外引蚕豆种质资源鉴定与形态多样性
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摘要：研究了10份外引蚕豆（Vicia faba L.）种质资源的生育期、子粒形态特征、主要农艺性状等。结果表明，埃塞俄比亚蚕豆种质资源具有较高的变异系数，为8.01%～55.80%，其中种皮光滑度和百粒重的变异系数最高，达55%以上，变异系数较小的是主茎节数（8.01%）和株高（8.99%）。4个质量性状中种皮光滑度的形态多样性指数最高，而15个数量性状中每果节荚数的形态多样性指数最高。
关键词：蚕豆（Vicia faba L.）；种质资源；鉴定； 形态多样性
中图分类号：S643.6；S326 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）23-5700-05
蚕豆（Vicia faba L.）又称胡豆、佛豆、川豆、倭豆、罗汉豆。一般认为蚕豆起源于亚洲西南和非洲北部，公元1世纪时由欧洲传入我国。据世界粮农组织（FAO）生产年鉴统计，全世界有51个国家生产干蚕豆，栽培面积较大的5个国家依次为中国、埃塞俄比亚、澳大利亚、摩洛哥和埃及；全世界45个国家生产青蚕豆，栽培面积较大的5个国家依次为中国、玻利维亚、阿尔及利亚、秘鲁和摩洛哥[1]。广阔的栽培范围和多样化的自然生态环境造就了丰富的蚕豆种质资源和遗传多样性。
搜集、引进和评价蚕豆种质资源，对拓宽我国蚕豆种质资源遗传多样性，加大蚕豆种质资源材料间的交换利用，加快优异种质创新和利用步伐等都具有重大的现实意义和科学价值[2，3]。2012-2013年对从非洲引进的10份蚕豆种质资源进行了田间生物学表现和主要农艺性状的鉴定，拟通过分析外引蚕豆种质资源的生长发育特点和形态性状遗传多样性，科学评价外引蚕豆种质资源的真实表现，提高外引蚕豆种质资源的利用效率，为最终筛选出具有相关优良性状的蚕豆种质资源提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试蚕豆种质资源共计10份，均为2012年从非洲埃塞俄比亚引进，编号分别为CDAS101、CDAS102、CDAS103、CDAS104、CDAS105、CDAS106、 CDAS107、CDAS108、CDAS109、CDAS110。
1.2 试验设计
试验于2012-2013年在湖北省农业科学院粮食作物研究所试验基地进行。试验采取顺序排列，每个种质资源材料种植3行，行长2 m，行距0.5 m，株距0.2 m，小区面积3 m2。试验田土壤肥力中等，基施复合肥375 kg/hm2，2012年10月15日播种，11月20日定苗，按常规栽培技术进行田间管理。在每小区中的中间行从第3株开始连续取样生长正常的10个植株进行田间观察记载和室内考种。
1.3 数据调查方法
按照《蚕豆种质资源描述规范和数据标准》[4]中相关性状的描述，对22个性状进行了田间调查和室内考种。调查的性状分为质量性状和数量性状，数量性状可直接参与统计分析，而质量性状因不能直接参与统计，因此对非数值型性状分别赋值，包括粒色、粒形、脐色、种子平滑度等，各性状赋值大小依表现型间的差异而有所不同，详细赋值方法见表1。
1.4 数据处理及统计分析
多样性指数在生态学和遗传学研究中广泛应用，具有加权性，可以用来合并不同性状、位点或者不同地区材料的变异，能较好地比较某一作物、某一物种或某一地区的遗传变异性。参加统计的所有数据为各材料种植小区的各性状平均数。计算数量性状的多样性指数的方法是：先计算参试材料总体平均数（x）和标准差（δ），再对数量性状进行10级分类：1级xi
式中，S指小区中的类型数，i指其中第i个类型，Pi指第i个类型所占的比例[5]。
基本数据处理采用Excel（Microsoft office 2003）数据软件进行。各农艺性状间的多样性指数参考文献[6]用DPS数据处理系统进行分析。
2 结果与分析
2.1 开花时间及生育期比较
开花时间的长短是蚕豆对光温敏感程度的最重要指标，供试埃塞俄比亚蚕豆种质资源的开花时间为109～133 d，平均为115 d（表2）。低于115 d的种质资源有8份，开花时间较长的种质资源为CDAS103和CDAS107，其开花时间分别较平均值长18 d和12 d。这两份种质资源开花较迟、花期较长等表现可能是由于武汉的生态条件与种质资源来源地光温条件的差异而导致的。埃塞俄比亚蚕豆种质资源在武汉的成熟期比较一致，生育期为194～198 d，平均为196 d，极差为4 d，没有发现极早熟和极晚熟种质资源。蚕豆生育后期武汉气温上升较快，且雨热同期，易引起蚕豆根部早衰，进而导致灌浆到成熟时间缩短，这可能是埃塞俄比亚蚕豆种质资源生育期变异范围较小的主要原因。
2.2 埃塞俄比亚蚕豆种质资源主要数量性状分析
株高是蚕豆重要的数量性状之一，它对于构建合理株型、增强抗倒伏性及产量形成具有重要意义。对埃塞俄比亚蚕豆种质资源的株高进行差异显著性分析发现，CDAS107的株高最矮，为120.1 cm，与CDAS108的株高差异显著，与CDAS101、CDAS102的株高呈极显著差异。CDAS102的株高最高，为151.8 cm，显著高于CDAS105的株高，极显著高于CDAS104、CDAS106、CDAS110的株高。CDAS101的株高也较高，与CDAS104的株高呈显著差异，与CDAS106、CDAS110的株高呈极显著差异（表3）。
埃塞俄比亚蚕豆种质资源的单株分枝数最多的是CDAS109，田间调查发现该种质资源的分枝能力较强，平均单株分枝数为3.0个。单株分枝数最少的是CDAS101，平均单株分枝数为0.9个，其余种质资源的单株分枝数为1.6～2.8个。对蚕豆种质资源的单株分枝数进行差异显著性分析可知，CDAS101的分枝数显著低于CDAS105、CDAS108的单株分枝数，与CDAS109的单株分枝数呈极显著差异（表3）。
埃塞俄比亚蚕豆种质资源的单株实荚数为7.2～33.2荚，单株实荚数的多少依次为CDAS105、CDAS109、CDAS108、CDAS104、CDAS107、CDAS106、 CDAS102、CDAS110、CDAS101、CDAS103。对蚕豆的单株实荚数进行差异显著性分析发现，CDAS105的单株实荚数与除CDAS109外的其他种质资源均呈极显著差异（表3）。
埃塞俄比亚蚕豆种质资源中CDAS110的荚长最长，为9.7 cm，除CDAS108和CDAS102外，CDAS110的荚长与其他7份种质资源的荚长都呈极显著差异。荚长最短的是CDAS105，为6.1 cm，除CDAS104外，CDAS105的荚长与其他8份种质资源的荚长都呈极显著差异（表3）。
埃塞俄比亚蚕豆种质资源的荚粒数差异较大。荚粒数最少的是CDAS103，为2.2粒，极显著低于CDAS101、CDAS102、CDAS104、CDAS105、CDAS107、 CDAS108、CDAS109、CDAS110的荚粒数。CDAS110的荚粒数最高，为4.1粒，显著高于CDAS101的荚粒数，极显著高于CDAS103、CDAS104、CDAS105、CDAS106、CDAS107、CDAS109的荚粒数（表3）。
埃塞俄比亚蚕豆种质资源的单株产量最高的是CDAS109，为38.6 g，单株产量最低的是CDAS103，为14.9 g，其余种质资源的单株产量为17.2～28.7 g。多重比较分析表明，CDAS109的单株产量极显著高于其他蚕豆种质资源的产量，CDAS105的单株产量也较高，与CDAS104和CDAS110的单株产量有显著差异，与CDAS101、CDAS103、CDAS107的单株产量有极显著差异（表3）。
2.3 埃塞俄比亚蚕豆种质资源子粒外观特征比较
埃塞俄比亚蚕豆种质资源的子粒外观形态类型分析和统计结果见表4。粒形是蚕豆子粒的外观形态，因种质资源不同，形态呈现出多样性。供试埃塞俄比亚蚕豆种质资源的粒形有窄薄和窄厚两种类型，其中窄薄粒形的种质资源占40%，窄厚粒形的种质资源占60%。从种皮光滑度上看，种皮光滑度较好的种质资源比例达60%，另外4份蚕豆种质资源干子粒表面光滑度较差，其中3份种质资源的种皮呈褶皱状，1份种质资源的种皮有凹坑。蚕豆子粒的颜色是由种皮内色素含量多少决定的，色素含量多，子粒颜色就深。供试埃塞俄比亚蚕豆种质资源的粒色主要为浅绿色和浅褐色两种，其中粒色为浅褐色的种质资源占40%，浅绿粒色的比例为60%。种脐是种子成熟后从胎座上脱落后留下的痕，其大小和颜色随种质资源种类而有所不同。埃塞俄比亚蚕豆种质资源的脐宽变幅为1.5～2.5 cm，平均值为1.8 cm，脐色以黑色居多，有8份，其余埃塞俄比亚蚕豆的脐色为褐色，这两份种质资源分别为CDAS101和CDAS105。蚕豆种皮破裂率是蚕豆子粒的外观形象的一个重要指标，对品种的商品性影响较大。供试10份蚕豆中，有6份种质资源无明显的种皮自然开裂情况，其余4份种质资源中，CDAS110的种皮破裂率较高，达44%，CDAS106的种皮破裂率次之，为22%。
2.4 埃塞俄比亚蚕豆种质资源形态多样性分析
对蚕豆4个质量性状和15个主要数量性状进行分析，结果见表5。
质量性状是能观察描述而不能测量的属性性状，它由少数起决定作用的遗传基因所支配，较稳定，不易受环境条件的影响，它们在群体内的分布是不连续的，因此通过给分法进行统计（表5）。对几个质量性状的离散程度进行分析可知，埃塞俄比亚蚕豆种质资源粒形的变异系数为11.23%，相对单一，变异程度不及其他质量性状。埃塞俄比亚蚕豆种质资源的4个质量性状中，种皮光滑度的变异程度较大，变异系数达55.80%，变异类型较为丰富。脐色和粒色的变异系数分别为23.42%、48.41%。
变异系数反映的是各性状的变异范围，分析表5可知，埃塞俄比亚蚕豆种质资源的15个主要数量性状的变异程度各不相同，其中以百粒重的变异范围最广，变异系数最大，达55.08%。变异潜力较高的数量性状还有单株实荚数、单株果节数、单株产量、单株分枝数，变异系数分别为43.11%、37.66%、31.36%和31.31%，这些性状上丰富的遗传变异性表明这些性状的表达易受多方面因素的影响，蕴藏着丰富的遗传信息和选择潜力。埃塞俄比亚蚕豆种质资源的数量性状中变异程度较小的有主茎节数、株高、每果节荚数、节间长度、荚长、荚宽、荚粒数和脐宽等，变异系数分别为8.01%、8.99%、10.28%、10.92%、14.45%、17.05%、17.73%和19.42%，表明埃塞俄比亚蚕豆种质资源的这些性状相对稳定，遗传变异性较小。
变异系数反映了描述性状的变异情况，而形态多样性指数则主要反映出各性状的丰度和均匀度，埃塞俄比亚蚕豆种质资源的形态性状存在一定的多样性。埃塞俄比亚蚕豆种质资源的19个主要性状的多样性指数为0.67～0.95，其中百粒重的多样性指数较低。多样性指数在0.8以上的性状有每果节荚数、荚宽、脐宽、单株分枝数、种皮光滑度、荚粒数、脐色、节间长度、粒形9个性状。
3 结论与讨论
种质资源是在长期演化过程中由于基因突变、基因交流和生态遗传分化，并经自然选择和人工选择而形成的一种重要自然资源，它蕴藏着自然和人为引起的极其丰富的遗转变异，是生物多样性的重要表现形式，是农业资源的重要组成部分和农业可持续发展的重要基础[7，8]。丰富的植物基因存在于多种多样的品种（包括古今中外的品种）及其野生亲缘植物中，对选育人类所需的作物新品种起决定性作用，是极其宝贵的自然财富。因此，引进和征集大量的作物遗传资源，并通过鉴定、筛选和遗传多样性的研究了解和掌握其特点，对种质资源的合理开发和充分利用具有重要意义[9，10]。
2012-2013年对从埃塞俄比亚引进蚕豆资源的农艺、经济性状和植物形态学性状进行了记载和评价。供试埃塞俄比亚蚕豆种质资源的开花时间为109～133 d，生育期为194～198 d，分析不同资源对光周期反映的差异，认为CDAS103和CDAS107对武汉生态条件下光照条件的适应性较差，并导致开花时间延长。对埃塞俄比亚蚕豆种质资源干子粒的特征特性进行分析可知，窄薄粒形占40%，窄厚粒形占60%；粒色主要为浅绿和浅褐两种；脐宽为1.5～2.5 cm，脐色以黑色居多，脐色为褐色的种质资源有2份；4份蚕豆种质资源干子粒表面光滑状况较差，其中，种皮有凹坑种质资源1份，种皮呈褶皱状种质资源3份，其余种质资源子粒表面光滑；种皮破裂率较高的两份种质资源分别为CDAS110和CDAS106。
对10份蚕豆种质资源的15个主要数量性状的变异程度和形态多样性指数进行分析发现，变异系数较高的农艺性状是百粒重，其变异系数为55.08%，变异潜力较高的数量性状还有单株实荚数、单株果节数、单株产量、单株分枝数。不同蚕豆种质资源间的主茎节数、株高、每果节荚数、节间长度、荚长、荚宽、荚粒数和脐宽等性状的变异系数偏小，表明这些性状相对较稳定，遗传变异性较小。分析各性状的丰度和均匀度可知，埃塞俄比亚蚕豆种质资源性状的多样性指数为0.67～0.95，每果节荚数的多样性最高，百粒重的多样性最低。
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