天博TB41份绿豆种质资源遗传多样性分析及抗病性鉴定 科技导报以2个年度3个试点田间试验数据为基础，对全国10个省区收集到的具有代表性的41份绿豆种质资源的主要农艺性状进行了评价，并分析了这些资源的表型遗传多样性和病毒病、白粉病抗性水平。结果表明：41份绿豆种质资源遗传多样性丰富，遗传多样性指数为0.321~2.039，数量性状的遗传多样性明显高于质量性状。

　　绿豆是中国主要食用豆类之一，属高蛋白、中淀粉、低脂肪类食物，富含多种矿物质元素天博体育、维生素和活性物质，具有抗菌、抗肿瘤、降血压和解毒作用，是传统的药食同源作物。由于绿豆生长周期短，播种时间弹性大，并具有共生固氮、改良土壤的能力，深受广大种植户的喜欢。绿豆全球种植面积超过600万hm2，在东亚各国普遍种植，是泰国、菲律宾最重要的豆类作物，斯里兰卡绿豆在豆类作物中排第2；印度、缅甸、孟加拉国、印度尼西亚则排第3。在中国，绿豆已有2000多年的栽培历史，50年代中国绿豆种植面积位居世界首位，出口约占国际市场的20%以上。2021年，全国绿豆的种植面积约为9.5万hm2，在四川常年种植面积约1.18万hm2，在促进脱贫增收、农业结构调整及改善膳食结构中起着重要作用。

　　自然选择在作物的进化中发挥着重要作用。绿豆种质在中国经过2000多年自然环境的选择，大多已经适应了干旱、炎热、土壤肥力差、病虫害流行等各种不利环境条件，因此也在产量及其构成因子、生长习性、成熟期等农艺性状上积累了丰富的变异。研究表明，目前生产上绿豆大多具有较强的抗病性，可作为育种抗性材料加以利用。经过近20年的育种研究，优良绿豆品种的种植面积增加，种植品种的单一性使得绿豆的多样性正逐渐降低。目前，巴基斯坦94%、缅甸89%、印度82%和孟加拉国72%以上种植的绿豆均是改良绿豆品种，导致绿豆基因的遗传受到侵蚀。当出现新的病虫害时，绿豆种植将面临严重风险。因此，绿豆种质资源的收集、鉴定和利用在现代绿豆育种中尤为重要。本研究对从中国各省市采集的绿豆种质资源的重要农艺和产量性状进行鉴定和评价。

　　41份参试绿豆材料由四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所、四川豆类杂粮创新团队绿豆岗位从全国各地收集，涵盖四川、重庆和山东等10个省份，其中山东7份，四川、重庆和山西各6份，河南5份，河北4份，北京、江苏和黑龙江各2份，福建1份（表1）。

　　于2020—2021年分别在四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所广汉市高原村试验基地、成都市青白江区城厢镇前锋村试验基地、姚渡镇凉水村试验基地田间试验种植与性状调查，每份材料种植4行，行距0.45m，行长4.8m，株距0.27m，每穴播种3~4粒，定苗2株，4次重复。其中高原村基地5月上旬播种，前锋村和凉水村基地6月下旬播种。性状调查项目严格按照国家农作物种质资源平台、国家作物科学数据中心《绿豆种质资源数据质量控制规范》和《绿豆种质资源描述规范与数据标准》记载，调查质量性状包括生长习性、主茎色、叶形、叶色、粒色、花色、种皮光泽度、粒形、成熟荚色；数量性状包括全生育期天数（d）、株高（cm）、主茎分支数（个）、单株荚数（荚）、单荚粒数（个）、荚长（cm）、百粒重（g）、单株产量（g）。

　　于2020—2021年在常年有白粉病发生的四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所青白江区姚渡镇凉水村试验基地，以及常年有绿豆病毒病发生的广汉市高原村试验基地，分别开展抗白粉病和病毒病田间鉴定。每份材料种4行，行长9.6m，行距0.50m，株距0.25m，每穴3~4粒点播，均保留2株，3次重复。参照龙钰臣等的方法于苗期、初花期、盛花期、成熟期统计各级发病株数，计算病情指数。病毒病统计方法参照Kumar等和《绿豆种质资源数据质量控制规范》以及《绿豆种质资源描述规范与数据标准》，0级：植株叶片正常；1级：植株叶片呈现轻微花叶；3级：植株叶片呈现中度花叶；5级：植株叶片呈现轻微皱缩或轻花叶皱缩；7级：植株叶片呈现明显花叶或皱缩或畸形；9级：植株叶片呈现重度花叶或花叶皱缩或坏死。白粉病统计方法参照Sumartini and Trustinah和《绿豆种质资源数据质量控制规范》以及《绿豆种质资源描述规范与数据标准》，0级：叶片上无可见侵染；1级：菌体覆盖叶面积0.1%~10%；3级：菌体覆盖叶面积10%~35%；5级：菌体覆盖叶面积35%~65%；7级：菌体覆盖叶面积65%~90%；9级：菌体覆盖叶面积90%~100%。

　　分别对生长习性等9个质量性状予以赋值，对生育期等8个数量性状进行10级分类处理，第1级[XiiXi为第i级中的数据。利用Excel计算数量性状的平均值、标准差、变异系数，并统计每一级的相对频次，计算多样性指数H（Shannon-Weaver index），计算公式如下：

　　式中，H为Shannon-Weaver多样性指数，以2个年度3个试点田间试验数据的平均数据进行分析，n为某一性状表型级别的数目，Pi为某性状第i级别内材料份数占总份数的百分比。

　　主成分分析和聚类分析在SPSS19.0软件中进行，主成分分析参照Rohlf等的方法，聚类分析参照刘洪等采用UPMGA法进行聚类。

　　抗性评价标准参照国家农作物种质资源平台、国家作物科学数据中心《绿豆种质资源数据质量控制规范》和《绿豆种质资源描述规范与数据标准》按病情指数划分。病毒病，高抗（HR）：DI2；抗（R）：2≤DI10；中抗（MR）：10≤DI20；感（S）：20≤DI50；高感（HS）：DI≥50。白粉病，高抗（HR）：DI2；抗（R）：2≤DI15；中抗（MR）：15≤DI60；感（S）：60≤DI80；高感（HS）：DI≥80。

　　从表2可以看出，9个质量性状的平均遗传多样性指数为0.704。其中，花色的遗传多样性指数最高，为0.938；成熟荚色因只有4份种质为褐色，其余均为黑色，故遗传多样性指数最低，仅为0.321。参试材料的株型以直立型为主，占61.0%。多数材料（24份）的分枝性处于中间水平，占48.9%。种皮颜色以绿色为主，仅有1份褐种皮材料和5份黑种皮材料。粒形以短圆柱形籽粒为主。叶形以卵圆形为主（31份），占75.6%。总体来说，遗传多样性指数排序为：花色生长习性叶色粒形主茎色叶形种皮光泽度粒色成熟荚色。

　　表3分析结果显示，数量性状平均变异系数为15.35%，平均遗传多样性指数为1.975。其中，百粒重的遗传多样性最丰富，多样性指数为2.039，变异系数为10.48%。主茎分枝的变异系数最大，为24.04%，多样性指数为1.991。荚长的多样性最低，为1.902，变异系数也较低，为8.83%。生育期的变异系数最小，为4.68%，多样性指数为1.920。此外，参试材料的株高平均为62.91cm，主茎分枝平均为5.49个；单株荚数平均为21.69个，分枝较多、荚较长、单荚粒数多。各性状遗传多样性排序为百粒重单荚粒数单株荚数主茎分枝株高单株产量生育期荚长。

　　分别对2020、2021年2年调查的8个数量性状进行相关性分析（表4），结果显示株高与生育期呈显著正相关，主茎分枝与生育期、株高呈极显著正相关，说明生育期对绿豆植株形态建成具有重要作用。单株荚数与主茎分枝、生育期呈极显著负相关；百粒重与生育期、主茎分枝、荚长呈显著正相关，而与单株荚数、单荚粒数呈显著负相关；单株产量与单株荚数、单荚粒数分别呈极显著、显著正相关，而与主茎分枝、生育期分别呈极显著、显著负相关；其他性状没有显著的相关性。

　　对41份参试绿豆种质的17个性状进行主成分分析（图1、表5），前5个主成分对表型变异的累计贡献率达到了71.95%，包含了17个性状的绝大部分信息。将所有参试的绿豆种质作为一个混合群体，以每份材料的三维主成分数据绘制三维聚类图（图2）。前5个主成分中第1主成分的贡献率为19.88%，第一主成分对单株荚数和单荚粒数的贡献较大，其特征向量值分别为0.239和0.234，基本上代表的是形成产量相关的性状；第2主成分的贡献率为16.19%，其对种皮光泽和粒形的贡献较大，特征向量值均为0.332，基本上代表了籽粒特性相关的性状；第3主成分的贡献率为15.43%，其对生长习性和主茎色的贡献较大，特征向量值分别为0.343和0.344，基本上代表了植株生长习性的相关性状；第4主成分的贡献率为12.01%，其对粒色和荚长的贡献较大，特征向量值分别为-0.364和0.401，基本上代表的是荚和籽粒生长相关的性状；第5主成分的贡献率为8.43%，其对花色和株高的贡献最大，特征向量值分别为-0.565和0.558，代表的是植株株高相关的性状。

　　根据主成分分析结果，利用17个性状的前3个主成分得分绘制了三维主成分散点图（图2），图像显示41份参试材料大致分布在2个区域，分布在区域I的材料多为直立型材料，而分布在区域II的材料多为半蔓生或蔓生型材料。

　　基于17个性状的聚类分析表明，参试材料可分为5个类群（图3、表6）。其中，第I类群包含7份材料，株型多为直立，生育期在5个类群中最短，平均为65.3d，属早熟品种，株高最低（53.6cm），主茎分枝最低（3.7个），粒色以绿色为主，粒形以短圆柱形为主，单株荚数和单荚粒数在5个类群中最高，分别为28.9和12.5，种皮光，百粒重平均为5.70g。

　　第II类群共包含13份材料，株型多为直立型，生育期平均为66.0d，株高平均为64.0cm，单株荚数和单荚粒数中等，平均分别为21.8个和12.2个，粒色均为绿色为主，粒形长圆柱形，种皮毛，百粒重5.91g。

　　第Ⅲ类群包含14份材料，株型以蔓生为主，生育期较长（69.9d），株高是5个类群中最高的，平均为71.9cm，粒色均为绿色，粒形以短圆柱形为主，种皮光，百粒重6.43g，是5个类群中最高的。

　　第IV类群包含6份材料，株型以直立型为主，生育期在5个类群中最高，平均为70.0d，株高较低（54.3cm），粒色多为绿色，粒形以短圆柱形为主，种皮光，百粒重5.76g。

　　第V类群仅有1份材料，收集自山西晋中太谷县的TG2020024，株型直立，生育期65.6d，株高60.0cm，粒色黑色，粒形为短圆柱形，种皮光，百粒重最小，平均为5.37g，属小籽粒材料。

　　田间自然发病鉴定结果显示（表7），参试材料对病毒病抗性较差，病情指数平均为31.66，处于感病水平，其中9份为中抗材料，4份为抗病材料，来自太谷县的绿宝黑绿豆病毒病病情指数最低，为6.77。参试材料对白粉病抗性较好，病情指数平均为51.25，处于中抗水平，其中11份为中抗材料，4份为抗病材料，1份为高抗材料，高抗材料是来自于重庆市农业科学院的渝绿9号，病情指数仅为1.98。

　　绿豆种质资源是其理论研究、新品种选育和大田生产的重要基础。目前，对绿豆种质资源的栽培技术和农艺性状、遗传多样性分析已有较多研究，也有多种分子标记技术应用于绿豆种质资源鉴定、分类研究和性状发掘。相对于分子标记，基于植物表型性状进行鉴定和分类更为直观且简便，可从整体上反映对象的多样性程度。本研究对41份绿豆材料的表型性状进行遗传多样性分析，对其病毒病和白粉病抗性进行鉴定评价，结果表明供试绿豆材料表现出丰富的多样性，其遗传多样性指数为0.321~2.039，质量性状平均遗传多样性指数为0.704，显著低于数量性状遗传多样性1.975，与其他绿豆种质的表型性状遗传多样性研究结果基本相同。变异系数较低的性状如单株荚数、百粒重等多样性指数相对较高，表明遗传多样性指数的大小和变异系数的高低并不具有对应关系，这与万述伟等对豌豆农艺性状的研究结果相一致，而与乔玲等研究结果不一致。以上结果表明全国各地区的绿豆种质资源在长期的种植和驯化过程中，形成了独特的遗传变异特性。

　　作物产量由多基因控制的数量性状，与作物农艺性状密切相关。陈红霖等发现，国内外的481份绿豆材料中，其产量与单株荚数和荚宽呈显著正相关。朱慧珺等对山西省的159份绿豆种质研究发现，其株高、单株荚数与产量呈极显著正相关，单荚粒数同产量存在相关性。康泽然等对20个绿豆种质的单株产量研究发现，百粒重和单株荚数是影响其单株产量的主要因素。本研究表明，单株荚数和单荚粒数同产量呈显著正相关，荚长和百粒重同产量呈正相关，生育期和主茎分支同产量呈显著负相关，可通过上述指标筛选优异种质，同陈红霖等、朱慧珺等和康泽然等研究结果一致。株高与生育期呈显著正相关，表明株高越高，生育期越长，可以通过矮化株型达到选育早熟品种的目的。生育期与单株荚数、单株产量呈极显著或显著负相关，因此可以适当缩短生育期，从而提高产量，为选择早熟高产的品种奠定理论基础。

　　聚类分析结果表明，来自全国11个省的41份参试材料被划分为5个类群，第I类群主要为矮秆、直立以及早熟资源，可作为育种优异亲本材料；第II类群主要是大籽粒材料，可作为改良绿豆籽粒大小的材料加以利用；第Ⅲ类群主要是黑籽粒材料，可作为特色育种材料加以利用；第IV类群和第V类群主要为抗病材料，可作为挖掘病毒病和白粉病抗病基因的亲本材料。这5个类群种质资源的遗传距离一定程度上与地理来源相关，但并无一定的对应关系，表明参试材料并没有在地理上形成较大的种内遗传变异，这主要是由人为选择的复杂性及资源的共享性造成的。因此，在杂交育种选择亲本时，不能简单地以地理来源的差异及环境因素来判断遗传关系的远近，要具体情况具体分析。

　　主成分分析共提取到5个主成分，能解释总性状71.95%的信息，高于龙钰臣等研究结果。参试材料被前5个主成分大致划分为2个区域，且这2个区域的种质并无明显地理聚集现象，这相符合于聚类分析的结果。

　　有学者利用人工接菌法对绿豆植株的病毒病和白粉病抗性进行鉴定，人工接菌法易使植株发病，但实际操作中易导致苗期发病过重、出苗不均匀等问题，本研究中采用的自然发病田块常年有绿豆病毒病和白粉病发生，试验中田块出苗均匀，植株从苗期到成熟期病害发展连续性好。病原菌孢子的萌发和侵染受环境影响，且植物的生长发育、抗性表达受环境影响也较大。在田间自然发病鉴定的基础之上，还应当结合室内接种鉴定结果，来对绿豆种质资源的病毒病和白粉病抗性进行筛选和利用。因此，探索一套室内接种鉴定方法将成为筛选抗病种质资源的重点工作。田间抗性鉴定结果显示，本研究中，抗病毒病4份材料中有2份属于第IV和第V类群，中抗病毒病9份材料中有3份属于第IV类群；高抗白粉病材料渝绿9号属于第Ⅲ类群，抗病4份材料中有2份属于第IV和第V类群，中抗白粉病11份材料种有5份属于第IV类群。因此，第IV类群和第V类群中的材料在病毒病和白粉病抗性上更具潜在的开发价值。

　　综上所述，全国10个省的绿豆种质资源在长期自然选择和本土驯化过程中，既发生着种内基因交流，又发生着遗传变异。

　　以2个年度3个试点田间试验数据为基础，对全国10省区收集到具有代表性的41份绿豆种质资源的主要农艺性状进行了评价，并分析了这些资源的表型遗传多样性和病毒病、白粉病抗性水平，获得如下结论：

　　1）41份绿豆种质资源遗传多样性丰富，遗传多样性指数为0.321~2.039，数量性状的遗传多样性明显高于质量性状。数量性状中百粒重的多样性指数最高，荚长的多样性指数最低，分别为2.039和1.902，各性状遗传多样性排序为百粒重单荚粒数单株荚数主茎分枝株高单株产量生育期荚长；质量性状中，花色的多样性指数最高，成熟荚色的多样性指数最低，分别为0.938和0.321，各性状遗传多样性指数排序依次是：花色生长习性叶色粒形主茎色叶形种皮光泽度粒色成熟荚色。

　　2）株高与生育期呈显著正相关，主茎分枝与生育期、株高呈极显著正相关。单株荚数与主茎分枝、生育期呈极显著负相关；百粒重与生育期、主茎分枝、荚长呈显著正相关，而与单株荚数、单荚粒数呈显著负相关；单株产量与单株荚数、单荚粒数分别呈极显著、显著正相关，而与主茎分枝、生育期分别呈极显著、显著负相关；其他性状没有显著相关性。

　　3）通过对41份参试绿豆种质的17个性状进行主成分分析，前5个主成分对表型变异的累计贡献率达到了71.95%，分别为产量构成因子、籽粒特性因子、植株生长习性因子、荚和籽粒特性因子、植株株高和株型因子。

　　4）聚类分析将41份种质资源聚为5大类群，第I类群主要为矮秆、直立以及早熟资源，共包含7份材料；第II类群主要是大籽粒材料，共包含13份材料；第Ⅲ类群主要是黑籽粒材料，共包含14份材料；第IV类群和第V类群主要为抗病材料，分别包含4份和1份材料。

　　5）经病毒病抗性鉴定，从41份种质资源中筛选出中抗资源9份，抗病资源4份；经白粉病抗性鉴定，从41份种质资源中筛选出中抗资源11份，抗病资源4份，高抗资源1份。

　　作者简介：刘勇，四川省农业科学院经济作物研究所，助理研究员，研究方向为豆类栽培及病虫害防控；叶鹏盛（通信作者），四川省农业科学院经济作物研究所，研究员，研究方向为豆类及蔬菜育种栽培。

　　《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的成果报道、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、智库观点、科技评论、热点专题、综述、论文、学术聚焦、科学人文等。