116份芝麻种质资源叶绿素含量多样性的比较分析
芝麻是我国重要的油料作物之一，也是传统的优势出口创汇作物，在国家食用油供给安全和种植业结构调整中占有重要地位。芝麻在我国分布广泛，各省市均有种植，其种质资源拥有量占全世界总数的1/4，多样性十分丰富。芝麻种质资源的多样性研究已经在表型性状、同工酶和DNA分子多态性等方面开展，但是基于单一性状的多样性研究尚未见报道。而随着研究的深入，复杂性状构成因子的逐一剖析与遗传研究日臻重要。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，是构成植物光合特性的重要因子，其含量的高低直接影响植物正常的光合作用甚至新陈代谢。叶绿素含量表征了作物的生产能力，与光合速率、产量形成密切相关。已有的报道表明，叶绿素含量的遗传多样性、QTL分析等遗传研究已经在小麦、水稻、玉米、大豆、棉花等作物中广泛开展。本研究对116份芝麻种质资源蕾期、盛花期和终花期的叶片叶绿素含量进行了多样性分析，为芝麻育种潜力的遗传改良和叶绿素相关研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料为国内外地方种质85份，改良品种(系)31份，共计116份(表1)。于夏季5月底播种于中国农业科学院油料作物研究所试验基地(湖北武昌)，栽培措施和田间管理按常规方法进行，每小区4行(行距40 cm，株距20 cm)，设置重复3次。
1.2 叶绿素含量测定与分析
利用叶绿素含量仪对种质资源的叶绿素含量进行快速测量。
1.3 数据处理与分析
多样性指数计算参考文献，先计算参试材料的总体平均数(x)和标准差(s)，然后划分为10级，即第一级[Xi<(x-2s)]到第十级[Xi>(x+2s)]，每0.5s为一级，每一级的相对频率用于计算多样性指数，公式为H′=-∑Pi×lnPi，式中Pi为某一性状第i级别内材料份数占总份数的百分比。总体平均多样性指数为各个单项性状多样性指数的平均值。聚类分析在SPSS分析软件上进行，按照欧氏最小距离法对3个生育时期的9个叶绿素含量相关指标进行聚类。其他数据处理和分析在Excel和SPSS上进行。
2 结果与分析
2.1 116份种质资源叶绿素含量的多样性
测定结果显示，每份种质资源在蕾期、盛花期和终花期的叶片叶绿素含量依次明显增加，终花期为最高。由表2可见，叶绿素a、b和总含量的平均值为终花期最高，盛花期和蕾期次之；变异系数为盛花期最大，其次是终花期，蕾期最小；多样性指数为蕾期和终花期相近，而盛花期较低。可见，盛花期是种质间叶片叶绿素含量差异较大的一个时期，但是并不是多样性指数最大的时期。3个生育时期叶绿素a、b和总含量的总体多样性指数为1.8950，可见，芝麻种质资源间叶绿素含量存在较大的差异，多样性指数较大，丰富度高。
2.2 改良品种和地方种质叶绿素含量的多样性比较
对31份改良品种(系)和85份地方种质的叶绿素含量的多样性进行分析表明(见表3)，改良品种(系)在3个时期的叶绿素a、b和总含量的最大值、最小值和平均值上均大于地方种质，这可能与芝麻高产育种改良过程中的选择有关，因为叶绿素含量与光合效率及产量成正相关，致使改良品种(系)叶绿素含量普遍高于地方种质。但是，改良品种(系)3个生育时期叶绿素含量的多样性指数除蕾期叶绿素a略高于地方种质外，其他指标的多样性指数均低于地方种质，地方种质叶绿素含量的总体多样性指数(1. 9094)明显高于改良品种(系)(1.7740)，可见地方种质的叶绿素含量的多样性要高于改良品种(系)。
江淮和长江流域的种质为中部种质(66份)，往南的广东、广西、贵州、四川、海南等地的种质为南方种质(14份)，往北的辽宁、内蒙古、山东、山西、陕西、河北等地种质为北方种质(27份)，结果如表4。不同地域来源的种质间叶绿素含量存在较大的差异，叶绿素含量平均值在蕾期和终花期以北方种质为大，盛花期则以南方种质稍大；变异系数在蕾期和盛花期以南方区为大，而终花期则以中部为大；多样性指数在蕾期和终花期表现为中部最大，南方区和北方区相近；总体多样性指数为北方种质(1.8354)和中部种质(1. 8323)相近，其次为南方种质(1.7366)，最小的为国外种质(1.6793)。可见我国中部地区和北方地区的芝麻种质资源在叶绿素含量上多样性丰富程度明显高于其他资源分布区，这与中部和北方分别是我国芝麻主产区和第二主产区，其间资源丰富度较高有关。供试种质中，我国种质资源叶绿素含量的多样性指数明显高于国外种质，可见我国作为芝麻主产国，种质资源的多样性异常丰富。但是，本试验国外种质较少，不能较好地代表国外种质资源的整体水平。
2.4 聚类分析
利用欧氏最小距离法对116份芝麻种质资源蕾期、盛花期和终花期3个生长时期的叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量等共计9项指标进行聚类分析。分析结果表明(图1)：聚类结果与种质来源和种质类型没有明显的规律性；116份芝麻种质资源明显被聚为两个大类群，类群Ⅰ为叶片叶绿素含量低的类群，具62份种质，占供试种质的53.45%，类群Ⅱ为叶片叶绿素含量高的类群，具54份种质，占46.55%；其中，类群Ⅰ中又明显分为两个小类群，Ⅰ-1类具17份种质，占总供试种质的14.66%，为叶绿素含量最低类群，Ⅰ-2类具45份种质，占38.79%，为叶绿素含量较低类群；类群Ⅱ中也明显划分为两个小类群，Ⅱ-1类具17份种质，占14.66%，为叶绿素含量最高类群，Ⅱ-2类具37份种质，占31.90%，为叶绿素含量较高类群。
聚类结果综合地筛选出山西八棱芝麻、驻芝11、豫芝11、陕西芝麻(表1编号100)、广东白芝麻、中芝11、湖北犀牛角、安徽芝麻(表1编号17)、山西分杈芝麻、激光2号、陕西一边顺、辽宁芝麻(表1编号86)、河北小八股杈、广西新和黑芝麻、贵州灰芝麻、塔世干122和河南二郎花等17份叶绿素含量高的种质，可作为相关育种改良与遗传研究的种质材料加以利用。
3 讨论
高等植物叶片所含的叶绿素a和b是叶绿体中主要的光合色素，对光能的吸收和利用起着重要的作用，进而影响光合作用的效率，叶绿素含量与作物产量形成密切相关。刘红艳等研究表明芝麻叶片叶绿素含量与单株产量呈中等强度正相关，与株高、主茎果轴长度和千粒重等产量性状呈显著或极显著正相关，认为通过提高叶绿素含量来实现增产是一条切实可行的途径。在水稻、玉米、小麦等作物中叶片叶绿素相关的遗传研究日益受到研究者们的关注，期望通过发掘利用叶绿素含量高的种质资源来提高作物光能利用率和产量潜力。
本研究发现，芝麻改良品种(系)的叶绿素含量要明显高于地方种质，可见，一直以来以提高产量为目的的芝麻改良过程中，叶绿素在无意中得到了提高，这也佐证了通过提高叶绿素含量来进一步提高产量潜力的观点。但本实验结果显示改良品种(系)叶绿素含量的多样性指数要明显低于地方种质，因此，进一步发掘利用高叶绿素含量的种质资源是进一步遗传育种研究的需要，在116份芝麻种质资源叶绿素含量的多样性分析中，发现种质间叶绿素含量差异较大，多样性较丰富，并聚类分析出山西八棱芝麻、驻芝11等17份高叶绿素含量的种质，不仅为芝麻高叶绿素含量的遗传改良提供了可能，也为相关育种改良与遗传分析提供了直接可以利用的种质材料。
