朱顶红新品种DUS测试数量性状筛选与分级

朱顶红属(Hippeastrum)为石蒜科多年生草本植物,原产南美洲,即从阿根廷北部到墨西哥以及加勒比海?Hippeastrum来源于希腊文,意思是horseman'sstar,即“骑士之星”[1]?朱顶红叶形优美?花大色泽艳丽,是理想的盆栽及切花材料,特别适宜于在室内或大型场所的陈列展示,具有非常华美的效果,受到国内外广大消费者的喜爱?朱顶红在20世纪初引入中国,一直发展缓慢[2]?近年来,随着杂种朱顶红的进口,我国的朱顶红生产正在迅速发展,国内目前在组织培养?单株选育?辐射育种等方面有所探讨,利用资源进行朱顶红的杂交育种也开始研究[3-4]?

朱顶红形态学研究较多,既有简单地对品种进行形态学观测,如于波等[5]调查了51个朱顶红品种在广州地区的主要园艺性状,赵光英等[6]进行了三亚地区朱顶红盆栽园艺性状比较试验,也有对形态性状间关系的评价,如张林[7]对朱顶红的形态性状进行了主成分分析,并对56个品种进行了聚类,认为花色对朱顶红的分类具有较大影响,吴永朋等[8]对20个朱顶红品种的生物学指标进行了回归和聚类分析,得到了花期与株高的回归方程,但并未见对数量性状品种内一致性评价的报道?

植物新品种特异性(distinctness)?一致性(uniformity)和稳定性(stability)测试(简称DUS测试)指南是新品种审查测试的技术基础和授权的科学依据[9]?国际植物新品种保护联盟(简称UPOV)早于2001年颁布了该属指南(TG/181/3)[10],日本等国也颁布了相应的测试指南[11],为保护育种者的合法权利,提高育种创新的积极性,推动朱顶红的育种进程,促进朱顶红新品种的产业发展,有必要研制符合我国国情的朱顶红DUS测试指南?在DUS测试指南中,数量性状的不同表达状态虽然都列出了所对应的标准品种,但没有同时列出相应的分级数据[10-11],容易给育种家和DUS测试人员造成误解和偏差,有些数量性状的观测部位也未明确说明,影响朱顶红新品种的描述和DUS测试结果?

作为农业行业标准《植物新品种特异性?一致性和稳定性测试指南朱顶红属》的研制单位,本研究以收集的70个品种为研究对象,对朱顶红12个数量性状进行了筛选并分级,并对5个数量性状的测量部位进行了研究,以期为朱顶红新品种DUS测试技术提供更为科学的依据?

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为分2批收集的70个品种(表1略),其中存在12个重复品种,均为引自荷兰的朱顶红品种?

1.2 数量性状鉴定

所有材料种植于上海市农业科学院3连栋塑料大棚内,遮阳网透光率为50%,栽培基质为泥炭∶珍珠岩=3∶1(V∶V)的混合基质,花盆为25cm×17cm的棕色塑料盆?株行距为30cm×30cm,每品种不少于15株,设2次重复;定植的朱顶红种球为围径18～34cm?其他管理措施与朱顶红常规生产基本相同[12]?本研究调查12个数量性状(表2略),其中7个为UPOV公布的朱顶红属新品种DUS测试指南选用的性状,5个为指南研制过程中的候选性状;性状测试的时间?部位?方法和要求严格按照《植物新品种特异性?一致性和稳定性测试指南朱顶红属》[10]执行?

1.3 数据统计

1.3.1 数量性状的分级和相关性分析通过Excel计算出各数量性状的最小值?最大值?平均值和标准差,按照级差大于等于2倍平均标准差的要求,对各数量性状进行分级;用SPSS20计算各数量性状间的相关系数;同名品种用NTSYS的DISC算法计算其相似系数?其中:极差=最大值-最小值;

级数1=极差/(标准差平均值×2);

级数2是级数1按照1?3?5?7?9的就小取值;

级差=极差/级数2;

分级数是根据中值和级差而确定的?连续的不同数据分布范围的数量?

1.3.2 数量性状测试部位确立以部分品种为代表,分别测量花茎上?中和下部的宽度,同一种球不同花茎上的数量性状,同一花茎不同花的数量性状,同一花不同花被片的长度和宽度以及不同大小种球的同一品种的数量性状,确定各数量性状的合适测量部位?

2 结果与分析

2.1 数量性状分级和相关性分析

70个参试品种在叶长度等12个数量性状的最小值?最大值?标准差和平均值等见表3（略）?70个品种的平均变异系数分布在7.0%～20%之间,除性状2?性状6和性状9外,其他9个数量性状的表达比较一致,平均变异系数均小于15%;按照级差大于等于2倍平均标准差的要求,将性状2分成3个连续分布的分级范围,将性状1?3?4?5?8?10?12等分成5个连续分布的分级范围,将性状6?7?9等分成7个连续分布的分级范围,性状11分成9个连续分布的分级范围(表4略)?

通过计算各数量性状间的相关系数,结果表明各性状分别与2～9个性状存在极显著相关(表5略),如性状1分别和性状3?性状4?性状7?性状10和性状12存在极显著相关,性状2和性状7存在极显著负相关?和性状11存在极显著正相关,性状3分别和性状4?性状5?性状7?性状12存在极显著正相关,性状4分别和性状5?性状7?性状12存在极显著正相关,性状12与除性状2和性状6外的其他9个性状均存在极显著正相关?

2.2 数量性状的筛选

以变异系数为判断标准时,一般以变异系数均值小于15%作为其品种内一致性符合要求的标准[13]?除性状2外的4个候选性状的平均变异系数均小于15%,品种内一致性高,满足DUS测试要求?性状3与性状4相关系数高达0.796,与其他性状存在相似的相关性,由于性状4的变异系数小于性状3,因此推荐测试时以最大成熟叶为测量“叶:宽度”的对象?

性状12的平均变异系数为9.1%,满足DUS测试要求,考虑到该性状与大部分数量性状存在极显著正相关,推荐将该性状作为选测性状?

从表5（略）可以看出,性状2(叶:数量)对于花茎中部宽度及花:最大花被片宽度有较大影响,但由于平均标准差较大,仅能分成3级,区分能力较弱,不推荐作为DUS测试性状?

2.3 花茎不同部位的宽度差异

以品种编号29?编号52?编号60为材料,分别测量10个花茎上?中?下3个部位的宽度(图1略),结果表明花茎从下往上逐渐变细,但不同品种变细程度略有差异,其中品种编号52和编号60变粗程度比较明显,而编号29从下部往中部变细程度则未达到显著差异?因此在测量花茎中部的最大宽度时要求严格测量花茎的1/2处,以减小测量误差?

2.4 同一球不同花茎数量性状差异

尽管大部品种朱顶红仅抽1枝花茎,但也有不少品种可以同时或先后抽出2枝花茎,对于品种编号37?编号52?编号60这3个同时抽出2枝或以上花茎的品种分别测量第1茎和第2茎的花茎长度?花茎中部粗度?花梗长度?最大花被片长度?最大花被片宽度和花直径进行比较,结果表明不同茎上各性状测量值略有差异,对于花茎长度,品种编号37和编号60中第1茎长于第2茎,而品种编号52中则相反;3个品种的第1茎花梗长度均长于第2茎;其他几个性状则差异极小?但t检验发现两者并无显著差异,为测试方便,规定DUS测试时测量第1花茎(图2略)?

2.5 同一花茎不同花差异

杂种朱顶红一般在同一花茎有4朵以上花,不同花开放时间略有差异?测量同一花茎上不同花的花梗长度?最大花被片长度和宽度以及花直径,发现同一品种不同花间数量性状差异较小,仅品种编号29第3花的最大花被片宽度大于第2花和第4花,品种编号52则是第3花和第6花的花梗长度大于其他4朵花(图3略)?因此,DUS测试时可选择正在盛开的花测量最大花被片长度和宽度以及花直径,但花梗长度应记录同一花茎上的最大值?

2.6 同一花不同花被片间的差异

3个单瓣品种的测量结果均表明,外花被片长度间不存在差异,而明显长于内花被片;外花被片的宽度间也不存在明显差异,而内花被片则有明显差异,其中中内花被片明显窄于侧内花被片?2个重瓣品种(品种编号32和编号26)也表现为外花被片的长度?宽度间不存在差异(图4略)?因此“花:最大花被片长度”及“花:最大花被片宽度”可以分别修改为“花:外花被片长度”和“花:外花被片宽度”,同时以中外花被片为观测对象?

2.7 种球大小对数量性状的影响

分2批从国外进口的同名品种共有12对,其中品种编号40与编号16虽然品种名相同,但花形态差异极明显,应该是同名异物?其余11对数量性状观测结果见表6（略）?从表中可以看出,种球大小相同的同一品种也会在部分性状特别是性状1中存在1个代码的差异,性状2?性状7?性状10代码相同?而围径相差2cm时,则有可能在部分性状存在2个代码的差异,如品种编号32的性状1?性状6?性状9?性状10和性状12均明显大于14,特别是性状9和性状1相差2个代码,其他几个品种也表现出相似规律,围径相差6cm的品种编号25和编号46有6个性状存在1个代码的差异?多数品种的球径大小对“花序:花数量”和“花:花梗长度”2个性状有明显影响,因此测试时必须要求球径大小相同?

3 结论与讨论

3.1 标准品种校准数量性状的分级

数量性状容易受到光照?温度?水肥条件等环境因素的影响,存在年度?地区间的变化,因此在我国和UPOV的测试指南中,数量性状的表达状态均不直接给出具体的数值,而是列出相应的标准品种来矫正环境对测试结果的影响[14]?而本研究发现朱顶红的数量性状还受种球大小影响较大,吴永朋等[15]对3种朱顶红幼苗的种球直径?叶宽和叶长进行了回归分析,发现品种卡里美柔和红狮子种球直径?叶宽和叶长之间存在显著的线性关系,因此作为数量性状的标准品种需同时规定其种球大小?

3.2 以变异系数为指标评价数量性状一致性

测试性状的稳定性评价方法有多种,包括建立方差分析数学模型法[16]?符合系数法[17]?t-检验法[18]等?而变异系数由于可以消除单位和(或)平均数不同对2个或多个资料变异程度比较的影响,是评价数量性状的一致性的常用统计方法[19]?如贺晨帮等[20]用变异系数对豌豆数量性状的一致性作出了评价?张冬菊等[21]?刘青林等[22]?郝京辉等[23]用变异系数分别对切花菊?百合?菊花的DUS测试指南候选性状的一致性进行了分析判定,筛选出可用于品种特异性判定的性状?一般均以品种内变异系数小于15%作为性状一致性的评价标准,但由于朱顶红的数量性状不仅受环境影响,而且受种球大小及种球内养分积累等因素影响,因此建议以变异系数小于20%作为朱顶红性状一致性的评价标准?

3.3 朱顶红DUS测试指南用于资源评价的可能性

卢柏山等[24]的研究表明,DUS测试性状可应用于玉米自交系的形态多样性分析?我国目前引进的朱顶红品种普遍存在名称混淆?遗传背景不清等现象,这些都为朱顶红品种资源的保存?品种的分类与鉴定?品种的多样性分析等带来了困难,严重限制了朱顶红的杂交育种及生产推广?依据DUS测试指南调查所有品种的形态性状,进行分析可以区分同名异物品种如编号40和编号16,也能找出其中的错名品种,如编号51与编号52相似系数达0.900,从观测结果可以看出2个品种在各性状上均无显著差异,检索发现,编号52(Faro)的花表型与观测植株不同,很可能是种植过程或购买时出现了失误?种球大小相同的同一品种如编号67和编号6首先聚在一起,可见DUS测试指南可以有效地用于资源评价?