116份芝麻種質(zhì)資源葉綠素含量多樣性的比較分析
芝麻是我國重要的油料作物之一，也是傳統(tǒng)的優(yōu)勢出口創(chuàng)匯作物，在國家食用油供給安全和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中占有重要地位。芝麻在我國分布廣泛，各省市均有種植，其種質(zhì)資源擁有量占全世界總數(shù)的1/4，多樣性十分豐富。芝麻種質(zhì)資源的多樣性研究已經(jīng)在表型性狀、同工酶和DNA分子多態(tài)性等方面開展，但是基于單一性狀的多樣性研究尚未見報道。而隨著研究的深入，復(fù)雜性狀構(gòu)成因子的逐一剖析與遺傳研究日臻重要。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，是構(gòu)成植物光合特性的重要因子，其含量的高低直接影響植物正常的光合作用甚至新陳代謝。葉綠素含量表征了作物的生產(chǎn)能力，與光合速率、產(chǎn)量形成密切相關(guān)。已有的報道表明，葉綠素含量的遺傳多樣性、QTL分析等遺傳研究已經(jīng)在小麥、水稻、玉米、大豆、棉花等作物中廣泛開展。本研究對116份芝麻種質(zhì)資源蕾期、盛花期和終花期的葉片葉綠素含量進行了多樣性分析，為芝麻育種潛力的遺傳改良和葉綠素相關(guān)研究提供參考。
1 材料與方法
1.1 供試材料
供試材料為國內(nèi)外地方種質(zhì)85份，改良品種(系)31份，共計116份(表1)。于夏季5月底播種于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所試驗基地(湖北武昌)，栽培措施和田間管理按常規(guī)方法進行，每小區(qū)4行(行距40 cm，株距20 cm)，設(shè)置重復(fù)3次。
1.2 葉綠素含量測定與分析
利用葉綠素含量儀對種質(zhì)資源的葉綠素含量進行快速測量。
1.3 數(shù)據(jù)處理與分析
多樣性指數(shù)計算參考文獻，先計算參試材料的總體平均數(shù)(x)和標(biāo)準(zhǔn)差(s)，然后劃分為10級，即第一級[Xi<(x-2s)]到第十級[Xi>(x+2s)]，每0.5s為一級，每一級的相對頻率用于計算多樣性指數(shù)，公式為H′=-∑Pi×lnPi，式中Pi為某一性狀第i級別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比�？傮w平均多樣性指數(shù)為各個單項性狀多樣性指數(shù)的平均值。聚類分析在SPSS分析軟件上進行，按照歐氏最小距離法對3個生育時期的9個葉綠素含量相關(guān)指標(biāo)進行聚類。其他數(shù)據(jù)處理和分析在Excel和SPSS上進行。
2 結(jié)果與分析
2.1 116份種質(zhì)資源葉綠素含量的多樣性
測定結(jié)果顯示，每份種質(zhì)資源在蕾期、盛花期和終花期的葉片葉綠素含量依次明顯增加，終花期為最高。由表2可見，葉綠素a、b和總含量的平均值為終花期最高，盛花期和蕾期次之；變異系數(shù)為盛花期最大，其次是終花期，蕾期最��；多樣性指數(shù)為蕾期和終花期相近，而盛花期較低。可見，盛花期是種質(zhì)間葉片葉綠素含量差異較大的一個時期，但是并不是多樣性指數(shù)最大的時期。3個生育時期葉綠素a、b和總含量的總體多樣性指數(shù)為1.8950，可見，芝麻種質(zhì)資源間葉綠素含量存在較大的差異，多樣性指數(shù)較大，豐富度高。
2.2 改良品種和地方種質(zhì)葉綠素含量的多樣性比較
對31份改良品種(系)和85份地方種質(zhì)的葉綠素含量的多樣性進行分析表明(見表3)，改良品種(系)在3個時期的葉綠素a、b和總含量的最大值、最小值和平均值上均大于地方種質(zhì)，這可能與芝麻高產(chǎn)育種改良過程中的選擇有關(guān)，因為葉綠素含量與光合效率及產(chǎn)量成正相關(guān)，致使改良品種(系)葉綠素含量普遍高于地方種質(zhì)。但是，改良品種(系)3個生育時期葉綠素含量的多樣性指數(shù)除蕾期葉綠素a略高于地方種質(zhì)外，其他指標(biāo)的多樣性指數(shù)均低于地方種質(zhì)，地方種質(zhì)葉綠素含量的總體多樣性指數(shù)(1. 9094)明顯高于改良品種(系)(1.7740)，可見地方種質(zhì)的葉綠素含量的多樣性要高于改良品種(系)。
江淮和長江流域的種質(zhì)為中部種質(zhì)(66份)，往南的廣東、廣西、貴州、四川、海南等地的種質(zhì)為南方種質(zhì)(14份)，往北的遼寧、內(nèi)蒙古、山東、山西、陜西、河北等地種質(zhì)為北方種質(zhì)(27份)，結(jié)果如表4。不同地域來源的種質(zhì)間葉綠素含量存在較大的差異，葉綠素含量平均值在蕾期和終花期以北方種質(zhì)為大，盛花期則以南方種質(zhì)稍大；變異系數(shù)在蕾期和盛花期以南方區(qū)為大，而終花期則以中部為大；多樣性指數(shù)在蕾期和終花期表現(xiàn)為中部最大，南方區(qū)和北方區(qū)相近；總體多樣性指數(shù)為北方種質(zhì)(1.8354)和中部種質(zhì)(1. 8323)相近，其次為南方種質(zhì)(1.7366)，最小的為國外種質(zhì)(1.6793)。可見我國中部地區(qū)和北方地區(qū)的芝麻種質(zhì)資源在葉綠素含量上多樣性豐富程度明顯高于其他資源分布區(qū)，這與中部和北方分別是我國芝麻主產(chǎn)區(qū)和第二主產(chǎn)區(qū)，其間資源豐富度較高有關(guān)。供試種質(zhì)中，我國種質(zhì)資源葉綠素含量的多樣性指數(shù)明顯高于國外種質(zhì)，可見我國作為芝麻主產(chǎn)國，種質(zhì)資源的多樣性異常豐富。但是，本試驗國外種質(zhì)較少，不能較好地代表國外種質(zhì)資源的整體水平。
2.4 聚類分析
利用歐氏最小距離法對116份芝麻種質(zhì)資源蕾期、盛花期和終花期3個生長時期的葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量等共計9項指標(biāo)進行聚類分析。分析結(jié)果表明(圖1)：聚類結(jié)果與種質(zhì)來源和種質(zhì)類型沒有明顯的規(guī)律性；116份芝麻種質(zhì)資源明顯被聚為兩個大類群，類群Ⅰ為葉片葉綠素含量低的類群，具62份種質(zhì)，占供試種質(zhì)的53.45%，類群Ⅱ為葉片葉綠素含量高的類群，具54份種質(zhì)，占46.55%；其中，類群Ⅰ中又明顯分為兩個小類群，Ⅰ-1類具17份種質(zhì)，占總供試種質(zhì)的14.66%，為葉綠素含量最低類群，Ⅰ-2類具45份種質(zhì)，占38.79%，為葉綠素含量較低類群；類群Ⅱ中也明顯劃分為兩個小類群，Ⅱ-1類具17份種質(zhì)，占14.66%，為葉綠素含量最高類群，Ⅱ-2類具37份種質(zhì)，占31.90%，為葉綠素含量較高類群。
聚類結(jié)果綜合地篩選出山西八棱芝麻、駐芝11、豫芝11、陜西芝麻(表1編號100)、廣東白芝麻、中芝11、湖北犀牛角、安徽芝麻(表1編號17)、山西分杈芝麻、激光2號、陜西一邊順、遼寧芝麻(表1編號86)、河北小八股杈、廣西新和黑芝麻、貴州灰芝麻、塔世干122和河南二郎花等17份葉綠素含量高的種質(zhì)，可作為相關(guān)育種改良與遺傳研究的種質(zhì)材料加以利用。
3 討論
高等植物葉片所含的葉綠素a和b是葉綠體中主要的光合色素，對光能的吸收和利用起著重要的作用，進而影響光合作用的效率，葉綠素含量與作物產(chǎn)量形成密切相關(guān)。劉紅艷等研究表明芝麻葉片葉綠素含量與單株產(chǎn)量呈中等強度正相關(guān)，與株高、主莖果軸長度和千粒重等產(chǎn)量性狀呈顯著或極顯著正相關(guān)，認為通過提高葉綠素含量來實現(xiàn)增產(chǎn)是一條切實可行的途徑。在水稻、玉米、小麥等作物中葉片葉綠素相關(guān)的遺傳研究日益受到研究者們的關(guān)注，期望通過發(fā)掘利用葉綠素含量高的種質(zhì)資源來提高作物光能利用率和產(chǎn)量潛力。
本研究發(fā)現(xiàn)，芝麻改良品種(系)的葉綠素含量要明顯高于地方種質(zhì)，可見，一直以來以提高產(chǎn)量為目的的芝麻改良過程中，葉綠素在無意中得到了提高，這也佐證了通過提高葉綠素含量來進一步提高產(chǎn)量潛力的觀點。但本實驗結(jié)果顯示改良品種(系)葉綠素含量的多樣性指數(shù)要明顯低于地方種質(zhì)，因此，進一步發(fā)掘利用高葉綠素含量的種質(zhì)資源是進一步遺傳育種研究的需要，在116份芝麻種質(zhì)資源葉綠素含量的多樣性分析中，發(fā)現(xiàn)種質(zhì)間葉綠素含量差異較大，多樣性較豐富，并聚類分析出山西八棱芝麻、駐芝11等17份高葉綠素含量的種質(zhì)，不僅為芝麻高葉綠素含量的遺傳改良提供了可能，也為相關(guān)育種改良與遺傳分析提供了直接可以利用的種質(zhì)材料。
