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19份瑞士木薯资源的育种特性评价

 论文栏目:农业基础科学    更新时间:2018-01-31 13:27   

 摘 要 通过田间试验对引自瑞士的19份木薯进行综合评价,包括株高、主茎直径、块根直径、单薯鲜重、鲜薯淀粉含量和支链淀粉含量的测定和综合分析,筛选适合中国不同用途的木薯资源。结果表明:19份种质在田间表现出较大的差异,瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23综合表现最好,是育种的优选材料,瑞士NO12和瑞士D12在薯产量和质量上有较大的优势,适合用于以块根为收获目的的育种研究,瑞士13M、瑞士S8和瑞士88地上部植株产量较高,适合于以地上部茎叶为收获目的的育种研究。
  关键词 木薯种质 ;田间试验 ;育种特性评价
  中圖分类号 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),为大戟科木薯属植物,原产南美洲,又名树薯、树番薯、木番薯[1]。木薯块根中淀粉含量高达30 %,因此有“淀粉之王”的美称,与马铃薯和甘薯并称世界三大薯类作物[2]。木薯用途广泛,地下部分可食用,是包括非洲和拉丁美洲在内的近8亿人口主要粮食,有“地下粮仓”[3]的美称。在饲料方面,木薯粗粉、叶片是一种高能量的饲料成分,现广泛用于养鸡、养鸭、养鱼等畜禽养殖业;在发酵工业上,木薯淀粉或干片可制酒精、柠檬酸、谷氨酸、赖氨酸、葡萄糖、果糖等,这些产品在食品、饮料、医药、纺织(染布)、造纸等方面均有重要用途。据不完全统计,以木薯为原料生产的产品多达2 000多个[4]。
  中国于1820年引进木薯,最初在中国广东省栽培[5]。现以广东、广西、海南栽培最多,福建、云南、江西、湖南次之,四川、贵州和重庆等亦有少量种植。目前广东、广西和海南等有关单位,已开展了木薯种质收集、保存、评价和育种、栽培、木薯淀粉深度加工等研究,已育成一系列优良品种,如华南5、华南8、华南9号、华南10号、华南13号等,为中国木薯品种更新,实现良种化提供了新品种资源[6-9]。广西和广东等单位育成了GR891、GR911、桂热3号、桂热4号、桂热5号、新选048等。种质资源是木薯育种的基础,资源的收集和利用得到了各国科研单位的重视,世界木薯产地收集保存的木薯种质(包括野生木薯种资)有8 500多份,主要分布在巴西、哥伦比亚、尼日利亚、印度、印尼和泰国等40多个国家。国际热带农业中心(CIAT)已经建立了国际木薯种质资源圃,收集保存木薯种质6 000多份[10-13]。肖鑫辉等[14]对国内外木薯资源表型多样性的研究表明,288份木薯资源遗传多样性丰富,且数量性状存在较大程度的变异,并将资源优势特性粗略划分为了2个类群,只能大致知道资源的特性,需进一步细化才能确定资源特性;谢向誉等[15]从植物学性状、农艺性状和氢氰酸含量从国内外31份木薯资源中筛选出了13份较好的资源,筛选资源的标准是某单一指标的前几份资源,缺乏综合性的评价。种质资源引进是选育高产优质新品种的关键基础,本研究以从瑞士引进的19个木薯种质为研究对象在海南开展品比试验,筛选出适应性强、产量高及品质好的种质,以期为木薯新品种的选育提供新的种质。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  供试木薯种质为从瑞士引进保存于国家木薯种质资源圃的19份材料,种质相关信息见表1。
  1.2 方法
  1.2.1 试验地选择及土壤理化性状测定
  试验地点位于海南省儋州市,中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所试验基地,地处东经109°30′、北纬19°30′,年均气温23.1 ℃,年均降雨量1 823 mm,地势平坦,砖红壤,pH 5.9,有机质1.34 %、全氮0.036 %、全磷0.034 %、全钾 3.21 %,速效磷85.7 mg/kg、速效钾27.5 mg/kg,硝态氮62.9 mg/kg、铵态氮7.3 mg/kg。 
 1.2.2 田间试验设计
  试验采用随机区组设计,小区面积16 m2,每个小区种植16株,株行距为1.0 m×1.0 m,设3个重复,共57个小区,小区间距为2 m。
  1.2.3 育苗、移栽及田间管理
  选取粗壮一致的种茎育苗于营养钵中(25 cm×30 cm)待出苗后选择长势一致的种苗按照试验设计分布图移栽到大田中(田间管理),移栽12个月后进行收获测产量。
  1.2.4 测定指标及方法
  株高:收获前用塔尺量取植株由地面至顶叶的高度。
  主茎直径:用游标卡尺量取距地面10 cm的主茎直径。
  块根直径:收获期随机选取10株块根,用游标卡尺量取所有块根最大处的直径,计算平均值。
  平均单株薯产量:挖取小区内各株块根在水中清洗干净后阴干,称量总重后取平均值。
  鲜薯淀粉含量:用泰国进口的鲜薯淀粉测量仪,称5 kg左右的鲜薯空中重和水中重,根据国际热带农业中心制定的公式计算鲜薯淀粉含量。
  鲜薯淀粉含量/%=210.8×[空中重/(空中重-水中重)]-213.4
  支链淀粉含量:用标准的支链淀粉绘制标准曲线。先用旋光计测定样品总淀粉含量[16]。称取木薯干粉样品0.5 g左右,使其总淀粉含量为50 mg,加无水乙醇少量及0.5 mol/L NaOH溶液10 mL,置于沸水浴中,加热10 min。冷却至室温,蒸馏水定容至50 mL,充分混匀。吸取2.5 mL样品溶液,加入至50 mL容量瓶,加20 mL蒸馏水,用0.1 mol/L HCL溶液调pH至3左右,加碘试剂0.5 mL,定容至50 mL,放置10 min,在620 nm波长处,用比色法测定其光密度。从标准曲线上查出样品中支链淀粉的含量,3次重复[17]。
  1.3 数据处理
  试验中所有的数据均用Microsoft Excel 2000、JMP9等统计软件进行统计和方差分析,以Tukey HSD作为差异显著性标准,显著性水平p<0.01。通过IBM SPSS Statistics 19软件进行主因子分析,以最大方差法进行方差正交旋转。
  2 结果与分析
  2.1 19份木薯种质平均单株薯重差异显著性分析
  木薯的主要收获对象是块根,薯重是衡量木薯生产性能和木薯育种的首要指标,19份引自瑞士的木薯资源在海南儋州种植的单株薯种见图1。19份木薯资源在平均单株薯重上F比率=318.76,Pr>F<0.000 1,其中瑞士88的平均单株薯重值最小,为1.26 kg,显著低于其它种质;瑞士J17的平均单株薯重值最大,为4.70 kg,显著高于其他种质,是瑞士88的3.7倍;瑞士D23的平均单株薯重值次之,为4.09 kg,显著高于除瑞士J17外的其他种质;种质瑞士M14、NO12、D12及G20的平均单株薯重差异不显著,仅低于J17和D23。
  2.2 19份木薯种质支链淀粉含量差异显著性分析
  支链淀粉含量是衡量木薯品质的主要指标,图2显示引自瑞士的19份木薯种质的支链淀粉含量。由图可知,19份木薯资源在支链淀粉含量上F比率=3.61,Pr>F<0.001,其中瑞士C24的支链淀粉含量值最小,为72.64 %,显著低于M14、D23、D12、R9及S8的含量;瑞士M14的支链淀粉含量最大,为77.57 %,显著高于13M、C24、P11等种质;其他种质间支链淀粉含量差异不显著。
  2.3 19份木薯种质的综合评价
  通过对引自瑞士的19份木薯种质的株高、主茎直径、块根直径、单薯鲜重、鲜薯淀粉含量、支链淀粉含量等指标进行因子分析,前3个因子的累积贡献率别达78.17 %(一般情况下,累积贡献率超过75 %即可),因此可提炼3个公因子。通过最大方差旋转法得到旋转因子载荷矩阵(表2)。在19个木薯种质的第一公因子(F1)中,块根直径(0.74)和单薯鲜重(0.910)具有大的正载荷(根据数据分布,选定0.60为载荷分界)可以称为块根产量因子,F1的方差贡献率为36.15 %;在F2中支链淀粉含量(0.880)和鲜薯淀粉含量(0.740)指标有较高的正载荷,F2可称为木薯质量因子,该因子的方差贡献率为22.75 %,在F3中株高(0.980)和主茎直径(0.770)指标有较高的正载荷,F3可称为木薯地上部产量因子,该因子的方差贡献率为19.27 %。
  根据引自瑞士19个木薯种质的各观测值在3个主因子上的标准得分,作各种质关于第一、第二和第三公因子的得分表(表3)。可见种质瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23在3个主因子上得分都为正值,在薯产量、质量及地上部产量上都有较好的表现;种质瑞士NO12和瑞士D12在F1和F2上都为正值,在F3上为负值;种质瑞士N13在F1上有较大的正值,在F2及F3上为负值;种质瑞士N4在F2上为较大的正值,在F1和F3上为负值;种质瑞士13M、瑞士S8和瑞士88在F3上为较大的正值,在F1和F2上为负值。说明19份种质在海南儋州种植表现出较大的差异性,种质瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23综合表现最好,瑞士NO12和瑞士D12在薯产量和质量上有较大的优势,瑞士N13、瑞士N4在薯产量和质量上有一定的潜力,瑞士13M、瑞士S8和瑞士88地上部植株产量较高。
  3 讨论与结论
  木薯基因杂合程度较高且极易进行无性繁殖的特性是其进行杂交育种的天然优势[18,19],只需要进行一次有性杂交,得到杂种Fl代,从中选出优势个体,进行无性系繁殖,通过无性品系的比较试验、区域试验和生产试验即可筛选具有优良性状的新品种。种质资源是育种的基础,大量的种质资源是筛选优良种质的必要條件,但大量的种质资源会增加杂交和品种选育的工作量。因此,在杂交之前对引自同一区域的种质进筛选和生产特性定位可以有效的减少育种的工作量,加快的育种的进度。本研究在海南儋州对引自瑞士的19份种质资源进行筛选评价,虽然平均单株薯产量和支链淀粉含量之间差异都达到极显著,但单株薯产量之间的差异较大在1.26-4.70 kg之间,而支链淀粉含量的差异较小在72.46 %-77.57 %之间,瑞士J17、瑞士D23、瑞士G20、瑞士N13、瑞士NO12和瑞士D12单株薯产量和支链淀粉含量都较高;瑞士M14支链淀粉含量较高,但其单株薯中不是最高。目前生产中木薯主要是以块根为收获对象,但在饲料领域也以茎叶为主要收获利用对象,单株薯重和支链淀粉含量虽在一定程度上可以反映木薯资源产量和品种,但要确定引自瑞士的种质在海南的综合特性需要考虑更多的指标,而所有指标在种质间不能达到完全的统一,故需通过降维的方法来确定。主因子分析可用少数几个主因子来解释多变量的方差、协方差,通过将多个变量维成少数几个可以代表大部性状且彼此不相关的变量。为达到是各主因子彼此不相关,在主因子分析中通过最大方差正交旋转来达到使各指标在公因子上分开[20-21]。通过主因子分析将7个指标降维为薯产量、薯质量及地上部产量3个公因子,通过各处理在2个公因子上的标准得分确定19个木薯资源在海南儋州综合表现为:种质瑞士J17、瑞士M14和瑞士D23综合表现最好,是育种的优选材料,瑞士NO12、瑞士D12、瑞士N13和瑞士N4在薯产量和质量上有较大的优势,在薯产量和质量上有分别有一定的潜力,适合用于以块根为收获目的的育种研究,瑞士13M、瑞士S8和瑞士88地上部植株产量较高,适合于以地上部茎叶为收获目的的育种研究。  
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