54份哥伦比亚木薯种质的育种特性评价

叶剑秋， 张 洁， 肖鑫辉， 吴传毅， 薛茂富， 李开绵

(中国热带农业科学院 热带作物品种资源研究所农业部华南基因资源与种质创制重点实验室， 海南 儋州 571737)

54份哥伦比亚木薯种质的育种特性评价

叶剑秋， 张 洁， 肖鑫辉， 吴传毅， 薛茂富， 李开绵*

(中国热带农业科学院 热带作物品种资源研究所农业部华南基因资源与种质创制重点实验室， 海南 儋州 571737)

资源是育种的基础，对引进资源进行科学的评价是确定育种方向的前提，也是加快育种进度的关键.该研究通过田间试验(1 a)对引自哥伦比亚的54份木薯资源进行育种特性评价，通过对株高、块根直径、单薯鲜重、薯干率、鲜薯淀粉含量及支链淀粉含量等指标的测定和分析，确定54份资源的生产特性.结果表明：种质CM837、CM2399-4、哥伦比亚16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1表现最好，是育种的优选材料；种质CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9块根淀粉含量和生长情况较好但产量较低，可作为以高淀粉含量和以茎叶为饲料的育种材料；种质CM92-56-1、CM901、CM7595-1和SM28-80-3木薯产量和质量都较好，可作为以木薯为收获目标的育种材料.

木薯种质； 田间试验； 评价

木薯(ManihotesculentaCrantz) 又名树薯、树番薯、木番薯[1]，为大戟科(Euphorbiaceae)木薯属(Manihot)植物，原产南美洲.木薯是世界上8亿多人口赖以生存的食粮，栽培历史达4 000多年[2].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[3].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，木薯茎叶是优质的饲料，也是优质的蘑菇培养基质[4].据不完全统计，以木薯为原料生产的产品多达2 000多种[5].

木薯种质资源十分丰富，现存木薯资源最多的机构为哥伦比亚国际热带农业研究中心(CIAT)，其国际木薯种质资源圃中囊括的木薯种质资源逾6 000 多份[6].我国木薯引种可追溯到1820年，广东率先进行木薯的引种、驯化和栽培[7].木薯栽培量最大省份包括广东、广西、海南，其次为福建、云南、江西、湖南，另有少量试种于四川、贵州和重庆等地.木薯种质收集、保存及评价工作现已于广东、广西和海南等有关科研单位内普遍开展，育种、栽培技术及木薯淀粉深度加工的相关研究也已逐步深入.现已成功培育的优良品种，如华南124、华南205、华南6068、华南5号、华南6号等，有效促进了我国木薯品种多样化与良种化进程[8-11].广西和广东等省份育成了桂热891、桂热911、桂热3号、桂热4号、桂热5号、新选048等.肖鑫辉等[12]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两个类群，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[13]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一单一指标的前几份资源，缺乏综合性的评价.资源引进是选育高产优质新品种的关键基础[14]，本研究以从哥伦比亚引进的54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，并对种质的利用潜质进行评价，以期为木薯新品种的选育提供新的种质和前期研究基础.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试木薯种质为从哥伦比亚引进后保存于国家木薯种质资源圃的54份材料，植物学特征描述参照《木薯种质资源形态图谱》[15]，详情见表1 .

表1 54份木薯种质信息

续表1

注：1)株高：高>300 cm，中200～300 cm，矮<200 cm；2) 主茎直径：粗>3.0 cm，细2.0～3.0 cm；3) 分支角度，大>45°，中30～45°，小<30°；4) 块根直径，粗>4.5cm，细3.0～4.5cm.

Notes: 1) about height: high >300 cm，middle 200-300 cm， short <200 cm；2) about stem diameter: thick >3.0 cm， thin 2.0-3.0 cm; 3) about branching angle: big >45°， middle 30-45°， small <30°; 4) about root diameter: thick >4.5 cm， thin 3.0-4.5 cm.

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，地理位置为109°30′E，19°30′N，年均气温23.1℃，年均降雨量1 823 mm，地势平坦，砖红壤，土壤理化性状见表2.

表2 种植地土壤理化性状

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，设3个重复，共162个小区，小区间距为2 m.试验区域周围设2.5 m宽保护行，保护行内种植王草.

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实验设计分布图移栽到大田中，每3个月除草一次，移栽12个月后收获.

1.2.4 测定指标及方法 采样方法：株高、直径及平均单株薯产量，测定所有植株的数值；鲜薯淀粉含量，在每个小区内随机选取样品测定；支链淀粉含量，样品为每个小区木薯磨粉混合后进行取样.

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处的主茎直径.

块根直径：用游标卡尺量取块根最粗处的直径.

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，称量总薯重后取平均值.

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[16].称取总淀粉含量为50 mg木薯干粉样品(约0.5 g)，加少量无水乙醇及0.5 mol/L NaOH溶液10 mL，置于沸水浴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约为3，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].

1.2.5 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 54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，因此薯重是衡量木薯生产性能和木薯育种的首要指标，54份引自哥伦比亚的木薯资源在海南儋州种植的平均单株薯重如表3所示.19份木薯资源在平均单株薯重上差异达极显著(F种质=37.35**)，其中种质CMR36-63-4的平均单株薯种值最小，为0.58kg，与CM4040-1、哥伦比亚10J、SM1568-2、CMR26-07-15、哥伦比亚6F、CH20、CM3327-4、哥伦比亚8H、ECV83、哥伦比亚2号、BRA274.

哥伦比亚1号和哥伦比亚12L间平均单株产量差异不显著；种质哥伦比亚7G产量最高，为6.60 kg，为CMR36-63-4的11.38倍，与种质SM2300-1、19S间差异不显著；种质CMR36-60-12、SM2323-6、CM837、SM1747的平均单株产量与19S差异不显著，但显著低于哥伦比亚7G、SM2300-1，产量在4.36～5.58 kg之间；种质CM769-2、哥伦比亚16P、CMR34-11-3、CMR35-70-1、CM2399-4、SM28-80-3、CMR36-40-12、CM92-56-1、CMR35-22-196、CG501-2、CM965-3、ECV84、CM3970-8、CM7595-1产量与SM1747差异不显著，在3.16～4.15 kg之间.

表3 54份木薯资源平均单株薯重和支链淀粉含量

续表3

注：纵向不同字母间表示菌株间差异极显著(P<0.01).**表示差异极显著

Note: Different letters in the same column means significantly different at 0.01 level.**: extremely significant difference

2.2 54 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，引自哥伦比亚的54份木薯种质的支链淀粉含量见表2，由表可知，54份木薯资源在支链淀粉含量上差异达极显著(F种质=54.23**)，其中种质哥伦比亚7G的支链淀粉含量最低为71.26%，与种质CM1585-13、SM1568-2差异不显著；种质SM610-1支链淀粉含量最高，为79.34%，与SM2300-1、CMR36-63-4、ECV81间差异不显著；其它种质支链淀粉含量根据差异显著性可以分为3个层次，含量较高的种质有12份，为：CM385-6、CM4054-40、CMR26-07-15、哥伦比亚1号、PER557、哥伦比亚2号、CM523-7、CMR36-40-9、19S、CMR34-11-3、SM2323-6、CM965-3；含量中等的种质有21份，为：CMR37-14-9、哥伦比亚10J、CMR35-70-6、CMR36-40-12、CM483-2、CM837、SM28-80-3、SM1747、CM92-56-1、CMR35-70-1、CMR35-22-196、哥伦比亚8H、M•COL22、CM1210-10、CM3327-4、哥伦比亚6F、BRA12、BRA274、SG424-19、CM769-2、CM2399-4；含量较低的种质有14份，为：哥伦比亚12L、CM3993-9、CH20、CM901、COL1050、CM4040-1、ECV84、哥伦比亚16P、CG501-2、CM7595-1、哥伦比亚3C、CM3970-8、ECV83、CMR36-60-12.

2.3 54份木薯种质的综合评价

通过对引自瑞士的54份木薯种质的株高、块根直径、单薯鲜重、薯干率、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达79.42%(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.经最大方差旋转法得到旋转因子载荷矩阵(表4).在54个木薯种质的第一公因子(F1)中，薯干率(0.97)和鲜薯淀粉含量(0.97)具有大的正载荷可以称为块根淀粉含量因子，F1的方差贡献率为36.76%；在F2中株高(0.69)和块根直径(0.83)有较高的正载荷，F2可称为木薯生长状况因子，该因子的方差贡献率为24.01%，在F3中单薯鲜重(0.75)指标有较高的正载荷，F3可称为薯产量因子，该因子的方差贡献率为15.65%.

根据引自瑞士54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F1、F2与F3公因子的表(表5).种质在各主因子上的得分值可以反映该种质的特性，可见种质CM837、CM2399-4、哥伦比亚16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1在3个主因子上得分都为正值，块根淀粉含量、生长及产量上都有较好的表现，是优选的育种材料.种质CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9在主因子F1和F2上都为正，在F3上为负，说明其块根淀粉含量和生长情况较好，但木薯产量较差.种质CM92-56-1、CM901、CM7595-1、SM28-80-3在F1和F3上都为正，在F2上为负，说明其木薯产量和质量较好，生长量较差.种质COL1050、SM1747在F2和F3上都为正，在F1上为负，说明其生长量和木薯产量都较好，木薯质量较差.种质CH20、CM3327-4、BRA12和BRA274在3个主因子上得分都为负，这4个种产量、质量及生长情况都较差.剩余种质在3个主因子中有1个为正，2个为负，属于表现较差的种质，按主因子的正负可分为以下3类：F1正，F2、F3负：比亚1号、CM523-7、CM965-3、CM1210-10、哥伦比亚10J、ECV81、CMR35-70-6和CMR36-63-4；F2正，F1、F3负：哥伦比亚2号、CM483-2、哥伦比亚8H、M•COL22、SM610-1、哥伦比亚12L和哥伦比亚6F；F3正，F2、F3负：CM1585-13、CM3970-8、CM4040-1、SM1568-2、哥伦比亚7G、哥伦比亚3C、ECV83、ECV84和CG501-2.

表4 旋转后的因子载荷矩阵

注：表中数据为不同木薯种质各指标通过方差正交旋转后得到的前3个主因子载荷矩阵及所解释的样本总方差的累计比例．

Note: The results are the first 3 main factors rotated component matrix and its total variance explained by the cumulative percentage of the samples then different cassava germplasm．

表5 54份种质在3个公因子的标准得分

ECV81058743-1103-165351ECV83-0538-090801016475

续表5

3 讨论与结论

环境条件是影响作物生长和生产的关键，对引进种质进行适应性评价和筛选是育种和利用种质的前提.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F1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条件，但大量的种质资源会给杂交和品种选育带来大量的工作量，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哥伦比亚的54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，但平均单株薯产量之间的差异较大在0.58±0.25 kg到6.60±0.11 kg之间，而支链淀粉含量的差异较小在78.56±0.28%到79.34±0.01%之间，SM2300-1、19S、和SM2323-6平均单株薯产量和支链淀粉含量都较高；CMR36-63-4、EVC81和SM610-1支链淀粉含量较高，但其平均单株薯中不是最高.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，平均单株薯重和支链淀粉含量虽在一定程度上可以反映木薯种质的产量和品质，但要确定引自哥伦比亚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.为达到使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6个指标降维为块根淀粉含量、木薯生长状况和薯产量3个公因子，通过各处理在两个公因子上的标准得分确定54个木薯资源在海南儋州综合表现为：种质CM837、CM2399-4、哥伦比亚16P、19S、SG424-19、SM2300-1、SM2323-6、CMR34-11-3、CMR35-70-1和CMR35-70-1综合表现最好，是育种的优选材料；种质CM385-6、CM837、CM3993-9、CM4054-40、PER557、CMR26-07-15、CMR36-40-9、CMR37-14-9块根淀粉含量和生长情况较好但产量较低，可作为以高淀粉含量和以茎叶为饲料的育种材料；种质CM92-56-1、CM901、CM7595-1和SM28-80-3木薯产量和质量都较好，可作为以木薯为收获目标的育种材料.一般大田试验需要3年的数据方能确定一个资源的适应性，本研究主要目的是对来自哥伦比亚的不同木薯资源进行育种方向和适应性的初步判定，故通过1年的试验进行评价，要进一步确定不同资源的适应能力需要进一步的田间试验.

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Breedingcharacteristicsevaluationof54cassavagermplasmfromColumbia

YE Jianqiu， ZHANG Jie， XIAO Xinhui， WU Chuanyi， XUE Maofu， LI Kaimian

(Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China，Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737， China)

Resources are the basis for breeding， while evaluation for resources is the prerequisite for breeding， and also the key point for speeding up breeding. In this study， 54 samples that introduced from Colombia were evaluated by field experiment (1 year) in order to determine the production characteristics， the indexes including plant height， diameter， fresh weight， dry rate， starch content， amylopectin content and others. The results showed that CM837， CM2399-4， Colombia 16P， 19S， SG424-19，SM2300-1，SM2323-6，CMR34-11-3，CMR35-70-1 and CMR35-70-1 were the best material for breeding; starch content and growth of CM385-6， CM837，CM3993-9，CM4054-40，PER557，CMR26-07-15，CMR36-40-9，CMR37-14-9 were better but the yield were low， which would be used as breeding materials with high starch content and feeding; yield and quality of CM92-56-1， CM901， CM7595-1 and SM28-80-3 were better， which are able to be used as breeding material for harvesting target．

cassava germplasm; field experiment; evaluation

2017-09-18.

农业部物种品种资源保护项目(2017NWB045，17RZZY-08)；现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-12-hnlkm)；中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金(1630032017002).

*通讯联系人. E-mail: likaimian@sohu.com.

10.19603/j.cnki.1000-1190.2017.06.015

1000-1190(2017)06-0809-08

S533

A