基于花生感官品质的核心种质资源构建

于树涛，孙泓希，任 亮，尤淑丽，王 虹，于洪波，徐千惠，王传堂

(1.辽宁省沙地治理与利用研究所,辽宁 阜新123000；2.阜新现代农业发展服务中心,辽宁 阜新123000；3.山东省花生研究所,山东 青岛266100)

花生在保障我国油脂供应和食品安全中占有重要地位,民间有“长生果”、“长寿果”等美誉[1],且营养价值可与牛奶、鸡蛋等媲美。我国传统的花生主要用于榨油,随着我国经济的发展和人们生活水平的提高,食用的比例将逐渐增大。因此,食用型花生种质研究已成为花生育种研究的重要方向。

在国内花生育种工作者的努力下,截止目前,国家作物种质资源长期库中保存花生资源8173份,中期库保存花生栽培种质资源8957份[2],大量的种质资源为花生新品种选育提供了丰富的遗传基础,相反也为众多种质资源的保存、鉴定和研究带来了困难。自核心种质资源概念提出后[3],核心种质资源能以最小的样本数代表基础收集样品,有助于简化资源的评价与保存,提高了工作效率。国内科研工作者对水稻[4]、大豆[5]等多种作物建立了不同类型的核心种质,在花生核心种质资源研究方面,姜慧芳等以中国花生种质资源库中的6390份花生资源为材料,采用花生品种类型进行分层取样,构建了576份资源的花生核心种质[6]；牟书靓等对吉林省农科院保存的260份花生种质,结合农艺性状和SSR标记构建了包含128个样品的花生初级核心种质[7]。但对于育种工作者来说,往往针对特异的目标性状构建核心种质会更感兴趣,因而在食用型花生研究中,针对基于花生感官品质指标的核心种质研究较少,如何确定核心种质资源选样标准,如何为育种者提供核心的感官种质,对食用型花生新品种选育意义重大。

本研究利用课题组近年来收集整理的花生种质资源,按照花生荚果粒型进行分类,针对感官品质性状构建花生品质育种的核心种质资源,为下一步食用型花生品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料共计480份,主要是辽宁省沙地治理与利用研究所从山东、河南、辽宁、江苏、广东等18个地区收集获得,供试材料来源及数量见表1。

表1 种质来源及数量Table 1 Germplasm sources

1.2 试验方法

1.2.1 表型性状鉴定

试验在辽宁省沙地治理与利用研究所花生基地试验田进行,采用随机区组设计,每份材料播种2行,单粒播种,5 m行长,在花生成熟期随机选取5株花生,选择充分饱满、无病虫斑的10个花生荚果,对其长、宽、厚、荚果形状等进行观测,并测定百果鲜质量和百仁鲜质量,待种子晾干后,测定百果质量和百仁质量,利用FOSS近红外分析仪(Infratec TM 1241)测定蛋白、脂肪、蔗糖等含量,所测数据用于后续核心种质构建。

1.2.2 核心种质构建方法

表型性状共计15个,参照胡建斌[8]等方法,按照平均值(X)和标准差(δ)将荚果长、宽、厚、百果鲜质量、百仁鲜质量、百果质量、百仁质量、油酸、亚油酸、脂肪、棕榈酸、蛋白、可溶性糖、维生素E、蔗糖15个性状分为10级,1级≤X-2δ,10级＞X+2δ,中间每级间相差0.5δ；供试材料按照荚果形状进行分组,即普通型、斧头型、葫芦型、蜂腰型、蚕茧型和串珠型,组内采用标准化的表型数据按20%比例进行系统聚类抽样,聚类分析采用欧氏距离法,取样原则根据各组实际情况灵活掌握,组内数量大的按取样比例确定种质,种质规模小的组适当放宽取样比例,进而构建候选核心样本。

1.2.3 核心种质的评价

采用均值、标准差、变异系数、多样性指数等4个指标评价花生原始种质与核心种质的符合率[9],所有数据在Excel 2016和IBM SPSS Statistics 19.0上进行计算。

2 结果与分析

2.1 种质资源各性状的统计分析

表2看出,原始种质中蜂腰型荚果形状所占的比重最大,选取的核心种质比例占19.75%,取样为31个；其次是普通型荚果形状,取样比例占19.85%,取样为26个；串珠型荚果形状所占比例最少,取样为5个。通过多样性分析,在核心种质中,蜂腰型荚果形状多样性指数相对较高,串珠型多样性指数相对较低；而原始种质中,普通型荚果形状多样性相对较高,由此可见,多样性指数与资源数量间没有绝对的相关性,研究建立的花生核心种质能够代表原始花生种质资源。

表2 花生荚果形状及多样性指数Table 2 Diversity of each type of pod

表3 原始种质和核心种质特征值的比较Table 3 Comparison of characteristic parameters of core collection and original germplasms

2.2 核心种质与原始种质特征值比较

表3表明,核心种质与原始种质的变异范围、均值基本相同；核心种质的变异系数除蛋白外,均略高于原始种质；多样性指数中,除荚果宽、荚果厚、百仁鲜质量略低于原始种质外,其余均高于原始种质,说明核心种质的多样性更丰富,核心种质保留了原始种质绝大多数的性状。

2.3 核心种质与原始种质各性状的符合率

表4看出,极差符合率最高,达100%的性状有7个,荚果宽极差符合率最低,为64.96%,而均值、标准差、变异系数和多样性指数的符合率均超过80%以上；所有性状的变异系数均达到90%以上,最高符合率为98.99%(棕榈酸含量),多样性指数的符合率平均在89.6%以上,最高符合率达到99.95%(百仁鲜质量)。由此可见,所选的核心种质的各个性状的特性能够代表原始种质。

表4 原始种质和核心种质各性状的符合率Table 4 Coincidence rate between core collection and original germplasms

通过对20%取样比例下的核心种质与原始种质进行聚类分析(图1),发现所构建的核心种质并未改变原始群体的结构特性,在聚类水平25处,群体分为3类,在聚类分析5处,仍是种质资源分布最为集中的位置,因此结合欧式距离在20%取样比例下构建的核心种质是合理的。

图1 花生原始群体和核心种质聚类图Fig.1 Cluster map of original germplasm and core collection

3 讨 论

核心种质构建质量受遗传距离影响,采用欧氏距离构建核心种质已在多种植物上得到了验证[10]。核心种质的取样比例依据原始种质样本量、调查性状的有效性等决定,抽样比例主要在5%～40%之间。代攀虹等以5963份陆地棉为原始材料,在分组基础上利用表型性状,以4.71%的取样比例构建了陆地棉核心种质[10]；Li等对16779份中国玉米地方品种和自交系以7%的取样比例构建核心种质[11]；刘遵春等以300份新疆苹果为原始材料,通过取样比例对比,最终确定20%为构建核心种质最适宜的比例[12],杨菁等以153份蚕豆为原始材料,通过18项形态统计,最终确定13.73%的核心种质作为取样比例[13]；前两者所用总体资源较大,构建的核心种质所占比例较小,后两者总体资源较小,构建的核心种质所占比例较大,因形态性状易受环境因素影响,因此,为确保核心种质取样的合理性,结合核心种质利用研究的样本数量,总体取样规模不可低于15%,本研究依据原始种质数量,构建比例与郝晓鹏等结论基本一致[14],依据欧式距离构建的核心种质,选用20%的抽样比例,从变异系数、多样性指数及符合率分析,核心样品能够分布在整个遗传群体中,很好地反映了原始种质的性状,减少了后续资源研究数量,为下一步优势基因挖掘及品种的遗传改良奠定了基础。

核心种质资源分组取样方法包括地理来源、品种形状、种植类型、农艺性状等基础信息。本研究采用花生荚果形状进行分组,更好地为花生感官品质性状进行判断。从构建的核心种质来看,不同荚果形状所占比例及多样性指数与原始种质基本一致,从各种性状的调查结果来看,15个性状的变异范围、平均值、标准差、变异系数和多样性指数也与原始种质保持一致,从符合率来看,绝大多数性状的符合率在80%以上,最高符合率达到100%,说明用于构建核心种质的样本性状剔除了部分遗传冗余,很好地保留了原始种质的表型变异特征,可见本研究构建的核心种质资源库具有良好的代表性和多样性,因此本研究建立的核心种质是有效的,可以作为花生感官品质育种的优良亲本库。

本研究建立的核心种质在花生感官品质应用中是实用的,能够满足未来食用型花生品种选育的需求。然而,从食用型花生的适口性包括脆性、细腻度、甜味、苦味、异味等指标来看,这些性状是否能够作为核心种质构建的参考指标,还有待进一步探讨。