摘 要：為了明確花葉用大麻種質(zhì)資源表型性狀及主要大麻素含量的遺傳多樣性，并篩選綜合性狀優(yōu)異的大麻種質(zhì)資源，為大麻資源遺傳改良與新品種選育提供基礎(chǔ)材料和理論依據(jù)，采用Shannon-Wiener，s和描述性統(tǒng)計(jì)，對(duì)33份花葉用大麻種質(zhì)資源的2個(gè)質(zhì)量性狀和9個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析。利用相關(guān)性分析明確各性狀間的相關(guān)關(guān)系，使用主成分分析、隸屬函數(shù)值等對(duì)花葉用大麻種質(zhì)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)。供試33份花葉用大麻種質(zhì)資源2個(gè)質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)為0.68和0.90，9個(gè)數(shù)量性狀呈現(xiàn)較好的正態(tài)分布，變異系數(shù)的變化范圍為13.80%~144.41%，其中分枝數(shù)的變異系數(shù)最小，THC含量的變異系數(shù)最大。通過(guò)隸屬函數(shù)值對(duì)花葉用大麻種質(zhì)資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出5份綜合性狀優(yōu)良的種質(zhì)。供試33份大麻種質(zhì)資源均可以在大慶地區(qū)正常生長(zhǎng)發(fā)育，33份花葉用大麻資源間差異較大，具有豐富的遺傳多樣性。
關(guān)鍵詞：大麻；種質(zhì)資源；表型性狀；大麻素含量；遺傳多樣性
大麻（Cannabis sativa L.）屬木蘭綱、蕁麻目、大麻科、大麻屬、大麻種，是人類(lèi)最早種植的作物之一，一般為雌雄異株，偶爾有雌雄同株，幾千年一直是人類(lèi)纖維、食品和醫(yī)藥的重要來(lái)源[1-2]。工業(yè)大麻是指其致幻成分四氫大麻酚（THC）含量<0.3%、無(wú)毒品利用價(jià)值的一個(gè)品種類(lèi)型[3-4]。工業(yè)大麻的根、莖、葉、花、籽粒等均可利用，已開(kāi)發(fā)出25000多種相關(guān)產(chǎn)品[5-6]，同時(shí)工業(yè)大麻也是我國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的理想作物之一。我國(guó)工業(yè)大麻種植主要集中在黑龍江省和云南省，其中黑龍江省工業(yè)大麻種植面積占全國(guó)的60%以上[7]。
大麻種質(zhì)資源是培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)工業(yè)大麻新品種及基因挖掘與利用的基礎(chǔ)。大麻在不同基因型之間的表型性狀具有明顯的遺傳多樣性，例如，Meijer等[8-10]描述了20個(gè)大麻不同基因型的株高、莖粗和莖產(chǎn)量的多樣性，其中有株高達(dá)4m的材料，也有高度小于1m的矮化材料，并且大麻素含量也存在廣泛的多樣性，特別是THC和CBD等主要的大麻素含量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)麻類(lèi)種質(zhì)資源中期庫(kù)擁有大麻種質(zhì)資源約1300份。為了充分利用大麻種質(zhì)資源，了解性狀表現(xiàn)，須對(duì)其進(jìn)行綜合性鑒定。于躍等[11]對(duì)198份大麻種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合鑒評(píng)，結(jié)果表明，參試大麻種質(zhì)資源間的差異較大，遺傳多樣性豐富，14個(gè)性狀的變異系數(shù)為4.79%~64.45%。王慶峰等[12]以22份工業(yè)大麻種質(zhì)資源為試驗(yàn)材料，對(duì)6種農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其中4份材料種子成熟早、籽粒產(chǎn)量較高，適宜作為籽用型工業(yè)大麻品種在吉林省種植。Petit等[13]對(duì)123份大麻材料與纖維質(zhì)量相關(guān)的性狀進(jìn)行分析，結(jié)果表明，28個(gè)性狀間存在較大變異性，受環(huán)境影響較大。湯志成[14]將12份野生大麻種質(zhì)材料及4個(gè)栽培品種進(jìn)行表現(xiàn)型和RAPD標(biāo)記位點(diǎn)的多態(tài)性分析，結(jié)果表明，野生大麻表現(xiàn)型遺傳變異非常豐富，多態(tài)性比率為74.52%，品種間差異較大。我國(guó)的工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，育種工作與國(guó)外相比起步較晚，收集的種質(zhì)資源大多數(shù)為農(nóng)家品種或品系，其遺傳基礎(chǔ)較狹窄，導(dǎo)致工業(yè)大麻在選育新品種過(guò)程中優(yōu)異親本數(shù)量有限，嚴(yán)重制約工業(yè)大麻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種的選育。為了使工業(yè)大麻育種上一個(gè)新臺(tái)階，進(jìn)一步提高育成工業(yè)大麻新品種的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性及適應(yīng)性，需收集更多種質(zhì)資源并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。目前，關(guān)于大麻表型性狀和主要大麻素含量綜合評(píng)價(jià)的研究極少，且適用于大麻優(yōu)質(zhì)、特異種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)體系尚不完善。本研究將33份大麻種質(zhì)資源的2個(gè)質(zhì)量性狀和9個(gè)數(shù)量性狀通過(guò)描述性統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性分析、隸屬函數(shù)等方法進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以期為大麻資源遺傳改良與新品種選育提供基礎(chǔ)材料和理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 供試材料
試驗(yàn)于2022年在黑龍江省科學(xué)院大慶分院高臺(tái)子試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地平整，肥力均勻，土壤類(lèi)型為草甸黑鈣土。試驗(yàn)地0~20cm土層堿解氮含量136.37 mg/kg、有效磷含量30.21mg/kg、速效鉀含量168.78mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量2.24%、pH值7.89。供試的33份花葉用大麻種質(zhì)資源來(lái)源于黑龍江省科學(xué)院大慶分院種質(zhì)資源庫(kù)，詳見(jiàn)表1。
表1 花葉用大麻種質(zhì)資源
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用大田育苗移栽的方式，行距1.3m，株距1.0m，順序排列，不設(shè)重復(fù)，每個(gè)材料移栽20株。5月10日移栽（株高20cm左右），移栽前機(jī)械統(tǒng)一施肥，移栽后常規(guī)田間管理。當(dāng)花絲完全變?yōu)榧t褐色時(shí)開(kāi)始收獲（10月1日左右）。
1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法
收獲期每份材料選取有代表性的5株，考察株高、莖粗、分枝高、分枝數(shù)和節(jié)數(shù)等。
THC、CBD、CBG 含量采用液相色譜法測(cè)定，每份材料連續(xù)取10株雌株分枝頂部15cm長(zhǎng)的部分，40℃烘箱烘干后，磨碎混勻備用。
葉片顏色、莖稈顏色的描述標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。
表2 質(zhì)量性狀的標(biāo)準(zhǔn)
1.4 數(shù)據(jù)分析
利用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表的繪制，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行遺傳多樣性分析、正態(tài)性檢驗(yàn)、相關(guān)性分析、主成分分析（PCA）。相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算公式如下。
（1）主成分得分=W1×PC1得分+W2×PC2得分+W3×PC3得分+…Wn×PCn得分，W1、W2、W3…Wn分別表示各PC的權(quán)重，PC為方差解釋率除以累積方差解釋率。
（2）隸屬函數(shù)值=（Xi-Xmin）（/Xmax-Xmin），Xi為各指標(biāo)測(cè)定值，Xmin、Xmax為各測(cè)定指標(biāo)的最小值和最大值[14]。
（3）遺傳多樣性指數(shù)（H′）=-ΣPi×lnPi，Pi代表某性狀第i個(gè)級(jí)別的頻率[15]。
2 結(jié)果與分析
2.1 遺傳多樣性分析
2.1.1 質(zhì)量性狀遺傳多樣性
由表3可知，33份花葉用大麻種質(zhì)資源的葉片顏色和莖稈顏色具有較廣泛的遺傳多樣性。葉片顏色和莖稈顏色的遺傳多樣性指數(shù)為0.68、0.90，變異系數(shù)為31.46%、38.55%；葉片顏色以淺綠、綠為主，頻率分別為0.424和0.576；莖稈顏色以綠為主，頻率為0.576。由此說(shuō)明供試種質(zhì)資源的質(zhì)量性狀變異較豐富。
表3 質(zhì)量性狀的遺傳多樣性分析
2.1.2 數(shù)量性狀遺傳多樣性
花葉用大麻種質(zhì)資源9個(gè)數(shù)量性狀的矩形頻率分布直方圖如圖1所示。9個(gè)數(shù)量性狀呈現(xiàn)較好的正態(tài)分布，數(shù)據(jù)的分布范圍較廣泛，表明33份花葉用大麻種質(zhì)資源具有廣泛的遺傳多樣性。
圖1 數(shù)量性狀的正態(tài)性檢驗(yàn)
將9個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析（表4），變異系數(shù)的變化范圍為13.80%～144.41%，平均值為51.38%。分枝數(shù)的變異系數(shù)最小，變化幅度為25.00~62.00個(gè)，THC含量的變異系數(shù)最大，變化幅度為0.02%~3.81%，其中主要大麻素CBG含量和THC含量的變異系數(shù)大于100%,具有強(qiáng)變異性,CDB含量和分枝高的變異系數(shù)>50%具有較強(qiáng)變異性,說(shuō)明主要大麻素含量和分枝高的變異性好;節(jié)數(shù)、莖粗、小葉數(shù)、株高和分枝數(shù)的變異系數(shù)在10%~30%,說(shuō)明這幾個(gè)性狀的變異性適中，穩(wěn)定性較為一般。
表4 數(shù)量性狀的遺傳多樣性分析
由以上分析可知，33份花葉用大麻種質(zhì)資源之間性狀存在較大差異，具有豐富的遺傳多樣性。
2.2 相關(guān)性分析
由表5可知，CBD含量與CBG含量、小葉數(shù)呈顯著正相關(guān)；CBG含量與THC含量呈顯著正相關(guān)；THC含量與莖粗呈極顯著負(fù)相關(guān)，與小葉數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān);節(jié)數(shù)與莖粗、小葉數(shù)、株高、分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān);莖粗與小葉數(shù)、株高、分枝數(shù)、葉片顏色呈極顯著正相關(guān),與莖稈顏色呈顯著正相關(guān);小葉數(shù)與株高、分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān),與葉片顏色、莖稈顏色呈顯著正相關(guān);株高與分枝數(shù)、分枝高、葉片顏色呈極顯著正相關(guān),與莖稈顏色呈顯著正相關(guān)；葉片顏色與莖稈顏色呈極顯著正相關(guān)。
表5 各性狀的相關(guān)性分析
注：“*”表示顯著相關(guān)；“**”表示極顯著相關(guān)
2.3 主成分分析
以2個(gè)質(zhì)量性狀和9個(gè)數(shù)量性狀為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明（表6），11個(gè)性狀可以簡(jiǎn)化成4個(gè)主成分（PC），其特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了78.173%，能夠反映33個(gè)花葉用大麻種質(zhì)資源性狀的絕大部分信息。PC1的特征值為4.293，方差貢獻(xiàn)率為39.030%，其中小葉數(shù)、株高的特征向量絕對(duì)值最大，分別為0.867、0.815，可作為PC1的決定因子；PC2的特征值為1.796，方差貢獻(xiàn)率為16.331%，CBG含量和CBD含量的特征向量絕對(duì)值最大，分別為0.727、0.698，可作為PC2的決定因子；PC3的特征值為1.407，方差貢獻(xiàn)率為12.789%，THC含量的特征向量絕對(duì)值最大，0.680，可作為PC3的決定因子；PC4的特征值為為1.102，方差貢獻(xiàn)率為10.022%，節(jié)數(shù)的特征向量絕對(duì)值最大，為0.557，可作為PC4的決定因子。
表6 主成分的特征根值、貢獻(xiàn)率及各因子載荷矩陣
2.4 隸屬函數(shù)分析
由表7可知，33份花葉用大麻種質(zhì)資源隸屬函數(shù)值平均值的變化范圍為0.082~0.690，該值越大，表明該品種的綜合性狀越好；排名前5的種質(zhì)資源分別是DQFY68、DQFY21、DQFY30、DQFY31和DQFY20，隸屬函數(shù)值平均值的變化范圍為0.552~0.690；排名后5的種質(zhì)資源分別是DQFY38、DQFY40、DQFY34、DQFY37和DQFY35，隸屬函數(shù)值平均值的變化范圍為0.082~0.187。
表7 隸屬函數(shù)及排序
3 討論
作物種質(zhì)資源是保障我國(guó)糧食安全及綠色發(fā)展的基礎(chǔ)資源，也是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與現(xiàn)代種業(yè)快速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。而遺傳多樣性分析是了解作物種質(zhì)資源特性的主要手段，其遺傳多樣性越豐富，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)，通過(guò)遺傳多樣性分析可以全面地了解作物種質(zhì)資源，為品種改良及選育提供重要信息[16-17]。本研究通過(guò)對(duì)33份花葉用大麻種質(zhì)資源的表型性狀進(jìn)行變異分析，2個(gè)質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)為0.68、0.90，9個(gè)數(shù)量性狀呈現(xiàn)較好的正態(tài)分布，變異系數(shù)的變化范圍為 13.80%～144.41%，其中分枝數(shù)的變異系數(shù)最小，THC含量的變異系數(shù)最大，平均變異系數(shù)為 51.38%，說(shuō)明參試材料的遺傳多樣性豐富，材料間差異較大。
種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀鑒定、新基因發(fā)掘是種質(zhì)資源利用的前提，而評(píng)價(jià)是作物品種選育和綜合利用的重要依據(jù)[18-19]。一般利用描述性統(tǒng)計(jì)及相關(guān)性分析、主成分分析、聚類(lèi)分析等評(píng)價(jià)種質(zhì)資源，已在大多數(shù)作物上得到廣泛應(yīng)用，例如在高粱[20]、大豆[21]、谷子[22]、陸地棉[23]等作物種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)，其結(jié)果既客觀又可靠。主成分分析是一種濃縮數(shù)據(jù)信息的方法，可以將很多個(gè)變量濃縮成少數(shù)幾個(gè)可以代表絕大部分性狀的變量，并且彼此之間互不相關(guān)。白羿雄等[24] 將15個(gè)性狀簡(jiǎn)化成7個(gè)主成分，代表青稞種質(zhì)資源表型性狀85.02%的遺傳信息量。于躍等[11] 將14種性狀簡(jiǎn)化為6個(gè)主成分，代表大麻種質(zhì)資源表型性狀 69.204% 的遺傳信息量。而本試驗(yàn)利用主成分分析，將11個(gè)性狀簡(jiǎn)化成4個(gè)主成分，其特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了78.173%，能夠反映33個(gè)花葉用大麻種質(zhì)資源性狀的絕大部分信息。利用隸屬函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不僅提高了種質(zhì)資源評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，而且使試驗(yàn)結(jié)果更具可靠性[25]。
4 結(jié)論
本研究通過(guò)對(duì)33份花葉用大麻種質(zhì)資源表型性狀和主要大麻素含量的遺傳多樣性分析和綜合評(píng)價(jià)，明確參試的33份花葉用大麻種質(zhì)資源均可以在大慶地區(qū)正常生長(zhǎng)發(fā)育，各資源間差異較大，具有豐富的遺傳多樣性。通過(guò)主成分分析和隸屬函數(shù)分析法篩選出5份綜合性狀優(yōu)良的種質(zhì)。
參考文獻(xiàn)
[1]劉飛虎.工業(yè)大麻的基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2015：2．
[2]張曉艷，曹焜，韓承偉，等.3個(gè)國(guó)外引進(jìn)工業(yè)大麻品種在輕、中度鹽堿土生長(zhǎng)發(fā)育特性的研究[J].東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，46（6）:35-39.
[3]張建春，關(guān)華，劉雪強(qiáng).漢麻種植與初加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：1-2.
[4]孫宇峰，張曉艷，王曉楠，等.漢麻籽油的特性及利用現(xiàn)狀[J].糧食與油脂，2019，32（3）：9-11.
[5]張建春.漢麻綜合利用技術(shù)[M].北京:長(zhǎng)城出版社，2006：17-37.
[6]張曉艷，孫宇峰，曹焜，等.黑龍江省工業(yè)大麻育種現(xiàn)狀及展望[J].作物雜志，2019（3）：15-19.
[7]劉翠翠，果實(shí).黑龍江省漢麻產(chǎn)業(yè)情況概述[J].農(nóng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)管理，2018（6）：43-44.
[8]Meijer E P M D, Kamp H J V D, Eeuwijk F A V. Characterisation of Cannabis accessions with regard to cannabinoid content inrelation to other plant characters[J]. Euphytica, 1992, 62: 187200.
[9]Meijer E P M D. Diversity in cannabis[D]. Holland: Wageningen University & Research, 1994.
[10]Meijer E P M D, Keizer L C P. Patterns of diversity in Cannabis [J]. Genetic Resources & Crop Evolution, 1996, 43(1): 41-52.
[11]于躍，孫健，張靜，等.198份大麻種質(zhì)資源農(nóng)藝及品質(zhì)性狀綜合評(píng)價(jià)[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2021，22（4）：1021-1030.
[12]王慶峰，張雪，李慶鵬，等.工業(yè)大麻種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀初步評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2020，40（10）：34-38.
[13]Petit J, Salentijn E M J, Paulo M, et al. Genetic variability of morphological, flowering, and biomass quality traits in hemp(Cannabis sativa L.)[J]. Frontiers in Plant Science, 2020, 11: 102.
[14]湯志成.野生大麻種質(zhì)資源遺傳多樣性分析[D].昆明：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013．
[15]Strong W L. Biased richness and evenness relationships within Shannon-Wiener index values[J]. Ecological Indicators, 2016, 67: 703-713.
[16]丁明亮，林麗萍，李明菊，等.云南育成小麥品種（系）品質(zhì)性狀遺傳多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2020，51（2）：255-266.
[17]趙香娜，李桂英，劉洋，等.國(guó)內(nèi)外甜高粱種質(zhì)資源主要性狀遺傳多樣性及相關(guān)性分析[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2008，9（3）：302-307.
[18]Upadhyaya H D, Yadav D, Dronavalli N, et al. Mini core germplasm collections for infusing genetic diversity in plant breeding programs[J]. Electronic Journal of Plant Breeding, 2010, 1(4): 1294-1309.
[19]Geleta N, Labuschagne M T, Viljoen C D. Genetic diversity analysis in sorghum germplasm as estimated by AFLP, SSR and morpho-agronomical markers[J]. Biodiversity and Conservation, 2006, 15(10): 3251-3265.
[20]Upadhyaya H D, Sharma S, Ramulu B, et al. Variation for qualitative and quantitative traits and identification of trait specific sources in new sorghum germplasm[J]. Crop and Pasture Science, 2010, 61: 609-618.
[21]黎松松，許文靜，張威，等.大豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的評(píng)價(jià)與分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（19）：35-38.
[22]趙小琴，賈瑞玲，劉軍秀，等.120份谷子種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)和遺傳多樣性分析[J].作物雜志，2022（6）：61-69.
[23]王秀秀，邢愛(ài)雙，楊茹，等.陸地棉種質(zhì)資源表型性狀綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，55（6）：1082-1094.
[24]白羿雄，鄭雪晴，姚有華，等.青稞種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52（23）：4201-4214.
[25]韓永亮，李世云，路正營(yíng)，等.62份陸地棉種質(zhì)資源苗期抗旱性綜合評(píng)價(jià)及耐旱種質(zhì)篩選[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2021，39（6）：28-38.
文章摘自：張曉艷,曹焜,李學(xué)海,等.大麻種質(zhì)資源表型性狀及主要大麻素含量的遺傳多樣性分析及評(píng)價(jià)[J].東北農(nóng)業(yè)科學(xué),2024,49(05):25-31.
