仅可以了解物种的群体遗传结构和多态性水平，而且为研究物种起源、品种分类、亲本选配以及核心种质的构建等提供了依据[11-13]。种质资源的充分有效利用，有赖于对资源的真实、深入了解和准确的鉴定、评价[14-16]。因此对湖北的高粱品种资源进行鉴定和评价，既可以掌握资源信息的需求，同时部分综合性状优异的资源也可以在生产上直接利用或作為育种材料的来源。

通过对436份高粱种质资源的分析可以看出，湖北省高粱农艺性状变幅大，选择范围广，存在较广泛的遗传多样性，有很强的地域特色，是湖北高粱育种工作重要的亲本来源和主要种质基础。湖北高粱种质资源的穗粒重的变异幅度较大，表明该性状具有很高的遗传变异和选择潜力，但因受外界因素的影响较大，作为育种材料的来源进行运用时应注意选择。高粱的生育日数和穗长的变异度较小，选择亲本时应严格按照育种目标进行筛选。在品质方面，高粱各种质资源间总淀粉含量差异较小，遗传性较稳定，而直链淀粉和单宁的变异性较大，遗传多样性较高，不同的种质间有一定的差异。高粱种质中29份耐旱资源、26份芽期耐盐资源、20份耐瘠资源和26份耐冷资源都是培育高抗高粱的宝贵资源。

参考文献：

[1] 卢庆善.高粱学[M].北京：中国农业出版社，1999.

[2] 乔魁多.中国高粱栽培学[M].北京：农业出版社，1982.

[3] 张丽敏，刘智全，陈冰嬬，等.我国能源甜高粱育种现状及应用前景[J].中国农业大学学报，2012，17（6）：76-82.

[4] 张志学，刘占江，高振东，等.国内外高粱发展趋势及对策[J].杂粮作物，2002，22（2）：72-74.

[5] 宋仁本，卢峰，卢庆善，等.我国高粱生产演变及发展前景分析[J].杂粮作物，2002，22（4）：216-218.

[6] 山仑，徐炳成.论高粱的抗旱性及在旱区农业中的地位[J].中国农业科学，2009，42（7）：2342-2348.

[7] 卢庆善，邹剑秋，朱凯，等.试论我国高粱产业发展——论全国高粱生产优势区[J].杂粮作物，2009，29（2）：78-80.

[8] 陆平.高粱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] 马育华.植物育种的数量遗传学基础[M].南京：江苏科学技术出版社，1982.

[10] 刘来福，毛盛贤，黄远樟.作物数量遗传[M].北京：农业出版社，1984.

[11] 刘宣雨，王青云，刘树君，等.高粱遗传转化研究进展[J].植物学报，2011，46（2）：216-223.