116份芝麻種質資源葉綠素含量多樣性的比較分析
芝麻是我國重要的油料作物之一，也是傳統的優勢出口創匯作物，在國家食用油供給安全和種植業結構調整中占有重要地位。芝麻在我國分布廣泛，各省市均有種植，其種質資源擁有量占全世界總數的1/4，多樣性十分豐富。芝麻種質資源的多樣性研究已經在表型性狀、同工酶和DNA分子多態性等方面開展，但是基于單一性狀的多樣性研究尚未見報道。而隨著研究的深入，復雜性狀構成因子的逐一剖析與遺傳研究日臻重要。葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，是構成植物光合特性的重要因子，其含量的高低直接影響植物正常的光合作用甚至新陳代謝。葉綠素含量表征了作物的生產能力，與光合速率、產量形成密切相關。已有的報道表明，葉綠素含量的遺傳多樣性、QTL分析等遺傳研究已經在小麥、水稻、玉米、大豆、棉花等作物中廣泛開展。本研究對116份芝麻種質資源蕾期、盛花期和終花期的葉片葉綠素含量進行了多樣性分析，為芝麻育種潛力的遺傳改良和葉綠素相關研究提供參考。
1 材料與方法
1.1 供試材料
供試材料為國內外地方種質85份，改良品種(系)31份，共計116份(表1)。于夏季5月底播種于中國農業科學院油料作物研究所試驗基地(湖北武昌)，栽培措施和田間管理按常規方法進行，每小區4行(行距40 cm，株距20 cm)，設置重復3次。
1.2 葉綠素含量測定與分析
利用葉綠素含量儀對種質資源的葉綠素含量進行快速測量。
1.3 數據處理與分析
多樣性指數計算參考文獻，先計算參試材料的總體平均數(x)和標準差(s)，然后劃分為10級，即第一級[Xi<(x-2s)]到第十級[Xi>(x+2s)]，每0.5s為一級，每一級的相對頻率用于計算多樣性指數，公式為H′=-∑Pi×lnPi，式中Pi為某一性狀第i級別內材料份數占總份數的百分比。總體平均多樣性指數為各個單項性狀多樣性指數的平均值。聚類分析在SPSS分析軟件上進行，按照歐氏最小距離法對3個生育時期的9個葉綠素含量相關指標進行聚類。其他數據處理和分析在Excel和SPSS上進行。
2 結果與分析
2.1 116份種質資源葉綠素含量的多樣性
測定結果顯示，每份種質資源在蕾期、盛花期和終花期的葉片葉綠素含量依次明顯增加，終花期為最高。由表2可見，葉綠素a、b和總含量的平均值為終花期最高，盛花期和蕾期次之；變異系數為盛花期最大，其次是終花期，蕾期最小；多樣性指數為蕾期和終花期相近，而盛花期較低。可見，盛花期是種質間葉片葉綠素含量差異較大的一個時期，但是并不是多樣性指數最大的時期。3個生育時期葉綠素a、b和總含量的總體多樣性指數為1.8950，可見，芝麻種質資源間葉綠素含量存在較大的差異，多樣性指數較大，豐富度高。
2.2 改良品種和地方種質葉綠素含量的多樣性比較
對31份改良品種(系)和85份地方種質的葉綠素含量的多樣性進行分析表明(見表3)，改良品種(系)在3個時期的葉綠素a、b和總含量的最大值、最小值和平均值上均大于地方種質，這可能與芝麻高產育種改良過程中的選擇有關，因為葉綠素含量與光合效率及產量成正相關，致使改良品種(系)葉綠素含量普遍高于地方種質。但是，改良品種(系)3個生育時期葉綠素含量的多樣性指數除蕾期葉綠素a略高于地方種質外，其他指標的多樣性指數均低于地方種質，地方種質葉綠素含量的總體多樣性指數(1. 9094)明顯高于改良品種(系)(1.7740)，可見地方種質的葉綠素含量的多樣性要高于改良品種(系)。
江淮和長江流域的種質為中部種質(66份)，往南的廣東、廣西、貴州、四川、海南等地的種質為南方種質(14份)，往北的遼寧、內蒙古、山東、山西、陜西、河北等地種質為北方種質(27份)，結果如表4。不同地域來源的種質間葉綠素含量存在較大的差異，葉綠素含量平均值在蕾期和終花期以北方種質為大，盛花期則以南方種質稍大；變異系數在蕾期和盛花期以南方區為大，而終花期則以中部為大；多樣性指數在蕾期和終花期表現為中部最大，南方區和北方區相近；總體多樣性指數為北方種質(1.8354)和中部種質(1. 8323)相近，其次為南方種質(1.7366)，最小的為國外種質(1.6793)。可見我國中部地區和北方地區的芝麻種質資源在葉綠素含量上多樣性豐富程度明顯高于其他資源分布區，這與中部和北方分別是我國芝麻主產區和第二主產區，其間資源豐富度較高有關。供試種質中，我國種質資源葉綠素含量的多樣性指數明顯高于國外種質，可見我國作為芝麻主產國，種質資源的多樣性異常豐富。但是，本試驗國外種質較少，不能較好地代表國外種質資源的整體水平。
2.4 聚類分析
利用歐氏最小距離法對116份芝麻種質資源蕾期、盛花期和終花期3個生長時期的葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量等共計9項指標進行聚類分析。分析結果表明(圖1)：聚類結果與種質來源和種質類型沒有明顯的規律性；116份芝麻種質資源明顯被聚為兩個大類群，類群Ⅰ為葉片葉綠素含量低的類群，具62份種質，占供試種質的53.45%，類群Ⅱ為葉片葉綠素含量高的類群，具54份種質，占46.55%；其中，類群Ⅰ中又明顯分為兩個小類群，Ⅰ-1類具17份種質，占總供試種質的14.66%，為葉綠素含量最低類群，Ⅰ-2類具45份種質，占38.79%，為葉綠素含量較低類群；類群Ⅱ中也明顯劃分為兩個小類群，Ⅱ-1類具17份種質，占14.66%，為葉綠素含量最高類群，Ⅱ-2類具37份種質，占31.90%，為葉綠素含量較高類群。
聚類結果綜合地篩選出山西八棱芝麻、駐芝11、豫芝11、陜西芝麻(表1編號100)、廣東白芝麻、中芝11、湖北犀牛角、安徽芝麻(表1編號17)、山西分杈芝麻、激光2號、陜西一邊順、遼寧芝麻(表1編號86)、河北小八股杈、廣西新和黑芝麻、貴州灰芝麻、塔世干122和河南二郎花等17份葉綠素含量高的種質，可作為相關育種改良與遺傳研究的種質材料加以利用。
3 討論
高等植物葉片所含的葉綠素a和b是葉綠體中主要的光合色素，對光能的吸收和利用起著重要的作用，進而影響光合作用的效率，葉綠素含量與作物產量形成密切相關。劉紅艷等研究表明芝麻葉片葉綠素含量與單株產量呈中等強度正相關，與株高、主莖果軸長度和千粒重等產量性狀呈顯著或極顯著正相關，認為通過提高葉綠素含量來實現增產是一條切實可行的途徑。在水稻、玉米、小麥等作物中葉片葉綠素相關的遺傳研究日益受到研究者們的關注，期望通過發掘利用葉綠素含量高的種質資源來提高作物光能利用率和產量潛力。
本研究發現，芝麻改良品種(系)的葉綠素含量要明顯高于地方種質，可見，一直以來以提高產量為目的的芝麻改良過程中，葉綠素在無意中得到了提高，這也佐證了通過提高葉綠素含量來進一步提高產量潛力的觀點。但本實驗結果顯示改良品種(系)葉綠素含量的多樣性指數要明顯低于地方種質，因此，進一步發掘利用高葉綠素含量的種質資源是進一步遺傳育種研究的需要，在116份芝麻種質資源葉綠素含量的多樣性分析中，發現種質間葉綠素含量差異較大，多樣性較豐富，并聚類分析出山西八棱芝麻、駐芝11等17份高葉綠素含量的種質，不僅為芝麻高葉綠素含量的遺傳改良提供了可能，也為相關育種改良與遺傳分析提供了直接可以利用的種質材料。
