云南不同生態型割手密及其血緣F1 代種質 的抗旱性遺傳分析

經艷芬，董立華，孫有芳，桃聯安，朱建榮，周清明，楊李和，安汝東

(云南省農業科學院甘蔗研究所瑞麗育種站，云南 瑞麗 678600)

作物的抗旱育種實踐中，創造抗旱種質、選配抗旱親本組合、在分離后代中選擇抗旱基因型，特別是育種早期世代，需要比較簡便且準確可靠的鑒定方法和指標[1]。有研究表明，葉片長度和寬度及厚度、地下生物量脅迫指數、根冠比脅迫指數等指標，可作為甜菜苗期抗旱性的鑒定指標[2]。反復干旱幾次后植株存活率與品種抗旱性呈顯著正相關，可作為鑒定品種抗旱性的可靠指標[3]；水稻根系形態學特征如根長、根重以及下層根的數量與抗旱性呈極顯著正相關，這些根系性狀能夠穩定遺傳，可作為生產上篩選抗旱品種的指標[4]。干旱脅迫篩選抗旱性指標在大麥[5]、旱稻[6]、玉米[7–8]和谷子[9]等多種作物上已得到普遍應用。

種質資源的抗旱性評價是開展甘蔗抗旱性育種的基礎[10]，割手密是甘蔗品種抗逆基因的主要來源，亦是分布最廣、育種利用成效最顯著的甘蔗野生種。由于資源利用的局限性，甘蔗種質資源的抗旱性鑒定大多針對親本、品種展開[10–12]，涉及甘蔗野生種、栽培原種[13–15]的抗旱性研究[16–17]不多。筆者比較分析了原生地為內陸高原的云南不同生態型割手密及其血緣的部分高產高錘度一代創新種質材料的生長發育性狀，期望篩選出抗旱性優良的創新種質材料，并建立能大批量鑒定抗旱性種質材料的簡易方法，為系統發掘云南不同生態型割手密優良抗逆基因奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

參試材料：5 個母本、8 個父本、15 個云割F1代創新種質材料，共計28 個(表1)。

表1 參試材料

續 表

1.2 試驗方法

試驗于2010年在云南瑞麗進行。5月20日，篩選出在鑒定圃中單產高于80 t/hm2、11月田間蔗汁錘度高于15.3%、經分子標記鑒定血緣真實的云割F1代創新種質材料，取雙芽節間，在山基土與發酵豬糞和河沙質量比為2∶1∶1 的基質中培養催芽。當母本品種開始分蘗時，將幼苗移入同樣基質的桶中，每桶裝基質10 kg，移栽5 叢，每個材料種植7 桶，共計35 叢，適時灌水、施肥，保證其正常生長。至10月30日，全部材料統一從基部剪除地上部分，使其在自然氣候條件下重新萌苗、生長。適時灌水，保證其生長正常。至2011年4月12日，每個材料隨機取1 桶，調查生長發育指標(萌苗率、地上部分相對含水量、主要功能葉(+1、+2、+3 葉)長寬比、根冠比)。其余材料分3 重復，每重復2 桶，第Ⅰ重復正常供水，第Ⅱ、Ⅲ重復進行干旱脅迫處理，至2011年5月20日，干旱脅迫材料大部分分蘗枯死時，分別調查3 重復試驗材料的生長發育指標(枯苗率、枯葉率、株高、最大根長、根冠比)，取第Ⅱ、Ⅲ重復平均值作為干旱脅迫指標值，根據干旱脅迫指數(%)=干旱脅迫指標值/正常供水指標值×100%，得到抗旱性綜合評價指標(綠苗率脅迫指數、枯苗率脅迫指數、綠葉率脅迫指數、枯葉率脅迫指數、株高傷害率、最大根長指數、根冠比、根冠比脅迫指數)，利用隸屬函數均值法處理數據，對參試材料的抗旱性進行綜合評價。

1.3 數據處理

利用公式(1)和(2)計算參試材料抗旱性綜合評價指標的隸屬函數值。指標與抗旱性呈正相關，用公式(1)；指標與抗旱性呈負相關，選用公式(2)。

式中： Xij表示 i 基因型j 指標干旱脅迫指數，Xjmax、Xjmin分別表示各個指標的最大和最小值。

式中：Zij表示i 基因型j 指標的抗旱隸屬函數值，公式 (3)表示i 基因型的隸屬函數平均值，n 為指標數，計算干旱脅迫指數的隸屬函數值時，n＝1；計算生長發育指標抗旱性隸屬函數平均值時，n＝指標數。將測定結果按上述公式擴展到[0，1]閉區間內，即得各指標的隸屬函數值，按所計算結果進行參試材料的抗旱性綜合評價，隸屬函數均值越大，抗旱性越強。

2 結果與分析

2.1 參試材料生長發育與抗旱性

在干旱脅迫下，株高受傷害程度越輕，抗旱性越強；干物質積累數量越多，干物質脅迫指數越大，抗旱性越強；綠苗率脅迫指數越高，抗旱性越強；枯死苗率脅迫指數越高，抗旱性越弱。從表2 中可見，萌苗率優于割手密排前4 位的材料依次是云割F108–475(376.67%)、云割F108–519(300.00%)、云割F108–317(283.33%)和云割F108–392(280.00%)，其萌苗率均優于父本割手密中排第1 位的云南82– 59(262.22%)。干旱脅迫下，株高受傷害程度最輕的是云南82–25(10.42%)、云南83–184(11.57%)和粵糖93–159(2.1%)，最重的是云割F108–519(41.03%)、云割F108–326(35.19%)和云南82–34(34.45%)。根據干物質脅迫指數，抗旱性由強到弱排前3 位的依次是Hocp93–746(158.3%)、50Uahiapele(120.51%)和云瑞05–189(116.77%)。根據綠苗率脅迫指數，抗旱性由強到弱排前 3 位的依次是 50Uahiapele (130.4%)、云割F108–317(118.5%)、云割F108–511 (107.8%)。根據枯死苗脅迫指數，抗旱性由強到弱依次是云瑞05–189(103.6%)、德蔗93–94(108.4%)和云割F108–319(114.5%)。

表2 參試材料抗旱系數

2.2 參試材料隸屬函數均值及其排序

不同的單個生長發育指標，對參試材料的抗旱性強弱評價結果各不相同，而且各參試指標度量單位亦不盡相同，難以用測定結果直接評價參試材料的抗旱性。為便于對參試材料的抗旱性進行綜合評價，對參試指標進行無量綱化處理，求取隸屬函數均值，見表3。根據隸屬函數均值間最大極差0.344，將參試材料的抗旱性分為5 級。隸屬函數均值＜0.333，抗旱性弱；0.334＜隸屬函數均值＜0.402，抗旱性中等；0.403＜隸屬函數均值＜0.470，抗旱性強；0.471＜隸屬函數均值＜0.538，抗旱性較強；隸屬函數均值＞0.540，抗旱性特強。

在28 個參試材料中，德蔗93–94、云割F108– 319、云割F108–511、Hocp93–746 等4 個材料表現抗旱性特強；云南82–34 和云南82–59 表現抗旱性弱；5 個母本材料中，德蔗93–94、Hocp93–746 表現抗旱性特強，50Uahiapele、云瑞05–189 抗旱性較強，粵糖93–159 抗旱性強。8 個父本割手密表現出不同的抗旱性。15 個云割F1代創新種質材料，80%表現抗旱性強，100%具有中等以上的抗旱性，其中云割F108–319 和云割F108–511 表現抗旱性特強，云割F108–616、云割F108–519 和云割F108–326表現抗旱性中等，其余云割F1代材料表現抗旱性強或較強。

表3 參試材料抗旱性分級

2.3 參試材料抗旱性遺傳分析

從表4 可見，云割F1代材料的抗旱性較其雙親無一具有超親優勢，只有超父和無優勢兩種表現，其中具有超父優勢的材料占云割F1代材料總數的66.7%。較雙親無優勢的材料中，抗旱性與父本相當的占云割F1代材料總數的20%，抗旱性較其雙親均無優勢占云割F1代材料總數的13.3%。表現強抗旱性的瑞割07–30、云南93–184、云南82–25 等3個割手密無性系的雜交后代71.4%表現抗旱性強，但其中只有42.8%的抗旱性具超父優勢，與父本相當或較雙親均無優勢的各占28.6%；抗旱性表現中等的云南83–174、云南82–110、云南1 號的雜交后代83.3%表現抗旱性強并具超父優勢，只有16.6%的材料較雙親均無優勢；抗旱性表現弱的云南82– 34、云南82–59 分別與抗旱性表現優良的Hocp93– 746、50Uahiapele 雜交后代云割F108–511、云割F108–475 的抗旱性表現特強、較強，具有明顯的超父優勢。

表4 云割F1 代的抗旱性遺傳性

3 討 論

割手密是現代甘蔗雜交品種的抗逆基因來源。在利用割手密創新種質、培育新型親系、選育甘蔗新品種的研究中，存在兩大不協調關系：一是豐富的甘蔗細莖野生種質資源與狹窄的甘蔗育種遺傳基礎之間的不協調；二是甘蔗野生種質資源創新利用過程中目標性狀–––抗逆性往往在世代升級過程中丟失，背離野生種質資源利用的初衷，而導致資源利用效率不高。因此，對云南不同生態型的割手密及其血緣的一代創新種質材料抗旱性鑒定，對于篩選抗旱性優良種質材料，拓寬育種遺傳基礎，提升甘蔗野生資源利用效率均具有重要意義。

本研究涉及原生地為云南不同氣候生態型的8個割手密無性系，其抗旱性各不相同；原生地同為中亞熱帶半濕潤半干燥型氣候生態類型的云南82–34、云南82–59 的抗旱性均弱，原生地同為北熱帶半濕潤半干燥型的云南83–184、云南83–174和云南1 號的抗旱性表現有強有弱；抗旱性表現強的瑞割07–30、云南93–184、云南82–25 割手密無性系，其原生地又屬不同的生態類型。云割F1代的抗旱性表現似乎與其父本原生地氣候類型以及父本的抗旱性表現均無一致性或特異性。這與彭遠英等[18]研究燕麥的抗旱性不具有種屬和分布區域的特異性的結果相似。因此，其抗旱性并非簡單地由基因和環境決定，在確定抗旱性材料時需要對個體進行全面的抗旱性評價和鑒定，以期在利用抗旱材料和通過克隆抗旱基因來改善干旱地區生態環境中能更準確和有效。

抗旱育種的最終目的是選育出能夠在干旱條件下獲得高產的品種?？购敌苑N質材料的選育是抗旱親本、品種培育的種質基礎。因此，本研究將參試材料在自然條件下與干旱脅迫條件下的表現相結合，兼顧了部分形態指標與生長發育指標，但從研究結果來看，割手密及其血緣材料的抗旱性是一個復雜的特性，甘蔗生育各個時期對光溫水氣的需求不同，其不同時期的抗旱性表現及其遺傳機理亦將產生差異，對于割手密及其血緣種質材料的抗旱性及其遺傳的全面了解，尚需要對其進行全生育期的抗旱性鑒定，需將形態指標、生長發育指標及產量指標相結合，建立一套標準的指標體系。

[1]蒲偉鳳，紀展波，李桂蘭，等．作物抗旱性鑒定方法研究進展[J]．河北科技師范學院學報，2011，25(2)：34–39．

[2]李國龍，吳海霞，溫麗，等．甜菜苗期抗旱性鑒定指標篩選及其綜合評價[J]．干旱地區農業研究，2011，29(4)：69–74．

[3]段智龍，王長軍．作物抗旱性鑒定指標及方法[J]．中國種業，2010(9)：19–22．

[4]楊建昌．水稻根系形態生理與產量、品質形成及養分吸收利用的關系[J]．中國農業科學，2011，44(1)：36–46．

[5]鞠樂，齊軍倉，賀雪，等．大麥種子萌發期對滲透脅迫的響應及抗旱鑒定指標的篩選[J]．干旱地區農業研究，2013，31(1)：172–176．

[6]王育紅，姚宇卿，張燦軍，等．旱稻抗旱性鑒定方法與指標研究[J]．干旱地區農業研究，2005，23(4)：134–137，164．

[7]李德順，劉芳．淺談玉米抗旱性鑒定研究現狀與進展[J]．雜糧作物，2010，30(2)：98–100．

[8]高世斌，馮質雷，李晚忱，等．干旱脅迫下玉米根系性狀與產量的QTLs 分析[J]．作物學報，2005，31(6)：718–722．

[9]張文英，智慧，柳斌輝，等．谷子全生育期抗旱性鑒定及抗旱指標的篩選[J]．植物遺傳資源學報，2010，11(5)：560–565．

[10]陳義強，鄧祖湖，郭春芳，等．甘蔗常用親本及其衍生品種的抗旱性評價[J]．中國農業科學，2007，40(6)：1108–1117．

[11]王繼華，張木清，曹干．甘蔗抗旱育種研究進展[J]．廣東農業科學，2010(12)：34–35，51．

[12]高三基，羅俊，張華，等．甘蔗抗旱性生理生化鑒定指標[J]．應用生態學報，2006，17(6)：1051–1054．

[13]劉洋，姚艷麗，林希昊，等．干旱脅迫對甘蔗近緣材料抗氧化系統酶活性的影響[J]．西南農業學報，2012，25(3)：852–855．

[14]潘世民，陳義強，吳水金，等．甘蔗抗旱性種質的篩選與評價[J]．江西農業大學學報，2006，28(6)：838–844．

[15]許文花，楊清渾．甘蔗割手密的抗旱性鑒定[J]．亞熱帶農業研究，2005，1(1)：22–26．

[16]楊李和，桃聯安，經艷芬，等．云南野生甘蔗抗旱性遺傳表現分析[J]．中國糖料，2008(4)：10–13．

[17]桃聯安，楚連璧，楊李和，等．云南野生甘蔗血緣后代抗旱性鑒定分析研究[J]．甘蔗糖業，2006(3)：7–11．

[18]彭遠英，顏紅海，郭來春，等．燕麥屬不同倍性種質資源的抗旱性狀評價及篩選[J]．生態學報，2011，31(9)：2478–2491．