24份地方荸荠种质资源形态标记聚类分析

江文，蔡炳华，陈丽娟，吕维莉，欧昆鹏，郭畅

（1.广西农业科学院生物技术研究所，南宁，530007；2.广西农业科学院广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室）

24份地方荸荠种质资源形态标记聚类分析

江文1，2，蔡炳华1，陈丽娟1，吕维莉2，欧昆鹏1，郭畅1

（1.广西农业科学院生物技术研究所，南宁，530007；2.广西农业科学院广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室）

形态学性状的聚类分析把供试的24个荸荠品种分为2个类群。第一类群只有野生荸荠1个品种，第二类群为23份地方栽培的荸荠品种，第二类群中又可分为5个亚类。从分析结果可以看出，野生荸荠与23份地方栽培种的遗传距离相对较远，而23份地方栽培种间的遗传距离较小，这与从形态上难以鉴定品种的结果基本相符。

荸荠；种质资源；形态标记；聚类分析

荸荠 （Eleocharis tuberosaSchult）属莎草科（Cyperaceae）荸荠属（EleocharisR.Br.），又称地栗、马蹄，原产我国，主要分布在长江以南。荸荠以地下球茎为食用部分，生熟食皆宜，营养成分高，有一定的保健作用。荸荠品种多以地方命名，不同地方品种间的形态解剖和性状非常相似，这使得荸荠在品种选育和利用方面十分困难。形态学标记获得简单、直接，而且直观，是基因型的表现型，其有两大类：一类是符合孟德尔遗传规律的单基因性状，另一类是克服了以往比较形态学仅以个别性状之间的相似性来比较生物之间遗传关系的缺陷的多基因决定的数量性状。其在种质资源的分类、鉴别，育种亲本材料的选择、选配，育成品种的识别方面具有重要的应用价值。所以，对不同种质材料如粮食作物[1，2]、蔬菜[3]、果树[4，5]和花卉[6]等形态学标记的收集、保存和利用历来受到研究者的重视。本试验以广西农业科学院生物技术研究所保存的24份荸荠种质资源为材料，采用16个农艺性状作为鉴定参数进行聚类分析，探讨不同地方荸荠种质资源间的遗传关系，以期对荸荠育种、种质资源管理及其保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用荸荠材料24份，包含来自广西、广东、湖南、湖北、安徽、江苏、云南等省区的地方荸荠品种，具体见表1。

1.2 试验方法

①室内观察 分别对24个荸荠品种的球茎大小、单球质量、皮色、形状、脐部、侧芽与主芽、皮色及脐部等性状进行观察或测定[7~9]。

②球茎内含物相关生理生化指标的测定 淀粉含量采用碘显色法[10]；可溶性总糖含量采用蒽酮比色法[11]；蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[12]；总氨基酸含量采用茚三酮比色法[13]。

③田间性状观察 株高是指叶状茎的地上部分长度；叶状茎直径是用微标卡尺测量距离地上15 cm处的粗度；分株情况是对植株田间能力进行评估，分为强中弱；是否开花的观察是在生长末期进行。

④性状选取及编码方法 经过对所采集到的性状数据进行分析，确定了16个特征性状。

a.数量性状。球茎横径、纵径，单球质量，叶粗，株高，淀粉含量，蛋白质含量，氨基酸含量，可溶性糖含量。

b.二元性状。叶色：浅绿色（1），浓绿色（0）；果实皮色：深棕红色（1），棕红色（0）；开花状况：不开花（1），开花（0）。

c.有序多态性状。脐部平凹凸：平（0），凹（1），平凹都有（2）；侧芽短中长：小（0），中（1），大（2）；主芽长中短：短钝（0），中（1），长尖（2）；分株状况：弱（0），中（1），强（2）；果实形状：卵圆（0），椭圆（1），近圆（2）。

1.3 数据处理与分析

数据采用标准化变换[14]，变换公式如下：其中，N为分类单位；m为性状；Yij为第i个分类单位、第j个性状状态的数据；Xij为Yij经过变换后的数据；Yj为第j个性状数据的平均值；Sj为第j个性状数据的标准差。

荸荠的质量性状则根据1.2中④赋值后进行数据分析。

1.4 植物学性状的聚类分析用DPS 8.01软件进行聚类分析，主要步骤如下。①对植物学性状赋值后得到初始数据。

②用多元分析中的聚类分析程序对初始矩阵进行标准化转换。

③对标准化的矩阵计算欧氏距离矩阵。

④用类平均法UPGMA（无权重配对算术平均数法）方法进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 24个荸荠品种数量性状

测定了荸荠单球横径、纵径、质量，叶状茎高度、粗度，球茎淀粉、可溶性总糖、蛋白质、氨基酸含量9个数量性状指标（表1）。

2.2 24个荸荠品种质量性状

记录了荸荠球茎皮色、性状、脐部状态，叶状茎颜色、分株能力和是否开花等质量性状（表2）。

2.3 聚类分析结果

本试验采用了欧氏距离法，得到其距离系，采用了UPGMA进行聚类分析，得到树状图（图1）。

表1 24个荸荠品种数量性状

表2 24个荸荠品种质量性状

通过对24份荸荠种质的植物学性状数据进行聚类分析，结果如图1，在欧氏距离10.64处，所有种质材料被聚为1类。在欧氏距离为6.57处，24份种质材料被分为2类。

第一类群只有1（广西野生荸荠）1份种质，该种质为唯一的野生种。

第二类群为各地方栽培的荸荠品种，包括2（广东番禺荸荠-Ⅰ）和12（广西桂平荸荠）在内的23份种质材料。这一类又可以细分为5类，其中，第1亚类包括2（广东番禺荸荠-Ⅰ），3（广西平乐荸荠1）和6（广西荔浦荸荠-Ⅰ）；第2亚类包括4（广西平乐荸荠-Ⅱ），5（广东番禺荸荠-Ⅱ），7（广西荔浦荸荠-Ⅱ）和8（广西荔浦荸荠-Ⅲ）；第3亚类包括13（广西贵港荸荠），23（广西灵川荸荠），18（湖北孝感荸荠），19（安徽庐江荸荠），20（江苏宝应荸荠）和22（广西临桂荸荠）；第4亚类包括9（广西横县荸荠），16（湖南郴州荸荠），15（广西全州荸荠），21（云南保山荸荠）和24（桂蹄一号荸荠）；第5亚类包括10（广西合浦荸荠），14（贺州芳林荸荠），17 （湖南长沙荸荠），11（广西北海荸荠）和 12（广西桂平荸荠）。

广西野生荸荠与广东番禺荸荠-Ⅰ在聚类分析的归类中首先被区分开，这与它们的球茎性状和形态特征明显有别于其他品种有关，二者主要共同性状为叶状茎小，株高相对较矮，单个球茎质量小，淀粉含量高等。其他22份荸荠材料的归类中，没有按品种的地域划分，也没有按某一特定的性状聚类，而是交互在一起。地区间的栽培种没有特定的某一形态或性状，从形态上难以对不同的荸荠进行分类鉴定，这与刘剑秋[7]报道的相似。在这22份荸荠材料中，种质间有一定的亲缘关系，但品种间的差异较小。造成这种现象的原因可能是各地区的栽培种先是由某一地区野生种驯化，进而相互引种或几个地区亲缘关系较近的野生种同时驯化为当地栽培种。

图1 24个荸荠种质材料的植物学性状聚类分析

由上述可以看出，基于荸荠植物学性状的聚类结果比较好地反映了种质间的亲缘关系以及种质间的形态相似性。

3 结论与讨论

荸荠是我国的一种地方特色作物，广泛分布在我国长江以南，具有重要的营养价值和工业价值，但对荸荠种质资源遗传多样性的研究还比较匮乏。本试验选取24份来自国内不同生态区的品种进行遗传和聚类分析。试验结果表明，以16个表型性状对24个荸荠品种进行聚类分析，从各类群的地理分布来看，参试品种没有明显的生态地域性类群，品种遗传关系的远近与地理来源并不存在必然的联系，其他作物也有类似研究结果[15～17]。同时还发现，目前生产上培育推广的品种来源于少数几个类群，这在一定程度上表明栽培种的遗传基础比较狭窄，因此必须不断引进和创新优异的种质资源以扩大遗传基础，在提高产量和品质的同时增强荸荠的抗病性与抗逆性。因此培育高产优质品种时，要以亲缘关系为参考依据，而不必过分考虑它们的地理起源。

本研究结果表明，收集的24份不同地方荸荠品种，野生荸荠与23个地方栽培种的遗传距离相对较远，而23份地方栽培种间的遗传距离较小，这与从形态上难以鉴定地方栽培品种的结果基本相符。

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Cluster Analysis on 24 Germplasm Resources of Local Water Chestnut(Eleocharis tuberosaSchult)by Morphological Markers

JIANG Wen1,2,CAI Binghua1,CHEN Lijuan1,LV Weili2,OU Kunpeng1,GUO Chang1
(1.Biotechnology Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007;2.Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Laboratory,Guangxi Academy of Agricultural Sciences)

24 local water chestnut(Eleocharis tuberosaSchult)cultivars were divided into two groups by the cluster analysis according to the morphologic characters.Only one wild water chestnut species was clustered into the first group,and the rest 23 local cultivars were clustered into the second group,which were divided into five subgroups.The results showed that the genetic relationship between the wild species and the 23 local cultivars was relatively distant,while the genetic relationships among the 23 local cultivars were closer,which indicated that it was difficult to identify them by the agronomic characters only.

Water chestnut;Germplasm resources;Morphological markers;Cluster analysis

10.3865/j.issn.1001-3547.2012.16.007

广西农业科学院发展基金资助项目（2009003），广西农业科学院发展基金资助项目 （桂农科2012JZ04），广西壮族自治区技术研究与开发项目（桂科攻10100008-5）

江文，男，硕士，助理研究员，专业方向为植物生理与分子生物学，E-mail：jiangwen@gxaas.net

2012-06-28