我国剑麻种质资源主要农艺性状分析

陈莉莎，张小芳，陈士伟，欧阳乐军，陆光远，沈超，赵永国*

(1.农业农村部剑麻及制品质量监督检验测试中心，广东 湛江 524000；2.广东省农垦南亚热带作物科技中心，广东 广州 511300；3.广东石油化工学院生物与食品工程学院，广东 茂名 525000)

剑麻(Agave sisalanaPerr.ex Engelm.)属龙舌兰科龙舌兰属，是一种多年生热带硬质叶纤维作物，原产于墨西哥的龙加丹半岛，大多分布于美洲、非洲、亚洲、大洋洲及太平洋、印度洋的一些岛屿、热带和亚热带广大地区，是当今世界用量最大、范围最广的一种硬质纤维[1-3]。剑麻作为我国热带、亚热带地区一种重要的经济作物，主要分布于广西、广东和海南部分地区，福建和云南也有少量种植。我国从20世纪50年代开始种植剑麻，主产区为闽南、桂东南、粤西南地区。剑麻是广东、广西农垦系统的重要支柱产业和特色产业，广东农垦于20世纪50年代开始引进并试种H.11648(即“东1号”)，试种成功后开始大面积推广，到目前为止仍是我国剑麻的当家品种[4-5]。20世纪60年代开始从全国各地收集保存剑麻种质资源，2012年由原农业部正式认定并授牌“农业部湛江剑麻种质资源圃”，是我国唯一的部级剑麻种质圃，目前已建成国内面积最大、种质资源最多、利用体系最完善的剑麻种质资源圃。由于这些资源引自不同国家和地区，种质材料存在混杂与重复等问题，导致其遗传背景模糊，为种质资源的保存、应用及育种工作带来较大困难。

植物的表型性状是基因型与环境共同作用的结果，是植物种质资源形态描述和鉴定的重要组成部分，研究不同性状的表现规律及其相互作用具有重要意义。表型性状研究在水稻[6-10]、小麦[11-12]、大豆[13]及亚麻[14]等主要作物中已经有深入系统的研究，而剑麻表型多样性的研究分析较少，田夏红等[15]分析了26份墨引和广西引种系列6个农艺性状的相关性；张燕梅等[16]对25份剑麻种质资源的10个农艺性状进行了分析。上述研究均是以纤维含量为主要目标的生产类型剑麻，其遗传基础狭窄，生产推广的剑麻品种基本全为H11648[3]，如遇到流行病虫害，有很大的种植风险，因此亟须拓宽剑麻种质资源。观赏类剑麻与生产类剑麻同属龙舌兰属，可以通过杂交等方式导入优异性状，进而拓宽生产类剑麻的种质资源。

本文选取农业农村部剑麻种质资源圃内的50份剑麻，其中生产用途剑麻32份，欣赏用途剑麻18份，分别对其主要性状进行评价、比较与鉴定分析，以期为剑麻种质资源创新和新品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以农业农村部(湛江)剑麻种质资源圃内的50份剑麻种质为材料，按照用途分为生产类和观赏类2种，包括国外原始种、国内原始种，以及有优良性状(含观赏性状)的杂交种，具体参试材料名称、来源与用途详见表1。

表1 参试50份剑麻种质名称、来源与用途Table 1 Statistical results of name，origin and application of 50 sisal germplasms

表2 50份剑麻种质主要性状Table 2 Main characters of 50 sisal germplasms

续表2

1.2 试验方法

统计分析的主要性状包括株高(X1)、叶长(X2)、叶宽(X3)、叶长/叶宽(X4)、叶厚(X5)。选取每份种质10株，2017—2021年连续5年对各性状进行测量，具体方法参照《农作物种资源鉴定技术规程龙舌兰麻NY/T 1941—2010》。

1.3 数据处理

各性状值、标准差、变异系数分析采用Execl进行，t检验、相关性分析(p＜0.05)、聚类分析和主成分分析采用SPSS 22.0统计分析软件进行。

2 结果与分析

2.1 剑麻种质资源表型性状统计分析

对参试剑麻种质的主要性状进行均值、标准差与变异系数分析，结果见表3。统计结果表明，剑麻不同种质间株高、叶长、叶宽、叶长/叶宽、叶厚等5个性状均存在较大差异。

表3 参试剑麻种质主要性状多样性统计分析结果Table 3 Analysis of main traits diversity for 50 sisal germplasms

对所有50份剑麻种质分析发现，株高平均高度为114.99 cm，其中，印尼1株高最高，为201.20 cm，笹之雪最矮，仅10.30 cm，株高的变异系数在5个主要性状中最大，为63.96%；叶片平均长度为79.90 cm，墨引8的叶片最长，为151.50 cm，笹之雪叶片最短，仅7.40 cm，叶长的变异系数为62.21%；叶片平均宽度为9.49 cm，墨引8的叶片最宽，为19.33 cm，泷之白丝叶片最窄，仅1.40 cm，叶宽的变异系数为44.78%；平均叶长/叶宽为7.74，墨引7的叶长/叶宽比值最大，为12.92，巨龙锦的叶长/叶宽比值最小，为2.00，叶长/叶宽的变异系数为40.75%；叶基厚度平均为4.51 cm，绿肌八荒殿的叶基最厚，为12.10 cm，狐尾龙舌兰的叶基最薄，仅1.70 cm，叶基厚度的变异系数为36.08%。

将50份参试剑麻种质分为生产和观赏两类，分析表明:生产类型剑麻的株高、叶长、叶宽和叶长/叶宽等4个性状显著高于观赏类型的，叶厚在两种类型间无显著差异。进一步t检验分析发现，两种类型剑麻种质的5个性状间t值分别为28.91、26.73、11.38、7.04和1.98，除X5即叶厚在两种类型间未达到显著差异水平外，其他4个性状均达到极显著差异水平。生产类剑麻种质5个主要性状的变异系数介于11.85%～19.89%，观赏类剑麻种质5个主要性状的变异系数介于42.73%～63.49%。

2.2 相关性分析

对所有参试材料进行相关性分析，结果表明，除X3与X5(叶宽与叶厚)、X4与X5(叶长/叶宽与叶厚)未达到显著相关水平外，其余所有性状间均达到显著水平。进一步分析发现，除X5叶厚外，另外4个性状间均达到极显著正相关水平，相关系数介于0.489～0.984，表明提高其中一个性状，可以显著提高其他性状的表型值，在育种时可以作为参考和指导。而X5叶厚仅与X1株高、X2叶长为显著正相关，相关系数分别为0.310和0.307。

表4 所有50份参试材料主要性状相关性分析Table 4 Correlation analysis of main traits in all 50 sisal germplasms

进一步将50份参试剑麻种质分为生产和观赏两类，对各性状进行相关性分析，结果表明，32份生产用剑麻类型中，X4叶长/叶宽与X3叶宽达到极显著负相关水平，系数为-0.505，与其他性状未达到显著相关水平；除X4叶长/叶宽外其他性状间显著性关系与所有50份参试材料表现一致。18份观赏类型剑麻中，X4叶长/叶宽与X3叶宽达到显著负相关水平，系数为-0.585，除此之外，只有X1株高与X2叶长、X2叶长与X3叶宽之间达到显著正相关水平，相关系数分别为0.629和0.539，其余各性状间均未达到显著相关水平。

表5 32份生产用剑麻(左下)与18份观赏剑麻(右上)主要性状相关性分析Table 5 Correlation analysis of main traits in 32 sisal germplasms for production and sisal germplasms 18 for ornament，respectively

将50份参试材料、32份生产类型和18份观赏类型剑麻的相关性分析结果进行比较，发现X1与X2，X2与X3，X3与X4的相关系数在3种分析类型中均达到显著水平，其中，X1与X2在3种分析中的相关系数分别为0.984、0.833和0.629，X2与X3在3种分析中的相关系数分别为0.905、0.654和0.539，X3与X4在3种分析中的相关系数分别为0.489、-0.505和-0.585，表现为极显著正相关、显著负相关和显著负相关水平，X1与X4在50份材料间相关系数为0.768，达到极显著差异水平，但是在两类材料中均未达到显著水平(0.196和0.015)，这可能与材料数量有关。此外，X4叶长/叶宽与X2叶长的相关系数在3类材料间均为正相关，表明可以通过增加叶长提高叶长/叶宽的比值。

2.3 主成分分析

主成分分析表明(表6):前3个主成分累计贡献率达98.962%，特征值总和为4.95，其中，第一主成分特征值为3.548，贡献率最大，为70.953%。其特征向量中，株高和叶长具有较大的载荷，分别为0.990和0.984，说明株高越高，叶片越长，在选育品种时应主要根据这两个性状进行选择。第二主成分特征值为0.880，贡献率为17.608%。其特征向量中，叶厚具有较大的载荷，为0.916，说明叶厚也是选育品种的重要性状指标。第三个主成分特征值为0.522，贡献率为10.438%。其特征向量中，叶长/叶宽具有较大的载荷，为0.579，在选育品种时，也需考虑这项指标。

表6 50份参试剑麻材料5个表型性状的主成分分析Table 6 Principal component analysis for 5 morphological traits in 50 sisal germplasms

2.4 聚类分析

50份剑麻种质主要分为3类，其中，生产用剑麻和观赏剑麻区分为明显的两类，而47号绿肌八荒殿单独归为一类，这与前面分析的生产类剑麻与观赏类剑麻在分析的5个性状间有4个性状达到显著差异的t检验结果一致，47号由于叶厚显著高于另外两类材料而单独归为一类。

图1 基于所分析农艺性状的聚类分析图Fig.1 Dendrogram of 50 sisal germplasms based on morphological characters analysis

3 讨论与结论

剑麻是我国热区的经济作物，其用途广泛，在纤维原料[17]、酿酒[18-19]及制药[20]等方面均具有很高的利用价值。本研究将参试的50份剑麻种质材料分为生产和观赏两种类型，并对其主要农艺性状进行了分析与比较，发现相对于生产用剑麻种质，观赏类种质5个性状的变异系数明显较高，介于42.73%～63.49%，这些性状在观赏种质之间具有更大的差异，通过合理选择亲本，更容易获得目标性状表现好的后代材料。相关性结果表明，当对所有50份参试材料进行相关性分析时，除X3与X5、X4与X5未达到显著相关水平外，其余所有性状间均达到显著水平。将材料分为生产和观赏两类分析时发现，生产用剑麻类型各性状间相关性与50份材料间的相关性表现一致；观赏类型剑麻中，只有X1与X2、X2与X3、X3与X4达到显著水平，相关系数分别为0.629、0.539和-0.585，其余各性状间均未达到显著相关水平。主成分分析结果表明，株高和叶长是影响第一主成分的主要因子，叶厚是影响第二主成分的主要因子，因此在选育品种时，应重点从这些性状进行选择，特别要考虑叶基厚、单叶重和叶长这3项指标。该结果与田夏红等[15]的研究结果比较一致。聚类分析基于不同种质资源间的遗传距离，研究结果表明，生产用剑麻和观赏剑麻区分为明显的两类，而观赏类剑麻种质47号绿肌八荒殿单独归为一类，这很可能是由于其叶厚显著高于其他参试材料而造成的。上述研究结果可为杂交育种中选择亲本材料或筛选优良品种提供参考。