热带作物学报 2022, 43(5): 915922

Chinese Journal of Tropical Crops

收稿日期 2022-01-20；修回日期 2022-03-01

基金项目 国家自然科学基金项目（No. 31160276）；广西科技计划项目（No. AB16380093，No. AA17204070）。

作者简介 薛艳霞（1982—），女，博士研究生，研究方向：水稻作物遗传育种。*通信作者（Corresponding author）：李容

柏（LI Rongbai），E-mail：lirongbai@126.com。

Bph36 介导的抗性机制及相关信号通路的研究

薛艳霞1

，李容柏2*

1. 中北大学，山西太原 030500；2. 广西大学农学院/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004

摘 要：褐飞虱（Nilaparvata lugens Stål., BPH）是水稻最主要的害虫之一，给水稻生产造成严重的危害。携带不同抗

性基因的抗褐飞虱水稻材料抗性机制不同，挖掘普通野生稻抗褐飞虱基因并研究其介导的抗性机制及相关信号通路对

水稻育种具有重要的意义。本研究基于课题组前期从广西普通野生稻‘W2183’挖掘出的位于 4 号染色体 InDel 标记

S13 和 X48 之间 38 kb 处新基因 Bph36，以‘9311’和‘抗蚊青占’为感性对照，05RBPH16 和 NIL-Bph36 为抗性对照，

通过褐飞虱宿主选择性、蜜露量测定、褐飞虱存活率及褐飞虱生长速率等方法分析 Bph36 介导的抗褐飞虱机制；同时，

以‘抗蚊青占’为感性对照，NIL-Bph36 为抗性对照，通过 qRT-PCR 分析植物防御昆虫侵害的三大信号途径：水杨酸、

茉莉酸和乙烯相关基因表达量的差异。抗性机制研究结果表明：褐飞虱在抗性材料植株上的虫口密度显著低于感性材

料植株，抗性材料上的褐飞虱存活率、群体生长率及取食后排泄的蜜露量均比感性对照显著降低。Bph36 介导的抗性

机制是寄主抗生性和害虫趋避性相互作用的结果。qRT-PCR 结果表明：褐飞虱取食后，各个时间段抗性材料 NIL-Bph36

植株中水杨酸合成相关基因 EDS1、PAD4、PAL 和水杨酸途径病程相关蛋白基因 PR10 的表达量显著高于感性材料‘抗

蚊青占’植株中的表达量；抗性材料 NIL-Bph36 植株中，茉莉酸合成基因 LOX2 和茉莉酸积累基因 AOS2 的表达量比

褐飞虱取食前显著提升，但是比同时段感性材料植株中表达量显著降低；褐飞虱取食后，抗、感性材料植株中乙烯信

号途径基因 EIN2 的表达量都受到抑制，基因 ACO3 表达量都提高，但 2 种材料间的差异不显著。茉莉酸途径和乙烯途

径参与了 NIL-Bph36 植株抗褐飞虱的基础防御反应，但 Bph36 激活的抗性不是茉莉酸和乙烯依赖的信号防御途径而是

激活水杨酸依赖的系统获得性抗性。研究结果为进一步研究 Bph36 与其他抗性基因聚合，培育兼有多种抗性机制和防

御信号途径的优良品种奠定基础。

关键词：Bph36；抗性机理；信号通络

中图分类号：S511.9 文献标识码：A

Bph36-mediated Resistance Mechanism and Related Signal Pathways

XUE Yanxia1

, LI Rongbai2*

1. North University of China, Taiyuan, Shanxi 030500, China; 2. College of Agriculture, Guangxi University / State Key Laboratory

for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources, Nanning, Guangxi 530004, China

Abstract: Brown planthopper (Nilaparvata lugens Stål., BPH) is one of the most important pests of rice, which causes

serious harm to rice production. The mechanisms of brown planthopper resistant genes in rice materials are different. It

is of great significance for rice breeding to explore the resistance mechanism and related signal pathway of brown

planthopper resistant genes in common wild rice. This work investigated the new BPH resistance gene Bph36 flanked by

InDel markers S13 and X48 on the short arm of rice chromosome 4 derived from Guangxi common wild rice ‘W2183’.

The mechanism of Bph36-mediated resistance to brown planthopper was analyzed by host selection, honeydew quantity

measurement, survival rate and growth rate of brown planthopper based on the susceptible control, 9311 and ‘Kangwenqingzhan’, and resistant control, 05RBPH16 and NIL-Bph36. qRT-PCR was used to analyze the expression level of

defence-related genes of salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA) and ethylene (ET) pathways of plant defense against

916 热带作物学报 第 43 卷

insect invasion based on susceptible control ‘Kangwenqingzhan’, and resistant control NIL-Bph36. The results showed

that the population density of the brown planthopper on the resistant material was significantly lower than that on the

sensitive material, and the survival rate, population growth rate, and honeydew excreted by the brown planthopper on

the resistant material were significantly lower than that on the susceptible control. Bph36 mediated resistance was the

result of the interaction between host resistance and pest avoidance. qRT-PCR revealed in response to brown

planthopper feeding, the expression level of SA synthesis-related genes, EDS1, PAD4, PAL and SA defense-related gene

PR10 in NIL-Bph36 was significantly higher than that in ‘Kangwenqingzhan’, and the expression level of JA synthesis-related gene LOX2 and JA accumulation-related gene AOS2 in NIL-Bph36 was significantly increased in comparison

to that before feeding, but significantly decreased in comparison to that in susceptible plants. The expression of ET signaling pathway gene EIN2 and ACO3 was inhibited and increased, respectively, in both resistant and susceptible materials in response to brown planthopper feeding, but there was no significant difference between the two materials. JA/ET

pathways were involved in the basic defense response of NIL-Bph36 against brown planthopper, but the BPH resistance

gene Bph36 acquired resistance via SA-dependent activation pathway and JA/ET- -independent activation pathway. The

results would lay a foundation in a breeding program for rice quality with multiple resistance mechanisms and defense

signaling pathways from the aggregation of the BPH resistance gene Bph36 with other resistance genes.

Keywords: Bph36; resistance mechanism; signal pathways

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.005

植物受到昆虫侵染危害后，通常会在抗生性

（antibiosis）、拒虫性（nonpreference）和耐虫性

（tolerance）3 种抗性机制方面表现出抗性。水杨

酸、茉莉酸和乙烯三大信号途径是植物防御昆虫

侵害的主要途径[1]。携带不同抗褐飞虱基因的水

稻品种对褐飞虱抗性机制和介导的相关信号通路

不同[2]。2019 年，作者与课题组成员从广西普通

野生稻‘W2183’挖掘出新基因 Bph36，位于 4

号染色体 InDel 标记 S13 和 X48 之间 38 kb 处[3]。

本研究以感性材料‘9311’‘抗蚊青占’为对照，

通过宿主选择、蜜露测定法、褐飞虱存活率和褐

飞虱生长速率等方法研究了 Bph36 介导的抗性机

制；采用实时荧光定量 PCR 技术（quantitative

real-time PCR）分析比较了 3 种信号途径相关基

因在‘抗蚊青占’和 NIL-Bph36 中表达量的差异，

研究了 Bph36 介导的相关信号通路。

1 材料与方法

1.1 材料

抗性机理研究材料：‘9311’、‘抗蚊青占’

（KWQZ）、05RBPH16、NIL-Bph36（抗褐飞虱

基因 Bph36 的近等位基因系）。

抗性相关通路研究材料：‘抗蚊青占’

（KWQZ）、NIL-Bph36（抗褐飞虱基因 Bph36 的

近等位基因系）。

虫源：实验褐飞虱虫源采集自广西大学实验

基地水稻田间自然群体。采集后选择生物型Ⅱ隔

离饲养于广西大学温室内，温度为(28±2)℃，湿

度为(75±5)%，保持在 TN1 上饲养繁殖。在播种

时，收集雌性成虫在成株期的 TN1 上产卵，获得

大量的 2~3 龄若虫以供使用。

1.2 方法

1.2.1 褐飞虱的宿主选择性 褐飞虱的宿主选择

性参照陈曙等[4]的方法。将‘9311’、‘抗蚊青占’、

05RBPH16 和 NIL-Bph36 各取 20 粒播种到盛有稻

田表土的育秧盘中，三叶期剔除弱苗，每个材料

剩留 15 苗。按照平均每株约 8~10 头的量接入 2~3

龄褐飞虱若虫。接虫后每隔 24 h 观察各材料上附

着的褐飞虱的数目，每次观察后轻轻拍打水稻基

部让褐飞虱均匀分布于塘瓷育秧盘水中，重复 3

次。根据不同水稻材料上附着褐飞虱的数目评价

其对褐飞虱的抗性。

1.2.2 褐飞虱蜜露排泄量测定 褐飞虱蜜露排泄

量测定采用蜡膜小袋法[5]。采用播种后苗龄 40 d

左右的健康植株，去掉分蘖留下主茎，移栽到直

径为 9 cm 的盛有大田表层土的塑料杯中。3 d 后，

将剪好的 5 cm×5 cm 的蜡膜小袋附着在材料上，

每株 2 个，其中一个为对照。将提前准备好的饥

饿 3 h 的褐飞虱雌成虫用吸管接入蜡膜小袋内，

每只蜡膜小袋内接入 1 头，每个处理 3 个重复。

接虫 48 h 后，取下小袋，放出蜡膜小袋内的褐飞

虱，用万分之一电子天平称重，附着有蜜露的小

袋总重 W1，对照小袋重 M1。然后，用脱脂棉擦

掉蜜露称蜡膜小袋总量 W2，对照小袋 M2，根据

公式计算，蜜露量（mg）=（W1–W2）–（M2–M1），

根据蜜露量的重量评价水稻材料对褐飞虱的抗性。

第 5 期 薛艳霞等：Bph36 介导的抗性机制及相关信号通路的研究 917

1.2.3 褐飞虱存活率 褐飞虱存活率参照 QIU

等[6]的方法，采用播种后苗龄 40 d 左右的健康植

株，去掉分蘖留下主茎，移栽到直径为 9 cm 的盛

有大田表层土的塑料杯中。每杯 1 株，每种材料

重复 5 次。3 d 后，每株接 10 头 3~4 龄的褐飞風

若虫，每杯幼苗使用自制的纱网袋套住。接虫后

第 24、48、72、96、120 小时观察各处理褐飞虱

存活数目，以接虫数为基数统计褐飞虱的存活率。

1.2.4 褐飞虱群体生长率 褐飞虱群体生长率

（PGR）采用播种后苗龄 40 d 左右的健康植株，

去掉分蘖留下主茎，移栽到直径为 9 cm 的盛有大

田表层土的塑料杯中。放虫前使用直径 7 cm 的塑

料杯（底部有孔）罩住植株。将 20 头褐飞虱 3 龄

若虫称重后，从 7 cm 的塑料杯底部孔处接入，并

使用脱脂棉将孔口处密封。接虫 4 d 后，再次称

褐飞虱若虫的重量，每种材料 3 次重复。褐飞虱

群体生长率计算如下：感染后褐飞虱总重量

（Wtotal）的对数减去感染前初始褐飞虱总重量

（Worig）的对数，再除以感染天数，所得数值为

褐飞虱的群体生长率（PGR）[7]。

PGR=(logWtotal－logWorig)/天数

1.2.5 防御信号途径相关基因的表达分析 抗性

材料 NIL-Bph36 和感性材料‘抗蚊青占’每种材

料取 10 粒种子播种于直径为 9 cm 的盛有大田表

层土的塑料杯中。按照平均每株约 8~10 头的量接

入 3 龄褐飞虱若虫。接虫后，分别在第 24、48、

72 小时取水稻茎基部用于提取 RNA，3 次重复。

RNA 提取及反转录 cDNA 根据田根试剂盒步骤提

取。使用 Roche LC480 荧光定量扩增仪及 SYBR

Supermix（SYBR Green）进行实时荧光定量 PCR

检测。PCR 扩增引物来源于 NCBI GenBank 网站，

引物序列信息见表 1。

表 1 实时荧光定量 PCR 引物序列

Tab. 1 Prime sequences used in qRT-PCR

基因名称

Gene name

正向引物 (5′–3′)

Forward (5′–3′)

反向引物 (5′–3′)

Reverse (5′–3′)

引物序列来源

Sequence source

Actin CAGCACATTCCAGCAGAT GGCTTAGCATTCTTGGGT LOC_Os05g36290

PR10 CCCTGCCGAATACGCCTAA CTCAAACGCCACGAGAATTTG LOC_Os12g36880

PAD4 CCAACATGTACCGCATCAAG GGTTGTTTCGGTGGTAGTGG LOC_Os11g09010

PAL GCACATCTTGGAGGGAAGCT GCGCGGATAACCTCAATTTG LOC_Os02g41680

EDS1 CATTCCAAGAACGAGGACACTG CAAGACTCAAGGCTAGAACCGA LOC_Os09g22450

LOX2 GCATCCCCAACAGCACATC AATAAAGATTTGGGAGTGACATA LOC_Os08g39840

AOS2 CTCGTCGGAAGGCTGTTGCT ACGATTGACGGCGGAGGTT LOC_Os03g12500

EIN2 CAAGGAACCAGTGACAACCA GCAGTCGTCTCCGCAGTTAG LOC_Os07g06300

AOC3 GCTAGATGGACGAGGTGGAG TGGCGGACGAAGAAGGTG LOC_Os09g27820

20 μL PCR 扩增体系：SYBR Green Supermix

（2×）10 μL、10 μmol 上游、下游引物各 0.3 μL，

cDNA 模板 1 μL、RNase-Free ddH2O 调至总体积

20 μL。PCR 扩增反应程序：预变性（94℃）3 min，

变性（94℃）15 s，退火（55~60℃）60 s，40 个

重复，每个样品重复 3 次。以 Actin 作为内参基

因，按照相对定量 2–ΔΔCT 方法分析目标基因相对

表达量的差异。

2 结果与分析

2.1 Bph36 介导的抗性机制

2.1.1 褐飞虱的宿主选择性 褐飞虱宿主选择性

揭示了褐飞虱对水稻材料的趋避性，每隔 24 h 观

察各材料上着落褐飞虱的数目，取平均数进行统

计，统计结果见表 2。从表 2 可以看出，褐飞虱

对感性材料和抗性材料的宿主选择性存在显著差

异。褐飞虱在感性材料‘9311’和‘抗蚊青占’

上的着落数分别是 51 头和 29 头，抗性材料

05RBPH16 和 NIL-Bph36 上的着落数分别是 13 头

和 12 头。褐飞虱在感性材料之间着落数存在显著

差异，‘抗蚊青占’上的着落数仅有‘9311’上的

57%，但在抗性材料之间着落数无显著差异。

表 2 褐飞虱对不同宿主材料的选择性

Tab. 2 BPH selectivity different host varieties

品种 Variety 着落数 Landing number

9311 51±1.39aA

KWQZ 29±1.90bB

05RBPH16 13±0.84cC

NIL-Bph36 12±1.68cC

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），不同大

写字母表示处理间差异极显著（P<0.01）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05), Different uppercase letters indicate extremely significant difference among treatments (P<0.01).

918 热带作物学报 第 43 卷

2.1.2 褐飞虱在不同水稻材料上的蜜露排泄量

褐飞虱取食水稻韧皮部汁液后分泌蜜露的量与取

食量成正比，本研究统计分析了褐飞虱在‘9311’、

‘抗蚊青占’、05RBPH16 和 NIL-Bph36 上褐飞虱

排泄的蜜露量，统计结果见表 3。从表 3 可以看

出，接虫 24 h 后，褐飞虱在抗、感性材料间分泌

的蜜露量存在显著差异。褐飞虱在‘9311’和‘抗

蚊青占’上分泌的蜜露量分别为 38.30 mg 和

13.37 mg，而在 05RBPH16 和 NIL-Bph36 上褐飞

虱分泌的蜜露量仅为 4.73 mg 和 4.87 mg。感性材

料‘9311’和‘抗蚊青占’上的褐飞虱分泌的蜜

露量存在显著差异，而抗性材料 05RBPH16 和

NIL-Bph36 上褐飞虱分泌的蜜露量无显著差异，

感性材料和抗性材料的蜜露量存在显著差异。

表 3 褐飞虱在不同材料上取食后分泌的蜜露量

Tab. 3 Honeydew excretion quantity of BPH feeding

on different varieties

品种 Variety 蜜露量 Honeydew quantity/mg

9311 38.30±1.2767aA

KWQZ 13.37±1.0116bB

05RBPH16 4.73±1.0116cC

NIL-Bph36 4.87±0.4041cC

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），不同大

写字母表示处理间差异极显著（P<0.01）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05), Different uppercase letters indicate extremely significant difference among treatments (P<0.01).

2.1.3 褐飞虱在不同水稻材料上的存活率 为观

察褐飞虱不同水稻材料上的存活率，观察了第 24、

48、72、96、120 小时各处理褐飞虱存活数目，

统计结果见图 1。从图 1 中可以看出，随着接虫

时间的递增，褐飞虱在不同材料上存活率呈递减

趋势。褐飞虱在抗、感性材料间存活率存在显著

差异，抗性材料上的褐飞虱的存活率的递减速度

快，而感性材料上褐飞虱的存活率的递减较平缓。

接虫 48 h 后，抗性材料上褐飞虱的存活率低于

60%，而感性材料上褐飞虱的存活率保持在 80%以

上。接虫 120 h 后，抗性材料上褐飞虱的存活率接

近于 0，感性材料上褐飞虱的存活率仍有 50%。

2.1.4 褐飞虱在不同水稻材料上的群体生长率

褐飞虱 2~3 龄若虫的重量约 1~2 mg/头，褐飞虱群

体生长率可以通过在宿主材料上取食前后的体重

变化来统计。接虫 4 d 后，我们对褐飞虱感性材料

和抗性材料上的群体生长率分别做了统计。从表 4

可以看出，褐飞虱在感性材料‘9311’和‘抗蚊青

占’上的群体生长率分别为 0.0563 mg/d 和

0.0623 mg/d，在抗性材料 05RBPH16 和 NIL-Bph36

植株上的群 体生长率分别为 0.0184 mg/d 和

0.0196 mg/d。褐飞虱在抗、感 2 种材料上的群体

生长率差异性显著，抗性材料上的群体生长率仅

为感性材料上的 1/3。

图 1 褐飞虱在不同材料上的存活率

Fig. 1 Survival rate of BPH on different varieties

表 4 褐飞虱在不同水稻材料上的群体生长率

Tab. 4 Population growth rate (PGR) of BPH on

different rice varieties

材料 Rice Genotype 群体生长率 PGR/(mg·d–1)

9311 0.0563±0.0053aA

KWQZ 0.0623±0.0046aA

05RBPH16 0.0184±0.0049bB

NIL-Bph36 0.0196±0.0049bB

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），不同大

写字母表示处理间差异极显著（P<0.01）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05), Different uppercase letters indicate extremely significant difference among treatments (P<0.01).

2.2 Bph36 抗性相关通路的研究

昆虫所诱导的植物防御信号途径主要是茉莉

酸、水杨酸和乙烯信号途径[8-9]。为了研究 Bph36

介导的抗性参与了哪种防御信号途径，我们研究

了 3 个防御信号途径相关基因的表达情况。

2.2.1 水杨酸（SA）信号途径 EDS1（enhanced

disease susceptibility 1），PAD4（phytoalexin deficient 4），PAL（phenylalanine ammonia-lyase，苯

丙酰胺裂解酶）是水杨酸合成相关基因[10-11]。

PR10 是水杨酸途径病程相关蛋白基因（PR 基因）

之一[12]，植物在受到害虫侵染后其表达量显著变

化，PAD4、PAL、EDS1 和 PR10 的表达模式见图 2。

从图 2A 可以看出：接虫后，各个时间段

NIL-Bph36 植株中 PAD4 相对表达水平显著高于

第 5 期 薛艳霞等：Bph36 介导的抗性机制及相关信号通路的研究 919

‘抗蚊青占’植株中的相对表达量。在‘抗蚊青

占’植株中，PAD4 相对表达量无显著变化，而在

NIL- Bph36 植株中，接虫 24 h 后基因 PAD4 相对

表达量开始提高，接虫 72 h 后相对表达量比 0 h

提高了 7.82 倍。

从图 2B 可以看出：褐飞虱侵染后，基因 PAL

的相对表达量随着褐飞虱侵染的时间的延长而逐

渐提高，接虫 72 h 后，在 NIL-Bph36 植株中基因

PAL 相对表达量显著高于‘抗蚊青占’植株中的

相对表达量。NIL-Bph36 植株中基因 PAL 相对表

达量比 0 h 提高了 29.74 倍，是同一时间段内‘抗

蚊青占’植株中 PAL 相对表达量的 1.63 倍。

从 图 2C 可以看出：褐飞虱侵染后，在

NIL-Bph36 植株中基因 EDS1 相对表达量显著高

于‘抗蚊青占’植株中的相对表达量，接虫 24 h

后，NIL-Bph36 植株中基因 EDS1 相对表达量是

‘抗蚊青占’植株中的相对表达量的 4.52 倍。接

虫 48 h 后，基因 EDS1 相对表达量比 24 h 下降，

但同一时间段内，NIL-Bph36 植株中基因 EDS1

相对表达量是‘抗蚊青占’中的 EDS1 相对表达

量高 1.98 倍，72 h 时基因 EDS1 相对表达量再次

上升。

从图 2D 可以看出：褐飞虱取食后，抗性材

料 NIL-Bph36 植株中基因 PR10 的相对表达量随

褐飞虱取食时间而持续升高，在褐飞虱取食 48 h

后其相对表达量是 0 h 的 185.23 倍，是同一时间

段‘抗蚊青占’植株中 PR10 相对表达量的 5.42

倍。‘抗蚊青占’植株中 PR10 的相对表达量在

24 h 时受到抑制，在 48 h 后其相对表达量提高

但 72 h 又下降。

综合上述结果表明，Bph36 激活了水杨酸依

赖的系统获得性抗性，从而防御褐飞虱取食。

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

图 2 水杨酸信号途径相关基因的表达模式

Fig. 2 Expression patterns of SA defense-response genes

2.2.2 茉莉酸（JA）信号途径 基因 LOX2（lipoxygenase，磷脂酶基因脂氧合酶）和 AOS2（allene

oxide synthase 2，丙二烯氧合酶 2）是诱导合成和

积累茉莉酸的主要基因[13]。LOX2 和 AOS2 的表达

模式见图 3。

从图 3A 可以看出：在褐飞虱取食后，LOX2

基因每个时间段在‘抗蚊青占’植株中的相对表

达量显著高于 NIL-Bph36 植株中的相对表达量。

接虫 24 h 后，‘抗蚊青占’植株中 LOX2 的相对

表达量是 NIL-Bph36 植株中的 3.63 倍。接虫 48 h

920 热带作物学报 第 43 卷

后，‘抗蚊青占’植株中基因 LOX2 的相对表达量

是抗性材料 NIL-Bph36 中的 1.44 倍。

从图 3B 可以看出：在褐飞虱取食后，基因

AOS2 的相对表达量随褐飞虱取食时间而持续升

高。接虫 24 h 后，‘抗蚊青占’植株中 AOS2 的相

对表达量显著提高，72 h 后其相对表达量是 0 h

的 189.58 倍。褐飞虱侵染 72 h 后，NIL-Bph36 植

株中基因 AOS2 的相对表达量虽然比 0 h 对照中提

高了 36.06 倍，但仅是同一时间段‘抗蚊青占’

中 AOS2 的相对表达量的 1/5。

综合上述结果表明，茉莉酸参与了水稻对褐

飞虱的基础性防御，但 Bph36 激活的是不依赖于

茉莉酸的信号防御途径。

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference

among treatments (P<0.05).

图 3 茉莉酸信号途径相关基因的表达模式

Fig. 3 Expression patterns of JA defense-response genes.

2.2.3 乙烯（ET）信号途径 基因 EIN2（ethylene

insensitive 2）和基因 ACO3（ACC 氧化酶家族基

因）是乙烯信号途径的主要基因[9]。基因 EIN2 和

基因 ACO3 的表达模式见图 4。

从图 4A、图 4B 可以看出：在褐飞虱取食后，

基因 ACO3 在抗、感植株中的相对表达量都提高，

但在 0 h 和 24 h 2 种材料间的差异不显著。褐飞

虱取食后，基因 EIN2 在 NIL-Bph36 植株和‘抗

蚊青占’植株中的相对表达量都受到抑制。褐飞

虱取食 24 h 和 48 h 后，NIL-Bph36 植株中 EIN2

基因相对表达量显著低于同一时间段内‘抗蚊青

占’植株中的相对表达量。而 72 h 后，基因 EIN2

在 2 种材料中的相对表达量接近相同。以上分析

结果表明，Bph36 激活的是不依赖于乙烯的信号

防御途径。

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference

among treatments (P<0.05).

图 4 乙烯信号途径相关基因的表达模式

Fig. 4 Expression patterns of ET defense-response genes.

3 讨论

3.1 Bph36 介导的抗性机制

关于植物对昆虫抗性机制，不同的学者持不

同的观点。目前主要有 2 种观点，一种是认为植

物的抗生性给予昆虫很大的选择压力，使昆虫更

容易产生新的生物型。趋避性虽然给予昆虫的选

择压力小，但容易造成单食性昆虫的灭绝，打破

生态链的平衡。耐受性是植物与昆虫协同进化中

一种比较稳定的抗性机制。另外一种观点认为耐

受性虽然在虫害后产量和品质都不受影响，但导

致昆虫在其上能生活更多世代，造成大规模的爆

发，导致作物产量大面积绝收。因此，兼有多种

抗性机制的品种能通过机制间的相互作用起到更

第 5 期 薛艳霞等：Bph36 介导的抗性机制及相关信号通路的研究 921

好的防御功能[4, 6]。

COHEN 等[14]研究了抗性品种 IR64 的抗性机

制是抗生性、抗趋性和耐受性共同作用的结果。

DU 等[15]研究结果表明 Bph14 介导的抗生性降低

了褐飞虱在转基因植株上的存活率，群体生长率

等抗生性指标，但不具有趋避性。QUILICHINI

等[16]研究提出携带有 Bph6 的植株对褐飞虱同时

表现出抗趋性和抗生性。徐雪亮等[17]研究了抗虫

材料 1105113 和 1105096 的抗褐飞虱机是抗生性

作用较强，耐害性作用较弱。LIU 等[18]研究了抗

性材料 RH 携带的抗性基因 Bph3 表现出强的抗生

性。TAMURA 等[19]提出 Bph26 基因介导的抗性

抑制了褐飞虱在水稻上的着落数和取食量，兼具

有趋避性和抗生性。何俊等[20]研究出抗性品种

Balamawee 与 RH 具有较强的抗生性，Pokkali 和

Kaharamana 属于耐虫品种。

本研究结果表明，褐飞虱对抗性材料

05RBPH16 和 NIL-Bph36 表现出明显的趋避性，

褐飞虱在其的虫口密度显著低于感性材料；褐飞

虱在抗性材料上的存活率、群体生长率及取食后

排泄的蜜露量均比感性对照显著降低。由此推测，

Bph36 介导的抗性机制是寄主抗生性和害虫趋避

性相互作用的结果。

3.2 Bph36 介导的相关通络

大量研究结果表明水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）

和乙烯（ET）3 种信号途径是植物防御害虫时激

活的主要信号途径。目前，关于水稻抗褐飞虱激

活的相关通路研究的报道相对较少。DU 等[15]认

为 Bph14 激活了水杨酸依赖的系统性获得抗性，

从而防御褐飞虱的取食。QIU 等[21]认为 Bph6 激

活了水稻中的 JA 信号途径，但又不依赖于 JA 信

号途径。WANG 等[22]提出 Bph26 介导的抗性激活

了水杨酸途径，抑制了茉莉酸和乙烯途径。本研

究结果说明：褐飞虱取食后，茉莉酸途径和乙烯

途径参与了 NIL-Bph36 植株抗褐飞虱的基础防御

反应，但 Bph36 激活的抗性不是茉莉酸和乙烯依

赖的信号防御途径，而是激活了水杨酸依赖的系

统获得性抗性。

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热带作物学报 2022, 43(5): 923929

Chinese Journal of Tropical Crops

收稿日期 2022-01-27；修回日期 2022-02-18

基金项目 海南省自然科学基金项目（No. 320RC705）；国家自然科学基金项目（No. 31971688）；中国热带农业科学院基

本科研业务费专项资金（No. 1630052017011）。

作者简介 徐 硕（1997—），男，硕士研究生，研究方向：油莎豆遗传育种。*通信作者（Corresponding author）：邹 智

（ZOU Zhi），E-mail：zouzhi2008@126.com；郭安平（GUO Anping），E-mail：gap211@126.com。

油莎豆块茎油脂积累相关基因 CeWRI1 的克隆与功能分析

徐 硕1,2,3，邹 智2,3*，肖艳华2,3,4，张 丽4

，孔 华2,3，郭静远2,3，郭安平2,3*

1. 海南大学热带作物学院，海南海口 570228；2. 中国热带农业科学院三亚研究院，海南三亚 572024；3. 海南省南繁生

物安全与分子育种重点实验室/中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南海口 571101；4. 中南民族大学生命科学学

院/武陵山区特色资源植物种质保护与利用湖北省重点实验室，湖北武汉 430074

摘 要：起源于非洲的油莎豆是迄今唯一已知在块茎中高水平积累油脂的新型草本油料作物。基于我国当前食用植物油和

生物柴油原料供给紧张的局面，挖掘参与油莎豆块茎油脂积累的关键基因具有重要的理论意义和应用价值。WRI1

（WRINKLED1）隶属于 AP2/ERF 转录因子家族，是一类被证实在油料种子发育过程中控制碳源由糖向油分配的关键基因。

本研究采用 RT-PCR 技术从油莎豆的块茎中分离到一个 WRI1 同源基因（CeWRI1），该基因的编码区为 1116 bp，预测编

码 371 AA，其理论分子量为 41.58 kDa，等电点为 5.76，总平均疏水指数为–0.750，不稳定系数为 60.75，细胞核定位，

这与其转录调控功能是一致的。与拟南芥 WRI1 类似，序列分析显示 CeWRI1 含有 2 个保守的 AP2 结构域（PF00847）、

1 个 VYL 基序和 1 个 14-3-3/BPM 结合基序；相比 AP2 结构域和 N 端，其 C 端序列的变异较大，但包含与蛋白降解相

关的 PEST 基序。qRT-PCR 分析显示，CeWRI1 在叶片、叶鞘、根、匍匐茎和块茎等主要组织中都有表达，且其在起始

期、膨大初期、膨大中期、膨大晚期和成熟期等不同发育时期块茎中呈现先降后升的 J 型表达趋势，表达丰度最高的

为成熟期，最低是膨大中期，这与油脂的积累模式大体一致。在烟草中的功能分析显示，CeWRI1 的异源瞬时过表达可

显著提高叶片的油脂（甘油三酯）含量，这进一步证实该基因具有油脂调控功能。上述结果表明 CeWRI1 是调控油莎

豆块茎高水平积累油脂的关键基因之一，这不仅为进一步揭示油莎豆块茎油脂积累的调控机制奠定了坚实的基础，也

为后期的品种改良提供了宝贵的基因资源。

关键词：甘油三酯；油脂积累；WRINKLED1；qRT-PCR；瞬时表达

中图分类号：S565.9 文献标识码：A

Cloning and Functional Characterization of CeWRI1, a Gene Involved

in Oil Accumulation from Tigernut (Cyperus esculentus L.) Tubers

XU Shuo1,2,3, ZOU Zhi2,3*, XIAO Yanhua2,3,4, Zhang Li4

, KONG Hua2,3, GUO Jingyuan2,3, GUO Anping2,3*

1. College of Tropical Crops, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China; 2. Sanya Research Institute, Chinese Academy of

Tropical Agricultural Sciences, Sanya, Hainan 572024, China; 3. Hainan Key Laboratory for Biosafety Monitoring and Molecular

Breeding in Off-season Reproduction Regions / Institute of Tropical Biosciences and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical

Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China; 4. College of Life Science, South-Central University for Nationalities / Hubei

Provincial Key Laboratory for Protection and Application of Special Plants in Wuling Area of China, Wuhan, Hubei 430074, China

Abstract: Tigernut (Cyperus esculentus L.), which originates from Africa, is an herbaceous oil crop uniquely accumulating high level of oil in underground tubers. In view of the shortage of edible vegetable oil and biodiesel in China

currently, it is of great significance to explore key genes involved in tuber oil accumulation. WRINKLED1 (WRI1),

which encodes a transcription factor belonging to the AP2/ERF family, has been proven to be a key factor controlling

carbon distribution from sugar toward oil during seed development of oil crops. In this study, a gene named CeWRI1 that

is homologous to Arabidopsis thaliana WRI1 (AtWRI1) was successfully isolated from tigernut tubers by using the re-

924 热带作物学报 第 43 卷

verse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) technique. The gene, of an open reading frame 1116 bp, was

predicted to encode 371 amino acids with the theoretical molecular weight (MW) of 41.58 kDa, the isoelectric point (pI)

of 5.76, the grand average of hydropathicity (GRAVY) of –0.750, and the instability index (II) of 60.75, implying its

hydrophilic and instable features. Subcellular localization analysis suggests that the CeWRI1 protein is located in the

nucleus, corresponding to its transcriptional regulatory function as a transcription factor. As observed in AtWRI1, sequence analyses show that CeWRI1 harbors several conserved structural features, i.e. two AP2 domains (PF00847), one

VYL motif, and one 14-3-3/BPM-binding motif. Compared with the N terminus and AP2 domains, the C-terminal sequences of CeWRI1 are relatively variable, though a PEST motif associated with protein degradation was found. Quantitative real-time PCR (qRT-PCR) analysis reveals that CeWRI1 is expressed in all tested tissues, i.e. leaf blade, sheath,

root, rhizome, and tuber; during various stages of developmental tuber, i.e. initial, early swelling, middle swelling, late

swelling, and mature stages, a typical J-shape expression pattern was observed, peaking at the mature stage and minimizing at the middle swelling stage, which is generally consistent with the accumulation pattern of oil. Transient

over-expression of CeWRI1 in tobacco (Nicotiana tabacum) leaves significantly increased the triacylglycerol (TAG)

content, supporting its role in oil accumulation. Taken together, our data suggests that CeWRI1 is most likely to be one

of the key genes controlling high oil accumulation in tigernut tubers, which would not only lay a solid foundation for

further uncovering the regulatory mechanism of tuber oil accumulation, but also provide a valuable resource for genetic

improvement in tigernut and species beyond.

Keywords: triacylglycerol; oil accumulation; WRINKLED1; qRT-PCR; transient expression

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.006

油莎豆（Cyperus esculentus L.），别名虎坚

果，是一种隶属于禾本目莎草科的多年生草本[1-2]。

生产上，油莎豆作为 1 年生作物栽培，以收获地

下块茎为主要经济目标。油莎豆块茎的顶端含有

芽点，可以像红薯、马铃薯等块根块茎类作物一

样用作种豆进行无性繁殖；不同的是，油莎豆的

块茎除富含淀粉（ 25%~45% ）和可溶性糖

（15%~20%）外，还积累 24%~35%的油脂（甘油

三酯, TAG），其中，油酸和亚油酸等不饱和脂肪

酸的含量高达 85%，属于保健食用油[3-6]。与大豆、

油菜等传统油料作物相比，油莎豆具有适应性广、

发展潜力大、每亩产油量高等特点，便于在不挤占

现有耕地的情况下利用沙化边际土地增加我国

的食用油供给，满足国家的战略需求[7]。然而，

当前关于油莎豆的研究主要集中于栽培和产品

开发[8-9]，而对其遗传特性尤其是块茎油脂积累的

分子机制知之甚少。

WRI1（WRINKLED1）隶属于 AP2/ERF 转录因

子家族，是一类被证实在油料种子发育过程中调控

油脂积累的关键基因[10]。WRI1 基因最先在模式植

物拟南芥中被鉴定，其突变体（wri1-1）的种子表

现为种皮表面皱缩，种子含油量降低 80%，究其原

因是该突变体无法有效地将碳水化合物转化为脂

肪酸合成所需的前体物质[11-12]。深入研究发现，

WRI1主要通过结合顺式作用元件AW-box（[CnTnG]

(n)7[CG]）进而调控下游基因的表达，这些基因主

要参与糖酵解以及质体中脂肪酸的生物合成，如质

体丙酮酸激酶-α 和 β 亚基、丙酮酸脱氢酶 E1-α 亚

基、生物素载体蛋白、酰基载体蛋白、β-酮脂酰-ACP

合酶、烯酰-ACP 还原酶 1 等[13-14]。至今，WRI1 同

源基因已在油菜、大豆、玉米、蓖麻、麻疯树、油

棕等植物中得到克隆，其过表达可明显提高转基因

植株的油脂含量[15-20]。2015 年，GRIMBERG 等[21]

从油莎豆的块茎中分离到一个 WRI1 同源基因

（CeWRI1tp），其瞬时过表达可显著提高烟草叶片

的含油量，这表明该基因具有油脂调控功能。本研

究组基于团队前期构建的油莎豆基因组草图发现

该物种仅编码1个WRI1基因，将其命名为CeWRI1。

CeWRI1的编码区与CeWRI1tp仅存在96.4%的序列

一致性，推测其因品种差异所致，虽然如此，

CeWRI1 是否具有油脂调控功能还有待实验证实。

本文重点报道 CeWRI1 基因及其编码蛋白的序列

特征、理化特性、表达模式及其在烟草中的油脂

调控功能，以期为下一步的品种改良奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 本氏烟草由本实验保存，种子

萌发后移栽于 25℃光照培养箱。供试油莎豆品系

为‘热研 1 号’，种豆催芽后播种于中国热带农

业科学院文昌试验基地，组织及不同发育时期块

茎等样品的采集详见邹智等[5]的方法。

第 5 期 徐 硕等：油莎豆块茎油脂积累相关基因 CeWRI1 的克隆与功能分析 925

1.1.2 菌株及载体 大肠杆菌 DH5α 和根癌农杆

菌 GV3101 由本实验室保存；植物表达载体

pNC-Cam1304-SubN 由中国热带农业科学院热带

生物技术研究所言普副研究员惠赠。

1.1.3 主要试剂 各类限制性内切酶、试剂盒详

见肖艳华等[2]的文献，试剂均为国产分析纯。引

物合成和常规 DNA 测序委托北京六合华大基因

科技有限公司完成。

1.2 方法

1.2.1 总 RNA 的提取及 cDNA 的合成 样品总

RNA 的提取参照天根植物总 RNA 提取试剂盒说

明书，经纯度、浓度和完整性检测合格后用 Takara

PrimeScript™ RT reagent Kit with gDNA Eraser 反

转录试剂盒合成 cDNA 第一链，并将其置于–20℃

保存备用。

1.2.2 基因克隆与载体构建 根据前期的文献报

道从拟南芥和玉米的基因组（https://phytozomenext.jgi.doe.gov/pz/portal.html ）中提取 AtWRI1

（AT3G54320）、AtWRI2（AT2G41710）、AtWRI3

（AT1G16060）、AtWRI4（AT1G79700）、ZmWRI1a

（GRMZM2G124524）、ZmWRI1b（GRMZM2G

174834 ） 、 ZmWRI2 （ GRMZM2G013657 ） 和

ZmWRI3（GRMZM2G131266）的基因序列。根据

从油莎豆基因组中获得的 CeWRI1 全长转录本序

列，设计如表 1 所示的基因特异性引物，以上述

反转录的块茎 cDNA 作为模板，参照邹智等[22]的

方法进行 PCR 扩增，产物经电泳检测后切胶回收

目的条带，并利用同源重组的方法[2]将其克隆到

pNC-Cam1304-SubN；构建的重组质粒 pCam1304-

表 1 本研究所用引物

Tab. 1 Primer sequences used in this study

引物名称

Primer name

引物序列（5–3）

Primer sequence (5–3)

用途

Application

CeWRI1-F ACAGAGGAAGAACAATCAAAC

AGCC

CeWRI1-R GCCGAGACAGAATTATGCCGA

基因克隆

CeWRI1-HF AGTGGTCTCTGTCCAGTCCTAT

GACTCCATTTCCCCCTCT

CeWRI1-HR GGTCTCAGCAGACCACAAGTCC

AGCACAAACAAGCATGCG

瞬时表达

CeWRI1-Fq GAAGTTCCAGTTCGATCTGGAT

A

CeWRI1-Rq CGTTCTTCATGATGATTTCCTCC

18S-Fq TGTGATGCCCTTAGATGTTCTG

G

18S-Rq CTTAGGGGCAGCCATAGGA

NtRPL23-F TGAGGACAACAATACCCTTG

NtRPL23-R GTCCCATCAGGCCTAATCAA

荧光定量

CeWRI1 采用冻融法[22]转入 DH5α 感受态细胞中，

经菌落 PCR 验证后选取阳性克隆进行序列测定。

1.2.3 序列分析 采用在线软件 ProtParam

（ https://web.expasy.org/protparam/ ） 、 SMART

（http://smart.embl-heidelberg.de/）和 WoLF PSORT

（https://www.genscript.com/wolf-psort.html）分别

分析蛋白的理化特性、保守结构域和亚细胞定位；

用 MEGA6.0 软件进行多序列比对（MUSCLE）

及进化树的构建（邻接法、bootstrap=1000）。

1.2.4 基因表达分析 参照邹智等[22]的方法进

行荧光定量分析，引物信息详见表 1，其中 18S

rRNA[2]和 NtRPL23[21]分别为油莎豆和烟草的内

参照基因，每个样品 3 次生物学重复，基因相对

表达值和显著性差异分析分别用 2–ΔΔCT法和 SPSS

软件进行。

1.2.5 烟草瞬时转化与鉴定 采用冻融法[22]将

pCam1304-CeWRI1 转入 GV3101 感受态细胞中；

参照 GRIMBERG 等[21]的方法，采用微量注射器

将农杆菌工程菌导入 6 周龄烟草叶片；分别采集

转化后 1、3、5 d 的叶片，其中一部分用于甘油

三脂含量的测定，另一部分用于总 RNA 的提取和

表达分析。

2 结果与分析

2.1 基因克隆

如图 1 所示，以 CeWRI1-F/R 作为引物的首

轮 PCR 成功获得 1 条约 1300 bp 的特异条带（图

1A），而以第一轮 PCR 产物作为模板、以

CeWRI1-HF/R 作为引物的第二轮 PCR 扩增到 1

条约 1100 bp 的目的条带（图 1B）；片段切胶回

收后构建植物表达载体 pCam1304-CeWRI1。

A：第一轮 PCR 扩增结果；B：第二轮 PCR 扩增结果；

M：DNA marker Ⅲ。

A: Amplification result of the first round of PCR; B: Amplification

result of the second round of PCR; M: DNA marker III.

图 1 CeWRI1 基因的 PCR 扩增

Fig. 1 PCR amplification of CeWRI1

926 热带作物学报 第 43 卷

2.2 CeWRI1 生物信息学分析

测序及序列分析表明，CeWRI1 的编码区

（CDS）为 1116 bp，略高于 CeWRI1tp 的 1110 bp；

序列比对显示其由 6 个碱基（AGAATG）的重复

序列插入所致；此外，两序列还存在 34 个单核苷

酸多态性（SNP）（图 2）。CeWRI1 预测编码 371

AA，其理论分子量为 41.58 kDa、等电点（pI）

为 5.76、总平均疏水指数（GRAVY）为–0.750、

不稳定系数（II）为 60.75、脂肪族指数（AI）为

61.11，与 CeWRI1tp 相当（表 2）。SMART 分析

和序列比对显示 CeWRI1 含有 2 个保守的 AP2 结

构域（PF00847）、1 个 VYL 基序和 1 个 14-3-3/BPM

结合基序；相比 AP2 结构域和 N 端，蛋白的 C

端序列变异较大，但与 AtWRI1 一样包含 PEST

基序（图 3）。WoLF PSORT 分析显示，CeWRI1

定位在细胞核（表 2）。

图 2 CeWRI1 与 CeWRI1tp 编码区序列的比较

Fig. 2 Comparison of complete coding sequence of CeWRI1 and CeWRI1tp

表 2 CeWRI1 与 CeWRI1tp 的理化特性比较

Tab. 2 Comparison of physicochemical characteristics between CeWRI1 and CeWRI1tp

蛋白名 Protein name AA Asp+Glu Arg+Lys MW/kDa pI GRAVY AI II WoLF PSORT

CeWRI1tp 369 54 46 41.34 5.65 –0.750 61.41 60.84 nucl

CeWRI1 371 54 47 41.58 5.76 –0.750 61.11 60.75 nucl

图 3 CeWRI1、CeWRI1tp 和 AtWRI1 蛋白的多序列比对

Fig. 3 Multiple sequence alignment of CeWRI1, CeWRI1tp and AtWRI1

2.3 CeWRI1 进化分析

为进一步揭示 CeWRI1 的进化特征，研究将

其与已报道的拟南芥和玉米同源蛋白构建了进化

树。如图 4 所示，这些蛋白明显聚为三组，其中，

第 5 期 徐 硕等：油莎豆块茎油脂积累相关基因 CeWRI1 的克隆与功能分析 927

CeWRI1 与 CeWRI1tp、AtWRI1、ZmWRI1a 和

ZmWRI1b 聚在第一组，其序列一致性分别为

96.0%、43.1%、46.1%和 46.6%，暗示它们具有类

似的生物学功能；在玉米中，第一组出现了扩张；

第二组包括 AtWRI3、AtWRI4 和 ZmWRI3，其在

拟南芥中出现了扩张；第三组包括 AtWRI2 和

ZmWRI2，其与前两组的亲缘关系相对较远。

图 4 CeWRI1、CeWRI1tp 与拟南芥和玉米中同

源蛋白的进化分析

Fig. 4 Phylogenetic analysis of CeWRI1 and CeWRI1tp

with homologs in arabidopsis and maize

2.4 CeWRI1 基因表达分析

为揭示 CeWRI1 的表达特性，本研究首先分

析了基因在叶片、叶鞘、根、匍匐茎和块茎（起

始期）等主要组织中的表达模式。如图 5A 所示，

CeWRI1 在所有组织中均有微弱表达，其中在根和

叶片中的表达丰度最高，其次是块茎和匍匐茎，

均显著高于叶鞘。进一步对起始期（S1）、膨大

初期（S2）、膨大中期（S3）、膨大晚期（S4）

及成熟期（S5）等不同发育时期块茎的表达模式

分析显示，基因呈现先降后升的 J 型表达模式，

丰度最高的为成熟期，最低是膨大中期（图 5B）。

2.5 CeWRI1 的功能分析

为证实 CeWRI1 在油脂积累方面的功能，本

研究对烟草叶片进行了瞬时转化。qRT-PCR 分析

显示，转空载的对照 3 个时间点均未检测到

CeWRI1 的转录本，而实验组在转化后 1 d 即检测

到转录，随后稳步上升，分别增加了 6.6 和 8.4

倍（图 6A），这与 TAG 的积累模式（图 6B）相

似；相比基因表达，TAG 的积累水平存在一定的

滞后性，3 d 时仅增加 1.2 倍，5 d 时增加到 2.2

倍（图 6B）。

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05).

图 5 CeWRI1 在主要组织及不同发育时期

块茎中的表达模式

Fig. 5 Expression patterns of CeWRI1 in various tissues

and tubers at different developmental stages

不同大写字母表示处理间差异极显著（P<0.01）。

Different uppercase letters indicate extremely significant

difference (P<0.01).

图 6 转化后不同时间段烟草叶片中 CeWRI1

的表达与 TAG 含量

Fig. 6 Relative transcript level and TAG content

in CeWRI1-overexpressing tobacco leaves at

different days after injection

928 热带作物学报 第 43 卷

3 讨论

我国是油脂消费大国，其中，超七成的食用

植物油依赖进口，严重超过国际安全警戒线，而这

种供需矛盾随着社会经济的发展变得愈加突出[7]。

在当今错综复杂的国际形势下，如何提升我国食

用油脂的自给能力是油料科研工作者面临的一项

重要课题。传统食用植物油主要来源于大豆、油

菜、玉米、花生等油料作物的种子，存在产量偏

低且易受气候条件影响等问题。相比而言，用块

根、块茎等营养组织生产油脂更具优势及较好的

互补性，然而自然情况下这些组织通常不积累油

脂[23]，而目前有关油脂代谢与调控的知识主要来

自以拟南芥为代表的种子类植物[10]。油莎豆是迄

今唯一已知在块茎中高水平积累油脂的新型油料

作物[3]，深入揭示其油脂积累机制具有重要理论

意义和应用价值。

鉴于 WRI1 基因在种子油脂调控方面的关键

作用[15-20]，本研究从油莎豆的块茎中分离到其同

源基因 CeWRI1。CeWRI1 与前人报道的 CeWRI1tp

存在较大的序列差异，其中包括六碱基的插入和数

十个 SNP，这不仅额外增加了 2 个氨基酸，同时

也造成 13 个氨基酸的变异。虽然如此，CeWRI1

和 CeWRI1tp 都定位在细胞核，具有相似的理化特

性，并且都含有 AP2 结构域、VYL 基序和 14-3-3/

BPM 结合基序等保守结构。在拟南芥中，位于第

一个 AP2 结构域的 VYL 基序为 AtWRI1 的油脂调

控功能所必须[17]，14-3-3/BPM 结合基序是磷酸化

修饰位点，其与蛋白的稳定性密切相关[10, 24]。与

AtWRI1 相比，CeWRI1 和 CeWRI1tp 蛋白的 C 端

序列变异很大，即便如此，它们都含有类似的

PEST 基序，该基序被证明与蛋白的降解有关[25]。

进化分析进一步证实了 CeWRI1 与 AtWRI1 的直

系同源关系；相对而言， CeWRI1 与第二组

ZmWRI3 的亲缘关系较近，而与第三组 ZmWRI2

较远。在玉米中，存在 2 个 WRI1 基因，即 ZmWRI1a

和 ZmWRI1b，共线性分析显示它们来源于禾本科

特异的全基因组重复，虽然它们都可以互补拟南

芥 wri1-4 突变体，但其表达出现了明显的分化，

ZmWRI1a 已进化成调控油脂代谢的主效基因[16]。

与 CeWRI1tp[21]一样，CeWRI1 在烟草中瞬时过表

达可显著提高叶片的油脂含量，且该基因在块茎

发育过程中的表达模式与油脂积累模式[3]大体一

致，这表明 CeWRI1 是调控块茎高水平积累油脂

的关键基因之一，虽然如此，其具体的调控机制

还有待进一步研究。此外，CeWRI1 也在块茎以外

的其他组织（如叶片、叶鞘、根和匍匐茎）中表

达，且在根和叶片中的表达水平甚至高于刚起始

的块茎，暗示该基因可能参与块茎以外组织的油

脂积累或者参与其他代谢通路。

综上，本研究完成了油莎豆 CeWRI1 基因的

克隆及序列特征、进化关系、表达模式（包括主

要组织和典型发育时期的块茎）和油脂调控功能

的分析。这些结果不仅为进一步揭示 CeWRI1 调

控油莎豆块茎高水平积累油脂的分子机制奠定了

坚实的基础，也为今后的品种改良提供了宝贵的

基因资源。

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热带作物学报 2022, 43(5): 930939

Chinese Journal of Tropical Crops

收稿日期 2021-10-26；修回日期 2022-01-21

基金项目 中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金项目（No. 1630102017006）；中国热带农业科学院科技创新团队专

项资金项目（No. 17CXTD-07）。

作者简介 徐志军（1990—），男，助理研究员，研究方向：作物种质资源学。*通信作者（Corresponding author）：刘 洋（LIU

Yang），E-mail：lyfull@163.com。

80 份陆稻晚稻农家种资源的遗传多样性综合分析

徐志军1,2,3，李亚波1,4，欧阳红军1,2,3，徐 磊1,2,3，安东升1,2,3，刘 洋1,2,3*

1. 中国热带农业科学院湛江实验站，广东湛江 524091；2. 国家农业绿色发展长期固定观测湛江试验站，广东湛江 524091；

3. 广东省省级现代农业（耕地保育与节水农业）产业技术研发中心，广东湛江 524091；4. 云南农业大学农学与生物技术

学院，云南昆明 650201

摘 要：为保护和利用陆稻农家种资源，本研究利用 SNP 标记和表型鉴定对 80 份陆稻晚稻农家种资源进行遗传多样

性综合分析。结果表明：利用水稻 1KSNP 芯片对 80 份资源进行检测后共获得 739 个 SNP 的基因型数据，基于 SNP 的

群体结构分析、PCA 分析和聚类分析，均将 80 份资源分为云南亚群（63 份）、海南亚群（11 份）和贵州亚群（6 份）

共 3 个亚群，3 个亚群间的平均遗传距离分别为 0.83、0.63、0.80，其中海南亚群与其他 2 个亚群的遗传距离较远。贵

州的陆稻资源分别属于贵州亚群和云南亚群，表明黔南地区的陆稻资源可能存在不同的来源。云南亚群可进一步分为 3

个亚群，平均遗传距离分别为 0.30、0.28 和 0.22，表明细分亚群间的遗传距离很近。表型鉴定结果表明，11 个表型性

状的变异系数在 4.09%~38.77%之间，其中有效分蘖数和穗重的变异系数较大，均超过 25.00%，株高、种子长、种子

宽、种子长宽比和种子圆度均值变异系数较小，均低于 10%；遗传多样性指数范围为 1.76~2.84，种子长的遗传多样性

最丰富。相关分析结果表明，11 个表型性状间存在着复杂的相关关系，其中种子长宽比与圆度均值的相关系数最高为

0.98。在表型 PCA 分析中，前 5 个因子累计贡献率为 82.37%，可反映表型性状的绝大部分信息，各成分的贡献率分别

为 29.08%、23.42%、12.35%、9.77%和 7.75%，主要反映了株型和产量相关信息。80 份资源的综合得分范围为 0.15~0.73，

排名前 10 的种质资源（ZRG36、ZRG101、ZRG58、ZRG31、ZRG1、ZRG102、ZRG104、ZRG63、ZRG29、ZRG11）

均来自海拔较高地区，其中 2 份来源于海南，5 份来源于贵州，3 份来源于云南，且在穗长、种子长、种子宽、穗重和

千粒重表现较好。该研究结果为陆稻农家种资源的保护和利用提供了参考。

关键词：陆稻农家种；SNP；表型；遗传多样性；综合评价

中图分类号：S511.6 文献标识码：A

Comprehensive Genetic Diversity Analysis of Eighty Late Upland Rice

Landrace

XU Zhijun1,2,3, LI Yabo1,4, OUYANG Hongjun1,2,3, XU Lei1,2,3, AN Dongsheng1,2,3, LIU Yang1,2,3*

1. Zhanjiang Experiment Station, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang, Guangdong, 524091, China;

2. National Long-term Agricultural Green Development Experiment and Observation Station, Zhanjiang, Guangdong, 524091, China;

3. Guangdong Modern Agriculture (Cultivated Land Conservation and Water-saving Agriculture) Industrial Technology Research

and Development Center, Zhanjiang, Guangdong, 524091, China; 4. College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural

University, Kunming, Yunnan 650201, China

Abstract: The comprehensive genetic diversity of 80 upland rice landrace was evaluated based on SNP genotyping and

phenotype identification, aiming to protect and utilize the upland rice landrace. The results showed that a total of 739

genotyping SNP data of the 80 landrace was obtained using a 1K rice SNP array. Based on the SNP genotyping data, the

upland rice landrace was divided into Yunnan group, Hainan group and Guizhou group, through population structure

第 5 期 徐志军等：80 份陆稻晚稻农家种资源的遗传多样性综合分析 931

analysis, PCA analysis and phylogenetic analysis. And there were 63, 11 and 6 landrace in the group, respectively. The

genetic distance of the three groups was 0.83, 0.63 and 0.80, and the genetic distance between Hainan group and the

other two groups was far relatively. The upland landrace, collected from Guizhou, were clustered into Guizhou group

and Yunnan group respectively, indicating that there may be different sources of upland landrace in southern Guizhou.

The coefficient variation of 11 agronomic and yield related traits ranged from 4.09% to 38.77%, and the coefficient

variation of panicle weight and effective tiller was larger than 25.00%, while the coefficient variation of plant height,

grain length, grain width, grain length/width ratio and mean grain roundness was smaller than 10%. The traits diversity

index ranged from 1.76 to 2.94, and seed length had the greatest genetic diversity among the traits. Correlation analysis

revealed complex correlation ship between the traits, and the correlation coefficient between grain length/width ration

and mean grain roundness was 0.98. The phenotype PCA analysis showed that the first five principal components explained 29.08%, 23.42%, 12.35%, 9.77% and 7.75% phenotypic variation respectively. And the first five principal

components totally explained 82.37% of the phenotypic variation, reflecting most information of the 11 traits. The

comprehensive score of the landrace, extremely significant correlated with plant height, panicle length, flag leaf length,

flag leaf width and effective tiller, was ranged from 0.15 to 0.73. The landrace ZRG36, ZRG101, ZRG58, ZRG31,

ZRG1, ZRG102, ZRG104, ZRG63, ZRG29 and ZRG11 had the top comprehensive score all from higher elevations,.

And the landrace, two from center region of Hainan Province, five from southern of Guizhou Province and three from

Southwest and southeast of Yunnan Province, performed well in terms of panicle length, grain length, grain width, panicle weight and 1000-grain weight. The landrace were potential parent material for upland rice breeding or intermediate

material for rice drought resistance breeding. The result will provide references for protecting and utilizing the upland

rice landrace.

Keywords: upland rice landrace; SNP; phenotype; genetic variation; comprehensive evaluation

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.007

陆稻，也称为旱稻，是栽培稻（Oryza sativa）

的旱生类型，具有耐旱、耐贫瘠和抗逆性好的特

点，是抗旱、氮高效栽培稻遗传改良的宝贵资源。

在全球气温升高、极端天气频繁和水资源短缺的

背景下，我国稻作产业面临的环境风险不断提高，

因干旱或季节性干旱造成的水稻减产面积和范围

不断扩大[1]。因此，培育产量高、品质优、节水

抗旱的水稻品种对于我国水稻产业发展具有重要

意义[2]。云南、贵州、广西、海南等地是我国陆

稻的传统种植区，分布有丰富的陆稻资源，这些资

源是水稻抗旱、抗逆等功能基因的重要来源[3-5]。

然而，随着高产水稻品种的培育和应用，传统的

农家陆稻品系由于其产量水平较低导致种植面积

急剧下降，陆稻农家种流失严重[1, 6]。此外，陆稻

农家种普遍具有植株较高、生育期较长等特点，

也限制对这些资源的利用[6]。表型是作物基因型

和环境相互作用的综合表现，可直观反映作物的

形态特征[3, 7]；遗传多样性可反映不同来源种质资

源的遗传背景差异及变异水平[8-9]。对作物种质资

源开展表型和遗传多样性评价，可以更全面地了

解资源的特性，为育种利用提供重要参考依据。

本课题组前期收集陆稻资源时，发现有 80 份陆稻

晚稻农家种资源。基于此，本研究拟利用 SNP 标

记对从云南、贵州和海南等地收集的 80 份陆稻晚

稻农家种资源的基因型进行检测，结合农艺性状

和产量性状的鉴定，分析陆稻晚稻农家种资源的

遗传多样性特点，明确陆稻晚稻农家种遗传的特

性和亲缘关系，为陆稻晚稻农家种的保护和利用

提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以本课题组收集的来源于云南、贵州、海南

和广东的 80 份陆稻晚稻农家种资源为供试材料

（表 1），上述材料在广东湛江只能在 6—11 月种

植（晚稻），春季种植均不能完成整个生育期。云

南的陆稻晚稻资源主要来源于海拔 1000~1400 m

的滇东南（文山）和滇西南（临沧、西双版纳和

普洱），贵州的陆稻晚稻资源来源于平均海拔

1000 m 的黔南地区（平坝县、册亨县和安龙县），

海南的陆稻晚稻资源来源于平均海拔 1000 m 的

海南中部地区（琼中县和白沙县）。

1.2 方法

1.2.1 SNP 检测 使用博瑞迪生物技术有限公司

的水稻 1KSNP 芯片对 80 份资源进行检测。

1.2.2 表型鉴定 供试材料于 2019—2020 年连

续两年在广东省湛江市中国热带农业科学院湛江

实验站基地种植，每份材料种植 3 个小区，每小区

932 热带作物学报 第 43 卷

表 1 陆稻晚稻农家种信息表

Tab. 1 Information of 80 upland rice landrace

序号

No.

收集编号

Collection No.

来源

Origin

序号

No.

收集编号

Collection No.

来源

Origin

序号

No.

收集编号

Collection No.

来源

Origin

1 ZRG1 贵州平坝县 28 ZRG36 海南琼中县 55 ZRG75 云南西双版纳

2 ZRG2 云南文山 29 ZRG38 广东 56 ZRG76 贵州平坝县

3 ZRG3 海南白沙县 30 ZRG40 海南琼中县 57 ZRG77 云南临沧

4 ZRG4 海南白沙县 31 ZRG41 贵州安龙县 58 ZRG78 贵州平坝县

5 ZRG5 云南 32 ZRG42 广东 59 ZRG79 云南

6 ZRG6 贵州安龙县 33 ZRG44 广东 60 ZRG80 海南琼中县

7 ZRG7 云南临沧 34 ZRG46 云南普洱 61 ZRG81 云南

8 ZRG8 云南文山 35 ZRG50 贵州平坝县 62 ZRG82 云南临沧

9 ZRG10 云南 36 ZRG51 云南临沧 63 ZRG83 云南西双版纳

10 ZRG11 云南文山 37 ZRG52 贵州安龙县 64 ZRG85 云南文山

11 ZRG12 云南文山 38 ZRG53 云南临沧 65 ZRG86 云南临沧

12 ZRG13 云南西双版纳 39 ZRG54 海南琼中县 66 ZRG88 云南西双版纳

13 ZRG14 贵州册亨县 40 ZRG55 云南普洱 67 ZRG90 贵州平坝县

14 ZRG16 贵州册亨县 41 ZRG56 云南普洱 68 ZRG91 贵州平坝县

15 ZRG17 贵州册亨县 42 ZRG57 云南普洱 69 ZRG92 云南普洱

16 ZRG23 海南琼中县 43 ZRG58 云南普洱 70 ZRG93 海南琼中县

17 ZRG24 云南文山 44 ZRG59 云南西双版纳 71 ZRG94 云南西双版纳

18 ZRG25 云南西双版纳 45 ZRG63 贵州安龙县 72 ZRG95 云南西双版纳

19 ZRG26 云南文山 46 ZRG64 云南 73 ZRG96 云南文山

20 ZRG28 云南临沧 47 ZRG66 云南西双版纳 74 ZRG97 云南

21 ZRG29 云南临沧 48 ZRG67 云南文山 75 ZRG98 云南文山

22 ZRG30 海南琼中县 49 ZRG69 云南西双版纳 76 ZRG100 云南西双版纳

23 ZRG31 海南白沙县 50 ZRG70 云南临沧 77 ZRG101 贵州平坝县

24 ZRG32 贵州平坝县 51 ZRG71 云南西双版纳 78 ZRG102 贵州平坝县

25 ZRG33 海南琼中县 52 ZRG72 云南西双版纳 79 ZRG104 云南临沧

26 ZRG34 云南临沧 53 ZRG73 云南临沧 80 ZRG105 云南文山

27 ZRG35 云南临沧 54 ZRG74 云南临沧

种 5 行，每行种 10 株，株距 13.3 cm，行距 25 cm，

收获前调查各材料的株高、穗长、剑叶长、剑叶

宽、有效分蘖数共 5 个性状，收获后调查穗重、

千粒种、种子长、种子宽、种子长宽比、种子圆

度共 6 个性状。所有性状调查按照《水稻种质资

源描述规范和数据标准》执行[10]。

1.3 数据处理

1.3.1 SNP 数据分析 使用 Plink（http://www.

cog-genomics.org/plink2/）软件对获得的 SNP 芯

片 clean 数据进行质控，去除缺失≥0.05、最小等

位基因频率（MAF）<0.05 和=1 的 SNP 位点。

1.3.2 群体结构分析 使用 fastSTRUCTURE 软

件对群体结构进行分析，确定最佳分群[11]；使用

R 软件包进行 PCA 分析，并绘制群体结构图和

PCA 图；使用 MEGA 7.0 软件构建进化树，并计

算遗传距离（P-distance）[12]，同时使用 iTol 工具

（http://itol2.embl.de/）对进化树进行美化。

1.3.3 多样性分析 参照文献[3, 13-14]中的方法

对性状划分等级，即 M±kσ（其中 k=0、0.5、1.0、

1.5、2.0，M 为平均值，σ 为标准差），将这些性

状表型值划分 10 个等级，每 1 级中材料所占的比

例（Pi）用于计算多样性指数，遗传多样性指数

即 Shannon-Wiener index（H′）信息指数，其计算

公式为：H′=-ΣPi×lnPi，式中 Pi 为某性状第 i 级中

包含的材料份数所占材料总份数的百分比。

1.3.4 综合评价 使用模糊隶属函数法将 80 份

陆稻晚稻农家种的 11 个表型性状函数值进行标

准化[13]；参照综合评价方法[15]，使用 R 软件包对

11 个表型性状进行 PCA 分析，计算主成分因子得

分系数矩阵，结合权重系数来计算综合评价 F 值。

第 5 期 徐志军等：80 份陆稻晚稻农家种资源的遗传多样性综合分析 933

2 结果与分析

2.1 陆稻晚稻农家种资源的群体结构分析

对 80 份陆稻晚稻农家种资源进行水稻

1KSNP 芯片检测后，共获得了 1107 个 SNP 位点，

按照缺失和 MAF 进行过滤后，共获得 739 个符

合要求的 SNP 位点。SNP 的主基因频率范围为

0.55~0.99，杂合度范围为 0~0.16，PIC 值范围为

0~0.37。使用 fastSTRUCTURE 软件对群体结构进

行分析和最佳分组筛选，在 K=3 时，群体有最佳

的分组（图 1A）。根据各品种的 Q 值，按照 Q>0.5

确定各品种的亚群，研究发现这些资源的遗传背

景比较清晰，不同亚群间的基因交流较少。按照

地域可将这些资源分为云南亚群、海南亚群和贵州

亚群。其中云南亚群共有 63 份资源，主要以云南

的资源为主，包含 10 份来源于贵州和 3 份来源于

广东的陆稻晚稻农家种资源；海南亚群包含 11 份

海南的陆稻晚稻农家种资源；贵州亚群包含 6 份来

自于贵州的陆稻晚稻农家种资源。分属于不同亚群

的贵州陆稻晚稻农家种资源，其 Q 值差异较大。

2.2 陆稻晚稻农家种资源的 PCA 分析和系统

进化分析

PCA 分析结果表明，80 份陆稻晚稻农家种资

源可分为云南亚群（Group1）、海南亚群（Group2）

和贵州亚群（Group3）3 个亚群（图 1B）。

进化树分析结果表明，80 份陆稻晚稻农家种

资源可聚为云南亚群（Group1）、海南亚群

（Group2）和贵州亚群（Group3）3 类，与 PCA

和群体结构的结果相一致，表明 K=3 为该陆稻晚

稻资源的最佳分群数（图 1C）。3 个亚群间的平

均遗传距离分别为 0.83、0.63、0.80，表明云南亚

群和贵州亚群的遗传距离较近，海南亚群与其他

两个亚群的遗传距离均较远。从图 1 可看出，3

个亚群处于同一水平，可进一步将 Group1 所代表

的云南亚群细分为 3 个亚群，其中 Group1A 为 7

份从贵州收集的陆稻晚稻农家种资源，这些资源

与 Group3 亚群中来自于同一地区的资源遗传距

离较远，而与来源于云南地区的资源遗传距离较

近，表明黔南地区的陆稻晚稻资源可能存在着不

同的来源；Gruop1B 和 Gruop1C 分别包含 20 份

和 36 份陆稻晚稻农家种资源，主要为云南西南地

区和东南地区收集的陆稻晚稻农家种资源，这 2

个亚群中均包含来自广东的资源，Gruop1B 中的

2 份广东资源与云南西双版纳地区的 2 份资源聚

在同一个分支，Gruop1C 中的 1 份广东资源与云

图 1 80 份陆稻晚稻农家种资源的群体结构（A）、PCA 分布（B）和进化树（C）分析

Fig. 1 Population structure (A), PCA distribution (B) and phylogenetic tree (C) analysis of 80 upland rice landrace

934 热带作物学报 第 43 卷

南临沧的资源聚在同一个分支；3 个细分亚群中

均包含滇西南和滇东南地区的资源，西双版纳、

临沧、普洱和文山的资源均不能按地区分开，细

分亚群两两的遗传距离为 0.30、0.28 和 0.22，表

明云南亚群细分亚群间的遗传距离很近，其中从

贵州收集的 Group1A 与 Gruop1B、Gruop1C 的遗

传距离相对较远。

2.3 陆稻晚稻农家种资源的表型变异和多样

性分析

对 80 份陆稻晚稻农家种资源连续 2 年进行表

型鉴定，结果表明，11 个性状的表型分布和变异

差异明显（图 2 和表 2）。11 个性状的变异系数为

4.09%（种子长）~38.77%（穗重），其中有效分

蘖数和穗重的变异系数较大，均超过 25.00%；株

高、种子长、种子宽、种子长宽比和种子圆度均

值变异系数较小，均低于 10%。11 个性状的遗传

多样性指数范围为 1.76（剑叶宽）~2.94（种子长），

遗传多样性丰富，其中种子长（2.94）和株高（2.85）

的多样性指数最高。

2.4 陆稻晚稻农家种资源的表型相关分析

对陆稻晚稻农家种 11 个性状进行相关分析，

结果见表 3，株高与穗长、剑叶长和剑叶宽呈极

显著正相关，穗长与剑叶长和剑叶宽呈极显著正

相关。种子长和种子长宽比呈极显著正相关，与

圆度均值呈极显著负相关；种子宽与种子长宽比

呈极显著负相关，与圆度均值和穗重呈极显著正

相关；种子长宽比与圆度均值和穗重呈极显著负

相关。株高与有效分蘖数、剑叶长和剑叶宽、种

子长和千粒重均呈显著正相关，穗长与千粒重呈

显著负相关。其中种子长宽比与圆度均值的相关

系数最高为 0.98。

2.5 陆稻晚稻农家种资源的表型综合评价

对 11 个性状进行 PCA 分析，前 5 个主成分

的累计贡献率达 82.37%，可以解释表型性状的绝

大部分信息（表 4）。第一主成分的特征值最大，

为 3.19，贡献率为 29.08%，其中种子长、宽、长

图 2 80 份陆稻晚稻农家种资源表型数据分布

Fig. 2 Phenotypic data distribution of 80 upland rice landrace

第 5 期 徐志军等：80 份陆稻晚稻农家种资源的遗传多样性综合分析 935

表 2 80 份陆稻晚稻农家种资源表型变异统计

Tab. 2 Phenotypic variation statistics of 80 upland rice landrace

性状 Trait 平均值±标准差 Mean±SD 最大值 Max 最小值 Min 变异系数 CV/% 遗传多样性指数 Shannon-wiener index

株高/cm 129.60±12.94 159.20 91.40 9.99 2.85

穗长/cm 26.43±3.40 48.40 19.00 12.87 2.46

剑叶长/cm 33.99±3.79 48.60 25.22 11.16 2.24

剑叶宽/cm 1.88±0.20 2.39 1.18 10.62 1.76

有效分蘖数/个 11.06±2.84 23.00 6.60 25.68 2.47

种子长/mm 8.54±0.35 7.70 9.49 4.09 2.94

种子宽/mm 2.95±0.13 3.38 2.30 4.26 1.96

种子长宽比 2.92±0.16 3.46 2.33 5.59 2.81

圆度均值 0.35±0.02 0.44 0.29 6.27 2.77

穗重/g 1.37±0.53 3.74 0.56 38.77 2.60

千粒重/g 24.56±3.02 41.84 17.56 12.31 2.66

表 3 陆稻晚稻农家种资源表型相关性分析

Tab. 3 Correlation analysis of 11 traits in upland rice landrace

性状

Trait

株高

Plant height

穗长

Panicle

length

剑叶长

Flag leaf

length

剑叶宽

Flag leaf

width

有效分蘖数

Effective

tiller

种子长

Grain

length

种子宽

Grain

width

种子长宽比

Grain length/

width ratio

圆度均值

Mean grain

roundess

穗重

Panicle

weight

穗长 0.49**

剑叶长 0.54** 0.52**

剑叶宽 0.59** 0.43** 0.52*

有效分蘖数 0.22*

0.12 –0.01 –0.02

种子长 0.02 –0.05 –0.12 0.05 –0.05

种子宽 –0.11 0.07 0.12 0.01 0.08 0.07

种子长宽比 0.10 –0.08 –0.16 0.04 –0.09 0.64** –0.71**

圆度均值 –0.06 0.11 0.19 –0.01 0.14 –0.65** 0.70** –0.98**

穗重 –0.08 –0.02 0.06 –0.14 0.21 –0.10 0.38** –0.34** 0.36**

千粒重 –0.07 –0.22*

0.00 –0.22 0.02 0.27*

0.09 0.13 –0.11 0.01

注：*

表示差异显著（P<0.05），**表示差异极显著（P<0.01）。

Note: *

indicates significant difference (P<0.05), ** indicates extremely significant difference (P<0.01).

表 4 陆稻晚稻农家种资源表型性状的 PCA 分析

Tab. 4 Principal component analysis of 11 traits in

upland rice landrace

性状 主成分 Principal component

Trait Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅴ Ⅵ

株高 0.04 0.52 0.11 0.17 0.16

穗长 0.14 0.45 0.02 0.04 –0.14

剑叶长 0.19 0.45 0.12 –0.22 0.24

剑叶宽 0.06 0.50 –0.01 –0.18 –0.14

有效分蘖数 0.11 0.05 0.28 0.82 0.09

种子长 –0.34 0.05 0.55 –0.18 –0.41

种子宽 0.39 –0.11 0.42 –0.29 –0.27

种子长宽比 –0.53 0.12 0.08 0.10 –0.08

圆度均值 0.54 –0.10 –0.05 –0.06 0.10

穗重 0.27 –0.13 0.34 0.24 –0.33

千粒重 –0.10 –0.14 0.55 –0.18 0.71

特征值 3.19 2.58 1.36 1.07 0.85

贡献率/% 29.08 23.42 12.35 9.77 7.75

累计贡献率/% 29.08 52.51 64.86 74.62 82.37

宽比和圆度均值的特征向量绝对值较大，主要反

映产量相关信息；第二主成分的贡献率为

23.42%，其中株高、穗长、剑叶长和剑叶宽的特

征向量较大，说明该成分主要反映株型相关的信

息；第三主成分的贡献率为 12.35%，其中种子长、

宽、千粒重、穗重的特征值较大，表明该特征值主

要反映产量相关信息；第四主成分中有效分蘖数特

征值最大为 0.82，有效分蘖既与株型相关，又与产

量相关，说明该成分主要反映株型和产量相关性

状；第五主成分中千粒重的特征值最大，其次为穗

重和种子长，表明该成分主要反映产量相关性状。

根据 PCA 分析获得了 5 个因子得分公式：

F1=0.04X1+0.14X2+0.19X3+0.06X4+0.11X5–0.3

4X6+ 0.39X7–0.53X8+0.54X9+0.27X10–0.10X11

F2=0.52X1+0.45X2+0.45X3+0.50X4+0.05X5+0.0

5X6–0.11X7+0.12X8–0.10X9–0.13X10–0.14X11

F3=0.11X1+0.02X2+0.12X3–0.01X4+0.28X5+0.5

936 热带作物学报 第 43 卷

5X6+0.42X7+0.08X8–0.05X9+0.34X10+0.55X11

F4=0.17X1+0.04X2–0.22X3–0.18X4+0.82X5–0.1

8X6–0.29X7+0.10X8–0.06X9+0.24X10–0.18X11

F5=0.16X1–0.14X2+0.24X3–0.14X4+0.09X5–0.4

1X6–0.27X7–0.08X8+0.10X9–0.33X10+0.71X11

将 F1~F5 的得分，根据各成分的权重（0.35、

0.28、0.15、0.12、0.09），计算出各资源的综合得

分 F，80 份资源的得分范围为 0.15（ZRG7）~0.73

（ZRG36），平均值为 0.44（表 5）。F 值与 11 个

性状的相关分析表明，F 值与株高、穗长、剑叶

长、剑叶宽和有效分蘖数呈极显著正相关，而与

其他性状的相关关系不显著（表 6）。综合排名前

10 位的农家种为 ZRG36、ZRG101、ZRG58、

ZRG31、ZRG1、ZRG102、ZRG104、ZRG63、

ZRG29、ZRG11，这些资源的穗长、种子长、种

子宽、穗重和千粒重表型较好，且均分布于海拔

较高地区，其中 ZRG31 和 ZRG36 来源于海南中

部地区，ZRG1、ZRG63、ZRG101、ZRG102 和

ZRG104 来源于贵州黔南，ZRG11、ZRG29 和

ZRG58 来源于滇西南和东南地区，是潜在的陆稻

晚稻育种亲本材料或水稻抗旱育种的中间材料。

表 5 陆稻晚稻农家种资源表型性状综合评价

Tab. 5 Scores of upland rice landrace by calculating phenotypic traits

序号

No.

得分

Score

排名

Ranking

序号

No.

得分

Score

排名

Ranking

序号

No.

得分

Score

排名

Ranking

序号

No.

得分

Score

排名

Ranking

1 0.62 5 21 0.58 9 41 0.40 52 61 0.50 20

2 0.22 78 22 0.33 71 42 0.63 3 62 0.37 65

3 0.20 79 23 0.62 4 43 0.39 56 63 0.39 55

4 0.29 75 24 0.53 14 44 0.43 45 64 0.34 70

5 0.27 76 25 0.38 61 45 0.59 8 65 0.50 19

6 0.33 72 26 0.37 64 46 0.48 27 66 0.39 57

7 0.15 80 27 0.43 47 47 0.40 54 67 0.42 49

8 0.38 58 28 0.73 1 48 0.52 15 68 0.50 21

9 0.35 69 29 0.45 36 49 0.51 16 69 0.45 38

10 0.55 10 30 0.46 30 50 0.55 12 70 0.43 42

11 0.46 31 31 0.45 32 51 0.43 44 71 0.38 60

12 0.40 53 32 0.45 33 52 0.48 29 72 0.24 77

13 0.49 22 33 0.43 41 53 0.44 40 73 0.35 67

14 0.30 74 34 0.53 13 54 0.45 37 74 0.49 24

15 0.36 66 35 0.49 23 55 0.43 46 75 0.45 34

16 0.51 17 36 0.38 63 56 0.45 35 76 0.51 18

17 0.43 43 37 0.42 50 57 0.44 39 77 0.71 2

18 0.49 26 38 0.55 11 58 0.41 51 78 0.61 6

19 0.38 59 39 0.48 28 59 0.35 68 79 0.60 7

20 0.42 48 40 0.38 62 60 0.33 73 80 0.49 25

表 6 综合得分与 11 个表型性状的相关系数

Tab. 6 Correlation coefficients between comprehensive

value and the phenotypic traits

性状

Trait

相关系数

Correlation

coefficient

性状

Trait

相关系数

Correlation

coefficient

株高 0.83** 种子宽 –0.04

穗长 0.65** 种子长宽比 –0.09

剑叶长 0.73** 圆度均值 0.15

剑叶宽 0.62** 穗重 0.15

有效分蘖数 0.46** 千粒重 –0.10

种子长 –0.19

注： **表示差异极显著（P<0.01）。

Note: ** indicates extremely significant difference (P<0.01).

3 讨论

我国是栽培稻的起源地之一，稻作历史悠久，

稻种资源丰富。陆稻是栽培稻的旱作生态类型，是

在自然环境与人工驯化共同作用下形成的一类具

有耐旱、耐贫瘠等特性的特殊种质资源，是水稻育

种中最直接、最有效的抗旱基因供体来源[16-18]。

云南、海南和贵州具有丰富的陆稻资源[3, 19]，本

研究利用 739 个 SNP 标记将从这些地区收集的 80

份陆稻晚稻资源按照来源划分为云南亚群、海南

亚群和贵州亚群，其中海南亚群与其他 2 个亚群

的亲缘关系均较远，可能与海南岛与大陆隔离，

第 5 期 徐志军等：80 份陆稻晚稻农家种资源的遗传多样性综合分析 937

与其他地区的资源交流较少有关；云南亚群中包

含部分贵州收集的晚稻资源，这些晚稻资源与云

南的晚稻资源遗传距离较近，而与同样来源于贵

州黔南的贵州亚群的晚稻资源遗传距离较远，推

测云南和贵州地区可能发生了晚稻农家种的交

流，且贵州地区的晚稻农家种可能有不同的来源

和驯化；此外，在云南亚群中，还存在 3 份来源

于广东的晚稻农家种资源，分别与云南临沧和西

双版纳的晚稻资源遗传距离较近，而与海南地区

的晚稻资源遗传距离较远，由于这 3 份资源（从

国家水稻中期库引进）具体来源地不详，且收集

的资源中广东地区的晚稻资源较少，初步推测可

能与晚稻农家种的引进交流有关，还需进一步结

合本地区其他陆稻晚稻资源进行综合分析。前人

研究发现，云南滇西南与滇东南的的陆稻品种之

间的差异显著[6]，而本研中鉴定的滇东南和滇西

南的陆稻晚稻资源差异并不明显，可能与所鉴定

的晚稻资源类型较为单一有关。本研究结果还表

明，80 份陆稻晚稻资源的 11 个表型性状的表型

分布和变异差异明显，遗传多样性指数范围为

1.76~2.85，11 个性状间形成了复杂的相关关系，

80 个品种的得分范围为 0.15~0.73，这些结果对陆

稻晚稻农家种资源的利用和保护具有参考价值。

遗传多样性评价是认识作物基因型和表型多

样性程度，以及挖掘和利用资源中优异基因资源

的理论和实践基础[20-21]。表型多样性有助于从整

体上认识作物性状的多样性程度，为优异资源的

挖掘和利用提供理论和实践依据。本课题组在前

期鉴定中发现，收集的陆稻资源中，有 80 份来源

于云南、贵州、广东和海南的农家种晚稻资源，

这些资源只有晚稻种植才能完成整个生育期。本

研究对这 80 份陆稻晚稻资源进行表型鉴定，发现

所调查的 11 个性状表现出丰富的表型变异。从地

理分布来看，在海南和贵州收集的陆稻晚稻资源

均分布在海拔约为 1000 m 的地区；在云南滇西南

和滇东南地区收集的陆稻晚稻资源，主要分布在

海拔 1000~1400 m 的半山区[6]。从气候条件看，

海南中部地区属于热带季风气候，日照充足，陆

稻晚稻种植期间平均温度在 26℃左右；黔南地区

属于亚热带湿润季风气候，阴雨天多，日照少；

云南滇南陆稻资源分布地区气候与贵州类似，为

半山云雾多湿区，日照不充分，陆稻晚稻生长期

平均温度在 23℃左右。相似的地理和生态环境促

进了云南和贵州地区的资源引种和交流，可能是

造成贵州黔南地区陆稻晚稻资源遗传差异较大的

原因。这些地理和气候环境因素，是陆稻农家种

驯化的重要动力，造成了陆稻资源丰富的表型多

样性，也从生态方面解释了为何海南的资源与贵

州、云南的资源遗传距离较远。

分子标记是开展遗传多样性研究的重要工

具，在陆稻研究中，RFLP、RAPD、SSR、SRAP

等多种分子标记已经用于分析资源的遗传背景、

亲缘关系和基因多态性[17-18, 22-23]，如王英等[22]利

用 22 条多态性 RAPD 引物分析了 49 分陆稻的遗

传基础，并构建了指纹图谱；张立娜等[17]利用 39

对 SSR 引物分析了 158 份不同来源的陆稻资源的

遗传相似性，发现籼型旱稻地方品种的基因多样

性显著高于粳型旱稻地方品种；徐建欣等[6]利用

24 对 SSR 引物分析了 131 份云南陆稻品种的遗传

多样性，引物的等位基因数平均为 8.125 个，基

因多样性指数平均为 0.6543，研究发现滇西南和

滇南地区存在丰富的遗传变异。而本研究利用 739

个 SNP 分析了 80 份陆稻晚稻农家种资源的亲缘

关系，经群体结构分析、PCA 分析和聚类分析，

均将 80 份陆稻晚稻农家种资源分成了云南、海南

和贵州 3 个亚群，说明了种群划分的准确性。SNP

标记与传统的 SSR 和 RAPD 等标记相比，由于只

涉及单个碱基的变异，其检测到的等位基因数一

般是 2~3 个，但基于大量水稻资源测序构建的水

稻 SNP 芯片，能够更均匀的检测基因组上的变异，

可以更加准确对资源遗传背景和亲缘关系进行判

定。随着芯片技术的成熟和测序成本的降低，基

于基因芯片的 SNP 标记展现出高通量、高效、快

速的特点，已经越来越多用于水稻[24]、玉米[25]、

棉花[26]、油菜[27]等多种作物的遗传多样性研究和

指纹图谱构建，将更加高效的用于种质资源评价

和品种鉴定，促进优异资源的挖掘和利用。

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热带作物学报 2022, 43(5): 940947

Chinese Journal of Tropical Crops

收稿日期 2021-09-02；修回日期 2021-11-21

基金项目 物种资源保护（农作物）项目－棕榈种质资源收集鉴定编目繁殖更新与保存分发利用（No. 2021NWB048）；中央级

公益性科研院所基本科研业务费项目“热带木本油料产业技术创新团队”（No. 17CXTD-13）。

作者简介 冯美利（1979—），女，硕士，副研究员，研究方向：热带经济作物的栽培与植物营养。*通信作者（Corresponding

author）：曹红星（CAO Hongxing），E-mail：hongxing1976@163.com。

6 个引进油棕品种农艺性状评价

冯美利1

，张海清2

，曹红星1*

1. 中国热带农业科学院椰子研究所，海南文昌 571339；2. 华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉 430070

摘 要：油棕（Elaeis guineensis Jacq.）是世界上产油效率最高的热带木本油料作物之一，享有“世界油王”之称。缺

少自主选育的优良品种是限制我国油棕产业发展的主要因素之一，为选育适应我国栽培的油棕品种并对优良育种材料

提供参考，对 6 个引自哥斯达黎加的油棕品种的植株生长、果穗、果实、产油量等性状进行观测与综合分析。结果表

明：种植 4 年后，6 个品种植株的自然高度为 3.45~4.78 m，冠幅为 5.28~6.11 m，茎高为 81.50~105.00 cm，叶片总数为

32.50~41.50 片/株，叶片长度为 332.25~391.75 cm，新增叶数为 18.00~22.50 片/（株·年），其中 2 号和 5 号品种的植株

相对较矮小；6 个品种均属于中小果且为薄壳类型，其中 1 号品种的幼果为绿色，且成熟果穗中有 30%~75%的果实没

有核果（无籽），3 号品种的幼果有绿色和黑色，其他品种的幼果均为黑色；6 个品种的果穗数为 8.48~13.31 串（株· / 年），

果肉/果实比重为 73.65%~83.50%，果实/果穗比重为 53.45%~59.21%、果肉出油率为 47.92%~54.10%、果穗出油率为

20.83%~24.93%，具有高产的潜力。主成分分析结果表明，6 个品种间在第一主成分无明显分离，层次聚类和热图可视

化了 6 个品种植株农艺性状指标的聚类情况。6 个品种综合相关性分析表明，单株产油量与果穗性状、果实性状和果穗

出油率呈极显著正相关，这些指标可作为产油量鉴定指标，为未来油棕高产选育提供基础。

关键词：油棕；农艺性状；产油量；评价

中图分类号：S56 文献标识码：A

Evaluation of Agronomic Traits of Six Imported Oil Palm Varieties

FENG Meili1,2, ZHANG Haiqing3

, CAO Hongxing1,2*

1. Coconut Research Institute, Chinese Academy of Tropical Sciences, Wenchang, Hainan 571339, China; 2. College of Resources

and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China

Abstract: Oil palm (Elaeis guineensis Jacq.), the “King of oil world”, is one of the tropical woody oil crops with the

highest oil production efficiency in the world. The lack of excellent varieties bred independently is one of the main factors restricting the development of the oil palm industry in China. In order to provide the reference for the selection of

oil palm varieties and excellent breeding materials suitable for cultivation in China, the plant growth, bunch, fruit, oil

yield and other traits of six oil palm varieties introduced from Costa Rica were measured and comprehensively analyzed.

After planting 4 years, the plant height was 3.45‒4.78 m, the crown width was 5.28‒6.11 m, the trunk height was 81.50‒

105.00 cm, the total number of leaves was 32.50‒41.50 leaves per plant, the length of leaves was 332.25‒391.75 cm,

and the number of new leaves was 18.00‒22.50 leaves per plant per year. No.2 and No.5 varieties were relatively short.

Six varieties were all small and medium-sized fruits and thin-shelled types. Among them, the young fruits of

No.1variety were green, and 30%‒75% of the fruits in the mature bunches had no drupe (seedless), the young fruits of

No.3 variety were green and black, and the young fruits of other varieties were black. The number of bunch of six varieties was 8.48‒13.31 bunch per plant per year, mesocarp to fruit ratio was 73.65%‒83.50%, fruit to bunch ratio was

53.45%‒59.21%, oil to wet mesocarp ratio was 47.92%‒54.10% and oil to bunch rate was 20.83%‒24.93%, which has

the potential of high yield. Principal component analysis showed that there was no obvious separation among the six

第 5 期 冯美利等：6 个引进油棕品种农艺性状评价 941

varieties in the first principal component. Hierarchical clustering and heat-map analysis visualized the clustering of agronomic traits of the six varieties. Comprehensive correlation analysis of the six varieties showed that the oil yield per

plant was significantly positively correlated with bunch traits, fruit traits and oil to bunch rate. The indicators could be

used as identification indicators of oil yield and provide useful information for breeding new varieties with high yield in

the future.

Keywords: oil palm; agronomic traits; oil production; evaluation

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.008

油棕（Elaeis guineensis Jacq.）属棕榈科油棕

属多年生植物，是当今世界种植面积最大、应用

最为广泛的热带油料作物之一，因其单位面积产

油量高而被誉为“世界油王”。油棕的主产品棕榈

油在产量和消费量上已超过大豆成为世界第一大

食用油，此外，油棕也是未来最有竞争力的生产

生物柴油的原料之一[1-3]。

我国在 1926 年开始引种油棕试种，并在 20

世纪 60~80 年代大面积引进油棕进行栽培，因品

种适应性不强和栽培技术等原因，产量较低，但

也有部分个体植株表现较好[4-7]。近年来，我国陆

续从马来西亚、印度尼西亚等国引入了一些油棕

品种，经过多年试种已证明，在我国热区的大部

分地区均可以种植油棕。目前，我国的海南、广

东、广西、云南等省（区）均有引种栽培，引进

的优良品种还获得较高的产量[4, 8-9]，并选育出了

‘热油 4 号’品种，实现了我国自主选育油棕品

种零的突破[10]。油棕种质资源是油棕新品种的选

育和开发利用的基础和前提，长期以来，缺少自

主选育的优良品种，是造成我国油棕产业一直未

能形成规模化种植的主要原因之一[7, 11]。

因此，开展油棕种质资源的研究利用和品种

选育具有十分重要的理论意义和较强的实际生产

应用价值。为丰富我国油棕的种质资源及选育适

合我国种植的油棕品种，中国热带农业科学院椰

子研究所于 2015 年引进了一批油棕新品种，经过

种苗培育和定植管理，对其栽培表现性状进行了

观测，取得了初步结果。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地为海南省文昌市中国热带农业科学院

椰子研究所科研基地（110º76´E，19º53´N），海拔

高度 46.7 m。该区属于亚热带季风气候，年平均

气温 23.9℃，年平均>10℃积温为 8474.3℃，年平

均降水量为 1500~2000 mm，但时空分布不均，干、

湿季明显。土壤为滨海沙土，pH 值为 4.83，有机

质为 10.12 g/kg，全氮 0.58 g/kg，碱解氮 30.28 g/kg，

速效磷 37.33 mg/kg，速效钾 33.51 mg/kg。

供试材料为 2016 年 11 月种植的 6 个引自哥

斯达黎加的油棕品种，品种编号依次为 1~6 号。

种植株行距为 8 m×8 m 等边三角形种植。种植前

每株施有机肥 20 kg，种植后田间肥水管理水平中

等且基本保持一致。

1.2 方法

2020 年 12 月每个品种随机选 4 株生长健壮、

无病虫害的 4 年生油棕树，参照油棕种质资源描

述规范[12]测量株高（自然高度）、冠幅、茎高（地

面到植株第 3 片叶基部的垂直距离）、叶片总数、

叶片长度、叶轴长、叶柄长、叶柄宽、叶柄厚、

小叶长、小叶宽、小叶对数、新增叶数等生长性

状。于 2020 年 3 月、6 月、9 月和 12 月分别对全

园植株调查果穗情况，并统计全年果穗数；每个

品种采摘 4 串成熟果穗观测果穗和果实性状。分

别取果肉（中果皮）和核仁粉碎后，以正己烷为

溶剂浸提 15 h，用索氏提取器抽提 6 h，测定果肉

和核仁出油率，并按以下方法计算单果重、果实

出油率、果穗出油率和单株产油量：

单果重（g）= 果穗中所有果实重

果实数

果实出油率（%）= 果肉重

果实重 ×果肉出油率+

核仁重

果实重 ×核仁出油率

果穗出油率（%）= 果实重

果穗重 ×果实出油率

单株产油量（kg/年）=

100

果穗重 果穗数 果穗出油率  

1.3 数据处理

采用 Excel 2010 软件进行数据处理，利用

SPSS 17.0（Chicago, IL, USA）软件进行统计分析。

942 热带作物学报 第 43 卷

采用在线分析平台 OmicShare （http://www.omicshare.com/tools）进行数据的多元统计分析、显

著性分析、主成分分析（PCA）、层次聚类分析

（HCA）、热图和皮尔逊相关性分析。

2 结果与分析

2.1 农艺性状

2.1.1 植株性状分析 由表 1 可知，种植 4 年后

6 个油棕品种的植株性状均存在着不同程度的差

异，其中 1 号、4 号和 6 号品种的植株较高大，

而 2 号和 5 号的植株相对较矮小，主要体现在自

然高度、冠幅、茎高、叶片长度、叶轴长、叶柄

长等方面，其中除冠幅无显著差异外，其他性状

指标均存在显著差异；从叶片性状看，除了叶柄

厚和小叶长间无显著差异，其他性状指标均存在

显著差异，其中 1 号的小叶宽显著大于其他品种，

小叶对数显著少于其他品种；而 1 号与 3 号、5

号在新增叶数差异不显著的情况下，叶片总数却

存在显著差异，主要是 1 号树冠下部老叶的枯叶

较少，而 3 号和 5 号则相反。

2.1.2 植株结果情况 对全园植株结果情况调查

发现，在定植后约 2.5 年 6 个品种均可开花结果，

6 个油棕品种的植株结果率为 91.9%~96.8%，其

中 5 号的结果率最高；果穗数为 8.48~13.31 串/

（株·年），其中 3 号的果穗数最多，为 13.31

串/（株·年）（表 2），高产植株果穗数可达 19

串/（株·年），但品种间结果率和果穗数均无显

著差异。

表 1 6 个油棕品种植株性状比较

Tab. 1 Comparison of plant characteristics of six oil palm varieties (December 2020)

性状 Character 1 2 3 4 5 6

自然高度/m 4.78±0.52a

3.53±0.21c

3.68±0.54bc 4.43±0.46a

3.45±0.64c

4.33±0.39ab

冠幅/m 5.99±0.57a

5.54±0.28a

6.00±0.62a

6.20±0.42a

5.28±0.90a

6.11±0.33a

茎高/cm 95.75±16.50ab 93.00±8.21ab 90.00±20.31ab 98.00±7.79ab 81.50±5.51b

105.00±8.21a

每株叶片总数 41.50±3.70a

37.75±2.75ab 32.50±3.70b

36.75±2.63ab 33.75±5.25b

33.25±2.06b

叶片长度/cm 354.50±24.72ab 332.25±23.75b

375.50±39.14ab 378.00±32.93ab 333.50±44.65ab 391.75±19.81a

叶轴长/cm 269.50±18.38ab 235.25±16.60b

298.75±27.22a 289.25±20.71a 248.25±41.06b

288.50±12.45a

叶柄长/cm 69.75±6.95a

58.75±6.70bc 49.25±6.6c

60.25±7.14ab 51.00±4.24bc 69.00±5.94a

叶柄宽/cm 3.80±0.36ab 3.23±0.75b

3.95±0.81ab 4.38±0.53a

3.20±0.50b

4.08±0.69ab

叶柄厚/cm 3.63±0.17a

2.70±0.88a

2.68±0.75a

2.66±0.17a

2.18±0.49a

2.60±0.26a

小叶长/cm 67.75±3.20a

68.50±1.91a

66.75±5.32a

61.75±5.62a

64.50±9.00a

65.50±8.10a

小叶宽/cm 5.00±0.08a

3.50±0.58b

3.70±0.48b

3.50±0.58b

3.75±0.50b

3.75±0.50b

每片小叶对数 78.25±7.68d

89.50±10.15cd 101.25±9.22bc 118.75±3.30a

92.25±11.95bc 104.00±3.83b

每年每株新增叶数 19.00±0.82ab 22.25±0.96a

21.25±3.30ab 18.00±1.83b

20.75±2.22ab 19.75±2.36ab

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

表 2 6 个油棕品种的结果情况

Tab. 2 Fruiting characteristics of six oil palm varieties

性状 Character 1 2 3 4 5 6

植株结果率/% 93.80±8.10a

91.90±3.64a

94.40±3.13a

94.70±3.34a

96.80±2.27a

93.50±2.16a

每年每株果穗数 11.35±3.93a

10.20±3.31a

13.31±3.85a

10.82±0.76a

9.84±3.91a

8.48±3.67a

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

2.1.3 果穗性状分析 果穗性状是油棕品种特性

的重要指标。在初结果期，6 个品种的果穗大小

和重量均较小，平均果穗长为 20.58~25.65 cm、

果穗宽为 17.05~19.53 cm 、果穗厚为 15.58~

17.75 cm、果穗重为 1.26~2.04 kg/串，果实数也少，

为 74.25~232.75 粒 / 串，果实占果穗比重为

53.45%~59.21%（表 3），各品种间除了果穗宽和

果实数存在显著性差异外，其他指标均无显著差

异，主要是各果穗性状在同一品种的差异也很大，

可能与初结果期果穗性状表现还不稳定有关。

第 5 期 冯美利等：6 个引进油棕品种农艺性状评价 943

2.1.4 果实性状分析 由表 4 可见，6 个品种均

属于中小果类型且为薄壳种，单果重为

3.52~8.75 g，核壳厚为 1.13~1.50 cm，果肉/果实

比重为 73.65%~83.5% ，核仁 / 果实比重为

5.65%~9.49%，其中 1 号品种的果实最小，其单

果重仅为 3.52 g，与其他品种差异显著（2 号品种

除外），果实横径为 14.15 cm，与其他 5 个品种差

异显著，但 1 号品种的果肉占果实比例最高，为

83.5%，主要是 1 号品种的果实存在无核仁（无籽）

情况，在不同果穗中有 30%~75%的果实没有核

仁。2 号品种的核果较小，其核果纵径、核果横

径和核壳厚与其他 5 个品种差异显著。此外，调

查发现 1 号品种的幼果颜色为绿色，3 号品种中

约 60%的植株幼果颜色为绿色，约 40%的植株幼

果颜色为黑色，其他品种的幼果颜色均为黑色。

2.1.5 产油量分析 由表 5 可见，各品种的果肉

出油率为 47.92%~54.10%，核仁出油率为 29.72%~

40.85%，果实出油率为 38.91%~46.99%，果穗出

油率为 20.83%~24.93%，其中 1 号品种的果肉、

果实和果穗出油率均最高，但其核仁出油率最低。

从单株产油量看，3 号最高，为 6.60 kg/年，6 号

最低，仅为 2.20 kg/年。经方差分析结果表明，除

1 号的核仁出油率与其他品种差异显著外，其他

指标均无显著差异。单株产油量与果肉与果实占

比、果实与果穗占比、果穗重及果穗数等相关，

在结果初期，这些性状指标还不稳定，尤其是果

穗大小和果实与果穗占比。

2.2 主成分分析

为明确 6 个油棕品种各农艺性状和产量差

异，通过 13 个植株生长性状评价指标，以及 23

个果穗、果实和产油性状指标开展主成分分析。

如图 1A 所示，植株生长性状主成分分析结果表

表 3 6 个油棕品种的果穗性状比较

Tab. 3 Comparison of bunch fruiting characteristics of six oil palm varieties

性状 Character 1 2 3 4 5 6

果穗长/cm 20.58±4.39a

23.30±6.48a

25.65±3.47a

22.85±2.75a

24.57±2.15a

21.51±2.79a

果穗宽/cm 17.05±2.99b

18.65±5.09ab 22.83±1.95a

19.53±2.47ab 18.89±0.42ab 17.98±1.17b

果穗厚/cm 15.58±2.37a

15.80±3.58a

17.75±1.50a

16.33±2.35a

15.70±1.06a

15.53±0.83a

每串果穗重/kg 1.45±0.63a

1.75±0.98a

2.04±0.54a

1.97±0.97a

1.50±0.66a

1.26±0.13a

每串果实重/kg 0.83±0.42a

1.03±0.70a

1.20±0.51a

1.25±0.85a

0.95±0.59a

0.67±0.14a

每串果实数 232.70±104.20a

174.50±111.80ab 168.00±62.60ab 148.80±86.80ab 135.80±73.30ab 74.30±14.50b

果实/果穗 56.02±8.50a

56.29±8.19a

56.99±11.10a 58.65±13.62a 59.21±16.51a

53.45±9.60a

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

表 4 6 个油棕品种的果实性状比较

Tab. 4 Comparison of fruit characteristics of six oil palm varieties

性状 Character 1 2 3 4 5 6

幼果颜色 绿色 黑色 绿色、黑色 黑色 黑色 黑色

单果重/g 3.52±0.48c

5.85±0.59bc 7.68±2.32ab 8.75±1.65a

8.15±2.45ab 8.64±0.96a

果肉/果实 83.50±10.27a

76.58±4.88a

79.42±8.20a

76.38±5.93a

76.09±8.10a

73.65±9.00a

核仁/果实 5.65±3.74a

9.19±0.88a

6.84±3.97a

9.33±3.99a

9.49±3.42a

8.76±2.80a

果实纵径/mm 30.98±1.19b

36.55±4.17ab 38.28±6.08ab 38.83±5.46ab 42.75±7.99a

38.15±4.20ab

果实横径/mm 14.15±1.14b

20.23±2.13a

22.58±3.71a

23.85±3.29a

22.93±3.21a

24.10±4.49a

果肉厚/mm 4.69±0.59a

5.38±0.56a

5.73±1.49a

5.80±1.49a

4.70±1.04a

6.13±1.35a

核果纵径/mm 20.95±2.03ab 15.75±4.05b

19.68±4.71ab 20.85±2.13ab 22.20±3.90a

18.73±4.70ab

核果横径/mm 14.93±1.97ab 11.43±2.98b

13.28±1.99ab 14.70±2.13ab 15.58±0.98a

13.38±2.82ab

核壳厚/mm 1.50±0.24a

1.13±0.10b

1.35±0.21ab 1.50±0.18a

1.38±0.18ab 1.35±0.17ab

核仁纵径/mm 12.13±1.87a

11.58±1.90a

12.63±1.76a

13.15±1.82a

13.80±2.44a

12.18±1.55a

核仁横径/mm 10.55±1.85a

9.13±1.36a

9.45±0.30a

10.42±1.79a

10.85±0.94a

9.90±1.25a

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

944 热带作物学报 第 43 卷

表 5 6 个油棕品种的产油量

Tab. 5 Oil yield characteristics of six oil palm varieties

指标 Index 1 2 3 4 5 6

果肉出油率/% 54.10±4.82a

48.26±15.36a

49.62±4.40a

47.92±2.64a

50.76±6.97a

48.51±4.06a

核仁出油率/% 29.72±4.33b

39.18±4.26a

40.80±2.53a

40.85±1.30a

39.29±2.90a

37.08±3.47a

果实出油率/% 46.99±6.29a

40.86±13.79a

42.04±2.17a

40.31±1.72a

42.13±4.62a

38.91±4.12a

果穗出油率/% 24.93±2.40a

23.10±10.01a

23.79±3.60a

23.81±6.48a

24.73±6.53a

20.83±4.62a

每年单株产油量/kg 4.19±1.94a

5.02±5.12a

6.60±2.59a

5.57±3.94a

3.76±2.02a

2.20±0.44a

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

图 1 6 个油棕品种植株性状（A）、果穗性状、果实性状和产油性状（B）的主成分分析得分图

Fig. 1 Principal component analysis scores of six oil palm plant traits (A), bunch traits, fruit traits and

oil production traits (B)

明，在第一主成分（PC1）上 6 个品种并无显著

分离。前 2 个主要成分（PC1 和 PC2）分别占总

方差的 82.3%和 7.1%。果穗、果实和产油性状主

成分分析（图 1B）也表明，在第一主成分（PC1）

上 6 个品种并无显著分离。前 2 个主要成分（PC1

和 PC2）分别占总方差的 95.5%和 1.6%。

2.3 层次聚类和热图

结合层次聚类分析（HCA）的热图结果表明，

13 个农艺性状指标很多小的层次聚类族（图 2A），

可以看出自然高度和叶柄长、茎高等较为相近，

而与小叶长和新增叶数等指标相距较远；6 个品

种在这些农艺指标下聚为两类，1、3、4、6 品种

为一类，2、5 品种为一类。而在 23 个果穗、果

实和产油性状指标的层次聚类中（图 2B），自上

而下主要分为 4 个小类，而品种间 1 号和 6 号相距

较远。其中，果实数、果肉/果实、果穗出油率、

鲜果肉出油率和果实出油率为一类，1 号和 6 号品

种中的这些指标表现为 1 号高于 6 号。

2.4 相关性分析

综合 6 个品种的植株生长性状和单株产油量

相关性分析热图可以看出，单株产油量和植株生

长性状各指标呈负相关，但是相关性差异未达显

著（图 3）；单株产油量与果穗性状（果穗长、果

穗宽、果穗厚、果穗重）、果实性状（果实重、果

实数和果实/果穗）和产油性状（果穗出油率）呈

极显著正相关（P<0.01），与果壳厚呈负相关，但

是相关性差异未达显著（图 4）。

3 讨论

本研究观测与分析 6 个引进的 4 年生油棕品

种，从植株生长性状来看，2 号和 5 号的植株较

矮化，利于果穗采收。据报道，油棕种植后 2 年

左右开花结果，果实含油率为 35%~60%，果实/

果穗通常为 60%~70%，但其初抽生的果穗小，质

量也比较差，果实/果穗比重和中果皮（果肉）的

含油率都比较低，果实/果穗有时不超过 40%[13]。

本研究的 6 个品种目前还处于初产期，但其与产

量性状相关的部分指标数据已接近盛产期，其中

果肉/果实比重为 73.65%~83.50%，果实/果穗比重

为 53.45%~59.21%、果肉出油率为 47.92%~

54.10%，果穗出油率为 20.83%~24.93%，从产量

性状预测，随着树龄的增加，6 个品种进入盛产

第 5 期 冯美利等：6 个引进油棕品种农艺性状评价 945

图 2 6 个油棕品种植株性状（A），果穗性状、果实性状

和产油性状（B）的层次聚类和热图分析

Fig. 2 Hierarchical clustering and heat map analysis of six

oil palm plant traits (A), bunch traits, fruit traits and oil

production traits (B)

期后具有高产的潜力，可作为我国栽培油棕的选

育品种和优良育种材料。主成分分析结果表明，6

个品种间在第一主成分上无明显分离；通过层次

聚类和热图分析呈现了各品种，各农艺指标的聚

类情况，6 个品种在植株性状指标下聚为两类，1

号、3 号、4 号和 6 号品种为一类，2 号和 5 号品

种为一类，但从果穗、果实和产油性状指标的层次

聚类中，品种间 1 号和 6 号相距较远，可能 6 个品

*、**和***分别表示 0.5、0.1 和 0.01 水平显著相关。

*, ** and *** indicate significant correlation at the

levels of 0.5, 0.1 and 0.01, respectively.

图 3 6 个油棕品种植株性状与单株产油量

的相关性分析热图

Fig. 3 Heat map of the correlation analysis among planting

characteristics, oil yield per plant of six oil palm plants.

种的亲缘性较近。

作物产量在表型上受多个性状影响，在植株

生长性状方面，油棕产量取决于叶片的数量和大

小以及能够长出雌花序的叶片比例，而且油棕植

株可能首先满足其营养生长后才将“多余的”干

物质用于生殖生长，形成果穗[13]。本研究结果表

明，单株产油量和植株生长性状各指标呈负相关，

但是相关性差异未达显著，可能是由于油棕在结

果初期营养生长与生殖生长之间的协调作用及雌

花序比例较低的原因；在产量性状方面，果穗性

状是油棕产量选择的一个重要参数，单株产油量

与果穗性状、果实性状和果穗出油率呈极显著正

相关，这与相关研究结果基本一致[14-17]，这些指

标可作为油棕产量评价的重要指标。本研究结果

还发现，6 个品种均属于薄壳种，果壳厚为

1.13~1.50 cm，果实大小为中小果，单果重为

3.52~8.75 g，其中 1 号品种为绿果型，在不同果

穗中有 30%~75%的果实没有壳仁，3 号品种具有

黑果型和绿果型 2 种，这些可能是杂交种后代分

离的结果[13]，相关的变异性还有待进一步观测。

由于本研究 6 个品种目前均属于初产期，且

不同油棕品种的农艺性状在不同生长阶段存在差

异，尤其与产量密切相关的果穗大小、果穗重和

果穗数等尚未稳定。因此，相关的产量性状还有

待于进一步观测。

946 热带作物学报 第 43 卷

图 4 6 个油棕品种果穗性状、果实性状和产油性状的相关性分析热图

Fig. 4 Heat map of the correlation analysis among bunch, friuting, oil yield characteristicsof six oil palm plants

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热带作物学报 2022, 43(5): 948954

Chinese Journal of Tropical Crops

收稿日期 2021-11-22；修回日期 2022-01-23

基金项目 中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金（No. 1630032021020）；科技部、财政部国家科技资源共享服务平

台“国家热带植物种质资源库”；海南省农业农村厅农业种质资源保护项目“热带作物种质资源收集、保存、鉴定

评价”。

作者简介 张中润（1979—），男，副研究员，研究方向：种质资源评价及植物保护。E-mail：zhrzhang@126.com。

腰果品种 DUS 测试指南的研制

张中润，黄伟坚，黄海杰，肖丽燕，高 玲，徐 丽

中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业农村部植物新品种测试（儋州）分中心，海南海口 571101

摘 要：从 19 世纪 60 年代开始，经过多年的调查、收集和筛选，农业农村部乐东腰果种质资源圃已收集和保存了 400

余份腰果种质资源，这些腰果种质资源主要来自我国海南省和云南省，以及巴西、莫桑比克、坦桑尼亚、越南、泰国

等地，具有丰富的多样性，但目前国内外尚无腰果品种 DUS 测试指南，难以有效保护腰果种质资源和腰果育种者的合

法利益。在参考腰果相关文献的基础上，通过对农业农村部“乐东腰果种质圃”的资源进行性状测试调查，收集了丰

富的腰果种质资源各类性状数据，研制了腰果品种 DUS 测试指南。本研究详细介绍了指南的研制过程和主要内容，包

括适用范围、繁殖材料的要求、测试性状的选择、DUS 判定标准、性状表和技术问卷等，其中性状表是本测试指南的

核心内容。腰果品种 DUS 测试指南仅适用于目前世界热区大规模商业化种植的腰果（Anacardium occidentale L.）一个

种。腰果的繁殖材料一般为嫁接苗，有时为了缩短测试时间，也可将接穗作为繁殖材料。测试性状总共 41 个，包括 35

个基本性状和 6 个选测性状。叶片、果梨和坚果是测试性状的主要来源，其测试性状分别为 11 个、11 个和 10 个，分

别占性状总数的 26.8%，26.8%和 24.4%。植株、枝条、花、果仁和物候的测试性状均较少，分别只有 1 个、2 个、2

个、3 个和 1 个。分组性状 6 个，包括植株类型、叶片形状、果梨形状、果梨颜色、坚果基部形状和坚果缝合线突出部

与顶点相对位置。标准品种共 20 个，其中优良腰果品种 FL30 和 HL2-21 的使用频次较高，分别为 13 次和 10 次。指

南还提供了 55 张实物图和 11 张示意图，可为腰果品种 DUS 测试提供帮助。腰果品种 DUS 测试指南的研制填补了国

内外空白，为申请腰果新品种权保护提供了技术支撑。

关键词：腰果；DUS 测试；指南研制；测试性状

中图分类号：Q949.748.5 文献标识码：A

Development of Test Guideline of Distinctness, Uniformity and Stability for Cashew (Anacardium occidentale L.)

ZHANG Zhongrun, HUANG Weijian, HUANG Haijie, XIAO Liyan, GAO Ling, XU Li

Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Danzhou Sub-Center for DUS

Testing of New Varieties of Plants, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Haikou, Hainan 571101, China

Abstract: Since 1960s, more than 400 cashew germplasm resources have been collected and well preserved in Ledong

Cashew Germplasm Repository of Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China after years of investigation, collection and screening. The cashew germplasm resources, with rich diversity, are mainly from Hainan and Yunnan provinces, as well as Brazil, Mozambique, Tanzania, Vietnam, Thailand, etc., where at present there’s no cashew DUS test

guidelines at home and abroad, the cashew germplasm resources and legitimate interest of cashew breeders cannot be

protected effectively. Based on the characteristics test for the resources in Ledong Cashew Germplasm Repository of

Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China and referring to the cashew related literature, we collected vast

number of different characteristics data for the cashew germplasm resources, developed DUS test guidelines for cashew

varieties. This paper gave detail description of the development process and main contents of the guideline, including

第 5 期 张中润等：腰果品种 DUS 测试指南的研制 949

the subject, propagation materials required, selection of test characteristics, DUS assessment criteria, characteristic table

and technical questionnaire, etc., among which the characteristic table is the key content. Cashew DUS test guidelines

apply to only one specie—cashew (Anacardium occidentale L.), which is large-scale commercially planted across the

hot zone of the world. The propagation material of cashew is generally grafted seedlings, sometimes scions can also be

used as the propagation material to shorten the test time. Totally 41 test characteristics were included in the cashew DUS

test guidelines, including 35 basic characteristics and 6 selective characteristics. Leaf, apple and nut are major sources

of test characteristics in cashew DUS test guidelines, the number of the test characteristics was 11, 11 and 10, which

accounting for 26.8%, 26.8% and 24.4%, respectively. Less characteristics were from plant, branch, flower, kernel and

phenology, and the number of the characteristics was only 1, 2, 2, 3 and 1, respectively. Six grouping characteristics,

including plant type, leaf shape, cashew apple shape, cashew apple color, shape of nut base and relative position of nut

suture protuberance and apex, were included in the guideline. 20 varieties were selected as standard varieties, and the

use frequency of cashew fine varieties FL30 and HL2-21 was 13 and 10 respectively, which was much higher than that

of other standard varieties. 55 physical maps and 11 sketch maps were also provided in the guideline, which would be

much helpful for the cashew DUS testers. The development of cashew DUS test guideline would fill the blank both at

home and abroad, provide technical support for the application of cashew new variety protection.

Keywords: cashew; DUS test; guideline development; test characteristics

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.009

腰果（Anacardium occidentale L.）是多年生

热带常绿灌木或乔木，属漆树科（Anacardiaceae）

腰果族（Anacardieae）腰果属（Anacardium），与

榛子、核桃和杏仁一起统称为世界四大干果[1]。腰

果原产于巴西东北部，主要分布于东非、西非、东

南亚和拉丁美洲。我国腰果在海南省乐东、东方、

昌江、三亚、陵水、万宁等县（市）和云南省西双

版纳州、红河州、保山市等地均有分布，其中海南

省乐东县是我国主产区，栽培面积占 60%以上[2-3]。

20 世纪 60 年代，中国热带农业科学院热带

作物品种资源研究所（以下简称热科院品资所）

通过对国外腰果种质资源考察，逐年收集和引进

腰果种质资源，在海南省乐东县建成了我国唯一

一个农业农村部和海南省双挂牌的腰果种质资源

圃。依托种质圃内的腰果种质资源，开展了长期

性的腰果种质资源评价和鉴定研究，收集了丰富

的种质资源性状数据，为腰果品种 DUS 测试指南

的研制奠定了良好的基础。

我国于 1999 年加入国际植物新品种保护联

盟 （ UPOV ）， 极 大 地 推 动 了 我 国 DUS

（Distinctness、Uniformity、Stability）测试工作

的发展，目前，DUS 测试指南已经成为我国品种

审定、品种登记和品种保护的技术依据[4]。早在

20 世纪 90 年代，我国就培育了 FL30、HL2-21、

GA63、HL2-13、CP63-36 等优良腰果种质[5]。但

迄今为止，国内外尚无腰果品种 DUS 测试指南，

导致腰果未能列入植物新品种保护名录，培育出

来的优良腰果品种也无法申请新品种保护权。所

以，为了确保我国腰果新品种保护有技术标准可

循，研制腰果品种 DUS 测试指南已成为首要工作

之一。本研究详细介绍腰果品种 DUS 测试指南的

研制过程，包括研制原则、适用范围、繁殖材料

的要求、测试性状的选择、DUS 判定标准、性状

表和技术问卷的设计等，为腰果新品种 DUS 测试

提供技术支撑。

1 腰果品种 DUS 测试指南研制原则和研

制过程

1.1 总体原则

腰果品种 DUS 测试指南按照 GB/T 1.1—2020

“标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构

和起草规则”给出的规则[6]，并根据 UPOV 制定

的“植物新品种测试指南的研制”文件（TGP/7/1）

规定的程序和相关原则进行起草和研制[7]。

1.2 测试性状筛选的原则

测试性状是 DUS 测试指南的核心，本指南主

要按照以下原则筛选腰果测试性状：

（1）参照《腰果种质资源描述规范和数据标

准》中各类性状和植物分类学知识等[8]，结合腰

果生产和育种需求，筛选、调整和补充本指南的

基本性状。

（2）以主要的腰果形态性状为主，尤其是叶

片、果梨和坚果部位为主，其他性状为辅。

（3）选择易于观测、稳定性较强的性状，以

950 热带作物学报 第 43 卷

便于开展 DUS 测试，例如腰果的叶片形状、果梨

形状、果梨颜色和坚果基部形状等性状。

1.3 腰果种质资源收集与保存

全世界的腰果种质资源种植范围较广，繁殖

材料在不同区域和国家之间交流广泛，为腰果的

生长、繁衍和演化创造了广阔的空间，加上腰果

生产历史悠久，经过长期的自然选择和人工培育，

形成了极为丰富的腰果资源。据估计，全世界腰

果种质超过 2000 份，其中印度保存 1000 多份，

是世界上腰果资源保存量最大的国家，巴西 600

多份，越南 200 多份，坦桑尼亚 150 多份，莫桑

比克 100 多份。

作为典型的热带果树，腰果在我国具有较为

悠久的种植历史，早在日据时期，台湾省就曾在

嘉义农业试验所开展试验性种植[9]。约 1960 年，

海南省从斯里兰卡进口种子进行大面积种植，从

海南北部的文昌到南部的三亚均有分布，总面积

约 2000 hm2

。大约 1970 年，海南省又从坦桑尼亚

进口腰果种子大面积发展腰果产业，种植面积达

1.3万 hm2

，为丰富腰果种质资源创造了有利条件。

1987—1988 年，热科院品资所在海南省乐东县、

东方市、昌江县、万宁市、文昌市等地进行了腰

果种质资源考察，收集了腰果种质 21 份，其中优

异种质 8 份[10]。1990 年 7 月，热科院品资所通过

实生选种，培育了 FL30、HL2-21、GA63、HL2-13、

CP63-36 等 5 个腰果优良种质[5]。从 2005 年开始，

在“948”“物种资源保护”“政府间科技合作联委

会”等国际合作项目的支持下，通过交流合作从

巴西、越南、斯里兰卡、柬埔寨、泰国等国引进

了一批国外优良腰果种质并保存于海南省乐东县

腰果种质圃。特别是在 2010—2013 年，从莫桑比

克和坦桑尼亚引进了一批优良的腰果种质资源。

2013 年，“乐东腰果种质资源圃”被农业农村部

认定为农业农村部第三批热带作物种质资源圃，

从而快速地推进了腰果圃的基础建设和圃内资源

的收集、保存和利用等工作。2021 年，该圃又被

海南省农业农村厅认定为“省级腰果种质资源

圃”。现在，乐东腰果种质圃已保存海南省、云

南省和杂交选育品种，以及巴西、莫桑比克、坦

桑尼亚、泰国、越南、斯里兰卡等地的腰果种质

415 份，保存腰果资源量居世界第 3 位。

1.4 研制过程

腰果品种 DUS 测试指南的研制参考了芒果、

龙眼、荔枝、可可、梨、枇杷属、木菠萝、柑橘、

苹果等多年生木本果树的 DUS 测试指南，同时参

考了腰果相关文献的内容，依据所掌握的腰果种

质资源性状不同表达状态，并结合腰果育种水平

和生产现状等实际情况进行编制。

依托农业农村部乐东腰果种质圃的资源，开

展了多年的腰果种质资源农艺、经济和品质性状

等评价和鉴定，取得了丰富的试验数据。通过对

试验数据的分析和评价，筛选了一批判定腰果品

种性状特异性、一致性和稳定性较为重要的性状，

并划分了不同表达状态。同时为了易于开展腰果

品种 DUS 测试，本指南还对一些性状的表达状态

用图片或文字加以解释，从而使本指南的测试更

易于理解和操作。

2020 年腰果品种 DUS 测试指南形成征求意

见稿，在征求种质资源、育种专家及我国多个 DUS

测试分中心专家的意见后，经过对专家修改意见

的评估和修改，形成了较为完善的腰果 DUS 测试

指南。2021 年 11 月，腰果品种 DUS 测试指南通

过专家审定并形成报批稿。

2 腰果品种 DUS 测试指南的主要内容

腰果品种 DUS 测试指南由 9 章组成（表 1），

其中适用范围、繁殖材料的要求、DUS 结果的判

定、性状表和技术问卷是测试指南研制的主要内

容，而性状表中的附录 A 和附录 B 更是本指南的

核心内容，是用于判定腰果申请品种是否具备特

异性、一致性和稳定性的主要依据。附录 A 列出

了腰果 DUS 测试的基本性状和选择性状，以及各

个性状的观测时期和方法、表达状态、标准（标

样）品种和代码等。附录 B 则对性状表中的测试

性状进行了详细解释，并为田间开展测试提供了

具体方法，也为判别不同测试性状的表达状态提

供了详细参考。

表 1 腰果品种 DUS 测试指南的主要内容

Tab. 1 Contents of cashew varieties DUS test guideline

序号 No. 内容 Content 序号 No. 内容 Content

1 范围 6 测试方法

2 规范性引用文件 7 特异性、一致性和稳定

性结果的判定

3 术语和定义 8 性状表

4 符号 9 技术问卷

5 繁殖材料的要求

第 5 期 张中润等：腰果品种 DUS 测试指南的研制 951

2.1 适用范围

腰果属（Anacardium L.）是被子植物门双子

叶植物纲无患子目漆树科腰果族下的一个属，该

属树种资源多样性丰富，具有很高的变异性。巴

西东北部拥有的大量腰果属野生树种，是腰果的

起源中心。已知的腰果属树种有 20 余种，其中大

多数分布在巴西，但仅有腰果 A. occidentale L.一

个种在世界热区如科特迪瓦、印度、越南、巴西

等地大规模商业化种植[11]。

本指南依托的测试种质来源于农业农村部乐

东腰果种质资源圃，该圃的腰果种质均属于腰果

A. occidentale L.一个种。所以，腰果品种 DUS 测

试指南规定了腰果品种 DUS 测试的技术要求和

结果判定的一般原则，仅适用于腰果一个种的新

品种测试。

2.2 繁殖材料的要求

腰果通常以嫁接苗或接穗形式繁殖，嫁接苗

数量至少 8 株或接穗数量至少 80 个，一般测试至

少 2 个独立生长周期。嫁接苗的具体质量要求为

苗高不低于 35 cm，叶片数为 10~15 片，新梢茎

粗不小于 0.50 cm。接穗则应选取腰果树冠中上部

当年生品种纯正，生长健壮，芽眼饱满的老熟枝

条。提交的繁殖材料应符合我国植物检疫的有关

规定，一般不进行任何影响品种性状表达的处理。

如果已处理，应提供处理的详细说明。

2.3 测试性状的选择

测试性状选择依据条件如下：基因表达的结

果、在特定环境下具有一致性和可重复性、品种

间具有特异性、易于观测和准确描述识别、具有

一致性和稳定性，才可作为 DUS 测试的性状[7]。

2.3.1 测试性状 根据植物新品种 DUS 测试的

原理和技术规则，结合农业农村部“乐东腰果种

质圃”资源观测结果，腰果品种 DUS 测试指南共

筛选了 41 个测试性状，其中有 35 个基本性状和

6 个选测性状（表 2）。叶片和果实是不同腰果品

种区分的重要依据，而果实由果梨和坚果组成，

是腰果具有经济利用价值的重要部位，而且不同

腰果种质资源的差异性也主要表现在叶片、果梨

和坚果等部位上，因此本指南侧重于叶片、果梨

和坚果性状的选择。

从植株部位（器官）来看，植株性状、枝条

性状、叶片性状、花性状、果梨性状、坚果性状、

果仁性状和物候期性状的测试性状数量分别为 1

个、2 个、11 个、2 个、11 个、10 个、3 个和 1

个，其中叶片性状、果梨性状和坚果性状占比分

别为 26.8%、26.8%和 24.4%，这 3 个性状占性状

总数的 78.0%，说明了叶片、果梨和坚果的表型

性状在腰果品种 DUS 测试中的重要性。从性状类

型来看，质量性状、假质量性状和数量性状的测

试性状数量分别为 1 个、14 个和 26 个，其中数

量性状占 63.4%，说明数量性状是体现腰果种质

资源性状差异的重要性状类型。从观测方法来看，

群体测量、个体测量、群体和个体测量兼用、群

体目测的测试性状数量分别为 8 个、9 个、3 个和

21 个，其中群体目测占 51.2%，如果仅从基本性

状来看，群体目测占比高达 60.0%，充分体现了

本指南在田间开展 DUS 测试时的便捷性。

2.3.2 测试性状表达状态划分及代码 对腰果品

种 DUS 测试指南中的测试性状进行了表达状态

划分（表 2）。本指南中质量性状 1 个，其表达状

态为“灌木型”和“乔木型”，用“1”和“2”代

码。假质量性状 14 个，根据其表达状态依次对应

“1、2、3……”代码，其中采用 2、3、4、6 个

代码的性状分别为 1、9、3 个和 1 个。数量性状

26 个，采用了“1~9”尺度和“1~3”尺度 2 种代

码来划分表达状态，分别为 18 个和 8 个。

2.3.3 分组性状 分组性状为植株类型、叶片形

状、果梨形状、果梨颜色、坚果基部形状和坚果

缝合线突出部与顶点相对位置等 6 个，均可用群

体目测进行观测，其中质量性状 1 个，假质量性

状 4 个，数量性状 1 个。6 个分组性状在不同年

份表现稳定，受环境条件影响小，且均以外观为

主，在田间开展测试时具有便于操作、成本低、

可靠性强等特点。

2.3.4 标准品种 结合农业农村部乐东腰果种质

资源圃内种质资源性状的测试数据，本指南确定

了 20 个标准品种，分别为：B1、B1-10、B1-15、

B2、B2-10、B3-2、B3-5、B4、B5、B5-1、B7、

CP63-36、FL30、GA63、HL2-21、LDD1、MZ-7、

MZ-11、YZ-TD 和坦 3-1（表 3）。由于腰果的育

成品种较少，能作为标准品种使用的更少，所以

本指南中的标准品种大多为资源材料。从表中可

见，除了 FL30 和 HL2-21 外，大多数标准品种的

使用频次不高。

2.3.5 实物彩图和示意图 腰果品种 DUS 测试

指南为 26 个测试性状提供了实物彩图或示意图，

952 热带作物学报 第 43 卷

表 2 腰果品种 DUS 测试指南的测试性状

Tab. 2 Test characteristics for cashew varieties DUS test guidelines

序号

No.

测试类型

Test type

性状名称

Characteristic name

性状类型

Characteristic type

观测方法

Observation method

分级

Grade

1 植株：类型 QL VG 2

2 枝条：分枝 QN VG 3

3 枝条：粗度 QN MS 9

4 叶片：幼叶花青甙显色强度 PQ VG 4

5 叶片：长度 QN MS 9

6 叶片：宽度 QN MS 9

7 叶片：长宽比 QN MS/MG 9

8 叶片：形状 PQ VG 3

9 叶片：叶基形状 PQ VG 3

10 叶片：叶尖形状 PQ VG 6

11 叶片：横切面形状 PQ VG 4

12 叶片：上表面绿色程度 QN VG 3

13 叶片：泡状突起 QN VG 3

14 叶片：叶柄长度 QN MS 9

15 花：花序基部宽度 QN VG 3

16 花：花冠花青甙显色强度 PQ VG 3

17 果梨：幼果颜色 PQ VG 3

18 果梨：长度 QN MS 9

19 果梨：宽度 QN MS 9

20 果梨：长宽比 QN MS/MG 9

21 果梨：形状 PQ VG 3

22 果梨：颜色 PQ VG 3

23 果梨：果肉颜色 PQ VG 2

24 果梨：梗洼深度 QN VG 3

25 果梨：顶洼深度 QN VG 3

26 坚果：幼果颜色 PQ VG 3

27 坚果：长度 QN MS 9

28 坚果：宽度 QN MS 9

29 坚果：长宽比 QN MS/MG 9

30 坚果：厚度 QN MS 9

31 坚果：颜色 PQ VG 3

32 坚果：基部形状 PQ VG 4

33 坚果：缝合线突出部与顶点相对位置 QN VG 3

34 坚果：出仁率 QN MG 9

35

基本性状

成熟期 QN MG 9

36 果梨：单果重 QN MG 9

37 果梨：可溶性固形物含量 QN MG 9

38 坚果：单果重 QN MG 9

39 果仁：单果重 QN MG 9

40 果仁：蛋白质含量 QN MG 3

41

选测性状

果仁：脂肪含量 QN MG 3

注：QL 代表质量性状；QN 代表数量性状；PQ 代表假质量性状；MG 代表群体测量；MS 代表个体测量；VG 代表群体目测。

Note: QL indicates qualitative characteristics; QN indicates quantitative characteristics; PQ indicates pseudo-qualitative characteristics.

MG indicates group measurement; MS indicates individual measurement; VG indicates group visual assessment.

第 5 期 张中润等：腰果品种 DUS 测试指南的研制 953

表 3 标准品种及其频次

Tab. 3 Example varieties and frequency

序号 No. 品种名称 Variety 频次 Frequency 序号 No. 品种名称 Variety 频次 Frequency

1 B1 2 11 B7 5

2 B1-10 1 12 CP63-36 4

3 B1-15 1 13 FL30 13

4 B2 2 14 GA63 3

5 B2-10 3 15 HL2-21 10

6 B3-2 1 16 LDD1 1

7 B3-5 1 17 MZ-7 1

8 B4 2 18 MZ-11 2

9 B5 6 19 YZ-TD 5

10 B5-1 1 20 坦 3-1 1

占测试性状总数的 63.4%。其中提供实物彩图的

测试性状为植物类型、叶片幼叶花青甙显色强度、

叶片形状、叶片叶基形状、叶片叶尖形状、叶片

上表面绿色程度、叶片泡状突起、花花序基部宽

度、花花冠花青甙显色强度、果梨幼果颜色、果

梨长度、果梨宽度、果梨形状、果梨颜色、果梨

果肉颜色、果梨梗洼深度、果梨顶洼深度、坚果

幼果颜色、坚果长度、坚果宽度、坚果厚度、坚

果颜色、坚果缝合线突出部与顶点相对位置等 23

个，共有 55 张实物彩图。提供示意图的测试性状

为枝条分枝、叶片横切面形状、坚果基部形状等

3 个，共有 11 张示意图。

2.4 DUS 判定标准

2.4.1 特异性判定 申请的腰果品种应明显区别

于所有已知腰果品种，当有一个或以上性状存在

明显且可重复的差异时，即可判定申请品种具有

特异性。在腰果 DUS 测试中，需遵循营养繁殖的

材料至少为 2 个独立生长周期的测试周期，从而

判别该腰果品种是否满足一致性差异。

新品种特异性的判定标准受性状类型的影

响。对于质量性状，当某个性状的性状表达处于

不同级别，即可认定具有明显差异。例如申请测

试腰果品种 B7 的质量性状“果梨：颜色”为“红

色”时，和原品种“黄色”性状表达状态具有明

显差异，则可判定该测试品种为具有特异性。对

于数量性状，若某一性状的表达状态达到 2 个以

上代码的差异，即可认为在该性状上具有明显差

异；若性状表达为 2 个或 2 个以下代码的差异，

个体测量性状应用生物统计方法，并采用 1%的显

著水平进行判定。对于假质量性状，位于连续区

段表达状态的判定参照数量性状，位于非连续区

段表达状态的判定参照质量性状[12]。

2.4.2 一致性的判定 与大多数果树 DUS 测试

指南一样，腰果 DUS 测试的一致性判定也是采用

1%的群体标准和至少 95%的接受概率。当样本大

小为 6~10 株时可以允许 1 个异型株出现。

2.4.3 稳定性的判定 具有一致性的腰果品种即

可认为具备稳定性，在腰果 DUS 测试中一般不对

稳定性进行测试，其判定通过一致性来推断。

2.5 技术问卷

腰果技术问卷将腰果品种来源分为杂交、突

变和其他 3 类。将植株类型、叶片幼叶花青甙显

色强度、叶片长度、叶片宽度、叶片形状、叶片

叶尖形状、果梨幼果颜色、果梨长度、果梨宽度、

果梨形状、果梨颜色、坚果幼果颜色、坚果颜色、

坚果基部形状、坚果缝合线突出部与顶点相对位

置和坚果出仁率等 16 个性状列为技术问卷性状。

3 讨论

腰果是我国热区特色热带果树，是世界热区

国家重要的出口创汇作物，是热区人民重要的经

济收入来源，也是我国“一带一路”走出去和南

南合作的重要对象作物[2, 13]。我国腰果研究自 20

世纪 60 年代开始至今，已经积累了丰富的腰果资

源，这为腰果品种 DUS 测试指南的研制提供了丰

富的材料。

腰果品种 DUS 测试指南的标准品种主要源

自我国的腰果育成品种和收集保存的资源，在我

国栽种大多超过 20 余年，具有较好的生态适应

性。尽管标准品种在性状观测时具有直观的优点，

但测试性状采用实物彩图和示意图说明更加直

观，且一些性状的表达状态选择合适的标准品种

954 热带作物学报 第 43 卷

较为困难，因此实物彩图和示意图是对标准品种

的重要补充。为此，腰果品种 DUS 测试指南附有

性状解释表中为大多数测试性状提供了实物彩图

和示意图，为腰果新品种测试观察提供了直观的

观测参考。

腰果品种 DUS 测试指南的测试性状涉及植

株、枝条、叶、花、果梨、坚果、果仁、物候期

等，对性状表达状态的描述较全面，可为开展腰

果 DUS 测试提供详细参考。目前，UPOV 的腰果

品种 DUS 测试指南还未见有研制，所以本指南未

能借鉴到国际腰果品种 DUS 测试指南。今后如果

UPOV 发布腰果品种 DUS 测试指南，我们将进行

研究和比较，对我国的测试指南进行修订补充。

同时，依托我国腰果品种 DUS 测试指南的研制，

我们也将争取参与未来腰果国际测试指南的研制

工作，以提高我国腰果 DUS 测试在国际领域的话

语权。

随着我国乡村振兴战略的正式实施，国家种

业面临植物新品种知识产权保护、激励育种原始

创新、保障粮食安全的新形势。我国的《种子法》

也迎来了第四次修改，今后我国植物新品种保护

水平也越来越高，力度将越来越大。腰果品种 DUS

测试指南的研制有助于保护腰果新品种，对腰果

品种培育也将起到积极的促进作用。同时，腰果

品种 DUS 测试指南的研制也对推动腰果尽快纳

入我国农业植物品种保护名录，进而开展腰果新

品种测试，申请品种权保护奠定了基础。

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热带作物学报 2022, 43(5): 955963

Chinese Journal of Tropical Crops

收稿日期 2021-09-29；修回日期 2022-01-18

基金项目 国家自然科学基金项目（No. 31960576）；贵州科技计划项目（黔科合平台人才[2021]5624 号，黔科合服企

[2019]4004-2）。

作者简介 郭玉琳（1995—），女，硕士，研究方向：细胞生物学。*通信作者（Corresponding author）：李安定（LI Anding），

E-mail：anndynlee@126.com。

西番莲不同种质资源抗寒性测定

郭玉琳1,2，吴凤禅3

，李安定1,2*，蔡国俊1,4

1. 贵州科学院贵州省山地资源研究所，贵州贵阳 550001；2. 贵州科学院贵州省生物研究所，贵州贵阳 550000；3. 贵州

大学林学院，贵州贵阳 550025；4. 湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128

摘 要：为筛选贵州抗寒性强的西番莲品种，设定 5 个低温处理梯度，测定不同低温胁迫下 6 个品种西番莲枝条膜脂

特性、可溶性物质、细胞保护酶，分析其变化趋势，并通过隶属函数法综合评价各品种抗寒能力。研究结果表明，所

有品种枝条相对电导率均随处理温度降低而增加，‘蓝香西番莲’（Passiflora incarnata）、‘玛格丽特西番莲’（Passiflora

‘Lady Margaret’）、‘贵寒 1 号’（Passiflora edulis）半致死温度较其他低，各品种 MDA 变化趋势差异较大，总体上–20℃

下 MDA 含量高于 5℃处理，‘玛格丽特西番莲’‘贵寒 1 号’‘台农 1 号’‘巨无霸黄金果’枝条可溶性糖随处理温

度降低呈下降趋势，各西番莲品种枝条可溶性蛋白质含量随处理温度降低呈先增加后减少趋势，除‘巨无霸黄金果’

外，其他品种枝条 CAT 酶活性均随处理温度下降呈先上升后下降趋势，枝条 POD 酶活性随处理温度下降呈先上升后

下降趋势，各品种枝条 SOD 酶活性随温度变化趋势差异较大。根据隶属函数法判定 6 个西番莲品种均为Ⅱ级，中抗寒

性品种，得出各品种抗寒性强弱顺序为：‘贵寒 1 号’>‘蓝香西番莲’>‘玛格丽特西番莲’>‘台农 1 号’>‘紫花

西番莲’（Passiflora amethystina）>‘巨无霸黄金果’。

关键词：西番莲；抗寒性；生理特性；隶属函数法

中图分类号：S65 文献标识码：A

Cold Resistance Determination of Different Passiflflora edulis Germplasm Resources

GUO Yulin1,2, WU Fengchan3

, LI Anding1,2*, CAI Guojun1,4

1. Institute of Mountain Resources, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang, Guizhou 550001, China; 2. Guizhou Institute of Biology, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang, Guizhou 550000, China; 3 Guizhou University Guiyang, Guizhou 550025, China;

4. College of Resources and Environments, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China

Abstract: Passiflflora edulis is an important fruit to raise peasants’ income in rough country in subtropical China. Cold

resistance of P. edulis is crucial to keep survival rates, quality and yield. In order to screen strong cold resistance varieties in Guizhou, we set five low temperature gradients, 5℃, 0℃, ‒5℃, ‒10℃, ‒20℃, for 6 P. edulis varieties from

Pingtang, Guizhou, China, and determined the membrane lipid characteristics, soluble substances, and cell protective

enzymes, and then analyzed the variation trend of above indictors under different temperature treatment. Finally we used

the membership function method to evaluate the cold resistance capacity of P. edulis comprehensively. The results

showed the relative electric conductivity increased with decreasing temperature (mean relative electric conductivity of

the varieties 35.19% in 5℃ treatment and 89.71% in 20℃ treatment), the semilethal temperature of P. incarnate, Passiflora ‘Lady Margare’ and P. edulis was lower than that of other varieties (‒1.426‒0.98℃). We also found the variation

trends of intracellular malondialdehyde in plants (MDA) were different among varieties, and the MDA content under

‒20℃ treatment was generally higher than that under 5℃ treatment. When temperature decreased, the soluble sugar of

956 热带作物学报 第 43 卷

majority varieties declined, the descent range of ‘QueenJuwuba’ was the highest (59.24%) while that of ‘Tainong’was

the lowest (31.26%). Soluble protein content in the branches of all varieties increased first and then declined with decreasing treatment temperature. Catalase (CAT) activity was processed with temperature drop of all varieties except

‘QueenJuwuba’. Variation trend of peroxidase (POD) enzyme activity was the same as CAT. However, the variation of

superoxide dismutase (SOD) enzyme activity with temperature was different among varieties. Through the membership

function method, we identified the cold resistance of the varieties was in II level, its ranking with membership was:

‘GuiHanNo.1’ (0.543) > P. incarnata (0.542)> P. ‘Lady Margaret’ (0.521)> ‘Tainong’(0.501)> P. amethystina (0.489)>

‘QueenJuwuba’(0.459). The results indicated the cold-resistant of ‘GuiHanNo.1’ and P. incarnata was the strongest

among the six varieties, while the cold-resistant of ‘QueenJuwuba’ was the poorest. The cold resistance should be improved for all six varieties.

Keywords: Passiflflora edulis; cold resistance; physiology properties; membership function

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.010

植物的生长发育除了依靠自身的生理调节

外，还受外部环境影响，其中低温胁迫是重要的

外部影响因素之一[1]。低温分为冷害和冻害，冷

害指 0~10℃对植物造成的伤害，冻害指 0℃以下

温度对植物造成的伤害[2]，低温不仅是影响植物

自然地理分布的主要环境条件，也是制约农林生

产活动的重要因素[3]，当外界环境温度变低时，

植物体内的生理调节也会随之变化以减轻低温对

植物造成的伤害[4]，植物细胞膜系统是最先受低

温胁迫影响的部位[5]，低温会破坏植物细胞膜系

统，导致溶质外渗，引起细胞电导率发生改变，

因此，植物抗寒性强弱与电导率变化密切相关[6]，

除此之外，植物细胞内丙二醛（MDA）含量与植

物细胞质膜损伤程度呈负相关，可据此判定植物

抗寒性强弱[7]。

低温胁迫下，细胞内可溶性糖可增强细胞保

水能力，保护细胞器和生物膜，为新陈代谢提供

能量[8]。可溶性蛋白也具增强细胞保水能力、调

控抗寒基因等作用，通过研究低温胁迫下植物可

溶性糖和蛋白的变化分析植物抗寒性在葡萄等多

种农作物上已得到广泛应用[9]。

酶作为植物体内抗氧化防御系统的重要物

质，低温胁迫下可保持清除活性氧自由基的作用，

调节细胞膜透性，防止膜损伤，超氧化物歧化酶

（SOD），过氧化物酶（POD），过氧化氢酶（CAT）

是研究得最多的保护酶系统[10]，抗寒性强的植物

在低温下仍能维持较高的酶活性水平。目前，以

上植物生理指标在多种经济作物抗寒品种（如水

稻、小麦等）筛选中均有较充分的研究，但关于

西番莲生理指标对低温胁迫的响应及抗寒性判定

研究较少[11-13]。

西番莲（Passiflflora edulis）原产于热带地

区[14]，目前主要栽培于我国广西、云南等地[15]。

贵州属于喀斯特地貌，石漠化问题严重，西番莲

作为常绿攀岩型植物，具有良好的植被覆盖能力

及经济效益，是防治喀斯特地区石漠化防的理想

栽培作物[16]。西番莲种植平均气温为 18℃以上，

而贵州省常年温度为 16℃左右，且冬季贵州大部

分地区温度在 0℃左右，导致西番莲不能顺利越

冬[17]，因此，选取抗寒性较强的西番莲品种极为

迫切。本研究主要通过设定不同低温处理，测定

‘贵寒 1 号’等 6 个品种的西番莲枝条膜脂特性、

可溶性物质、细胞保护酶类对低温处理的响应，

旨在选出抗寒性较强的西番莲品种，通过本研究，

可以为喀斯特地区西番莲引种栽培和培育提供理

论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为西番莲一年成熟标准株枝条，材

料全部采自贵州省平塘种植基地，分别有‘贵寒

1 号’（Passiflora edulis）、‘巨无霸黄金果’、

‘玛格丽特西番莲’（Passiflora‘Lady Margaret’）、‘台农 1 号’、‘蓝香西番莲’（Passiflora

incarnata）、‘紫花西番莲’（Passiflora amethystina）6 个品种。

1.2 方法

1.2.1 半致死温度测定 对各株系西番莲一年生

枝条进行室内人工低温试验。将每个品种的西番

莲枝条剪成数段，分成 6 份，将枝条冲洗干净，

并用吸水纸吸干枝叶表面水分，然后用自封袋

保存并放入人工智能培养箱（温度控制精度为

±0.1℃，用水银温度计进行校准）进行不同梯度

温度处理，低温分别设置为 5、0、–5、–10、–20

第 5 期 郭玉琳等：西番莲不同种质资源抗寒性测定 957

℃，待温度稳定后维持 16 h 后在室温中解冻，放

入 50 mL 的三角瓶中，加人 40 mL 重蒸馏水，用

真空干燥器抽 20~30 min，摇匀后用电导仪测出电

导率（R），代表低温处理的电解质渗出量。再将

其放入蒸锅中（用保鲜膜封瓶口）蒸 30 min 后，

测得不同植物部位被杀死后的电导率（R0），代表

处理材料的原生质膜全部破坏后所渗出电解质的

总量。以上实验 3 次重复，以浸泡液的导电率为

对照（CCK）。电解质渗出率（Y）=R‒CCK/R0‒CCK

将测得的电导率曲线进行非线性回归分析，采用

Logistic 回归方程拟和，Logistic 回归方程的表达

式为：Y=k/(1+ae

-bt)。Y=电解质渗出率，t=处理温

度，k=细胞伤害率和饱和容量，a、b 为方程参数。

对 y 和 t 进行回归分析，得出 a、k、e 的数值，由

Logistic 求取二级导数得出 t=lna/b，此时 t 值即半

致死温度（LT50）。

1.2.2 枝条 MDA、可溶性糖、可溶性蛋白、SOD、

POD、CAT 测定 采用硫代巴比妥酸法测定丙二

醛（malondialdehyde, MDA）含量，蒽酮法测定

可溶性糖（soluble sugar, SS）含量，考马斯亮蓝

G-250 法测定可溶性蛋白（soluble protein, SP）含

量，氮蓝四唑（ NBT ）法测氧化物歧化酶

（superoxide dismutase, SOD）活性，愈创木酚法

测过氧化物酶（peroxidase, POD）活性，过氧化

氢还原法测过氧化氢酶（catalase, CAT）活性[18]，

每个指标重复测 3 次，结果取平均值。

1.3 数据处理

数据计算、制图等采用 Excel 软件处理，

SPASS 软件进行相关系数分析。

2 结果与分析

2.1 西番莲枝条膜脂特性对低温胁迫的响应

由表 1 可知，随着温度的降低，所有品种的

西番莲相对电导率逐渐上升，5℃时，‘贵寒 1 号’

电导率最低，‘台农 1 号’电导率最高，当温度

下降至 0℃时，所有品种的相对电导率变化趋势不

大，当温度下降至‒5℃时，‘贵寒 1 号’‘巨无霸

黄金果’‘台农 1 号’的电导率显著上升，电导率

在 70%左右，说明枝条受到了伤害，其中‘台农 1

号’电导率最高，‘贵寒 1 号’电导率最低；其余

品种变化电导率均在 50%以下，说明枝条受到的

伤害要小于上述 5 个品种，当温度下降至‒10℃时，

‘玛格丽特西番莲’‘蓝香西番莲’‘紫花西番莲’

的电导率显著上升，说明在‒5~‒10℃温度区间内，

对该品种的枝条伤害较大；在‒10~‒20℃时，6 个

西番莲品种的电导率持续上升，相对电导率均在

85%~93%之间，说明该温度区间下 6 个品种的西

番莲枝条已经受到最大伤害。

表 1 不同温度下不同西番莲品种相对电导率含量变化

Tab. 1 Content of relative conductance in P. edulis branch of different temperature treats

品种 相对电导率 Relative electric conductivity /%

Cultivar 5℃ 0℃ ‒5℃ ‒10℃ ‒20℃

贵寒 1 号 30.49±0.71a

37.90±2.45b

68.51±7.14c

76.56±5.45d

92.87±0.67e

巨无霸黄金果 38.40±1.98a

43.97±4.43a

71.31±0.90b

78.55±4.98c

87.36±6.94d

玛格丽特西番莲 37.75±1.79a

46.53±0.84b

33.81±4.57a

74.49±5.29c

92.44±1.26d

台农 1 号 40.50±2.29a

38.10±5.44a

77.05±4.12b

80.00±3.00b

88.31±4.11c

蓝香西番莲 28.90±1.49a

34.48±2.68a

46.95±1.76b

75.75±3.46c

91.52±1.56d

紫花西番莲 35.10±4.70a

42.01±1.43b

45.58±1.33b

75.20±0.45c

85.76±3.32d

注：同行不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Note: Different lowercase letters in the same row indicate significant difference among treatments (P<0.05).

根据在不同温度条件下测定的 6 个西番莲品

种枝条的相对电导率可求得其 Logistic 方程、低

温半致死温度及拟合度，求取结果见表 2。6 个西

番莲品种的拟合度在 0.903~0.977 之间，拟合度较

高，说明数据可信度高，从 Logistic 方程统计结

果可以看出，6 个西番莲品种的半致死温度范围

为 0.980~‒3.359 之间，半致死温度最低为‘蓝香

西番莲’，最高为‘台农 1 号’，通过半致死温

度数值对这 6 个品种的抗寒性进行排序，结果为：

‘蓝香西番莲’>‘紫花西番莲’>‘玛格丽特西

番莲’>‘贵寒 1 号’>‘巨无霸黄金果’>‘台

农 1 号’。

958 热带作物学报 第 43 卷

一般认为，MDA 含量积累越多，机体中清除

自由基的能力越差，组织自我保护能力越弱[7]。

由图 1 可知，5℃处理下各品种 MDA 含量最低，

相对 5℃处理，0℃处理后 5 个品种枝条 MDA 含

量上升幅度显著，‘贵寒 1 号’‘紫花西番莲’

‘台农 1 号’‘蓝香西番莲’MDA 含量均在 0℃

处理时达到最大，说明在 0℃处理下‘贵寒 1 号’

‘紫花西番莲’‘台农 1 号’‘蓝香西番莲’‘巨

无霸黄金果’枝条细胞质膜已严重受损，‘玛格

丽特西番莲’枝条 MDA 含量随处理温度降低缓

慢上升，在‒10℃处理下达到最高。

2.2 西番莲枝条可溶性物质对低温胁迫的响应

随处理温度降低，‘玛格丽特西番莲’‘贵

寒 1 号’‘台农 1 号’‘巨无霸黄金果’枝条

可溶性糖含量均呈下降趋势（图 2）。‘蓝香西

番莲’与‘紫花西番莲’枝条可溶性糖含量变

化趋势相似，在 5~‒5℃处理下降低，‒10℃处理

下略有回升，所有品种枝条可溶性糖含量最高

值均出现在 5℃处理时，最低值出现在‒20℃处

理，且最高值与最低值差异极显著，‘巨无

表 2 6 个西番莲品种枝条的 Logistic 方程拟合度及半致死温度

Tab. 2 Logistic regression equation of relative conductance and the LT50 of 6 P. edulis cultivars

品种 Cultivar Logistic 方程 Logistic equatin 拟合度 R2 Goodness of fit 半致死温度 LT50/℃

贵寒 1 号 Y=100/(1+1.221e)‒0.14t

0.977 ‒1.426

巨无霸黄金果 Y=100/(1+0.9511e)‒0.129t

0.933 0.388

玛格丽特西番莲 Y=100/(1+1.348e)‒0.125t

0.903 ‒2.384

台农 1 号 Y=100/(1+0.899e)‒0.107t

0.920 0.980

蓝香西番莲 Y=100/(1+1.597e)‒0.14t

0.964 ‒3.359

紫花西番莲 Y=100/(1+1.221e)‒0.126t

0.923 ‒2.555

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

图 1 不同温度下不同西番莲品种枝条 MDA 含量变化

Fig. 1 Content of MDA in P. edulis branch of different temperature treats

第 5 期 郭玉琳等：西番莲不同种质资源抗寒性测定 959

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

图 2 不同温度下不同西番莲品种枝条可溶性糖含量变化

Fig. 2 Content of soluble protein sugar in P. edulis branch of different temperature treats

霸黄金果’降幅最大（59.24%），‘台农 1 号’

降幅最小（31.26%）。

除‘巨无霸黄金果’外，各西番莲品种枝条可

溶性蛋白质含量随处理温度降低呈先增加后减少

趋势（图 3），且‒5℃处理下，除‘巨无霸黄金果’

外的其他品种枝条可溶性蛋白含量都处于较高水

平（50.68~55.00 μg/mL），‘巨无霸黄金果’枝条

可溶性蛋白质含量随处理温度降低呈下降趋势。

2.3 西番莲枝条细胞保护酶类对低温胁迫的

响应

除‘巨无霸黄金果’外，其他品种枝条 CAT

酶活性均在 5~0℃处理间上升，随后随处理温度

下降呈下降趋势（图 4），‘蓝香西番莲’‘玛

格丽特西番莲’和‘贵寒 1 号’下降趋势较缓。

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

图 3 不同温度下不同西番莲品种枝条可溶性蛋白含量变化

Fig. 3 Content of soluble protein content in P. edulis branch of different temperature treats

960 热带作物学报 第 43 卷

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

Different lowercase letters indicate significant difference among treatments (P<0.05).

图 4 不同低温处理下西番莲品种枝条细胞保护酶活性

Fig. 4 Activity of cells protect enzyme in P. edulis branch of different temperature treats

第 5 期 郭玉琳等：西番莲不同种质资源抗寒性测定 961

‘紫花西番莲’‘巨无霸黄金果’‘玛格丽特西

番莲’‘蓝香西番莲’‘贵寒 1 号’枝条 POD 酶

活性在‒10~‒20℃降幅最大（21.52%~33.77%），

5~ ‒10℃间变化幅度较小（2.40%~8.58%），‘台

农 1 号’枝条酶活性在 0℃处理时达到最高值，

随后随处理温度降低基本呈直线下降趋势。

枝条 SOD 酶活性变化与温度关系较复杂，

‘紫花西番莲’和‘蓝香西番莲’枝条 SOD 酶活

性随处理温度降低呈先上升后下降随后上升趋

势，最低值出现在‒5℃处理下，‘贵寒 1 号’枝

条 SOD 酶活性最低值也出现在‒5℃处理下，但随

处理温度降低，其变化趋势为先降低后上升，‘台

农 1 号’和‘巨无霸黄金果’枝条 SOD 酶活性在

‒5℃处理下达到最大值，‘玛格丽特西番莲’枝

条 SOD 酶活性则随处理温度降低呈下降趋势，当

温度小于‒10℃时，其值有回升，但与‒10℃下的

值差异不显著。

2.4 隶属函数法对西番莲抗寒性综合评价

参照董万鹏等[19]、姜丽娜等[20]的隶属函数法

及对抗寒性划分方法，对各指标进行抗寒性判定，

6 个品种均为Ⅱ级，中抗寒性品种，其平均隶属

度由大到小为：‘贵寒 1 号’>‘蓝香西番莲’>

‘玛格丽特西番莲’>‘台农 1 号’>‘紫花西番

莲’>‘巨无霸黄金果’（表 3）。

表 3 各西番莲品种隶属度

Tab. 3 Membership of different P. edulis

品种

Variety

丙二醛

MDA

/(nmolL‒1

)

相对电导率

Relative electric

conductivity/%

可溶性糖

SS

/(mgg‒1

)

过氧化氢

酶 CAT

/(ngL‒1

)

过氧化物酶

POD

/(mUL‒1

)

可溶性蛋白

SP

/(µgmL‒1

)

超氧化物歧

化酶 SOD

/(UL‒1

)

平均隶属度

Mean membership

抗寒性

Cold

resistance

贵寒 1 号 0.457 0.494 0.473 0.613 0.783 0.461 0.522 0.543 Ⅱ

巨无霸黄金果 0.370 0.453 0.416 0.458 0.564 0.447 0.507 0.459 Ⅱ

玛格丽特西番莲 0.291 0.561 0.514 0.666 0.730 0.543 0.341 0.521 Ⅱ

台农 1 号 0.265 0.439 0.387 0.600 0.593 0.748 0.475 0.501 Ⅱ

蓝香西番莲 0.442 0.584 0.308 0.598 0.766 0.721 0.374 0.542 Ⅱ

紫花西番莲 0.318 0.565 0.435 0.684 0.516 0.505 0.403 0.489 Ⅱ

3 讨论

低温胁迫下，西番莲枝条膜脂特性、可溶性

物质、细胞保护酶类均随不同温度处理产生不同

变化趋势。枝条相对电导率均随处理温度降低而

增加，低温易使细胞间隙中的水分结冰，产生压

力，将细胞内的水分向间隙中挤压，导致原生质

脱水，从而增大细胞膜透性，相对电导率增加[21]。

‘蓝香西番莲’‘紫花西番莲’‘玛格丽特西番莲’

相对电导率在‒5℃处理下均处于较低水平，当处

理温度小于‒10℃时，各品种电导率差异小，说明

‘蓝香西番莲’‘紫花西番莲’‘玛格丽特西番莲’

细胞膜透性抗性较其他品种强，当温度低于‒10℃

时，西番莲枝条细胞膜受损严重。由相对电导率推

算的各品种半致死温度结果显示，‘蓝香西番莲’

‘玛格丽特西番莲’‘贵寒 1 号’半致死温度较低

（分别为‒3.359℃，‒2.384℃，‒1.426℃），抗寒性

强，其中‘贵寒 1 号’半致死温度较董万鹏等[17]

研究的‘贵寒 1 号’半致死温度高（‒2.857℃）。

细胞膜受到逆境伤害时，膜脂产生过氧化作

用，生成 MDA，因此 MDA 与相对电导率表征作

用一致，低温下枝条 MDA 含量越大，细胞膜质

过氧化程度越严重[22]。相对其他品种来说，‘玛

格丽特西番莲’枝条 MDA 含量随温度降低上升

幅度较小，说明其抗寒性强。

可溶性糖增加利于提高细胞液浓度，增强植

物抗寒性，有研究认为温度下降促进植物可溶性

糖积累，抗寒性越强的物质细胞内可溶性糖含量

增加幅度越大[23]；本研究中‘蓝香西番莲’与‘紫

花西番莲’枝条可溶性糖与其余品种相比含量在

‒10℃处理下略有回升，说明‘蓝香西番莲’和‘紫

花西番莲’抗寒性较其他品种强。可溶性蛋白促

进细胞持水力增强，可减少因原生质结冰造成的

病害[24]，本研究中除‘巨无霸黄金果’外，各西

番莲品种枝条可溶性蛋白质含量随处理温度降低

呈先增加后减少趋势，且‒5℃处理下，除‘巨无

霸黄金果’外的其他品种枝条可溶性蛋白含量都

处于较高水平（50.68~55.00 μg/mL），说明‘巨

无霸黄金果’相较其余品种抗寒性较差，董万鹏

962 热带作物学报 第 43 卷

等[17]的研究也发现随处理温度降低西番莲可溶

性蛋白呈先上升后下降趋势，所得结果一致。

超氧歧化酶和过氧化物酶同工酶可作为参与

植物抗逆反应的催化剂，调节膜透性和防止膜的

损伤，当植物处于低温胁迫时，SOD、CAT、POD

三种膜保护酶相互协调共同提高植物体抗寒的能

力，一般认为，酶活性越强越利于植物抗寒[25]。

除‘巨无霸黄金果’外，其他品种枝条 CAT 酶活

性均随处理温度下降呈先上升后下降趋势，‘蓝

香西番莲’‘玛格丽特西番莲’和‘贵寒 1 号’

下降趋势较缓。‘紫花西番莲’‘玛格丽特西番

莲’‘蓝香西番莲’‘贵寒 1 号’枝条 POD 酶活

性降幅较小（2.40%~8.58%），枝条 SOD 酶活性

变化与温度关系较复杂。‘蓝香西番莲’‘玛格

丽特西番莲’和‘贵寒 1 号’低温下有较强的酶

活性，利于抗寒。

根据隶属函数法判定 6 个西番莲品种均为Ⅱ

级，中抗寒性品种，其平均隶属度由大到小为：

‘贵寒 1 号’>‘蓝香西番莲’>‘玛格丽特西番

莲’>‘台农 1 号’>‘紫花西番莲’>‘巨无霸

黄金果’，‘贵寒 1 号’‘蓝香西番莲’‘玛格

丽特西番莲’与抗寒性呈正相关的生理指标（如

CAT、POD）均表现为同一低温处理下较其他品

种更高的值，或下降趋势较缓，与抗寒性呈负相

关的生理指标（如 MDA）则表现为同一低温处理

下较其他品种更低的值，隶属度结果与各生理指

标测定结果吻合。董万鹏等[17]的研究也表明‘贵

寒 1 号’较其他西番莲品种有更强的抗寒性。

4 结论

本研究结果表明，6 个西番莲品种均为Ⅱ级，

中抗寒性品种，得出各品种抗寒性强弱顺序为：‘贵

寒 1 号’>‘蓝香西番莲’>‘玛格丽特西番莲’>

‘台农 1 号’>‘紫花西番莲’>‘巨无霸黄金果’。

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收稿日期 2021-06-14；修回日期 2022-01-26

基金项目 三明市科技计划项目（No. 2018-N-3）。

作者简介 周辉明（1980—），男，副研究员，研究方向：植物组织培养。*通信作者（Corresponding author）：林辉锋（LIN

Huifeng），E-mail：289687622@qq.com。

四倍体白掌新品种‘绿萌’的选育

周辉明1

，林辉锋1*，莫智龙1

，陈昌铭1

，曹奕鸯1

，熊 君2

1. 三明市农业科学研究院花卉研究所，福建三明 365051；2. 福建农林大学生命科学学院，福建福州 350002

摘 要：白掌又名白鹤芋，原产于美洲和亚洲的热带地区，为天南星科白鹤芋属多年生草本植物，是重要的观花观叶

盆栽植物，当前市场主栽品种基本源于国外，多为人工杂交产生的后代。利用人工诱变技术对植物体细胞染色体组进

行加倍的多倍体育种方法已应用于观赏花卉新品种的选育，多倍体植株具有叶片增大、叶色加深、花朵变大、花色艳

丽等优良性状，与二倍体比较，目标性状的观赏价值更高。利用化学诱变产生多倍体是目前人工多倍体育种中常用的

诱导方法，其具有操作简易、突变率高、专一性强和适用性广等特点。秋水仙素是目前主要采用的多倍体化学诱变剂，

其诱导的效果与诱导时间、使用的浓度、处理的植物种类和器官等因素有关。本研究以白掌‘美酒’的组培苗愈伤组

织为材料，优化四倍体白掌诱导方法，经秋水仙素浸泡处理后，开展试管苗形态学初筛、田间种植优选及株系比较试

验，同时进行染色体计数、气孔大小和基因组大小比较、四倍体白掌新品种选育。结果表明：最佳诱导四倍体白掌的

方式为 0.10%秋水仙素浸泡处理 7 d，其四倍体诱导率最高；选育出的四倍体白掌新品种‘绿萌’在设施大棚种植时自

然花期为 4—6 月，与对照‘美酒’相比，叶片长和宽、叶柄长和直径、叶鞘长、佛焰苞苞片长和宽、花梗长和直径、

肉穗花序长和直径、气孔长度和宽度、气孔密度均差异极显著，根尖染色体数为 2n=4X=60，是对照（2n=2X=30）的 2

倍。流式细胞仪测定 DNA 显示，‘绿萌’基因组大小为 10.87 Gb，对照‘美酒’基因组大小为 5.73 Gb，鉴定为四倍

体白掌新品种。本研究利用人工化学诱变方法选育的四倍体白掌新品种‘绿萌’，具有叶片增厚、叶色加深、茎杆变

粗、叶柄变粗、花梗变粗、肉穗花序变粗等特点，大大提高了白掌的观赏价值。

关键词：白掌；化学诱变；选育

中图分类号：S682 文献标识码：A

Breeding a New Tetraploid Spathiphyllum floribundum ‘Lvmeng’ Variety

ZHOU Huiming1

, LIN Huifeng1*, MO Zhilong1

, CHEN Changming1

, CAO Yiyang1

, XIONG Jun2

1. Flower Research Institute, Sanming Academy of Agricultural Sciences, Sanming, Fujian 365051, China; 2. College of Life Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China

Abstract: Spathiphyllum floribundum is an important ornamental foliage and flower plant and is an perennial herb native

to the tropics of America and Asia. At present, most of the main varieties in China are from abroad, and the offspring of

artificial hybridization. The polyploid breeding method of doubling the chromosome sets of plant somatic cells by artificial mutation technology is often applied to ornamental flowers. The variety of selected polyploid plants showed excellent traits such as leaf enlargement, leaf color deepening, flower enlargement and gorgeous flower color, which could

greatly improve the ornamental value of the target traits. Using chemical mutagens to induce polyploids is a common

induction method in artificial mutagenesis technology because of its simple operation, high mutation rate, strong specificity and wide applicability. Colchicine is a polyploid chemical mutagen mainly used in polyploid induction at present.

The effect of colchicine on inducing polyploidy is related to induction time, concentration, plant species and organs. The

callus of S. floribundum Meijiu was used as the material. The induction method of tetraploid was optimized. Morphological screening of seedlings in vitro, field selection and comparison of plants regeneratrd were carried out. Furthermore, the number of chromosomes, stomatal size andgenome size identification were used for breeding and identified