木薯抗寒性与主要性状的相关性分析

马明亮 万永辉 邓亚蓓 苏冬辉 蒋雄英 侯丽英 杨艺玲张传周周宾*

（1兴安县农业农村局，广西兴安 541300；2桂林市农业科学研究中心，广西桂林 541006）

木薯（Manihot esculenta Crantz）是大戟科木薯属（Manihot）100多个种中唯一拥有经济价值的种，生物学性状良好，耐贫瘠，光合作用效率较高，富含淀粉（鲜木薯块根淀粉含量一般为30%，烘干木薯淀粉含量70%），素有“地下粮仓”美誉[1]。木薯起源于非洲、南美洲等热带或亚热带气候区，集中分布在巴西、哥伦比亚以及加勒比海地区，广泛种植在美洲、非洲和亚洲的100多个国家及地区[2]。木薯喜高温、不耐寒冻，通常生长在年平均气温≥20℃的区域，最适宜生长在年平均温度为25～28℃的高地[3]。低于5℃会造成块根坏死，低于4℃对木薯茎秆保存构成威胁[4]。例如，2008年和2010年冬季低温寒害严重影响了我国木薯产业的发展，除海南和广东南部地区外，其他省（区）的木薯种苗死亡率高达50%～100%；仅2008年的低温寒害使广西木薯受灾面积达16.5万hm2，受寒害而坏死的茎秆达到14.953万t，这次寒害给木薯产区造成约4.096亿元的损失[5-6]。

低温寒害是木薯扩大种植面积的瓶颈性问题，如何提高木薯抗寒性、增加木薯适宜种植地区、降低木薯寒害风险前人已经进行很多相关性研究。陈显双等[7]对290个木薯种质开展抗寒性调查，并筛选出抗寒能力较强的品种（系）罗勇5号、CMR36-34-1、华南6号、华南8号等。周建国等[8]开展了5℃低温胁迫处理木薯耐寒种质筛选试验。结果表明，南美高海拔地区引进的木薯品种抗寒性较好。2010年但忠[9]在武鸣木薯基地对80多个木薯品种的花序和坐果数进行了调查，记录了38个正常坐果品种叶片电解质的渗透率参数和种茎变色度，其中华南6号、D346、E144、BI等4个品种抗寒能力较强。不同木薯品种抗寒性差异较大，如何在常规选育中明确抗寒性与主要性状和产量的关系，确定抗寒选育的目标，通过改良与抗寒相关的主要性状，有效提高育种成功率是值得思考的问题。本研究对2019—2020年杂交选育品系共127个以及对照品种华南124和ku50开展了试验，对抗寒性与块根数、抗恢复等级、抗寒指数、叶片指数、产量等5个性状进行通径分析、相关分析和主成分分析，明确上述性状对抗寒性的影响，以期为筛选出适宜“北移”种植的高抗寒性木薯品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验点在贺州市农业科学研究所进行。试验木薯品系共127个（以华南124为父本、华南5号为母本杂交选育），对照品种为华南124和ku50，共计129个试验品种（系）。2019年4月5日种植，2020年3月24日收获测定相关性状。

1.2 试验设计

试验共设129个处理，即每个品种（系）为一个处理，其中以华南124和Ku50作对照。采用随机区组排列，3次重复，小区面积为20 m2。畦宽100 cm，2行种植，株距80 cm，试验田四周设保护行2以上。

1.3 调查内容与方法

对块根数（从每个株系选取3个株型一致的植株，测定并记录薯块条数）、抗恢复等级[记录恢复指数，恢复级别为0～4级（共5级），每个株系测定3个重复，每个重复测所有植株。经过冬季，在翌年初春气温回升，白天温度达到20℃以上，夜间气温15℃左右时，木薯部分株系恢复生长，根据地上部茎秆或者整株死亡情况，鉴定木薯株系的恢复指数。同样用5级分类标准记载抗寒性：0级，没有茎秆死亡，整株恢复生长；1级，顶部1/4以下茎秆死亡，其余部分恢复生长；2级，顶部约1/3茎秆枯死，其余部分再生芽；3级，主茎约1/2枯死，其余部分再生芽；4级，主茎大部分枯死，或者整株枯死]、抗寒指数（耐寒性分级：0级，没有脱叶和黄化叶；1级，脱叶1/3以下，下部没有或有个别黄叶；2级，脱叶1/2左右，下部黄叶占现有叶片的10%～20%；3级，脱叶2/3左右，黄叶占现有叶片的30%以下；4级，叶片全部脱落，或者顶部有少量叶片，已经全部黄化）、叶片指数（从每个株系选取3个株型一致的植株，统计总叶片数和未落叶数，叶片指数=未落叶数/总落叶数×100）、产量等5个性状进行分析。

1.4 数据统计与分析

用SPSS 17.0软件对各性状进行通径分析、相关分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 变异性分析

从表1可以看出，参试品种（系）抗寒指数的变异系数最小（0.10），叶片指数变异系数最大（0.62）。此外，抗寒恢复等级变异系数为0.12，块根数变异系数为0.18，产量变异系数为0.30。由此说明，供试品种（系）的5个性状都存在较大的变异性，叶片指数的变异系数高达0.62。

表1 主要性状变异性分析

2.2 相关性分析

从表2可以看出，抗寒恢复等级与块根数成极显著负相关关系，与产量成显著负相关关系，表示块根数越多、产量越高，抗寒恢复能力越强；抗寒恢复等级与叶片指数成正相关关系，表示受到寒害落叶数越多，抗寒恢复能力越低；抗寒指数与叶片指数成极显著负相关关系，表示受到寒害落叶数越多，抗寒能力越低；抗寒指数与块根数成显著正相关关系，说明块根数越多，抗寒能力越强；产量与块根数成极显著正相关关系，说明块根数越多，产量越高。

表2 主要性状和产量之间的相关性

2.3 主成分分析

对块根数、抗寒恢复等级、抗寒指数、叶片指数与产量进行主成分分析（表3）。结果表明，块根数、抗寒指数等2个主成分的累积贡献率达62.583%。块根数的特征值为1.775，提供贡献率35.503%，是所有因子中特征值及贡献率最大的因子，所以块根数因子作为第一主成分因子。同时，块根数特征向量值比较大，为0.842，但是抗寒恢复等级特征向量值为-0.520，叶片指数的特征向量值为-0.464（表4）。这表示块根数越多，抗寒恢复能力越强，叶片受到寒害影响的数量也越少。

表3 主成分入选特征值与贡献率

抗寒指数特征值为1.354，提供贡献率27.080%，抗寒指数因子作为第二主成分因子。对应叶片指数和产量特征向量值较大，分别为0.663、0.536，表示抗寒性能越强和受寒害后完好叶片越多、产量越高。

表4 主成分的特征向量

3 结论与讨论

吴海宁等[10]研究表明，在低温胁迫下木薯耐寒性强品种和耐寒性弱品种的相对电导率、MDA含量和脯氨酸含量差异较大，且相对比较稳定。有学者研究表明，在低温胁迫下，不同木薯品种的NI、SAI活性变化有差异，明显受低温诱导。木薯在受到低温的胁迫情况下，相对电导率、脯氨酸、POD、MDA、SOD、NI、SAI等生理指标都可作为木薯抗寒性的评价主要指标。但这些指标主要是集中在人工可控的实验室条件下完成的，在实际运用中存在较大的差异性。

俞奔驰等[4]研究表明，木薯种茎受寒害、冻害的临界温度为5～6℃，在自然气候下，5 cm土层温度均在6℃以上，对木薯块根不具有直接的寒害、冻害，主要由于大气温度低于5℃时，对木薯块根内含物质造成破坏，尤其地表部分受到冷害。张 玮等[11]研究表明，木薯不同器官对低温响应的敏感度不同，表现为叶片>茎秆>薯块，这可能是因为木薯叶与低温最早接触且接触面大，其受害早于茎秆，而土壤隔绝了冷空气与木薯块根直接接触，则木薯块根受害最晚，这与本研究结果基本一致。本研究在前人的研究基础上，主要对叶片受害程度、块根数量等性状与抗寒性的相关性进行分析，以期为自然低温木薯品种田间筛选指标提供支撑。

相关分析表明，块根数和产量对抗寒恢复力的增强有一定的作用，且产量与块根数成极显著正相关关系，说明增加块根数有利于木薯抗寒，提高冬季后种茎恢复生长的能力；抗寒指数与块根数成显著正相关关系，说明块根数越多叶片受寒害落叶越多；同时，抗寒恢复等级与叶片指数成正相关关系，说明冬季受寒害叶片数越多对冬季后种茎恢复生长的影响越大。从主成分分析结果可以看出，块根数多的木薯品种抗寒恢复能力较强。因此，在提高产量的基础上，增加木薯块根数，同时减少寒害侵染时叶片数，是有效增强木薯抗寒能力的育种途径。