2017, Vol. 25
2. 福建省农业科学院亚热带农业研究所, 福建 漳州 363005;
3. 福建省科技开发中心, 福州 350003
2. Institute of Subtropical Agriculture, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Zhangzhou 363005, Fujian, China;
3. Scientific and Technological Developing Center of Fujian Province, Fuzhou 350003, China
木豆 (Cajanus cajan) 是蝶形花科 (Papilionaceae) 木豆属多年生的常绿灌木，是世界第六大食用豆类，也是唯一的木本食用豆类作物[1]。木豆具有广泛的用途，其青籽粒含有丰富的蛋白质可作为优质蔬菜食用[2]；鲜叶的蛋白质含量也较高，是优质的饲料和绿肥[3]；干熟籽粒不仅可食用，也可作为动物的饲料；茎秆可作为薪柴使用。根据中医药文献记载，木豆也是一种重要的中药，尤其是对股骨头坏死具有显著的药效作用[4-6]。同时，木豆作为一种重要的热带作物，其具有耐干旱、耐贫瘠的优良特性，是干旱半干旱热带地区植被恢复、水土保持、荒山绿化的先锋作物[7-8]。
目前，木豆在我国种植面积较小，主要集中于云南、福建、广西、广东和台湾等热带亚热带地区。同时，我国对木豆的研究相对较少，尤其是优质木豆品种选育方面。据报道，我国大多数木豆品种主要是通过引种栽培，再经过单株选育或杂交育种而成[9-12]。种质资源是品种改良和选育的物质基础，是进行生理、生化遗传及生物技术研究的重要材料[13]。因此，对木豆种质资源的征集、鉴定和评价势在必行。本研究以福建省农业科学院作物研究所保存的10份木豆种质资源为材料，调查分析其10个质量性状和18个农艺性状表现，对他们进行遗传多样性研究，为挖掘优异木豆种质材料，拓宽木豆品种改良和种质资源创新基础提供依据。
1 材料和方法 1.1 材料10份木豆 (Cajanus cajan) 种质资源种植于福建省农业科学院作物研究所福州埔垱实验基地，4月份左右播种，采取随机区组设计，10份木豆种质资源在同一块实验地里分成小区种植，每小区3行, 行长10~12 m，行距1~1.5 m，重复3次，田间管理按照常规模式进行。
1.2 性状统计根据《木豆种质资源描述规范和数据标准》[14]，对木豆种质资源进行10个主要质量性状调查，包括：小叶叶形、旗瓣底色、旗瓣点缀色、鲜荚色、鲜籽粒颜色、株型、干籽粒底色、干籽粒色斑、干籽粒脐环色和种阜等，分析质量性状的频率分布和遗传多样性指数。同时，统计木豆的茎粗、单株花序数、每花絮花数、鲜荚长、鲜荚宽、鲜荚重、鲜荚出籽率、株高、主茎节数、一级分枝数、二级分枝数、三级分枝数、单株荚数、荚长、荚宽、单荚粒数、百粒重和单株产量等18个数量性状。所有性状统计采用2012-2014年共3年的试验数据，取平均值。
1.3 数据处理采用SPSS 19.0软件以及Microsoft Excel 2013进行数据统计分析。其中，遗传多样性分析采用Shannon-Wiener指数，计算公式为：H′=-∑Pilog2Pi，其中Pi为某一个性状的第i级出现的概率。为了方便统计和量化分析数据，对质量性状进行赋值 (表 1)。同时，采用系统聚类法中的Ward法 (离差平方和法)，遗传距离采用欧式平方距离对材料进行类群划分。
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表 1 形态学性状的数量化 Table 1 Quantification of morphological characters |
从表 2可以看出，10份木豆种质资源大多具有窄菱形小叶、旗瓣黄底色、旗瓣紫色点缀色、鲜荚紫黑色、鲜籽粒绿色、半紧凑株型、干籽粒奶黄底色、干籽粒无色斑、干籽粒脐环橘黄色和无种阜等形态特征。
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表 2 10份木豆种质资源10个质量性状的遗传多样性指数 Table 2 Diversity index of 10 quality traits in 10 germplasms of pigeonpea |
同时，木豆种质资源质量性状的遗传多样性指数均较高，其中以鲜荚色的最高，为1.9219;旗瓣点缀色、鲜籽粒颜色和干籽粒底色的次之，均为1.4855；再次为干籽粒色斑、干籽粒脐环色和种阜等，均为0.8813；而小叶叶形、旗瓣底色和株型等的最低，均为0.7219。这可能与木豆种质资源大多都是半紧凑株型、窄菱形小叶和旗瓣黄底色有关。
2.2 农艺性状的遗传多样性对10份木豆种质资源的18个数量指标进行分析 (表 3)。结果表明，木豆种质资源数量指标的变异程度较大，18个数量指标的变异系数为11.46%~83.98%，其中最大的为单株荚数，为83.98%；其次为三级分枝数，为80.59%，说明这两个性状的变异程度较大，其性状分离较为明显。单株产量、单株花序数和鲜荚出籽率的变异系数较高，分别为64.16%、57.46%和56.18%；随后，主茎节数、鲜荚重、二级分枝数、百粒重、一级分枝数、茎粗和每花序花数的变异系数分别为36.74%、32.37%、29.70%、29.53%、27.09%、26.57%和21.69%；荚宽的变异系数最小，仅为11.46%，说明木豆荚宽在种质间较稳定，变异程度小。
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表 3 木豆资源农艺性状的变异系数 Table 3 Coefficient variances of agronomic traits of pigeonpea |
对木豆种质资源的17个农艺性状指标进行相关性分析 (表 4)。茎粗与三级分枝数呈极显著正相关关系 (0.876**)；单株花序数与鲜荚长、荚长、单荚粒数呈显著负相关，与一级分枝数呈显著正相关; 每花序花数与鲜荚长、荚长呈极显著正相关，与二级分枝数呈显著负相关；鲜荚长与荚长、单荚粒数呈极显著正相关，与二级分枝数呈极显著负相关; 鲜荚宽与鲜荚重呈极显著正相关，与单株荚数呈极显著负相关；鲜荚重与百粒重呈极显著正相关，与单株荚数呈显著负相关；株高与百粒重呈极显著正相关，与主茎节数、二级分枝数呈显著正相关；主茎节数与二级分枝数呈极显著正相关；一级分枝数与单荚粒数呈显著负相关；二级分枝数与单荚粒数呈显著负相关；单株荚数与单株产量呈极显著正相关，与荚宽呈显著负相关；荚长与单荚粒数呈极显著正相关；荚宽与单荚粒数、单株产量呈显著正相关。
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表 4 木豆资源农艺性状间的相关系数 Table 4 Correlation coefficient between agronomic traits of pigeonpea |
选用18个主要数量性状指标进行聚类分析 (图 1)，在欧式遗传距离为5.0时，10份种质资源可划分为3大类 (表 5)，可见他们的农艺性状差异明显。
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图 1 木豆种质资源的聚类分析 Fig. 1 Cluster analysis of pigeonpea germplasms |
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表 5 3个类型的农艺性状 Table 5 Agronomic traits of three types |
Ⅰ中茎稀疏型：该类型有M06、M07、M09和M10共4份材料，表现为茎粗5.65 cm左右，主茎节数平均为62.50，单株花序数只有272.25，单株产量也仅有428.82 g，群体长势较弱，丰产潜力小。
Ⅱ中茎密生型：该类型有M02、M04、M05和M08共4份材料，表现为茎粗4.68 cm左右，主茎节数平均为61.00，单株花序数平均为459.75，单株产量达为678.20 g，群体长势一般，丰产潜力有待进一步提高。
Ⅲ粗茎密生型：该类型有M01和M03共2份材料，表现为植株茎粗平均达到6.05 cm，主茎节数平均达到75.50，单株花序数平均为642.00，单株产量达到了1484.98 g，群体长势旺盛，高产潜力大，且农艺性状好。
3 讨论对作物种质资源的遗传多样性进行调查和分析，是种质资源研究和作物育种的重要基础工作。同时，种质资源的研究也为新品种的选育提供了原始材料，为开展种质资源分子生物学研究提供基因来源。本研究表明，木豆种质资源形态性状多样性较为丰富，是对我国现有木豆品种的有利补充，可进一步拓宽木豆品种的遗传背景。木豆鲜荚色、旗瓣点缀色、鲜籽粒颜色和干籽粒底色等4个质量性状变异明显 (多样性指数 > 1.0)，以颜色多样为主; 而其他6个质量性状变异不明显 (多样性指数 < 1.0)。数量性状的变异也较为明显，特别是单株荚数和三级分枝数两个性状。由此可以推断质量性状比数量性状可能更易受到基因型或种质类型的影响。分析表明，所选择的10个质量性状和18个数量指标很好地反映了我国木豆种质的表型变异，其中大部分性状在育种上有丰富的可供选择的材料，遗传改良的潜力较大。
本研究的聚类分析是以18个主要的农艺性状进行的，聚类结果将10份木豆种质资源材料划分为中茎稀疏型、中茎密生型和粗茎密生型3大类型。其中粗茎密生型木豆种质资源具有群体长势旺盛, 高产潜力大，且农艺性状好的优点，可从中筛选优质木豆种质资源作为大田生产后备品种，以丰富我国木豆品种较为单一的现状。未来还可在营养学、遗传学等方面加强对木豆种质资源的研究，筛选出抗性强、营养成分高等优异种质资源作为育种中间材料加以创新利用，以满足木豆品种选育对种质资源遗传多样性的需求。
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