摘 要：本研究以198份國內外大麻種質資源為材料，開展了14個農藝和品質性狀多樣性鑒定，并進行變異分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析的綜合評價，為我國大麻種質資源創(chuàng)新和資源高效利用提供基礎材料和技術參考。結果表明，198份國內外大麻種質資源具有較為豐富的遺傳多樣性，14個性狀的變異系數范圍為4.79%~64.45%，變異系數最大的是CBD含量，最小的是雌花開花日數，平均值為27.78%，大麻酚（CBN）、大麻二酚（CBD）、大麻二酚酸（CBDA）、次大麻二酚（CBDV）4種大麻素含量的變異系數均大于40.0%，品質性狀表現出更好的變異性；相關性分析表明，CBD含量與CBDA、CBDV和CBN的含量均為極顯著正相關，CBDA含量與CBN含量極顯著正相關，株高與莖粗極顯著正相關，CBDA含量與多個農藝性狀呈現顯著的相關性，株高、莖粗的改良，有利于大麻素CBDA含量的提高；主成分分析把14個性狀綜合為6個主成分，累計貢獻率達到69.204%，表明6個主成分反映了大麻種質資源大部分的性狀信息。聚類分析得到3個類群，其中第Ⅰ類群的69份資源在大麻素含量、株高和莖粗上表現較好，可以進一步篩選作為育種研究的親本材料。
關鍵詞：大麻；種質資源；農藝性狀；品質性狀；評價
大麻（CannabissativaL.）是大麻科（Cannabinaceae）大麻屬（Cannabis）一年生草本植物，俗稱火麻、線麻等，廣泛應用于紡織、醫(yī)藥、食品、化妝品、建筑、造紙等領域。大麻起源于中亞、喜馬拉雅山麓和西伯利亞中部，我國也是重要的起源中心，最早在亞洲和歐洲種植，是最古老的栽培作物之一?？脊磐诰虮砻鳎覈缭?/span>5000多年前就開始利用大麻，20多個省市均有種植歷史，種質資源豐富多樣。國際上把四氫大麻酚（THC，tetrahydrocannabinol）含量低于0.3%的大麻叫做工業(yè)大麻，不具備成癮性且有極高的經濟價值。我國是最重要的工業(yè)大麻生產國，2018年我國大麻的播種面積為1.856萬hm2，產量為10.62萬t，增長較為穩(wěn)定。
大麻雌雄異株，偶有雌雄同株現象，雄花為圓錐花序；雌花團聚于葉腋內，雄株比雌株更早成熟。近年來，工業(yè)大麻的研究聚焦在其重要的次生代謝產物大麻素上。大麻素是大麻生長發(fā)育過程中產生的萜酚類化合物，在開花期前后于大麻雌花腺毛中富集。當前已經鑒定和解析超過100種大麻素，其中酚類化合物是主要的研究對象，包括大麻酚（CBN，cannabinol）、大麻二酚（CBD，cannabidiol）、次大麻二酚（CBDV，Cannabidivarin）等。以大麻二酚（CBD）為代表的酚類物質具有豐富的藥理學作用。大麻二酚酸（CBDA，cannabidiolicacid）是植株體內最豐富的大麻素之一，通過加熱脫羧可以轉化為CBD和CBDV。大麻種質資源是培育高產優(yōu)質工業(yè)大麻品種的物質基礎，截止2020年12月，國家麻類種質資源中期庫保存了大麻種質資源1300余份。國內少數學者對大麻的農藝性狀和纖維品質性狀進行了分析。王慶峰等對22份大麻材料的6種農藝性狀進行評價，篩選出4種適宜在吉林省種植的籽用品種。房郁妍等對13份大麻材料的18個農藝性狀進行聚類分析，將品種分成3個類群。唐慧娟等對4份大麻材料的12個性狀進行分析，表明影響大麻纖維品質的主要性狀為纖維支數。PetitJordi等對123份大麻材料的28個與纖維質量相關的性狀進行分析，結果表明，這些性狀間存在較大變異性，纖維性狀受環(huán)境影響較大。有關大麻素含量與農藝性狀的綜合評價未見報道。
本研究通過對198份大麻種質資源14個農藝性狀和品質性狀的綜合鑒評，探究其遺傳多樣性，以及CBD含量等大麻素品質性狀與農藝性狀之間的關系，以期為我國大麻優(yōu)異種質篩選、創(chuàng)新和資源高效利用提供技術參考。
1材料與方法
1.1試驗材料
供試材料198份，其中國內20個?。▍^(qū)）172份、國外7個國家26份。由國家麻類作物種質資源中期庫和黑龍江省農業(yè)科學院經濟作物研究所提供（表1）。
1.2儀器與設備
送風定溫恒溫箱（DKN412C）：雅馬拓科技貿易有限公司、數控超聲波清洗器（KQ-500DE）：昆山市超聲儀器有限公司、超高效液相色譜（LC-20A）：日本島津公司、分析天平（PX124ZH/E）：奧豪斯儀器有限公司、高速離心機（TGL16B）：長沙英泰儀器有限公司。
1.3試驗設計
本試驗于2020年4月26日種子直播播種，采用隨機區(qū)組排列，2次重復，行長5m，2行區(qū)、行距50cm、株距10cm，每行定苗50株。試驗地點位于黑龍江省農業(yè)科學院哈爾濱呼蘭康金試驗基地（N:46°18′，E:126°82′）。該基地屬于中溫帶大陸性季風氣候，地勢開闊平坦，田間排灌良好，無樹木、建筑物等遮蔭，前茬作物為玉米。肥水管理及病蟲害防治根據當地大田生產習慣實施。
1.3.1大麻素的提取與測定
雌花盛花期時，每份材料挑選長勢均勻一致的大麻雌株5-6株，取頂端15cm左右的花葉，自然風干三天后，置于定溫鼓風干燥箱60℃烘至恒重，全部磨細（細度≤0.425mm）混勻；平行稱取0.2000g樣品3份于玻璃離心管中，冷卻后加入4mL甲醇溶液，超聲10min，靜置60min，4000r/min離心5min，收集上清液至容量瓶中，保留殘渣，重復上述操作，收集上清液后定容至50mL，充分搖勻；用注射器從容量瓶中抽取0.5~1.5mL溶液，用0.45µm有機濾膜過濾后注入液相瓶中，通過超高效液相色譜法（UPLC，Ultra-performanceliquidchromatography）測定雌花花葉中大麻素CBD、CBDV、CBDA、CBN的含量。
1.3.2農藝性狀采集
在工業(yè)大麻出苗期至開花盛期分別對雄花開放日數、雌花開放日數、子葉形狀、子葉色、下胚軸色、心葉色、雄花色、雌花色共8個農藝性狀進行田間調查和觀測，成熟后每品種在小區(qū)非邊緣區(qū)域隨機選取10株大麻植株，對株高、莖粗進行考種。數據采集按照《大麻種質資源描述規(guī)范和數據標準》、《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南大麻》執(zhí)行（表2）。
1.4數據分析
利用Excel2016整理各性狀數據，利用SPSSStatistics19.0進行表型變異分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析。
2結果與分析
2.1大麻種質資源品質與農藝性狀多樣性分析
198份大麻種質資源14個性狀的變異系數范圍為4.79%~64.45%，變異系數最大的是CBD含量，最小的是雌花開花日數，均值為27.78%（表3）。其中，品質性狀CBD、CBDV、CBDA、CBN含量的變異系數均高于40%，說明品質性狀表現出更好的變異性；下胚軸色、雌花色、莖粗的變異系數在20%~30%之間，子葉形狀、子葉色、心葉色、雄花色、株高的變異系數在10%~20%之間，雄花開花日數和雌花開花日數的變異系數低于10%。以上分析表明198份大麻種質資源具有較為豐富的遺傳多樣性，品種間性狀的差異較大，適宜進行品種鑒定評價和比較分析。
2.2大麻種質資源品質與農藝性狀相關性分析
198份大麻種質資源10個農藝性狀和4個品質性狀相關性分析結果表明（表4）：CBD含量與CBDV、CBDA、CBN含量為正相關極顯著，與心葉色極顯著正相關，與株高顯著正相關；CBDA含量與CBN含量、下胚軸色、株高、莖粗正相關極顯著，與CBDV含量正相關顯著，雌花色負相關顯著；CBN含量與下胚軸色正相關極顯著，與株高正相關顯著。雄花開放日數與雌花開放日數、心葉色正相關極顯著，與莖粗負相關極顯著，與雌花色、子葉色正相關顯著；雌花開放日數與子葉色、心葉色、雌花色正相關極顯著，與下胚軸色正相關顯著，與莖粗負相關顯著；子葉形狀與心葉色正相關極顯著；子葉色與雄花色正相關顯著，下胚軸色與株高、莖粗正相關極顯著；株高與莖粗正相關極顯著。與其它大麻素相比，CBDA和更多的農藝性狀呈現相關性，即下胚軸色、株高、莖粗、雌花色的變化會直接影響大麻素CBDA的含量。CBDA與其脫羧產物CBD、CBDV呈正相關，表明不同品種間CBDA脫羧產率可能存在一定的規(guī)律。
2.3大麻種質資源農藝性狀對大麻素含量的主成分分析
對14個品質和農藝性狀進行主成分分析（表5），結果表明，前6個主成分的累計貢獻率達到69.204%，它們的特征值均大于1，可以作為大麻農藝性狀評價的綜合指標。第一主成分特征值為2.556，貢獻率為18.255%，CBDA含量的特征向量值為0.813，主要反映大麻種質大麻素酸的含量，因此第一主成分可稱為CBDA因子；第二主成分特征值為，貢獻率為16.634%，雄花開放日數與雌花開放日數的特征向量值分別為0.894、0.895，主要反映大麻花期，稱為花期因子；第三主成分特征值為1.345，貢獻率為9.608%，子葉色特征向量絕對值最高，稱為子葉顏色因子；第四主成分特征值為1.232，貢獻率為8.802%，CBD、CBDV特征向量絕對值最高，主要反映大麻二酚、次大麻二酚的含量，可稱為CBDA脫羧產物因子；第五主成分特征值為1.197，貢獻率為8.551%，雌花色特征向量絕對值最高，稱為雌花顏色因子；第六主成分特征值為1.030，貢獻率為7.355%，子葉形狀特征向量絕對值最高，稱為葉形因子。
2.4聚類分析
對供試品種14個性狀進行聚類分析，以歐幾里得距離大于10分類，將198份大麻種質資源劃分成3類（圖1）。第Ⅰ類群包含69份大麻種質資源，其特征為CBD、CBDV、CBDA、CBN4種大麻素含量最高，株高（244.90cm）最高，莖粗（0.79cm）最粗。第Ⅱ類群包含104份種質資源，各性狀均值在劃分的三個類別里均處于中間位置，即第Ⅱ類群為中間類型。第Ⅲ類群包含25份種質資源，雄花開放日數（88.24d）和雌花開放日數（113.20d）最長，株高（166.42cm）最矮，莖粗（0.63cm）最細。由圖1可知，各類群間種質資源來源地較為混亂，其原因可能是種質資源在國與國之間、地區(qū)與地區(qū)之間頻繁交流所致，導致部分品種的來源地并不是其原產地。大麻是雌雄異株、異花授粉作物，品種間極易雜交，這也有可能導致部分品種在某一地區(qū)長時間種植，而生物學混雜造成聚類結果更加接近當地的品種。
3討論
本研究通過對198份大麻種質資源10個農藝性狀和4個品質性狀的變異分析，14個性狀的變異系數范圍為4.79%~64.45%，表明參試品種的遺傳多樣性豐富，品種間差異較大。10個農藝性狀的變異系數范圍為4.79%（雌花開花日數）~27.3%（莖粗），反映了參試品種具有較高的多樣性水平；品質性狀的變異系數依次為CBD含量＞CBN含量＞CBDV含量＞CBDA含量，且均高于40%，表現出更好的變異性。相關性分析表明，大麻株高和莖粗極顯著正相關，與房郁妍、曹焜等研究的結果一致；CBD含量與CBDA含量、CBDV含量、CBN含量和心葉色均為極顯著正相關，與株高顯著正相關；CBDA含量與CBN含量、下胚軸色、株高、莖粗極顯著正相關，與CBDV含量顯著正相關，與雌花色顯著負相關，表明CBDA和多個農藝性狀呈現顯著的相關性，株高、莖粗可以作為挖掘高大麻素優(yōu)異種質和品種的篩選指標。
主成分分析將14種性狀簡化為6個主要成分，累計貢獻率達到69.204%，反映了大麻種質資源大部分的性狀信息，表明CBDA含量、CBD含量、花期、子葉形態(tài)可以作為大麻評價的綜合指標。聚類分析將試驗品種分成3類，第Ⅰ類群為大麻素含量高，株高莖粗較大的品種，包含69份資源，其中編號為HG019的地方品種CBD含量最高；第Ⅱ類群的性狀均值處于三個類群的中間位置，為中間類型；第Ⅲ類群花期最長，株高莖粗最矮，與第Ⅰ類群相比，株高和莖粗分別低32.04%和19.62%。聚類結果可以為大麻雜交育種的親本選擇提供參考。
近年來，以提取主要藥用成分大麻二酚(CBD)進行新藥研發(fā)，逐漸成為工業(yè)大麻產業(yè)發(fā)展的重要新方向。大麻二酚（CBD）具有抗痙攣、消炎鎮(zhèn)痛、抗焦慮、抗腫瘤等多種藥理功能，具有廣泛的應用前景。當前，我國工業(yè)大麻種質資源的CBD含量與國外比較存在普遍偏低的問題，現有工業(yè)大麻品種難以滿足產業(yè)發(fā)展需求。本研究分析了大麻種質資源的遺傳多樣性，探究了大麻農藝性狀與CBD含量等大麻素品質性狀之間的關系，篩選出株高、莖粗等農藝性狀可作為高大麻素性狀的參考指標。可為我國大麻優(yōu)異種質挖掘、創(chuàng)新和高大麻素品種選育提供技術依據。同時，聚類分析中各類群來源地混亂，表明大麻種質資源在收集引種和保存中存在來源地與原產地不一致現象，擬開展資源原產地的深入調查或基于基因組層面進行后續(xù)的分子鑒定和評價。
摘自于躍,孫健,張靜,楊澤茂,張利國,鄧燦輝,程超華,唐蜻,許英,陳小軍,張小雨,戴志剛,粟建光.植物遺傳資源學報,2021,22(04):1021-1030.10.13430/j.cnki.jpgr.20210208002
