芋種質資源遺傳多樣性及種下分類研究

芋種質資源遺傳多樣性及種下分類研究

芋頭是天南星科芋頭屬植物的總稱。因為球莖豐富了淀粉，葉柄和花序也具有很高的營養(yǎng)價值，因此，芋頭長期以來被認為是一種重要的糧食和蔬菜種類。與其他作物相比，研究芋頭是不夠的。在國際植物遺傳資源研究所（pigri）的支持下，作者選擇了中國云南省（南方少數民族聚積區(qū)豐富的芋頭資源）和山東?。ū狈綕h族聚積區(qū)主要的芋頭資源）進行了試驗?？紤]到其他省區(qū)，我們研究了芋頭物質資源的遺傳多樣性和分類，為保護和繼續(xù)應用芋頭遺傳多樣性提供了科學依據。1材料和方法1.1方法及調查方法(1)按照項目研究內容,先后在云南省的怒江州、德宏州、西雙版納州、玉溪等地州的30個縣40多個自然村進行實地調查和芋樣品采集,對在湖南省永州、江永、祁陽、長沙等地收集的芋品種,以及武漢國家種質水生蔬菜資源圃收集的芋品種進行了研究,共采集芋樣品120多份.所有樣品均收集定植于中國科學院昆明植物研究所植物園內.(2)按預定的旅行路線,自萊陽→濰坊→濟南→菏澤→濟寧→萊蕪→臨沂→日照→青島共16個調查取樣點,實地考察了山東芋遺傳多樣性及分布的生態(tài)條件.詳細記載16個取樣點31份芋材料的植物學特征和生物學特性,并分別照相.將各調查點有特點的芋材料分別收集1~5kg作為進一步研究用.(3)運用民族植物學和參與性的調查方法,對不同地區(qū)、不同民族和人群利用和管理芋品種的方式,種質資源的交流、品種篩選方法和民間分類等進行了系統(tǒng)的記錄、整理和分析.1.2田間種植試驗以在云南、湖南和武漢取樣的120多份材料和在山東收集的31份芋種質資源材料為試材,分別在中國科學院昆明植物研究所植物園內和山東萊陽農學院蔬菜試驗站進行田間種植試驗,分別采用露地栽培和地膜覆蓋栽培法,隨機區(qū)組試驗設計,重復3次,詳細記載各種性狀.2結果與分析2.1提高產品的質量,豐富產品品質研究結果表明:無論是從事稻作農業(yè)、旱地農業(yè)還是輪歇農業(yè)的民族和社區(qū),利用芋的歷史都非常悠久.但隨著人口的增加,集約化農業(yè)的推廣和政策引導以及市場經濟的發(fā)展,1)傳統(tǒng)栽培的芋品種越來越少.山東各地民間在引種芋時,除考慮當地居民食用口感的需要外,還考慮到加工出口對產品的要求及經濟效益等方面因素.這樣就使山東芋遺傳多樣性的發(fā)展受到了限制,一些產量高、品質好、芋形符合加工要求的品種就得到了發(fā)展;反之則得不到發(fā)展.2)在云南的西雙版納勐宋的哈尼族和基諾山的基諾族中,平均每戶種植5~6個不同的芋品種,從事旱地農業(yè)的地區(qū),一般每戶種植的芋品種也有2~3個,而在以市場銷售為目的的地區(qū),農戶種植的芋品種較為單一.芋的栽種面積不斷萎縮,傳統(tǒng)栽種芋的菜園和農地被高附加值的經濟作物所代替.3)在山東,近年來由于芋加工出口量劇增,有的年份種芋的經濟效益較高,農民對芋生產逐漸重視起來,將種植其他蔬菜的新技術應用于芋栽培,使芋的單位面積產量有了較大的提高.又由于芋是無性繁殖植物,各地沒有遺傳資源保存的專門機構,就使得用于產業(yè)化生產的品種得到發(fā)展,另一部分芋品種資源逐漸丟失.2.2通過區(qū)域研究和育種野生動物資源的分布2.2.1天氣形勢穩(wěn)定的近緣種在云南省南部熱帶地區(qū),仍保留有芋的野生近緣種.這些野生近緣種匍匐莖很發(fā)達,每根匍匐莖的頂端都形成小芋頭,有的已定根生長,匍匐莖的直徑在0.2~0.5cm,匍匐莖的長短不一,長的可達112cm,短的只有18cm.野生近緣種類型在云南的金平、河口以及西雙版納等地也有分布.2.2.1.培種和彎根沒有栽培在云南省元江縣等一些氣候較炎熱的地方,傣族百姓還習慣栽培一種叫彎根的芋,為半栽培種,大部分栽培在水中,這種芋普遍具有20~50cm長的匍匐莖,匍匐莖頂端也形成小植株.彎根芋又分為:甜彎根和麻彎根兩種.麻彎根只能作飼料,甜彎根的花、葉柄和匍匐莖都可以作蔬菜,彎根在滇中地區(qū)江川縣星云湖畔有地熱溫泉的地方也有引種.2.2.1.關于芋的分布(1)滇中地區(qū),包括昆明、曲靖、楚雄、玉溪、建水等地,海拔在1400~1800m,年平均溫度14~16℃,年平均降水量1000mm左右.這些地區(qū)干濕季比較分明,雨量中等,土地肥沃,灌溉設施好,是云南省的糧食主產區(qū).芋大部分種植在壩區(qū)、平地、蔬菜地等較濕潤地方.品種有花莖用芋類的開花芋,多子芋類的青芋、黑梗鴨芋、黃梗芋,多頭芋類的狗爪芋,魁芋類的大紫芋、棕芋等.其中開花芋的種植面積最大,也最集中,在宜良縣縣城周圍已形成規(guī)模種植,每年栽培面積近70hm2.(2)滇西南地區(qū),主要包括西雙版納州和德宏州,海拔500~1500m,年平均溫度20℃以上.年平均降水量1500mm以上,全年無霜.氣候溫和,熱量充足,雨量充沛,空氣濕度大,很適合芋的生長.在本區(qū)已發(fā)現芋的野生近緣種和其他多種類型,在芋的遺傳多樣性上具有重要研究價值.2.2.2通過合理的種植和利用資源豐富特性,增加特性資源對山東省芋遺傳多樣性調查,未發(fā)現野生類型,以栽培品種為主,主要是旱芋類型的多子芋品種.由于芋的加工出口量劇增,部分農民為了追求高產量,從南方引進部分水旱兼用型品種,對增加芋的遺傳多樣性有利.這類品種雖產量較高,但風味品質較差,直接影響了山東芋加工品的出口.近年來在生產實踐中選擇遺傳的變異,用輻射等方法誘發(fā)變異,經過培育和選優(yōu),選育出一批既高產又品質較好的新品種,如魯芋1號、科王1號、萊芋3號、4號、8520等.進一步豐富了山東芋的種質資源.山東芋分布的生態(tài)環(huán)境比較復雜,由于人多地少和芋對不良條件適應性強的特點,山東芋主要種植在一些不宜種植其他農作物的山地、丘陵、緩崗平原、河灘洼地等,在管理粗放的條件下芋產量較低.近年來由于芋加工出口量劇增,有的年份種芋的經濟效益較高,農民對芋生產漸漸重視起來,將種植其他蔬菜的新技術應用于芋栽培,使芋的單位面積產量有了較大的提高.2.2.3種植品種研究為準確了解不同芋栽培品種的特點,運用民族植物學的參與性農村評估方法(PRA),組織不同民族的農民參與對不同芋品種的比較研究,其目的是增強各民族對芋種質資源保護的自覺性和參與性.其過程為:村民自由列舉出當地種植的芋品種及其特點;組織半結構訪談(SSI),討論每個品種的當地名,名稱含義,命名規(guī)律,種植歷史;實地比較不同品種的鑒別特征;討論不同品種對氣溫,土壤,水分,庇蔭等生境條件的適應性;討論不同時間與芋種植相關的農事活動及特點,包括選地,整地,播種,底肥,芋種選擇,除草,培土,澆灌,施肥,收獲;調查不同品種種植面積的變化、產量等.研究結果表明:1)一個地區(qū)芋品種數量的增加,與人口的遷移以及同外界的交往頻繁與否有密切的關系;2)當一個芋品種的種植面積很大,另一些品種的種植面積變得很小時,遺傳多樣性呈減少趨勢;3)外來芋品種在沒有完全取代當地某個品種時,遺傳多樣性增加.4)某些芋品種的種植歷史短,有助于縮短產生抗逆性的周期,對保護芋遺傳多樣性有好處.2.3化學加工過程芋形態(tài)學研究的重點是將民間分類(見表1)和性狀評價與植物分類學有機地結合起來.綜合芋民族植物學調查和南北方品種比較試驗,芋的分類性狀主要包括:口味(麻澀或辛辣程度)、生態(tài)適應性(特別是對水分和土壤的要求)、塊莖大小和形狀、地下走莖發(fā)達與否、子芋的發(fā)生方式、與母芋連接的緊密程度、葉柄(芋梗)的顏色和粗細;葉片與葉柄連接處顏色、葉片的大小和顏色、花序中佛焰苞的顏色及附屬器的長短等.2.3.2rapd分析張志依據食用部分把芋分為葉用芋和球莖用芋兩個變種;蔡克華提出:“如在張志的分類法中再增加一個花芋變種似更全面”.普迎冬等“根據蔡克華和魏文麟的觀點,將調查的芋頭類型分為葉用芋變種、莖用芋變種和花用芋變種三大類”.但未見有說服力的證據.筆者在廣泛收集的150多份芋種質資源中選擇49份有代表性的材料進行RAPD分析,結果表明:兩份食用花莖的紅芋類(一個材料產于湖北省,另一個由筆者從云南省引種到山東省)遺傳距離雖較遠,但被聚為一種類型;與葉用芋類的親緣關系較近.從芋的主食器官類型不同考慮,參考芋民族植物學民間分類的觀點,可以考慮將云南紅芋一類主食花莖的芋作為花莖用芋變種(var.Inflorescens),與葉用芋變種和球莖用芋變種組成芋種下3個變種的園藝學分類系統(tǒng),請有關學者進一步探討.為便于檢索,對以上芋種下園藝學分類編制檢索表如下:2.4建立化學資源基因庫由于芋種質資源受到各種來自人為或周圍環(huán)境改變的影響,品種的丟失時有發(fā)生.為了減少和避免種質資源的損失,依據芋的生物學特性和種群數量的多少,可以采取就地保護、遷地保護和建立種質基因庫這三條途徑來解決.2.4.擴大國內種類,豐富種質資源保護的辦法就是在利用中進行保護.通過科技部門的科學指導,引導當地農民栽培開發(fā)適銷對路的芋品種,使芋成為商品,這樣當地農民就會想方設法擴大其芋的種植面積,也會主動地保留一些芋品種.例如山東萊陽芋頭出口創(chuàng)匯經濟的成功范例,極大地推動了山東多子芋的產業(yè)化發(fā)展.廣西荔浦檳榔芋、湖南江永香芋(檳榔芋)、云南宜良開花芋,即是適應市場需要,從原來的各家各戶零星種植,到如今的成片、規(guī)模、科學種植.在發(fā)展經濟的同時,選育新品種、開發(fā)地方特色優(yōu)良品種,從而實現創(chuàng)新、保存和豐富芋種質資源的目的.2.4.2利用物園或苗圃生產整合知識的知識對種群數量較少、很少栽培利用的芋品種,通過采集活植株或小苗,將它們移植到植物園或苗圃,使其在人工的管護下繁衍生長,以達到長期保存種源的目的.這對于已經很少利用或分布帶窄的芋品種很有必要.目前“國家種質武漢水生蔬菜資源圃”已在國內