贵州省黔西南州甘蔗野生种质资源考察收集与表型性状初步研究

徐超华　刘洪博　覃伟　毛 钧　林秀琴　陆鑫

关键词：甘蔗；黔西南州；种质资源；表型性状；遗传多样性

中图分类号：S566.1 文献标识码：A

甘蔗种质资源的收集、保存和鉴定评价是进行甘蔗品种遗传改良的重要基础。在世界各国蔗糖发展史上，每次甘蔗单产的飞跃均与种质资源的发掘利用密切相关。最具代表性的当属爪哇割手密、印度割手密和崖城割手密的发掘利用，对品种产量和抗性的改良都做出了突破性贡献[1-2]。近年来，因城市化进程加快和人类生产活动范围扩张，野生资源原生境正在遭到破坏，加上大量杂交新品种的推广应用，我国名、特、优、稀、古老的甘蔗地方品种、野生种和野生近缘属种植物正在急剧减少。

目前，甘蔗育种工作面临两大挑战：一是甘蔗育种遗传基础狭窄，导致育种亲本数量少，多次重复利用，育成品种之间同质化程度高[3]；二是逆境脅迫（病虫害、干旱等）不断加剧，现有甘蔗品种抗病虫、抗旱能力弱，导致甘蔗单产长期在低位徘徊[4-5]。这就需要育种家与资源工作者合力，从育种工作的源头入手，对珍贵的古老地方品种、野生近缘植物进行补充采集和抢救性保护，通过鉴定评价挖掘育种有益基因，为甘蔗育种储备新的、丰富的基因源。

黔西南布依族苗族自治州（以下简称“黔西南州”）位于贵州省西南部，地处贵州、云南、广西三省交界，总面积达16 804 km?，属典型的低纬度高海拔山区，最高海拔2207.2 m。州内地貌复杂，南盘江、北盘江、红水河3 条大河贯穿州内，阳光充足，雨量充沛，多年平均气温为13.8～19.4 ℃，年平均降水量为1352.8 mm，属亚热带季风湿润气候。其独特的气候类型和地理位置为植物的生长繁衍提供了得天独厚的自然条件[6-7]。为了探明黔西南州甘蔗野生种质资源分布状况，并对当地甘蔗野生种质资源进行采集和抢救性保护，丰富国家甘蔗种质资源圃（开远）圃存资源数量与遗传多样性，云南省农业科学院甘蔗研究所种质资源考察队赴黔西南州进行甘蔗野生种质资源系统调查与采集，以期找到具有育种潜力的甘蔗种质资源，为现代甘蔗育种研究储备优异亲本。

1 材料与方法

1.1 野生资源采集

2020 年5 月9—22 日，云南省农业科学院甘蔗研究所甘蔗种质资源团队赴贵州省黔西南州兴义市、兴仁市、晴隆县、普安县等4 市（县）33个乡（镇），开展甘蔗野生种质资源系统调查与收集。在整个系统调查与收集行动中，全程保持移动电话上的GPS 工具箱APP 线路追踪模块始终处于运行状态，设置经纬度坐标格式为度、分、秒，记录整个考察采集路线和样品采集点地理信息。

在样本采集过程中，同一类型种质按直线距离间隔30 km 以上或海拔高低落差100 m 以上取样1 次。采样时，同一种群内选择优势单株，先用十字镐挖出5 条以内含地上部和地下部的植株，待样品表型性状调查和图像采集完成后，再用枝剪去除植株地上部分，保留地下根茎（地下种芽），挂好写有采集编号的标签牌，装入塑料袋中。每隔1～2 d 将采集样本通过快递集中邮寄回单位，单位收到样品后立即将采集样本种植于塑料桶中，并将样本标签牌挂于桶上，定期浇水、施肥和喷施农药，确保样本萌发和健康生长。

1.2 方法

在野生资源采集过程中，填写甘蔗种质资源野外调查采集表，采集表包括基本信息、形态学特征和生物学特征、抗病性（自然感病）3 个部分。基本信息包括采集日期、采集编号、种质类型、采集地点（含经度、纬度、海拔）、照片编号、种质群落、采集地形、采集地势、分布类型、采集地小环境。形态学特征和生物学特征包括6 个数量性状和16 个质量性状，数量性状包括叶片长度、叶片宽度、株高、茎径、节间长度、锤度；质量性状包括气生根、蜡粉带、空心、蒲心等16个性状。自然感病包括黑穗病、花叶病、锈病、褐条病等病害。6 个数量性状和16 个质量性状指标测定参照《甘蔗种质资源描述规范和数据标准》[8]。表型性状分析主要针对数量性状，聚类分析主要针对割手密（Sacchuram spontaneum）、芒（ Micanthus sinensis ） 、斑茅（ Erianthus arundinacius）、蔗茅（Erianthus fulvus）。

1.3 数据处理

运用 GIS 软件绘制甘蔗野生种质资源采集分布图，运用Excel 2010 软件对调查数据进行整理与分类。采用SPSS 17.0 软件对数量性状进行变异系数（CV）分析，描述6 个数量性状的离散程度。使用NTSYSp c2.1 软件计算各样品间的SM相似性系数（simple matching coefficient），并采用非加权配对算术平均法绘制聚类关系图。

2 结果与分析

2.1 甘蔗野生种质资源生态地理分布情况

通过对黔西南州兴义市、兴仁市、晴隆县、普安县等4 市（县）33 个乡（镇）系统采集，发现黔西南州甘蔗野生种质资源分布广泛，在山腰、公路旁边和荒野处均可见甘蔗野生种质资源，尤其是野生近缘种蔗茅分布最为广泛。此次采集的92 份野生甘蔗种质资源主要分布于104?47.40′～105?29.90'E，24?47.00′～26?0.25′N 和海拔774～1727 m之间，通过植物表型分类鉴定，采集到滇蔗茅（Erianthus rockii， Er）6 份、割手密（Sacchuramspontaneum， Sp）16 份、芒（Micanthus sinensis， Ma）25 份、斑茅（Erianthus arundinacius， Ea）13 份、蔗茅（Erianthus fulvus， Ef）32 份。通过考察发现，不同类型野生种质资源在黔西南州4 市（县）的分布不同，其分布和生长环境详见表1 和图1。

2.2 表型性状变异分析

表型性状数据分析结果显示，92 份野生甘蔗种质资源在数量性状上存在一定程度的遗传变异（表2，表3）。此次考察，采集到6 份滇蔗茅，其中株高最高为419.0 cm，最低只有156.0 cm；茎径最粗为2.00 cm，最细为0.65 cm；锤度（Bx）最高为13.8%，最低为6.0%；节间长度最长为31 cm，最短为14.0 cm；叶长最长为56.1 cm，最短为40.5 cm；叶宽最宽为4.5 cm，最窄为3.3 cm。割手密16 份，其中株高最高为121.0 cm，最低只有18.0 cm；茎径最粗为0.72 cm，最细为0.32 cm；锤度最高为11.2%，最低为3.0%；节间长度最长为15 cm，最短为4.2 cm；叶长最长为107.0 cm，最短为27.4 cm；叶宽最宽为1.8 cm，最窄为0.5 cm。芒25 份，其中株高最高为255.0 cm，最低只有20.0 cm；茎径最粗为0.85 cm，最细为0.32 cm；锤度最高为10.2%，最低为3.6%；节间长度最长为27.0 cm，最短为2.0 cm；叶长最长为109.0 cm，最短为49.5 cm；叶宽最宽为3.3 cm，最窄为0.7 cm。斑茅13 份，其中株高最高为475.0 cm，最低只有31.0 cm；茎径最粗为2.70 cm，最细为0.65 cm；锤度最高为9.0%，最低为3.4%；节间长度最长为29.0 cm，最短为5.0 cm；叶长最长为276.0 cm，最短为76.0 cm；叶宽最宽为5.6 cm，最窄为1.8 cm。蔗茅32 份，其中株高最高为89.0 cm，最低只有27.0 cm；茎径最粗为0.95 cm，最细为0.32 cm；锤度最高为12.6%，最低为3.4%；节间长度最长为13.5 cm，最短为2.15 cm；叶长最长为95 cm，最短为49.2 cm；叶宽最宽为3.6 cm，最窄为0.6 cm。对采集的92 份野生甘蔗种质资源进行自然感病情况调查（表2）。在自然条件下，滇蔗茅、割手密、芒、蔗茅均存在一定程度自然感病，斑茅未发现自然感病情况。

由表 3 可知，滇蔗茅的植株较为高大，平均株高为213.8 cm， 其次为斑茅， 平均株高为157.8 cm；蔗茅的植株最矮，平均株高为51.1 cm，割手密、芒株高较为接近，平均株高均在70 cm左右。斑茅植株茎径较粗，平均茎径为1.34 cm；其次为滇蔗茅，平均茎径为0.96 cm；割手密、芒、蔗茅的茎径较细，均值为0.48～0.51 cm。滇蔗茅锤度较高，平均值为8.97%；其次为蔗茅，平均锤度为7.48%；割手密、斑茅、芒的锤度较为接近，均值为5%～6%。滇蔗茅节间长度最长，均值为19.53 cm，蔗茅节间长度最短，均值为6.83 cm。斑茅叶片长度占有绝对优势，均值为148.69 cm；滇蔗茅叶片最短为，均值为48.27 cm；滇蔗茅叶片最宽，均值为3.98 cm；割手密叶宽最窄，均值为1.01 cm。

滇蔗茅、割手密、芒、斑茅、蔗茅6 个数量性状的变异系数均存在一定的差异（表3）。由表3 可知，滇蔗茅平均变异系数为33.1%，变异幅度为11.4%～54.0%，茎径变异系数最高为54.0%，叶长变异系数最小为11.4%；割手密平均变异系数为35.7%，变异幅度为26.9%～48.3%，株高变异系数最高为48.3% ， 茎径变异系数最小为26.9%；芒平均变异系数为43.5%，变异幅度为21.1%～68.0%，株高变异系数最高为68.0%，叶长变异系数最低为21.1%；斑茅平均变异系数为45.5%，变异幅度为29.5%～78.0%，株高变异系数最高为78.0%，锤度变异系数最低为29.5%；蔗茅平均变异系数为31.3%，變异幅度为16.5%～45.7%，节间长度变异系数最高为45.7%，叶长变异系数最小为16.5%。从整体上来看，在该野生群体中数量性状的遗传变异主要来自于株高、茎径、节间长度和锤度，叶长和叶宽2 个性状相对稳定。

2.3 聚类分析

以 6 个数量性状为指标，对92 份样品进行聚类分析（图2）。结果表明，16 份割手密之间的遗传距离变幅为0.355～2.330，其中Sp-5 和Sp-17之间的遗传距离最小为0.355，Sp-8 和Sp-13 之间的遗传距离最大为2.330。当遗传距离为1.5 时，16 份割手密可以划分为3 大类群，其中第Ⅰ大类群由Sp-1 等12 份材料组成。从类群特征上分析（表4），整体上第Ⅰ大类群在3 个类群中平均锤度最高，为5.92%，株高、茎径在3 个类群中最小，分别为69.50、0.42 cm。第Ⅱ大类群由Sp-3、Sp-4 和Sp-8 等3 个材料组成，整体上第Ⅱ大类群平均株高最高，为46.67 cm，茎径相对较粗，为0.61 cm；平均锤度在3 个类群中最小，为4.87%。第Ⅲ大类群由Sp-2 单独聚为一类，茎径在16 份割手密材料中最粗，为0.75 cm，株高和锤度相对较高，分别为74.0 cm 和5.4%。

25 份芒之间的遗传距离变幅为0.262～3.54，其中Ma-7 和Ma-11 之间的遗传距离最小为0.262，Ma-8 和Ma-23 之间的遗传距离最大为3.54。从图3 可看出，当遗传距离为1.42 时，25 份芒可以划分为3 大类群，其中第Ⅰ大类群由Ma-1 和Ma-3材料组成。从类群特征上分析（表4），整体上第Ⅰ大类群株高相对较高，为148 cm，茎径相对较粗，为0.75 cm；平均锤度在3 个类群中最低，为3.2%。第Ⅱ大类群由Ma-8 单独聚为一类，株高和茎径在25 份材料中最高，分别为255.0、0.85 cm，平均锤度相对较高，为4.2%。第Ⅲ大类群由Ma-2等22 份材料组成，整体上第Ⅲ大类群在3 个类群中平均锤度较高，为5.47%，株高和茎径在3 个类群中最低，分别为60.14、0.48 cm。

13 份斑茅之间的遗传距离变幅为0.272～2.460，其中Ea-7 和Ea-8 之间的遗传距离最小为0.272，Ea-3 和Ea-12 之间的遗传距离最大为2.460。从图4 可看出，当遗传距离为1.490 时，13 份斑茅可以划分为3 大类群，其中第Ⅰ大类群由Ea-1等10 份材料组成。从类群特征上分析（表4），整体上第Ⅰ大类群平均锤度相对较高，为5.0%，株高和茎径在3 个类群中最小，分别为108.5、1.10 cm。第Ⅱ大类群由Ea-2 和Ea-9 两份材料组成，株高、茎径和锤度在3 个类群中表现最高，分别为341.5 cm、2.48 cm、7.3%。第Ⅲ大类由Ea-3 单独聚为一类，株高和茎径相对较高，分别为283.0、1.5 cm，锤度在3 个类群中表现最低，为3.40%。

32 份蔗茅之间的遗传距离变幅为0.274～2.900，其中Ef-16 和Ef-22 之间的遗传距离最小为0.274，Ef-11 和Ef-17 之间的遗传距离最大为2.90。从图5 可看出，当遗传距离为1.24 时，32份蔗茅可以划分为5 大类群，其中第Ⅰ大类群由Ef-1 等16 份材料组成。从类群特征上分析（表4），整体上第Ⅰ大类群平均锤度相对较低，只高于第Ⅱ大类群，为4.5%；茎径在5 个类群中表现中等，为0.49 cm；株高在5 个类群中最低，为40.86 cm。第Ⅱ大类群由Ef-2 等12 份材料组成，株高相对较高，仅次于第Ⅲ大类群，为61.29 cm；茎径和锤度在5 个类群中最低，分别为0.43 cm、6.9%。第Ⅲ大类群由Ef-10 和Ef-11 两份材料组成，株高在5 个类群中最高，为71.75 cm；锤度相对较高，仅次于第Ⅴ大类群，为8.0%；茎径相对较细，仅高于第Ⅱ大类群，为0.46 cm。第Ⅳ大类群单独由Ef-17 一份材料组成，茎径相对较粗，仅次于第Ⅴ大类群，为0.58 cm；株高相对较矮，为43.0 cm；锤度在5 个类群中表现中等，为7.8%。第Ⅴ大类群也单独由Ef-26 一份材料组成，茎径和锤度在在32 份材料中表现最高，分别为0.95 cm、12.6%；株高在5 个类群中表现中等，为59.0 cm。

综上所述，割手密第Ⅲ大类群的Sp-2、芒第Ⅱ大类群的Ma-8、斑茅第Ⅱ大类群的Ea-2 和Ea-9、蔗茅第Ⅲ大类群的Ef-10 和Ef-11、蔗茅第Ⅴ大类群的Ef-26 以及滇蔗茅的Er-1、Er-3 和Er-4综合性状较优，具有一定的育种利用价值（表5）。在此次采集过程中，斑茅Ea-2 和滇蔗茅Er-4 植株非常高大，株高分别为475 cm 和419 cm 在历次资源采集过程中非常少见，远远高于国家甘蔗种质资源圃（开远）同类型保育的材料，可为甘蔗优良品种产量性状遗传改良及探讨产量性状形成的理论机制提供重要的理想材料。

3 讨论

甘蔗种质资源是甘蔗科技原始创新、现代甘蔗种业发展的物质基础，是保障国家食糖安全、促进西南边疆少数民族地区农民增收实现精准扶贫、支撑蔗糖产业可持续发展的战略性资源。甘蔗种质资源在我国分布较为广泛，主要分布于我国的云南、贵州、广东、广西、福建、海南、四川、江西、浙江、安徽、湖北、湖南、河南、江苏、山西、陕西、西藏等地区[9]。黔西南州因其独特的气候类型和地理位置孕育了丰富的甘蔗野生种质资源，但目前尚未见国内有关黔西南州甘蔗野生种质资源系統考察与收集的研究报道，国家甘蔗种质资源圃（开远）对该地区的甘蔗野生种质资源保存也基本处于空白。为此，云南省农业科学院甘蔗研究所计划通过2～3 次系统调查，完成黔西南州全境甘蔗野生种质资源的采集。由于新冠肺炎疫情影响，目前仅完成了兴义市、兴仁市、晴隆县、普安县等4 市（县）的系统调查和采集工作，余下的贞丰县、安龙县、册亨县、望谟县及义龙新区将视疫情情况适时开展。

此次考察历时14 d，共采集到野生甘蔗种质资源92 份，其中滇蔗茅6 份、割手密16 份、芒25 份、斑茅13 份、蔗茅32 份，涉及甘蔗复合群（Sacchuram complex）5 个种[10]。此次考察发现，滇蔗茅、割手密、芒、斑茅、蔗茅大多生长在山地、山坡上，甚至在陡峭的石壁岩缝，说明野生甘蔗种质资源具有极强的耐旱和耐瘠能力，与刘洋等[11]在海南和胡存脉等[12]在西藏野生资源采集报道结果一致。目前，国家甘蔗种质资源圃（开远）已编目保存的野生甘蔗种质资源滇蔗茅海拔分布在693～2340 m， 蔗茅海拔分布在1097～3014 m[13]，芒海拔分布在4～1953 m，此次考察采集的野生甘蔗种质资源蔗茅在933～1727 m，扩宽了之前未采集到的海拔范围，此次考察进一步丰富了野生甘蔗种质资源库，对扩大甘蔗遗传基础、选育抗逆新品种提供了资源贮备。

用变异系数表示性状值离散性特征，变异系数越大则性状离散程度越大[14]。从遗传多样性角度来看，甘蔗复合群5 个种6 个表型性状均存在丰富的遗传变异，5 个种6 个数量性状平均变异系数为31.3%～45.5%，平均变异系数均在30.0%以上，表现出较高的遗传多样性，这可能与其多样化的生境有很大关系。从聚类结果来看，16 份割手密聚成3 类，第Ⅲ大类群的Sp-2 植株高大、茎径最粗，锤度较高；25 份芒聚成3 类，第Ⅱ大类群的Ma-8 植株高大、茎径最粗、节间长度最长、锤度较高；13 份斑茅聚成3 类，第Ⅱ大类群的Ea-2 和Ea-9 具有植株高大、茎径最粗、节间长度最长、锤度最高；32 份蔗茅聚成5 类，第Ⅲ大类群的Ef-10、Ef-11 和第Ⅴ大类群的Ef-26 具有较高的株高、茎径和锤度；以及滇蔗茅的Er-1、Er-3 和Er-4，合计10 份优异材料，可以作为育种利用的首选材料。在此次采集过程中，斑茅Ea-2和滇蔗茅Er-4 植株非常高大，株高分别为475 cm和419 cm，在历次资源采集过程中非常少见，远远高于国家甘蔗种质资源圃（开远）保育的同类型材料。通过采集野生资源主要农艺性状初步评价，已初步筛选出了一批特性突出、有育种利用价值的野生甘蔗种质资源，但多数资源还未从分子水平和基因水平开展资源的精细、深度鉴定评价，优良、特异基因资源亟待进一步深入挖掘。

鉴于野生资源的重要性和极易丢失等特点，有必要在未采集的适生地开展更大规模的收集工作。应借助《全国农作物种质资源保护与利用中长期发展规划（2015—2030）》（农种发〔2015〕）颁布实施的最佳政策环境，加强甘蔗种质资源适生区、富集区的系统调查与抢救性保护，以及对多样性丰富的区域进行补充性采集，加快完成我国古老地方品种和优异野生资源的抢救性收集和保护工作。