江西赣南地区芝麻地方种质资源的遗传多样性分析

张祖清，王郅琪，范呈根，欧阳卫卫，颜廷献，颜小文，乐美旺，孙 建*

（1.赣州市农业科学研究所，江西 赣州 341000；2.江西省农业科学院 作物研究所/江西省油料作物生物学重点实验室/国家油料改良中心南昌分中心，江西 南昌 330200）

芝麻(Sesamum indicum L.)又名胡麻，隶属于唇形目胡麻科胡麻属的一个栽培种，是我国六大特色油料作物之一，拥有上千年的种植历史，广泛分布于全国各地［1-3］。而种质资源的收集、整理、鉴定、保存和研究是迄今为止世界各国都很重视的重要措施［4］。据报道，全世界已经有20000余份芝麻种质资源保存在其遗传种质库中，其中有6000余份保存在中国［5-6］。赣南地区地处江西省南部，位于赣江上游，地貌以山脉、丘陵地形为主，属典型的亚热带丘陵山区湿润季风性气候的地区。赣南地区素有种植芝麻的传统，芝麻种植呈现零星分布广且规模较小的特点，赣南的地方品种资源极其丰富。目前，作物遗传多样性的研究大多集中在作物的形态学水平、细胞学水平和分子水平等方面，其中形态学水平被普遍认为是认识作物最直观的方法，同时对研究作物遗传变异规律和发掘不同基因型芝麻种质资源具有重要意义［7］。王郅琪等［8］对132份江西芝麻地方种质资源进行了表型性状的遗传多样性分析，结果发现江西芝麻地方资源主要表型性状的变异较大，遗传多样性较丰富。杨学乐等［9］利用主成分分析和聚类分析法对湖南省收集的63份芝麻种质资源中的21个表型性状进行了遗传多样性分析，结果发现湖南省芝麻资源具有广泛的遗传多样性。崔彦芹等［10］对河北省收集的300份芝麻种质资源的遗传多样性进行了分析，结果发现300份芝麻种质资源的多样性丰富，筛选出了一些具有优良综合性状和特异性状的种质资源。本研究采用遗传多样性指数、变异系数、相关分析法、主成分分析法和聚类分析法等对67份赣南地区芝麻地方种质资源进行了多样性分析，以期为芝麻地方种质资源的特异性品种的选育和创新提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验采用江西省农业科学院作物研究所芝麻创新团队多年自行收集的67份来自江西省赣南地区的芝麻地方种质资源为材料，各种质资源分别来自赣州市的大余县、定南县、会昌县、南康区、宁都县、全南县、瑞金市、信丰县、兴国县、寻乌县、于都县等11个区县，各个芝麻种质的具体信息详见表1。

表1 67份赣南地区芝麻地方种质资源名称、编号及来源

1.2 试验设计

于2020年6月在江西省农业科学院作物研究所南昌横岗试验田进行。采取顺序区组设计，每份种质种植4行，行长1.6 m，行距0.4 m，株距0.15 m，按照一般的田间栽培管理。

1.3 性状调查

考察供试材料的25个主要表型性状，根据张秀荣等［11］关于《芝麻种质资源描述规范化和数据标准化》中各性状的调查标准，对株型、叶色、叶绒毛稀密、基部叶缘、基部叶开裂、茎秆绒毛稀密、成熟主茎颜色、每片叶腋花数、花旁蜜腺、蒴果棱数、蒴果颜色、种皮颜色、种子形状等13个质量性状进行调查和记载，并对其赋值；每小区选择长势一致的芝麻10株，测量其生育期、株高、始蒴高度、空梢尖长度、主茎蒴节数、主茎蒴果数、蒴果长、蒴果宽、蒴果厚、每蒴粒数、千粒重、单株产量等12个数量性状。

1.4 统计与分析

遗传多样性指数(Genetic Diversity Index, GDI)计算采用Shannon-Weaver信息指数，计算公式：H′=-ΣPi×lnPi，其中，Pi为某一性状第i级别内材料份数占总份数的百分比。对数量性状进行分级，先计算参试材料的总体平均数(X)和标准差(S)，然后划分为10级，即第1级(Xi＜X-2S)到第10级(Xi＞X+2S)，每0.5 S为1级，每级的相对频率用于计算GDI。总体平均多样性指数为各个单项性状多样性指数的平均值。利用Excel 2010软件对数据进行统计分析［12］，用IBM SPSS Stztistics 19.0软件进行相关分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 表型性状的多样性分析

由表2可知，对67份江西赣南地区芝麻地方种质资源的13个质量性状的遗传多样性指数分析结果表明：芝麻种质资源遗传多样性较丰富的性状为种皮颜色，GDI最高为1.2972；多样性表现较差的性状为叶绒毛稀密和茎秆绒毛稀密，其GDI最低，均为0.4800。

对67份江西赣南地区芝麻种质资源的12个数量性状的变异范围、变异系数(CV)和遗传多样性指数(GDI)的分析结果表明：在该种质群体中，数量性状的变异系数为2.99%～38.81%，遗传变异范围较大。其中，主茎蒴果数、空梢尖长度、始蒴高度、单株产量、每蒴粒数、蒴果厚等6个数量性状的变异系数相对较大，均在20%以上。由此可知，这6个数量性状的遗传稳定性较差；而GDI最高的是株高(2.0302)，最低的是生育期(1.1032)。综合分析表明：13个质量性状的GDI平均为0.8345，12个数量性状的GDI平均为1.7770，25个表型性状的平均GDI平均为1.2869。

2.2 芝麻种质数量性状的相关性分析

对12个数量性状的相关性分析结果表明(表3)：始蒴高度与生育期、株高呈极显著正相关，与主茎蒴节数、主茎蒴果数、单株产量呈极显著负相关，与空梢尖长度、蒴果宽呈显著负相关；主茎蒴果数与空梢尖长度呈极显著正相关；主茎蒴节数与主茎蒴果数和单株产量呈极显著正相关；蒴果长与千粒重呈极显著正相关；蒴果宽与蒴果厚、每蒴粒数呈极显著正相关；蒴果厚与每蒴粒数呈极显著正相关。

表3 13个数量性状之间的相关系数

2.3 芝麻种质数量性状的主成分分析

基于对12个数量性状的主成分分析发现(表4)：有4个主成分的特征值大于1，其特征值分别为3.415、2.697、1.713、1.183，累计贡献率为75.072%。第1主成分贡献率为28.457%，特征向量表现为正值且较高的蒴果宽、蒴果厚、主茎蒴节数、每蒴粒数、单株产量等可能与产量相关的主要性状，归为产量因子。第2主成分贡献率为22.478%，特征向量为正且较高的性状包括蒴果厚、蒴果宽、每蒴粒数，归为蒴果性因子。第3主成分贡献率为14.276%，特征向量表现为正值且较高的性状为蒴果长和千粒重，归为粒重因子。第4个主成分贡献率为9.860%，特征向量表现为正值且较高的性状为生育期、主茎蒴节数和单株产量，归为生育期因子。

表4 12个数量性状的主成分分析

2.4 芝麻种质资源的聚类分析

采用欧式距离Ward聚类法，对67份赣南地区芝麻地方种质资源进行了聚类分析，将其分为四大类群(图1)，分别计算各类群数量性状的平均值和变异系数，结果表明(表5)：(1)类群Ⅰ包括26份种质，占供试种质数量的38.81%，该类群芝麻种质的质量性状表现为：株型中分枝和单秆数量相当，叶、茎茸毛长短中均以短茸毛居多，叶、茎茸毛稀密中均以少量茸毛居多，成熟主茎颜色以黄绿色为主，每叶腋花数以单花为主，蒴果棱数以四棱居多，蒴果颜色以黄绿色居多。该类群芝麻种质的数量性状表现为：蒴果长度表现为最长，其余11个数量性状的均值均表现为适中，可作为潜在选育芝麻长蒴果新品种的亲本材料。(2)类群Ⅱ包括11份种质，占供试种质数量的16.42%，该类群芝麻种质的质量性状表现为：株型中以单秆居多，叶、茎茸毛长短中以短茸毛居多，叶、茎茸毛稀密以少量茸毛为主，每叶腋花数均以单花居多，花旁蜜腺颜色均以黄色居多，蒴果棱数以混生为主。该类群芝麻种质的数量性状特点表现为：主茎蒴节数最多，蒴果宽度最宽，蒴果厚度最厚，每蒴粒数最多，单株产量最多，与单株产量相关的性状综合表现良好，可作为潜在选育芝麻高产型种质资源。(3)类群Ⅲ包括7份种质，占供试种质的10.45%，该类群芝麻种质的质量性状：株型中以分枝为主，叶、茎茸毛长短中以短绒毛居多，叶、茎茸毛稀密中以少量茸毛为主，基部叶缘中锯齿型和缺刻型数量相当，每叶腋花数以单花为主，花旁蜜腺颜色以黄色为主，蒴果棱数均为四棱。该类群数量性状特点为：生育期表现为最长，株高表现为最高，始蒴高度表现为最高，主茎蒴节数表现为最少，主茎蒴果数表现为最少，蒴果宽度和厚度表现为最小，每蒴粒数表现为最少，千粒重表现为最大，单株产量表现为最低，可作为潜在选育高粒重型的亲本材料。(4)类群Ⅳ包括23个种质，占供试种质数量的34.32%，该类群种质的质量性状表现为：株型以单秆居多，叶、茎茸毛长短中以短绒毛居多，叶茎绒毛稀密中以少量绒毛居多，成熟主茎颜色中以黄绿色居多，每叶腋花数均为三花，蒴果颜色均为黄绿色。该类群数量性状特点为：株高表现为最矮，始蒴高度表现为最矮，空梢尖长度表现为最短，主茎蒴果数表现为最多，每蒴粒数表现为最少，千粒重表现为最小，可作为潜在选育矮秆多蒴型的亲本材料加以利用。

图1 基于25个表型性状的赣南地区芝麻种质资源聚类图

表5 不同类群芝麻种质的12个数量性状统计分析

3 讨论与结论

地方种质资源的遗传多样性是丰富种质资源生物多样性的基础，也是选育新品种的重要途径和手段。利用变异系数和遗传多样性指数可以分析评价供试种质多样性的丰富度。本研究通过对赣南地区收集的67份芝麻地方种质资源的25个表型性状进行遗传多样性分析，结果发现13个质量性状的遗传多样性指数范围为0.4800～1.2972，表现最大的性状为种皮颜色，最小的性状为叶、茎绒毛稀密；数量性状的遗传多样性指数范围为1.0673～2.0302，表现最大的性状为株高，最小的性状为主茎蒴节数，这表明表型性状中种皮颜色和株高的遗传基础较广，改良潜力较大，而叶、茎绒毛稀密和主茎蒴节数的遗传基础较窄，改良潜力较小，这与王治会等［13］指出遗传多样性指数的大小代表供试种质相关性状的遗传基础和改良潜力的大小相一致。在供试种质的12个数量性状中，变异系数最高的为主茎蒴果数，最低的为生育期，其中有11个性状(除生育期)均大于10%，表明这些性状的遗传变异较大，具有更好的改良潜力，这与吕伟等［2-3］得出的结果“当变异系数大于10%时说明供试种质间存在较大差异”一致［14-15］。

本研究利用聚类分析将67份赣南地区芝麻种质资源分为4个类群，每一个类群都代表着各自性状的综合特征特性，这为芝麻选育亲本材料提供了重要的理论基础和依据。67份赣南地区芝麻种质资源的相关性分析表明：与单株产量呈显著正相关的性状有主茎蒴节数、主茎蒴果数、空梢尖长度，与单株产量呈显著负相关的性状有始蒴高度。基于67份芝麻种质对12个数量性状的主成分进行分析，将其转化为4个主成分因子，选出了产量因子、蒴果性因子、粒重因子和生育期因子。这与吕伟等［2-3］分析246份芝麻种质所筛选的部分产量因子相同，与韩俊梅等［16］对200份芝麻资源分析所得的产量因子不同，这可能与供试种质来源地和所选目标性状的不同有关。