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甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]既是粮食作物又是经济作物,具有很高的营养保健作用和经济价值。优良甘薯新品种的选育是甘薯生产及其产业化的重要基础性工作,而甘薯种质资源是甘薯育种工作的重要物质基础。所拥有种质资源的数量以及其创新利用的好坏关系到甘薯育种的进展和突破。遗传多样性是甘薯种质资源研究的重要内容,较为全面地掌握现有资源的遗传多样性,可以减少甘薯育种工作中亲本选配的盲目性,从而提高育种效率。建立高效率的计算机统一管理的甘薯种质资源信息管理平台,方便育种工作者全面了解甘薯种质资源的相关信息,可在一定程度上提高育种成效。本研究在2010年调查和测定西南大学重庆市甘薯工程技术研究中心保存的88份甘薯种质资源的形态特征、产量及主要经济性状的基础上,用SPSS数据处理软件对部分性状进行单因素方差或变异系数分析,并进行了ISSR分子标记和30种性状的形态标记研究;将调查和测定取得的形态特征、产量及主要经济性状数据录入用PHP+MySQL+Apache技术建立的甘薯种质资源信息管理平台数据库。通过以上研究内容揭示了88份甘薯种质资源的性状表现丰富程度和遗传多样性,为甘薯种质资源的搜集、鉴定、管理提供科学依据,更为甘薯育种亲本的选择、杂交组合的配制提供指导和依据,对于促进育种效率和成效的提高具有重要意义。
本研究获得了以下初步结果:
1、甘薯种质资源形态特征、产量及其他主要经济性状的研究:调查和测定了88份甘薯种质资源的形态特征、产量及其他主要经济性状,对基部分枝数、最长蔓长、茎粗和叶片面积四个性状进行单因素方差分析,并计算产量和部分经济性状的变异系数。基于田间性状的调查数据,将9项数量性状转换为形态多态性状并编码,21项质量性状按各自拥有的多态编码,应用DPS7.05统计软件对形态学数据进行欧式距离聚类并估算遗传距离。结果表明:基部分枝数、最长蔓长、茎粗和叶片面积的性状差异较明显;鲜薯产量、藤叶产量、薯干产量及单薯出苗数性状的变异系数均在40％以上;生物鲜产量、生物干产量、重量上薯率及薯块干物率的变异系数均在30％以下。形态学聚类分析结果表明:各份甘薯种质资源的平均欧式距离是6.42;徐薯22和R11-45之间的欧式距离最近,为3.61;陵水2号和3-0-A1之间的欧式距离最远,为11.00;在欧式距离约为7.2处时,可以分为5个组群;国内品种的亲缘关系与资源的来源地并无明显对应关系。
2、甘薯种质资源遗传亲缘关系的ISSR聚类分析:采用10个ISSR引物对88份甘薯种质资源进行分子标记研究,共得到了清晰、稳定性好的2652条谱带,其中多态性谱带2190条,多态性比率为82.58％。基于ISSR标记产生的聚类图在阈值为0.72处将88份甘薯种质资源分为11组,各资源间的相似性系数分布在0.438-0.906之间。这表明这些甘薯种质资源间既有相似的遗传背景,也存在一定的差异。从整体来看,国内品种的亲缘关系与其来源地并无明显对应关系。重庆育成品系91-78-67和99-103-33,江苏育成品种R11-45和湖北育成品种鄂薯407之间的相似性系数最大,均为0.906;重庆育成品系9319-1和湖南育成品种湘薯541之间的相似性系数最小,为0.438。通过遗传相似性分析,可以为亲本选择与搭配提供指导,如考虑相似性系数较小的资源进行亲本组配,似乎92-93×广菜薯3号,9319.1×湘薯541,渝薯40×南薯007等杂交组配较为理想。
3、甘薯种质资源信息管理平台的设计与应用研究:用PHP+MySQL+Apache技术建成甘薯种质资源信息管理平台,并录入本文所研究的88份资源的形态特征、产量性状、主要经济性状、综合评价以及图像等相关信息。该平台实现了计算机对种质资源信息的统一管理,能够及时发布甘薯种质资源的基本信息,并提供几种不同的信息奄询与筛选类别,使育种专家及其他用户能浏览数据库中甘薯种质资源的相关信息和搜索到符合条件的信息。且该平台具有完善的后台管理模块,使平台管理员能够及时准确地对数据库内容进行增添、删减及修改等。
综上所述,通过对西南大学重庆市甘薯工程技术研究中心的88份甘薯种质资源的形态特征、5种产量性状和11种经济性状的调查和测定,形态标记和ISSR分子标记遗传多样性分析以及这些资源的计算机信息管理平台建设等研究表明,这些资源具有一定的多态性,可以从中筛选出具有出苗数高、高产最潜力等优良性状的资源,但仍需搜集、补充新的资源用以增加群体中生物鲜产量、生物干产量、重量上薯率及薯块干物率的性状表现丰富程度;形态标记与ISSR标记二者结合评价甘薯种质资源的遗传多样性具有可行性,通过使用计算机技术对甘薯种质资源的主要性状等信息进行查询和筛选等综合性管理与开发,能够有效推动甘薯种质资源的基础性研究和甘薯育种应用性研究。