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19份瑞士木薯資源的育種特性評價

 論文欄目:農業基礎科學    更新時間:2018-01-31 13:27   

 摘 要 通過田間試驗對引自瑞士的19份木薯進行綜合評價,包括株高、主莖直徑、塊根直徑、單薯鮮重、鮮薯淀粉含量和支鏈淀粉含量的測定和綜合分析,篩選適合中國不同用途的木薯資源。結果表明:19份種質在田間表現出較大的差異,瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23綜合表現最好,是育種的優選材料,瑞士NO12和瑞士D12在薯產量和質量上有較大的優勢,適合用于以塊根為收獲目的的育種研究,瑞士13M、瑞士S8和瑞士88地上部植株產量較高,適合于以地上部莖葉為收獲目的的育種研究。
  關鍵詞 木薯種質 ;田間試驗 ;育種特性評價
  中圖分類號 S533
  Abstract In this study, 19 cassava germplasms from Switzerland were evaluated through filed experiment, plant height, main stem diameter, root tuber diameter, fresh weight of single cassava, starch content of fresh cassava and amylopectin content were measured and comprehensively analyzed, aiming to find different uses of cassava resources for China. The results showed that there were significant differences among the 19 cassava germplasms. Switzerland J17, Switzerland M14 and Switzerland D23 had the best performance, which were the best material for breeding. Switzerland NO12 and Switzerland D12 had better yield and quality than other cassava, and they are suitable for the breeding with root tubers. Switzerland 13M, Switzerland S8 and Switzerland 88 had the higher plant yield of aboveground, they are suitable for breeding with stem and leave.
  Key words cassava germplasm ;field experiment ;breeding characteristics evaluation
  木薯(Manihot esculenta Crantz),為大戟科木薯屬植物,原產南美洲,又名樹薯、樹番薯、木番薯[1]。木薯塊根中淀粉含量高達30 %,因此有“淀粉之王”的美稱,與馬鈴薯和甘薯并稱世界三大薯類作物[2]。木薯用途廣泛,地下部分可食用,是包括非洲和拉丁美洲在內的近8億人口主要糧食,有“地下糧倉”[3]的美稱。在飼料方面,木薯粗粉、葉片是一種高能量的飼料成分,現廣泛用于養雞、養鴨、養魚等畜禽養殖業;在發酵工業上,木薯淀粉或干片可制酒精、檸檬酸、谷氨酸、賴氨酸、葡萄糖、果糖等,這些產品在食品、飲料、醫藥、紡織(染布)、造紙等方面均有重要用途。據不完全統計,以木薯為原料生產的產品多達2 000多個[4]。
  中國于1820年引進木薯,最初在中國廣東省栽培[5]。現以廣東、廣西、海南栽培最多,福建、云南、江西、湖南次之,四川、貴州和重慶等亦有少量種植。目前廣東、廣西和海南等有關單位,已開展了木薯種質收集、保存、評價和育種、栽培、木薯淀粉深度加工等研究,已育成一系列優良品種,如華南5、華南8、華南9號、華南10號、華南13號等,為中國木薯品種更新,實現良種化提供了新品種資源[6-9]。廣西和廣東等單位育成了GR891、GR911、桂熱3號、桂熱4號、桂熱5號、新選048等。種質資源是木薯育種的基礎,資源的收集和利用得到了各國科研單位的重視,世界木薯產地收集保存的木薯種質(包括野生木薯種資)有8 500多份,主要分布在巴西、哥倫比亞、尼日利亞、印度、印尼和泰國等40多個國家。國際熱帶農業中心(CIAT)已經建立了國際木薯種質資源圃,收集保存木薯種質6 000多份[10-13]。肖鑫輝等[14]對國內外木薯資源表型多樣性的研究表明,288份木薯資源遺傳多樣性豐富,且數量性狀存在較大程度的變異,并將資源優勢特性粗略劃分為了2個類群,只能大致知道資源的特性,需進一步細化才能確定資源特性;謝向譽等[15]從植物學性狀、農藝性狀和氫氰酸含量從國內外31份木薯資源中篩選出了13份較好的資源,篩選資源的標準是某單一指標的前幾份資源,缺乏綜合性的評價。種質資源引進是選育高產優質新品種的關鍵基礎,本研究以從瑞士引進的19個木薯種質為研究對象在海南開展品比試驗,篩選出適應性強、產量高及品質好的種質,以期為木薯新品種的選育提供新的種質。
  1 材料與方法
  1.1 材料
  供試木薯種質為從瑞士引進保存于國家木薯種質資源圃的19份材料,種質相關信息見表1。
  1.2 方法
  1.2.1 試驗地選擇及土壤理化性狀測定
  試驗地點位于海南省儋州市,中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所試驗基地,地處東經109°30′、北緯19°30′,年均氣溫23.1 ℃,年均降雨量1 823 mm,地勢平坦,磚紅壤,pH 5.9,有機質1.34 %、全氮0.036 %、全磷0.034 %、全鉀 3.21 %,速效磷85.7 mg/kg、速效鉀27.5 mg/kg,硝態氮62.9 mg/kg、銨態氮7.3 mg/kg。 
 1.2.2 田間試驗設計
  試驗采用隨機區組設計,小區面積16 m2,每個小區種植16株,株行距為1.0 m×1.0 m,設3個重復,共57個小區,小區間距為2 m。
  1.2.3 育苗、移栽及田間管理
  選取粗壯一致的種莖育苗于營養缽中(25 cm×30 cm)待出苗后選擇長勢一致的種苗按照試驗設計分布圖移栽到大田中(田間管理),移栽12個月后進行收獲測產量。
  1.2.4 測定指標及方法
  株高:收獲前用塔尺量取植株由地面至頂葉的高度。
  主莖直徑:用游標卡尺量取距地面10 cm的主莖直徑。
  塊根直徑:收獲期隨機選取10株塊根,用游標卡尺量取所有塊根最大處的直徑,計算平均值。
  平均單株薯產量:挖取小區內各株塊根在水中清洗干凈后陰干,稱量總重后取平均值。
  鮮薯淀粉含量:用泰國進口的鮮薯淀粉測量儀,稱5 kg左右的鮮薯空中重和水中重,根據國際熱帶農業中心制定的公式計算鮮薯淀粉含量。
  鮮薯淀粉含量/%=210.8×[空中重/(空中重-水中重)]-213.4
  支鏈淀粉含量:用標準的支鏈淀粉繪制標準曲線。先用旋光計測定樣品總淀粉含量[16]。稱取木薯干粉樣品0.5 g左右,使其總淀粉含量為50 mg,加無水乙醇少量及0.5 mol/L NaOH溶液10 mL,置于沸水浴中,加熱10 min。冷卻至室溫,蒸餾水定容至50 mL,充分混勻。吸取2.5 mL樣品溶液,加入至50 mL容量瓶,加20 mL蒸餾水,用0.1 mol/L HCL溶液調pH至3左右,加碘試劑0.5 mL,定容至50 mL,放置10 min,在620 nm波長處,用比色法測定其光密度。從標準曲線上查出樣品中支鏈淀粉的含量,3次重復[17]。
  1.3 數據處理
  試驗中所有的數據均用Microsoft Excel 2000、JMP9等統計軟件進行統計和方差分析,以Tukey HSD作為差異顯著性標準,顯著性水平p<0.01。通過IBM SPSS Statistics 19軟件進行主因子分析,以最大方差法進行方差正交旋轉。
  2 結果與分析
  2.1 19份木薯種質平均單株薯重差異顯著性分析
  木薯的主要收獲對象是塊根,薯重是衡量木薯生產性能和木薯育種的首要指標,19份引自瑞士的木薯資源在海南儋州種植的單株薯種見圖1。19份木薯資源在平均單株薯重上F比率=318.76,Pr>F<0.000 1,其中瑞士88的平均單株薯重值最小,為1.26 kg,顯著低于其它種質;瑞士J17的平均單株薯重值最大,為4.70 kg,顯著高于其他種質,是瑞士88的3.7倍;瑞士D23的平均單株薯重值次之,為4.09 kg,顯著高于除瑞士J17外的其他種質;種質瑞士M14、NO12、D12及G20的平均單株薯重差異不顯著,僅低于J17和D23。
  2.2 19份木薯種質支鏈淀粉含量差異顯著性分析
  支鏈淀粉含量是衡量木薯品質的主要指標,圖2顯示引自瑞士的19份木薯種質的支鏈淀粉含量。由圖可知,19份木薯資源在支鏈淀粉含量上F比率=3.61,Pr>F<0.001,其中瑞士C24的支鏈淀粉含量值最小,為72.64 %,顯著低于M14、D23、D12、R9及S8的含量;瑞士M14的支鏈淀粉含量最大,為77.57 %,顯著高于13M、C24、P11等種質;其他種質間支鏈淀粉含量差異不顯著。
  2.3 19份木薯種質的綜合評價
  通過對引自瑞士的19份木薯種質的株高、主莖直徑、塊根直徑、單薯鮮重、鮮薯淀粉含量、支鏈淀粉含量等指標進行因子分析,前3個因子的累積貢獻率別達78.17 %(一般情況下,累積貢獻率超過75 %即可),因此可提煉3個公因子。通過最大方差旋轉法得到旋轉因子載荷矩陣(表2)。在19個木薯種質的第一公因子(F1)中,塊根直徑(0.74)和單薯鮮重(0.910)具有大的正載荷(根據數據分布,選定0.60為載荷分界)可以稱為塊根產量因子,F1的方差貢獻率為36.15 %;在F2中支鏈淀粉含量(0.880)和鮮薯淀粉含量(0.740)指標有較高的正載荷,F2可稱為木薯質量因子,該因子的方差貢獻率為22.75 %,在F3中株高(0.980)和主莖直徑(0.770)指標有較高的正載荷,F3可稱為木薯地上部產量因子,該因子的方差貢獻率為19.27 %。
  根據引自瑞士19個木薯種質的各觀測值在3個主因子上的標準得分,作各種質關于第一、第二和第三公因子的得分表(表3)。可見種質瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23在3個主因子上得分都為正值,在薯產量、質量及地上部產量上都有較好的表現;種質瑞士NO12和瑞士D12在F1和F2上都為正值,在F3上為負值;種質瑞士N13在F1上有較大的正值,在F2及F3上為負值;種質瑞士N4在F2上為較大的正值,在F1和F3上為負值;種質瑞士13M、瑞士S8和瑞士88在F3上為較大的正值,在F1和F2上為負值。說明19份種質在海南儋州種植表現出較大的差異性,種質瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23綜合表現最好,瑞士NO12和瑞士D12在薯產量和質量上有較大的優勢,瑞士N13、瑞士N4在薯產量和質量上有一定的潛力,瑞士13M、瑞士S8和瑞士88地上部植株產量較高。
  3 討論與結論
  木薯基因雜合程度較高且極易進行無性繁殖的特性是其進行雜交育種的天然優勢[18,19],只需要進行一次有性雜交,得到雜種Fl代,從中選出優勢個體,進行無性系繁殖,通過無性品系的比較試驗、區域試驗和生產試驗即可篩選具有優良性狀的新品種。種質資源是育種的基礎,大量的種質資源是篩選優良種質的必要條件,但大量的種質資源會增加雜交和品種選育的工作量。因此,在雜交之前對引自同一區域的種質進篩選和生產特性定位可以有效的減少育種的工作量,加快的育種的進度。本研究在海南儋州對引自瑞士的19份種質資源進行篩選評價,雖然平均單株薯產量和支鏈淀粉含量之間差異都達到極顯著,但單株薯產量之間的差異較大在1.26-4.70 kg之間,而支鏈淀粉含量的差異較小在72.46 %-77.57 %之間,瑞士J17、瑞士D23、瑞士G20、瑞士N13、瑞士NO12和瑞士D12單株薯產量和支鏈淀粉含量都較高;瑞士M14支鏈淀粉含量較高,但其單株薯中不是最高。目前生產中木薯主要是以塊根為收獲對象,但在飼料領域也以莖葉為主要收獲利用對象,單株薯重和支鏈淀粉含量雖在一定程度上可以反映木薯資源產量和品種,但要確定引自瑞士的種質在海南的綜合特性需要考慮更多的指標,而所有指標在種質間不能達到完全的統一,故需通過降維的方法來確定。主因子分析可用少數幾個主因子來解釋多變量的方差、協方差,通過將多個變量維成少數幾個可以代表大部性狀且彼此不相關的變量。為達到是各主因子彼此不相關,在主因子分析中通過最大方差正交旋轉來達到使各指標在公因子上分開[20-21]。通過主因子分析將7個指標降維為薯產量、薯質量及地上部產量3個公因子,通過各處理在2個公因子上的標準得分確定19個木薯資源在海南儋州綜合表現為:種質瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23綜合表現最好,是育種的優選材料,瑞士NO12、瑞士D12、瑞士N13和瑞士N4在薯產量和質量上有較大的優勢,在薯產量和質量上有分別有一定的潛力,適合用于以塊根為收獲目的的育種研究,瑞士13M、瑞士S8和瑞士88地上部植株產量較高,適合于以地上部莖葉為收獲目的的育種研究。  
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