贵州引进甘薯种质资源形态标记聚类分析

何天久， 付 梅， 吴巧玉， 杨 航, 邓仁菊

(1.贵州省农业科学院生物技术研究所， 贵阳 550006； 2.贵州省农作物技术推广总站， 贵阳 550001)

甘薯是继马铃薯与木薯之后的世界第三大薯类作物，是发展中国家主要的碳水化合物来源[1]。我国甘薯种植面积与产量均居世界首位，目前种植面积在 550万hm2左右，占世界种植面积的75%左右[2]。甘薯是贵州省重要的粮食农作物之一，贵州省内甘薯种植面积常年维持在27万hm2以上，主要分布在海拔较低的遵义、铜仁、黔东南等地区[3]。

种质资源是植物遗传改良的物质基础，近年来，国内外学者对甘薯种质资源进行了大量研究，采用各种方法和技术对收集保存的甘薯种质资源进行分类鉴定， 其中形态标记依然是主要的分类研究方法[4]。采用形态学来区分遗传变异和种属之间的差别方法最直接简便[5]。黄萍等[3]利用形态标记聚类法把15 个甘薯品种分成2个类群；宋吉轩等[6]采用形态标记方法，研究了23份紫薯材料间的遗传多样性，将种质资源分为三类；李慧峰等[4]利用形态标记聚类分析法将136份广西地方甘薯种质资源可被分为四类。贵州种植甘薯历史悠久，但品种相对单一，新品种选育仍是制约贵州甘薯产业的发展因素。因此，为丰富贵州甘薯种植资源，从全国引进33份优质甘薯品种进行形态聚类分析，对这些品种的主要性状进行鉴定分类，以期筛选优良的适合贵州种植的品种，为贵州甘薯育种提供材料保证。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料从西南大学及其他省份引进甘薯材料33份(表1)，种植于贵州省农科院生物技术研究所种植圃。

表1 甘薯材料名称及来源

1.2 试验方法

1.2.1试验设计

2020年5月在贵州省农科院试验基地种植，施微生物菌肥20 kg·(667 m2)-1,复合肥(N-P-K=15-15-15)15 kg·(667 m2)-1,小区面积3 m2,薯苗株距30 cm,行距1 m，重复3次,随机区组排列。

1.2.2形态学表型性状调查

按农业行业标准 NY/T 2939-2016[7]观察、测量、记载 20项甘薯种质资源形态学性状，取平均值。形态标记编码(见表2)。

表2 甘薯形态标记及编码

1.2.3数据分析

对调查的性状进行编码，运用DPS 数据处理系统对形态学性状调查数据进行处理，采用唐起义等[8]欧式距离和类平均法(UPGMA)进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 甘薯形态学性状测量编码结果

根据参数的测量标准，不同甘薯品种20个性状指标的测定结果如表3所示。从表3可看出，各资源的叶尖形状、叶色表现出的多样性最差，所有材料叶尖形状都表现出叶尖锐，叶色绿。薯形表现出的多样性最丰富，有8种，有球形(材料为5、9、15)、短纺锤(材料为20、23)、纺锤(材料为7、13、14、17、22、25、32)、上膨纺(材料为11、21、26、33)、下膨纺(材料为6、18、23、27、29)、长筒形(材料为12、19、30)、长纺锤(材料为1、2、4、10、16、28)；叶脉色表现出的遗传多样性，此组为6种；顶叶色、叶缘类型、薯皮主色、薯肉主色表现出的遗传多样性为5种；叶缺刻数表现出的遗传多样性为4种；其余形状表现出的遗传多样性较差。

表3 甘薯形态标记量化值

2.2 甘薯形态标记的聚类分析

利用DPS软件采用欧式距离和类平均法进行聚类分析，33份迷你甘薯材料20项主要性状的聚类分析结果见图1。在欧式距离为9.71处，可以33份甘薯材料可以分为两大类群，第Ⅰ类群包括31份甘薯材料；第Ⅱ类群只有2份材料为紫云红心和云南昭通(红皮)。第Ⅰ类群在欧式距离8.33处，可将第Ⅰ类群分为两个亚类。第1亚类包括23份甘薯种质资源，分别为：渝红心4号、9-14-27、广薯87、渝薯6号、徐薯22、渝198、秦5、徐18、湛薯12、渝薯38、渝薯12、济薯26、渝68、四川仁寿、苏8、渝98、黔8、云南昭通(黄皮)、渝33、渝17、海南、龙9、一点红，此组品种大部分具有以下特征：叶尖形状锐，叶色绿，叶缘色绿，叶柄带紫，顶叶色绿或黄绿。第2亚类包括8份甘薯材料，分别为：万薯5号、济薯29、商19、渝50、济薯30、万薯10号、西瓜红、烟25，此类品种在顶叶色、叶脉色、薯皮主色和薯肉色与第1类群差别较大。

图1 甘薯形态标记的聚类分析

第Ⅱ类包括2份材料，为紫云红心和云南昭通(红皮)。主要表现为：顶叶色黄绿、顶叶形状三角、顶叶叶缘色绿、叶片形状三角形、叶尖锐、叶色绿、叶缘绿、叶柄绿上部带紫、茎主色节点紫、节间长中等。

3 结论与讨论

本研究通过形态学性状对33份引进贵州种植的甘薯种质资源进行形态标记聚类分析，在欧式聚类9.71处，将这些材料可分为两大类，同一类群的性状相差小，欧氏距离相近; 类群间的性状差异较大，欧氏距离相差大。

作物形态学形状在生产上更直观、便捷表现个体的，在传统育种中仍是一项重要的研究手段。但是在鉴定性状时容易受主观意识的影响，对于一些不好区分性状特征如顶叶色：褐绿和紫绿和一些薯形的判断，不同的人对材料进行编码时容易出现偏差。罗文彬等[9]研究认为特别是在品种非常相似时，传统的形态特征很难鉴定种质资源及其来源，容易将不同品种混杂。因此，根据形态标记的相似性对甘薯种植资源进行系统聚类分析，一定程度上能反映品种资源之间亲缘关系的远近，但易受自然环境因素和人为因素的影响，难以准确阐明甘薯品种资源间的遗传差异，还需要结合其他的研究方法对材料进行亲缘关系分析[10]。

遗传标记技术由经典的形态学研究发展到 DNA 分子标记的研究，极大地弥补了形态学研究的不足[11]。近年来有多项研究表明, 分子标记和形态学性状可在植物分类、品种鉴别和遗传多样性分析中起到互补作用, 尤其对种子真实性鉴定、同种异名和异种同名鉴别[12]。因此, 综合形态学信息和 DNA 标记信息能有效提高品种特异性鉴定的准确性[13]。