浙江红麻资源表型性状的遗传多样性分析

李文略 陈常理 骆霞虹 柳婷婷 安 霞 金关荣 朱关林

（浙江省农业科学院浙江省园林植物与花卉研究所（浙江省萧山棉麻研究所），311251，浙江杭州）

红麻（Hibiscus cannabinus L.）亦称洋麻、槿麻，是锦葵科（Malvaceae）木槿属（Hibiscus）一年生韧皮纤维植物[1]。红麻是重要的粗纺原料作物，主要用于生产麻袋、绳索、地毯底布和汽车内饰等[2]。此外，因其具有生长周期短、植株高大和生物产量高等特点，被用于生产复合材料、环保产品和饲料等，被视为21世纪极具潜力的纤维作物[3-6]。

因麻袋具有易干燥、防腐和耐磨等特点，主要用作粮食、食糖和食盐外包装，消费量巨大。20世纪50-60年代，因西方国家封锁，我国麻袋进口受到限制，红麻作为战略物资受到各级政府高度重视[7-8]。浙江省是我国较早发展红麻生产的省份之一，红麻产量居我国前列。至20世纪80年代初，浙江红麻最高种植面积约3.81万hm2，长期研究积累了一批有特色的红麻品种资源，其中“浙萧麻1号”、“浙8310”和“浙832”等品种在浙江红麻产业发展中发挥了重要作用[9]。20世纪90年代末，受化学工业发展的影响，麻袋逐步被廉价的聚乙烯等塑料替代，红麻原材料需求量逐渐下降，加之人工和土地成本的上升，红麻在浙江种植面积大幅缩减，目前仅有少量种植。

但近年来，治理“白色污染”受到各级政府高度重视。随着《关于进一步加强塑料污染治理的意见》的发布，红麻生产迎来了新的发展机遇，极具市场潜力[10]。本研究对22份浙江红麻资源进行了繁殖更新和鉴定评价，借助主成分分析、聚类分析和隶属函数法等对其16个产量和品质性状进行分析，为红麻种质资源的利用和遗传改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

22份红麻品种（系）均为浙江地方资源，由浙江省农业科学院收集，并保存于国家麻类中期库。经过3年繁殖更新和提纯复壮，达到常规生产水平，材料信息见表1。

表1 供试红麻品种（系）及来源Table 1 The tested kenaf varieties (lines) and their origins

1.2 试验设计

试验材料分别于2016年5月20日和2017年5月 13日种植在浙江省萧山棉麻研究所头蓬试验基地，该区年均气温16.1℃，年均降雨量1402.5mm，年均日照时数 2006.9h，土壤为砂质壤土，含有机质1.52%、速效磷28.77mg/kg、速效氮42.00mg/kg、速效钾6.30mg/kg，pH 7.46。采用随机区组设计，3次重复，小区长4.00m，畦宽1.40m，一畦两行撒条播，田间管理同常规大田生产。

1.3 指标调查及方法

分别于2016年10月8日和2017年9月28日在红麻工艺成熟期调查各小区有效株数，并随机取样20株，测量株高、茎粗、韧皮厚度、单株鲜皮重、单株鲜茎重、单株干皮重和单株纤维重等，并计算干皮精洗率和鲜茎干皮率，方法参照《红麻种质资源描述规范和数据标准》[1]。收获后的红麻韧皮脱胶后，委托农业农村部植物纤维产品质量安全风险评估实验室检测红麻纤维强力和纤维支数。干皮精洗率（%）=纤维重/干皮重×100；鲜茎干皮率（%）=干皮重/鲜茎重×100。

1.4 数据分析

利用Excel 2016进行数据整理，计算各指标的平均值和变异系数；利用SPSS 23.0进行主成分分析和聚类分析，采用最大方差法进行主成分分析，取特征值大于1的特征根，采用系统聚类组间联接欧氏距离法进行聚类分析。为全面评价红麻资源，引入“隶属函数”：式中Xij代表i基因型中j指标的隶属函数值，X为参试种质某性状的测定值，Xmin为对应该性状的最小测定值，Xmax为对应该性状的最大测定值[11-12]。

2 结果与分析

2.1 红麻资源表型性状的描述性统计分析

由表2可知，不同表型性状间变异系数存在较大差异。变异系数以纤维强力最大（20.10%），变幅为205.00～452.00N；其次是生物量、精麻产量、干皮产量、单株鲜皮重、单株鲜重、单株鲜茎重、单株纤维重、单株干皮重、有效株数和鲜皮厚，变异系数在8.22%～17.45%之间；茎粗、鲜茎干皮率、干皮精洗率、纤维支数和株高变异较小，变异系数在3.49%～5.74%之间，其中株高最小。

表2 浙江红麻资源表型性状的描述性统计分析Table 2 Descriptive statistics of the characters of Zhejiang kenaf resources

2.2 红麻资源表型性状的主成分分析

如表 3所示，前 3个主成分的特征值分别为8.543、2.604和1.774，累计贡献率达80.753%，可代表所考察性状的绝大部分信息。对公因子进行方差最大正交旋转，得到旋转后的因子载荷矩阵。其中第1主成分在单株鲜茎重、单株鲜重、单株鲜皮重、单株干皮重、单株纤维重、茎粗和鲜皮厚有较大载荷，主要反映红麻个体产量信息，贡献率为53.391%；第2主成分在生物量、有效株数、干皮产量和精麻产量有较大载荷，反映群体产量信息，贡献率为16.273%；第3主成分在纤维强力和干皮精洗率有较大载荷，反映麻率和纤维品质相关信息，贡献率为11.089%。

表3 浙江红麻资源主成分分析前3个主成分的因子载荷矩阵及特征值描述Table 3 The component matrix and eigenvalues of the first three principal components in principal component analysis of Zhejiang kenaf resources

2.3 红麻资源表型性状的聚类分析

如图1所示，在欧式距离为10时，可以将22份浙江红麻资源分为3类。不同类群红麻资源产量和品质性状具有一定差异，各类的主要性状见表4。Ⅰ类包含浙431、浙8310和浙83-13等16份资源，占比72.7%，该类材料植株高大、粗壮，具有较大单株和群体产量，可作为选育高产栽培红麻品种的目标亲本加以利用。Ⅱ类仅包含浙 83-15，该材料单株和群体产量性状低于Ⅰ类，但纤维强力表现优异，较Ⅰ类高出约66.5%，可作为选育高纤维强力的红麻亲本加以利用。Ⅲ类材料包含浙45、浙萧麻1号、浙3130、ZH-01和向阳1号，共5份资源，其中除浙3130和浙45外，其他3份资源均为中熟资源，该类材料植株相对矮小、瘦弱，单株和群体产量较低。

表4 3类红麻资源主要性状特征Table 4 The main characters of three group resources

图1 基于产量和品质性状构建的浙江红麻种质系统聚类图Fig.1 Cluster diagram of Zhejiang kenaf resources based on yield and quality characteristics

2.4 红麻资源表型性状的综合评价

浙江红麻16个性状的隶属函数值见表5，浙1-96的平均隶属函数值最高，为0.827，主要表现有植株高大、粗壮和单株生物量高等特点，归属于聚类分析的Ⅰ类。航优1号、浙江2号、ZHKX-01、浙4438和浙8310等15份资源的平均隶属函数值在0.510～0.771之间，分列2～16位，主要表现出较高的单株和群体产量，均归属于聚类分析的Ⅰ类。浙83-15平均隶属函数值为0.459，排名第17位，表现出较高的出麻率和纤维强力，归属于聚类分析的Ⅱ类。浙45、ZH-01、向阳1号、浙3130和浙萧麻1号平均隶属函数值在0.205～0.420之间，分列18～22位，归属于聚类分析的Ⅲ类，这类群体植株相对矮小，产量较低。从上述结果可以看出，聚类分析的结果与隶属函数综合性状分析结果较为一致。聚类关系越近的品种（系），其综合隶属函数值不一定相近，如在欧式距离4.5时，Ⅰ类又可以分为2个亚类，其中浙832、浙83-12、浙38-2、浙江2号、浙1-96和浙241聚为一类，这6个品种均表现出较高的单株产量水平，但在群体产量水平和纤维品质方面存在较大差异，因此，综合隶属函数平均值排名比较分散，分列第18、12、11、3、2、1和7位。

表5 浙江红麻资源16个指标的隶属函数值分析Table 5 The subordinate function analysis of 16 characteristics in Zhejiang kenaf resources

3 讨论

红麻种质资源是新品种选育、理论研究和农业生产的重要物质基础。目前我国麻类中期库收集保存红麻资源2175份，居世界首位[13]。对红麻种质的遗传多样性、产量构成和性状遗传相关等方面开展了较多研究[14-17]。为了更好地利用已收集的红麻种质资源，已开发多种分子标记用于红麻种质鉴定和分类研究[2,18-21]。区别于分子标记，基于植物表型性状进行鉴定和分类是最直观、简便的方法，已被用于不同作物的分析和评价[22]。

主成分分析和聚类分析是目前作物数量性状分析和综合评价的主要手段[22-23]。陶爱芬等[4]基于9个产量和品质性状对 40份红麻材料进行主成分分析，提取韧皮纤维产量构成因子、皮骨比构成因子和纤维品质构成因子，3个因子累计贡献率达86.0%；张加强等[17]对40份红麻种质的9个产量性状进行多样性分析，变异系数在5.13%～25.33%，主成分分析提取的重量因子、生长和晒干率因子解释了原始性状85.9%的变异；洪建基等[23]对不同来源74份红麻资源的 10个产量和品质性状进行了分析，提取的4个因子解释了85.61%的信息。

在本研究中，供试22份浙江红麻资源的16个产量和品质性状存在不同程度差异，变异系数范围在3.49%～20.10%，以纤维强力变异最大，变异系数稍低于前人研究[17]结果，推测与试验材料均来源于同一红麻产区有关。主成分分析提取前3个主成分因子，这3个因子分别反映了红麻个体产量特征、群体产量特征和纤维品质特征，代表了 16个原始因子80.753%的信息，这与前人研究[4,17,23]结果较为一致。聚类分析将22份浙江红麻资源划分为3类，其中Ⅰ类红麻表现为高产量，Ⅱ类表现出较高的纤维强力，浙45、浙3130、浙萧麻1号、ZH-01和向阳1号都被归为Ⅲ类，主要表现为产量低、纤维强力中等，其中浙萧麻1号、ZH-01和向阳1号均为中熟资源，因此推测在红麻品种选育中，为达到较高的产量应尽量选择晚熟品种。隶属函数法综合分析结果显示，Ⅰ类红麻资源综合性状表现排名靠前，Ⅲ类排名靠后，进一步说明聚类分析结果的可靠性。

4 结论

针对 22份浙江红麻种质资源的产量和品质性状进行分析和评价，初步鉴定出浙 1-96、航优 1号、浙江2号、ZHKX-01、浙4438和浙8310具有高产潜力，浙83-15具有高纤维强力，但缺乏与国内外主推红麻品种的比较，因此今后还需将这些初步筛选的资源与其他来源的红麻种质进行系统比较分析，从而更好地对这些资源进行综合评价。