剑麻种质资源表型多样性分析与抗寒性调查

田夏红，刘青，刘建荣*，张曼其，刘伟清，李强

（1.广东省湛江农垦科学研究所，广东 湛江524086；2.广东省东升农场，广东 湛江524456）

剑麻（Agave sisalana Perr.ex Engelm.）属龙舌兰科龙舌兰属，为多年生热带硬质叶纤维作物，原产于墨西哥龙加丹半岛，多分布于美洲、非洲、亚洲、大洋洲及太平洋、印度洋的一些岛屿，热带和亚热带广大地区［1］。国内剑麻种质资源主要分布在广东、广西、福建、云南、海南等热带亚热带地区。广东湛江农垦从20世纪60年代开始收集保存剑麻种质资源，2008年在农业部财政专项资金支持下，在湛江农垦科研所建立了种质资源圃2 hm2，并于2012年通过农业部认定。目前圃内保存剑麻原始种、野生种、近缘种、杂交种和杂交后代优良品系等种质资源160多份。

表型性状是作物基因和环境共同作用的结果，是作物形态描述和鉴定的重要组成部分，为育种和种质开发利用提供最直观的参考［2］，已有学者对水稻［3-4］、大豆［5］、番茄［6］、亚麻［7］等各类农作物［8-11］表型多样性进行研究分析，但对于剑麻表型多样性的研究分析甚少，仅见张燕梅等［12］对25份剑麻种质资源的10个农艺性状进行了分析。对剑麻抗寒性的观测研究可客观评价各种质的耐寒性和区域适应性，便于为今后推广和开发利用提供参考依据。从1964年开始，我国科研人员就开始对剑麻抗寒性进行观测和研究，主要体现在不同品种在不同地区的抗寒性表现和在低温胁迫下剑麻叶片细胞生理生化变化两方面［13-18］。

本文对湛江农垦科研所剑麻种质资源圃内墨引系列和广西引种系列共26份剑麻种质的主要植物学性状、农艺性状等表型性状和抗寒性进行评价分析，旨在为今后剑麻种质创新利用和品种选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以保存于广东省湛江农垦科学研究所剑麻种质资源圃内的26份剑麻种质为材料，其中包括墨引1～12号、广西引种1～14号。上述剑麻种质于2008年在圃内种植，每份种质种植面积约100 m3。2016年2月进行抗寒性评价，2018年5月进行表型性状评价。

1.2 方法

1.2.1 质量性状评价

对每份种质的叶色、叶缘类型和叶缘刺类型进行目测，并根据表型赋值。

叶色：灰绿为1，绿色为2，蓝绿为3。

叶缘类型：平顺为1，有刺为2。

叶缘刺类型：无刺为1，少刺为2，小刺为3，钩刺为4，锯刺为5。

1.2.2 数量性状评价

每份种质选取生长正常的植株5株，在田间对其株高、叶片长度、叶片宽度、叶片厚度、叶基厚度进行测量，并取其中3株称量单叶重，具体方法参照《农作物种质资源鉴定技术规程 龙舌兰麻NY/T 1941-2010》。

1.2.3 抗寒性评价

2016年1～2月份广东遭遇强寒流特殊天气，从2016年1月22日至2月10日20天内经历了3次最低气温低于10℃的低温天气。1月22～26日，持续5天，日最低气温3～8℃，日平均气温5～12.5℃。2月1～2日，持续2天，日最低气温8～9℃，日平均气温9.5～10.5℃。2月5～8日，持续4天，日最低气温6～9℃，日平均气温11.5～13.5℃。寒流结束5天后，利用这一自然现象对圃内剑麻种质进行了抗寒性评价。根据剑麻寒害分级标准，每一份剑麻种质连续调查10株，最后计算出各剑麻种质的寒害指数。剑麻寒害分级标准参考中华人民共和国农业行业标准剑麻栽培技术规程寒害分级指标（NY/T222-2004）。寒害指数计算公式如下：

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel2003对数据进行整理，采用SPSS 15.0对6个数量性状进行多样性统计分析，采用DPS 6.5对数据进行主成分分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 质量性状统计分析

如表1，挑选表型差异最明显的3个质量性状（叶色、叶缘类型、叶缘刺类型）进行观测统计发现：叶色主要分为三个类型：灰绿，绿色和蓝绿，墨引系列种质叶色主要为灰绿和绿色，其中灰绿色有5份种质，绿色有7份种质；广西引种系列种质3种叶色均有，其中蓝绿色有7份种质，灰绿色有2份种质，绿色有5份种质。叶缘分为平顺（无刺）和有刺两种，叶缘刺分为5个类型，其中墨引系列中有3份种质无刺，1份种质少刺，6份种质有小刺，1份种质有钩刺，1份种质有锯刺；广西引种系列中有7份种质无刺，5份种质有小刺，1份种质有钩刺，1份种质有锯刺。

表1 26份剑麻种质来源、质量性状和寒害指数统计结果Table 1 Statistical results of origin，quality traits and cold injury index for 26 sisal germplasms resources

2.2 数量性状统计分析

表2统计结果表明，剑麻不同种质间的株高、叶长、叶宽、叶厚、叶基厚和单叶重均存在较大差异。

26份剑麻种质的平均株高在110.0～285.0 cm之间，其中墨引5平均株高最矮，为110.0 cm，墨引10平均株高最高，为285.0 cm。不同种质的株高变异系数在1.23%～18.18%之间，其中墨引1变异系数最小，为1.23%，墨引5变异系数最大，为18.18%。

26份剑麻种质的平均叶长在59.4～175.0 cm之间，其中广西引种11平均叶长最短，为59.4 cm，墨引10平均叶长最长，为175.0 cm。不同种质的叶长变异系数在1.21%～15.65%之间，其中墨引10变异系数最小，为1.21%，墨引5变异系数最大，为15.65%。

26份剑麻种质的平均叶宽在8.0～19.8 cm之间，其中广西引种12平均叶宽最小，为8.0 cm，墨引8平均叶宽最大，为19.8 cm。不同种质的叶宽变异系数在0.69%～15.04%之间，其中墨引11变异系数最小，为0.69%，墨引4变异系数最大，为15.04%。

26份剑麻种质的平均叶厚在0.6～1.4 cm之间，其中墨引3、广西引种11和广西引种12这3份种质的平均叶厚最小，为0.6 cm，广西引种8平均叶厚最大，为1.4 cm。不同种质的叶厚变异系数在6.54%～42.43%之间，其中广西引种7变异系数最小，为6.54%，墨引4变异系数最大，为42.43%。

26份剑麻种质的平均叶基厚在1.8～4.7 cm之间，其中墨引3平均叶基厚最小，为1.8 cm，墨引8平均叶基厚最大，为4.7 cm。不同种质的叶基厚变异系数在1.45%～28.05%之间，其中广西引种6变异系数最小，为1.45%，墨引3变异系数最大，为28.05%。

26份剑麻种质的平均单叶重在162.3～1789.0 g之间，其中广西引种11平均单叶重最小，为162.3 g，墨引6平均单叶重最大，为1789.0 g。不同种质的单叶重变异系数在2.51%～30.24%之间，其中广西引种12变异系数最小，为2.51%，墨引9变异系数最大，为30.24%。

由表3可知，26份剑麻种质的平均株高为199.4 cm，变异系数为17.67%；平均叶长为133.9 cm，变异系数为24.00%；平均叶宽为12.5 cm，变异系数为21.68%；平均叶厚为1.0 cm，变异系数为23.84%；平均叶基厚为3.1 cm，变异系数为27.19%；平均单叶重为703.4 g，变异系数为60.94%。变异系数从大到小排序为单叶重＞叶基厚＞叶长＞叶厚＞叶宽＞株高。经方差分析表明，同一种质内株高、叶长、叶宽、叶厚、叶基厚、单叶重这6项数量性状差异不显著，而不同种质间以上6项数量性状均存在极显著差异。

续表2

表3 26份剑麻种质资源表型多样性统计分析Table 3 Analysis of morphological diversity for 26 sisal germplasms resources

2.3 主成分分析

为了能够更加充分地反映剑麻种质资源各表型性状间起主导作用的综合指标，对26份剑麻种质资源6个表型性状进行了主成分分析。遵循主成分分析累计贡献率≥85%的原则，前3个因子的累计贡献率为89.2523%，大于85%，因此选择前3个主成分因子进行分析。

第一个主成分的特征值为3.8965，贡献率最大，为64.9413%，累计贡献率为64.9413%。其特征向量中，叶基厚、单叶重、叶长具有较大的载荷，分别为0.4424、0.4416、0.4276，说明叶片越长，单叶重越重，叶基越厚。在选育品种时应主要根据这些性状进行选择。

第二个主成分的特征值为0.8988，贡献率为14.9804%，累计贡献率79.9217%。其特征向量中，叶宽具有较大的载荷，为0.6222，说明叶宽也是选育品种的重要性状指标。

第三个主成分的特征值为0.5598，贡献率为9.3306%，累计贡献率89.2523%。其特征向量中，叶厚具有较大的载荷，为0.822。在选育品种时，也需考虑叶厚这项指标。

表4 26份剑麻种质资源6个表型性状主成分分析Table 4 Principal component analysis of 6morphological traits of 26 sisal germplasms

2.4 相关性分析

由表5可知，株高、叶长、叶宽、叶厚、叶基厚和单叶重6个数量性状之间均存在线性正相关。其中，株高和叶长、叶基厚和单叶重之间的相关系数最大，均为0.80，呈极显著相关。叶宽和单叶重、叶厚和叶基厚、叶长和单叶重、叶长和叶基厚、叶长和叶厚、株高和单叶重、叶宽和叶基厚、株高和叶厚、株高和叶基厚之间的相关系数分别为 0.71、0.69、0.64、0.62、0.58、0.56、0.56、0.52、0.50，且呈极显著相关。叶宽和叶厚、叶厚和单叶重、叶长和叶宽之间的相关系数为0.47、0.46、0.40，呈显著相关。株高和叶宽之间的相关系数最小，为0.29，两者相关性不显著。

表5 26份剑麻种质资源6个表型性状相关性分析Table 5 Correlation analysis of 6 morphological traits of 26 sisal germplasms

2.5 抗寒性分析

从表1可以看出，不同剑麻种质的抗寒性不同，寒害指数为0%～100%不等。墨引系列剑麻种质中，墨引 6、7、8、12寒害指数为 0，表现抗寒性最强；墨引 1、2、3、4、5、10、11寒害指数在 5.0%～35.0%之间，抗寒性较好；墨引9寒害指数为100%，抗寒性最弱。广西引种系列种质中，广西引种1、3、4、5、6、8、9、10、11、12寒害指数为0，表现抗寒性最强；广西引种13、14寒害指数分别为32.5%、25.0%，抗寒性较好；广西引种2、7寒害指数分别为60.0%、85.0%，抗寒性较弱。

3 结论

通过质量性状评价发现，26份剑麻种质的叶色主要有灰绿色、绿色和蓝绿色三种，墨引系列主要为绿色和灰绿色，以绿色为主，广西引种系列种质三种颜色均有，但以蓝绿色和绿色为主；叶缘分为平顺（无刺）和有刺两类，无刺的种质共10份，其中墨引系列3份，广西引种系列7份；少刺或小刺共12份，其中墨引系列7份，广西引种系列5份；钩刺和锯刺，墨引系列和广西引种系列各1份。

通过数量性状评价和方差分析发现，26份剑麻种质的植物学性状和农艺性状存在不同程度差异，但同一种质内的差异不显著，不同种质间存在显著差异，该结果与张燕梅等［12］的研究结果一致。由此说明同一种质不同植株间具有较为稳定的遗传性和一致性，不同种质间的遗传多样性丰富，有利于剑麻种质资源的差异化选择，为今后遗传改良和种质开发利用研究提供了丰富的原始资源材料。

通过主成分分析发现，叶基厚、单叶重和叶长是影响第一主成分的主要因子，叶宽是影响第二主成分的主要因子，叶厚是影响第三主成分的主要因子。因此在选育品种时，应重点从这些性状上进行选择，特别要考虑叶基厚、单叶重和叶长这3项指标。该结果与张燕梅等［12］的研究结果比较一致。

通过相关性分析发现，株高、叶长、叶宽、叶厚、叶基厚和单叶重6个性状之间均存在线性正相关。其中株高和叶长、叶厚、叶基厚、单叶重之间，叶长和叶厚、叶基厚、单叶重之间，叶宽和单叶重、叶基厚之间，叶厚和叶基厚，叶基厚和单叶重之间存在极显著相关。株高和叶宽的相关关系不显著。相关性分析结果可为杂交育种中选择亲本材料或筛选优良品种提供参考。

利用自然寒害对26份剑麻种质资源进行了抗寒性评价，结果表明，26份剑麻种质中有14份种质寒害指数为0，抗寒性较强，包括墨引6、7、8、12，广西引种1、3、4、5、6、8、9、10、11、12，可作为今后抗寒育种材料或耐寒栽培品种。通过观察，其他受寒害影响的剑麻种质，在寒害过后，通过一段时间的合理栽培管理措施，基本可以恢复正常生长。