龙州县甘蔗野生种质资源采集与遗传多样性分析

段维兴，黄玉新，丘立杭，黄海荣，张保青，高轶静，罗含敏

（广西农业科学院甘蔗研究所/中国农业科学院甘蔗研究中心/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西 南宁530007）

农作物种质资源是农业科技原始创新、现代种业发展的物质基础。植物种质资源的搜集、保存、鉴定及其开发利用是植物育种和生物多样性研究的重要工作［1］。甘蔗种质资源是甘蔗育种的物质基础。甘蔗品种的改良，是以热带种为基础，通过育种手段引入野生种血缘、拓宽遗传基础，从而实现甘蔗产量和抗性的提高和增强。利用甘蔗与野生种质资源杂交创新种质，进而选育高产高糖和适应性强的新品种，是甘蔗育种者一直努力的方向。

广西属亚热带气候，种蔗的自然资源条件优越，种蔗制糖已有2000多年的悠久历史，甘蔗资源丰富，是我国甘蔗原产地之一。传统种植的甘蔗原种有中国竹蔗、宜山腊蔗、柳州东泉果蔗等十几个传统栽培种。甘蔗野生资源有割手密、斑茅、河八王、五节芒和芒等，这造就了广西丰富多样的甘蔗栽培品种资源和野生种质资源［2］。近年来，随着自然环境、种植业结构和土地经营方式等的变化，甘蔗野生资源急剧减少。部分种质资源甚至面临绝种，急需在采集鉴定的基础上，收集更多野生资源，扩充广西甘蔗种质资源库。

龙州县位于广西壮族自治区西南部，地处中越边境，为山地丘陵区，地处南亚热带南沿，气候暖和湿润，属南亚热带季风气候，四季如春，各种资源极为丰富。该县地形四面高中间低，以岩溶石山地形为主，极可能发现基因较纯且具有特殊性状的资源材料。为此，本研究对龙州县的甘蔗野生种质资源进行了采集，对其主要农艺性状的相关性和遗传多样性进行分析，期望能找到有潜力的甘蔗资源材料，为甘蔗育种提供新的血缘。

1 考察与采集方法

1.1 考察路线

考察时间2020年6月15日至2020年6月17日，采集路线：下冻镇→彬桥乡→龙州镇→水口镇→武德乡→金龙镇→逐卜乡→上龙乡→上金镇。共调查采集了9个乡镇，基本覆盖了龙州县12个乡镇。

1.2 采集方法

按照“第三次全国农作物种质资源系统调查与收集行动”项目的“甘蔗种质资源采集技术规范”对甘蔗资源的分布、生长环境和生育时期进行调查。每隔10km左右采集一次样品，采集时用锄头将根部挖出，样品经过记录和测定后取根部放入材料袋中保存，考察结束后拿回单位在资源圃水泥框中进行活体种植保存。

1.3 性状测定与信息记录

性状测定参照《甘蔗种质资源描述规范和数据标准》，选取株高、茎径、叶长、叶宽、节间长度、锤度、茎形、芽型、芽位、空蒲心、57号毛群、蜡粉带、气根、根点排列等25个指标进行测定。对采集的样品填写资源调查采集表，内容包括采集编号、采集日期、种质名称、采集地点、照片编号、海拔、经度、纬度、分布类型、地形地貌、土壤类型等。其中海拔、经度、纬度测定使用GARMIN公司生产的eTrex 301进行测定。

1.4 数据统计与分析

利用Excel 2010软件对测定结果进行整理和分类，采用SPSS 17.0软件进行双变量相关性分析，采用Shannon-Wiener多样性指数进行遗传多样性分析。

2 结果与分析

2.1 资源的属、种分类

本次考察共采集到甘蔗亚族3个属3个种21份无性系，其中割手密14份、斑茅6份、芒1份。其生长地点的海拔范围在120～320m，跨度不大。其生长环境类型多样，包括山脚、田埂、草地、公路边、溪边、池塘边、沼泽地等，结果见表1。其中，割手密主要分布在公路边、田埂、草地、溪边；斑茅分布在草地、池塘边、山脚；芒分布在山脚。

表1 考察采集的甘蔗资源

2.2 主要农艺性状及相关性分析

在采集过程中，对所有资源的株高、茎径、叶长、叶宽和锤度性状做了测定，结果表明：14份割手密无性系株高变化范围在65～182cm之间；茎径变化范围在0.49～0.81cm之间；叶长变化范围在66.0～121.0cm之间；叶宽变化范围在0.5～2.6cm之间；锤度变化范围在3.0°Bx～16.0°Bx之间；表明割手密有较为丰富的变异类型，在采集的14份割手密材料中锤度超过10.0°Bx的有4份，占采集割手密总数的28.57%。6份斑茅无性系株高变化范围在65～116cm之间；茎径变化范围在1.11～1.49cm之间；叶长变化范围在114.0～200.0cm之间；叶宽变化范围在2.1～3.6cm之间；锤度变化范围在5.0°Bx～10.5°Bx之间。芒只采集到1份，株高为131cm，茎径为0.54cm，叶长为65.0cm，叶宽为1.4cm，锤度为6.5°Bx，结果见表2。

对收集的甘蔗野生种质资源的株高、茎径、锤度、叶长和叶宽进行了相关性分析。结果表明，茎径、叶长和叶宽两两之间都存在极显著的正相关，见表3。茎径和叶长的相关系数最高可达0.826，茎径和叶宽的相关系数达到0.791，叶长和叶宽相关系数达到0.625。值得说明的是，株高与茎径、叶长、叶宽与锤度之间都呈负相关，但未达到显著水平。可以得出，茎径与叶长和叶宽相关性较高，锤度与其他性状相关程度较低。

2.3 遗传多样性分析

为了进一步了解龙州县甘蔗野生种质资源的遗传和进化关系，对采集的资源进行了遗传多样性分析。结果表明，本次收集的甘蔗资源在株高、茎径、叶长、叶宽和锤度均存在较大的变异和较高的遗传多样性。叶宽的变异系数最高为0.69，而株高变异系数最低为0.27。株高多样性指数最高为2.13，茎径多样性指数最低为1.81，见表4。从分析结果可以看出，5个性状指标均存在较高的多样性指数，也表明采集的资源具有丰富的遗传多样性。

表2 甘蔗资源的植物学性状

表3 主要农艺性状相关性分析

3 结论

广西农业科学院甘蔗研究所一直重视甘蔗种质资源的收集工作，自20世纪50年代开始，先后开展了3次不同规模的甘蔗种质资源调查与收集工作，目前共保存4个属11个种的甘蔗及其近缘属种质资源2680份。尤其是从2015年实施农业部“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”和2017年实施广西创新驱动发展专项“广西农作物种质资源收集鉴定与保存”以来，在广西调查收集了62个县（市、区）的甘蔗种质资源，共采集资源1248份，鉴定评价甘蔗资源650份。但是尚未对龙州县开展资源采集工作，龙州县地处中越边境，为山地丘陵区，是以糖料蔗生产为支柱产业的农业县。由于大量田地已经开发种植甘蔗、水稻、火龙果等作物，割手密资源不算丰富，且基本都是零星分布，未发现割手密群落，但斑茅资源相对比较多见。该县河流较多，境内有水口河、平而河、丽江、明江、左江等，6月15日下午我们根据水系方向逆流而上采集，但这些江河水面较广、河水湍急，无河滩和小的支流，因此未发现割手密；当天下午也仅在水稻田埂上发现一株割手密。后面两天采集的路线主要沿着乡间公路行走，在公路边、池塘边、沼泽地相对容易采集到割手密，且在同一片割手密群落也会存在两种不同类型。表明该县割手密资源多样性比较丰富。

表4 遗传多样性分析

从采集数量上来看，割手密最多，其次是斑茅，芒只采到1份，这可能是由于割手密具有更强的分蘖能力和适应能力，其传播的范围也更广［3］。本研究采集的甘蔗野生种质资源性状差异很大，有些材料性状较好，比如割手密GZ2020GSM213，其锤度达到16.0°Bx，可作为今后改良含糖量品种的资源。但也有一些材料性状较差，比如割手密GZ2020GSM210，株高只有65cm。本次调查发现，龙州县甘蔗种质资源茎径、叶长和叶宽之间均存在极显著的正相关。因此，控制这些性状的基因连锁强度较高，通过杂交的手段可以实现综合性状的改良。然而，锤度与其他4种农艺性状均没有显著的相关性，这与齐永文等［4］和刘洋等［3，5］研究的结果一致。从数据分析结果来看，本次采集的资源具有较高的遗传多样性。这也说明甘蔗种质资源在进化的过程中，产生了一定程度的遗传变异，具有较大的杂种优势利用空间［6］。本研究下一步的工作将重点对采集的资源进行精准的鉴定评价，期望能找到高糖抗逆性强的基因资源。