芝麻抗裂蒴性鑒定方法研究及核心種質(zhì)抗裂蒴性評價

師立松，高媛，黎冬華，楊文娟，周瑢，張秀榮，張艷欣

芝麻抗裂蒴性鑒定方法研究及核心種質(zhì)抗裂蒴性評價

師立松，高媛，黎冬華，楊文娟，周瑢，張秀榮，張艷欣

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室，武漢 430062）

【】芝麻蒴果成熟易開裂，造成產(chǎn)量損失，是影響芝麻機械化收獲的重要因素。建立一種簡便易行、準(zhǔn)確可靠、重復(fù)性好的芝麻抗裂蒴性鑒定方法，有利于發(fā)掘抗裂蒴種質(zhì)和選育抗裂蒴品種，推動芝麻機械化生產(chǎn)進程。芝麻進入成熟期2周以后，取主莖中部蒴果進行抗裂蒴性鑒定。利用5份具有不同抗裂蒴性的代表性材料，通過比較蒴果樣品烘干前后裂口寬與開裂角度C1的差異，確定樣品處理方式；通過比較主莖各節(jié)位蒴果的裂口寬和開裂角度C1變異情況，選擇最佳取樣部位。以308份核心種質(zhì)為材料，測量計算蒴果長、蒴果寬、蒴果厚、裂口寬、裂口深、果皮重、裂口深/蒴果長、果皮重/蒴果長、開裂角度C1和C2等10項指標(biāo)，通過相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)、線性回歸等統(tǒng)計學(xué)分析，篩選抗裂蒴性評價的最佳指標(biāo)；根據(jù)不同抗裂蒴性核心種質(zhì)的裂口寬變異分布情況，確定抗裂蒴性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。蒴果樣品經(jīng)過烘干處理，有助于消除誤差，可提高鑒定準(zhǔn)確性；植株主莖中部5節(jié)位蒴果的裂口寬和開裂角度C1在同一材料不同單株間無顯著差異，為最佳取樣部位；建立308份核心種質(zhì)的抗裂蒴性綜合評價值與單項指標(biāo)的最優(yōu)回歸方程，即=﹣0.12+0.332+3.2110，表明裂口寬和果皮重/蒴果長對抗裂蒴性有顯著影響，且裂口寬與蒴果開裂角度C1呈極顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.8049），因此，裂口寬可以作為芝麻抗裂蒴性鑒定評價的指標(biāo)；確定的芝麻抗裂蒴性等級劃分標(biāo)準(zhǔn)為：高抗（裂口寬≤0.7 cm），抗（0.7 cm＜裂口寬≤0.9 cm），中間型（0.9 cm＜裂口寬≤1.1 cm），裂（1.1 cm＜裂口寬≤1.5 cm），易裂（裂口寬＞1.5 cm）。當(dāng)芝麻進入成熟期2周后，選取主莖中部5節(jié)位的中位蒴果，烘干處理后測量蒴果的裂口寬，能夠精準(zhǔn)評價芝麻的抗裂蒴性。該方法簡便易行，不受環(huán)境影響，可控性強，重復(fù)性好，結(jié)果可靠，能較為準(zhǔn)確地反映芝麻的抗裂蒴性，可用于芝麻種質(zhì)抗裂蒴性高通量鑒定。利用該方法對308份核心種質(zhì)進行抗裂蒴性評價，并從中篩選出11份高抗裂蒴種質(zhì)。

芝麻；抗裂蒴性；鑒定方法；裂口寬；核心種質(zhì)

0 引言

【研究意義】芝麻（L.）廣泛種植在亞洲、非洲等70多個國家，全世界種植面積約1 000萬公頃，中國是四大主產(chǎn)國之一，總產(chǎn)僅次于印度，畝產(chǎn)最高，生產(chǎn)歷史達兩千多年[1]。芝麻是傳統(tǒng)特色優(yōu)質(zhì)油料作物，種子富含不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、維生素及鈣、鐵、鋅等微量元素，以及特有的抗氧化物質(zhì)芝麻素等，小磨香油、芝麻醬深受人民喜愛，是人民高質(zhì)量生活不可或缺的特色保健食品[2]。近年來，隨著中國人民生活水平的提高，消費量持續(xù)快速增長，年消費量達150余萬噸，約占全球消費總量的三分之一，已成為全球第一消費國和進口國[3-4]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新形勢下，機械化是必然趨勢，然而，生產(chǎn)上種植的芝麻品種在成熟時蒴果易開裂，造成落粒，裂蒴嚴(yán)重的導(dǎo)致50%以上的產(chǎn)量損失[5]，不適于機械化收獲，勞動力成本較高，成為制約中國芝麻生產(chǎn)規(guī)?；l(fā)展的“瓶頸”問題[6]，迫切需要培育抗裂蒴宜機收芝麻新品種。因此，建立簡便易行、準(zhǔn)確可靠、重復(fù)性好的芝麻抗裂蒴性鑒定方法，鑒定評價出抗裂蒴種質(zhì)，對推動芝麻抗裂蒴品種培育具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】果實開裂是自然界中常見的植物傳播種子的方式之一，在大豆[7-10]、油菜[11-14]、擬南芥[15-18]等莢（角）果容易開裂落粒的作物中，已有多種鑒定莢（角）果抗裂性的方法報道。在大豆上，F(xiàn)unatsuki等[19]將成熟的大豆莢果放入60℃烘箱烘3 h，通過大豆莢果的開裂數(shù)鑒定其抗裂性。Quick等[20]通過利用測試儀擠壓大豆莢果衡量其抗裂性。Weeks等[21]將鋁箔片貼在大豆莢果上，測定莢果開裂時的牽引力，通過牽引力的大小衡量大豆莢果的抗裂性。在油菜上，早在20世紀(jì)70年代，歐洲學(xué)者已經(jīng)開始對抗裂角性狀進行檢測。Tomaszewski等[22]運用田間調(diào)查法，通過統(tǒng)計田間油菜破裂的角果數(shù)來鑒定該品種的抗裂角性。Loof等[23]運用解剖法，通過調(diào)查果皮與夾膜之間厚壁組織的大小和厚度來鑒定油菜角果的抗裂角性。Morgan等[24]、譚小力等[25]采用與大豆相似的方法，通過測量角果開裂時所需要的牽引力來判斷油菜角果的抗裂角性。文雁成等[26]、彭鵬飛等[27]建立完善了隨機碰撞法，通過比較計算裂角指數(shù)的大小鑒定油菜角果的抗裂性。美國芝麻育種家Langham[28]在抗裂蒴芝麻專利中總結(jié)了幾種用于芝麻抗落粒性的鑒定方法。一種是自然法，通過計算正常收獲時的種子保留量和暴露于惡劣天氣3個月后的種子保留量之間的比值來鑒定芝麻品種的抗落粒性，抗性好的品種比值能夠達到65%—97%；另一種是機械法，取芝麻蒴果放入250 ml的錐形瓶中，放到往復(fù)式振動器上振動10 min，計算種子保留量，抗落粒性好的品種保留量能達到65%以上?！颈狙芯壳腥朦c】據(jù)文獻檢索，國內(nèi)外有關(guān)芝麻抗裂蒴性鑒定方法的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究旨在建立一種簡便易行、準(zhǔn)確可靠、重復(fù)性好的芝麻抗裂蒴性鑒定方法，為芝麻抗裂蒴育種及種質(zhì)資源抗裂蒴性鑒定評價提供方法和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取經(jīng)多年鑒定發(fā)掘的5份具有不同抗裂蒴性的代表性材料（LS78、LS83、LS85、LS89和LS90，蒴果均為四棱型）和308份核心種質(zhì)（蒴果均為四棱型），所有材料均由國家芝麻種質(zhì)中期庫提供。2018年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所湖北武昌試驗基地種植，5份代表性材料每份100行，308份核心種質(zhì)每份5行，行長2 m，行距0.4 m，常規(guī)田間管理。

1.2 試驗方法

供試材料植株進入成熟期2周以后，主莖中部蒴果自然開裂時，選取中位果，裝入牛皮紙袋，置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，70℃烘干至恒重。用游標(biāo)卡尺（哈量銳測605-01-Ⅱ型）分別測量所取蒴果的蒴果長、蒴果寬、蒴果厚、裂口寬、裂口深，用千分之一天平稱量果皮重，并計算裂口深與蒴果長的比值、果皮重與蒴果長的比值，以及開裂角度C1和C2（圖1）。

蒴果長（capsule length，CL）：蒴果基部至蒴果尖的長度，單位為cm，精確到0.001 cm；蒴果寬（capsule width，CW）：蒴果中部的寬度，單位為cm，精確到0.001 cm；蒴果厚（capsule thickness，CT）：蒴果中部的厚度，單位為cm，精確到0.001 cm；裂口寬（capsule opening width，COW）：蒴果開裂后2個蒴果尖之間的距離，單位為cm，精確到0.001 cm；裂口深（capsule dehiscence depth，CDD）：蒴果開裂的深度，單位為cm，精確到0.001 cm；果皮重（peel weight，PW）：蒴果烘干取出種子后果皮的重量，單位為g，精確到0.001 g；裂口深/蒴果長（capsule dehiscence depth/capsule length，CDD/CL）：蒴果開裂深度與蒴果長度的比值；果皮重/蒴果長（peel weight/capsule length，PW/CL）：果皮重與蒴果長度的比值；開裂角度C1：兩蒴果尖至蒴果基部的連接線之間的夾角，C1=2arcsin(?COW/CL)；開裂角度C2：兩蒴果尖至裂口最深點的連接線之間的夾角，C2= 2arctan(?COW/CDD)。

利用Excel2010進行數(shù)據(jù)整理計算以及作圖，用SPSS Statistics 25進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗，利用SAS 9.1對各項指標(biāo)進行相關(guān)分析、主成分分析、隸屬函數(shù)分析以及線性回歸分析。利用以下公式計算每份種質(zhì)的隸屬函數(shù)值，并得出抗裂蒴性綜合評價值。

每份種質(zhì)的各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（值）用公式（1）求得，式中，X表示第個綜合指標(biāo)；X表示第個綜合指標(biāo)的最小值；X表示第個綜合指標(biāo)的最大值，公式（2）中，W表示第個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度；P為各種質(zhì)第個綜合指標(biāo)的貢獻率，根據(jù)各綜合指標(biāo)的指標(biāo)系數(shù)及各單項指標(biāo)值，求出每份種質(zhì)的4個綜合指標(biāo)得分值。根據(jù)公式（1）求得每份種質(zhì)所有綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，再根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻率大小，由公式（2）計算出各綜合指標(biāo)的權(quán)重（值），用公式（3）計算各種質(zhì)的抗裂蒴性綜合評價值（值）。

圖1 蒴果裂口寬和開裂角度示意圖

2 結(jié)果

2.1 蒴果樣品烘干處理可提高鑒定準(zhǔn)確性

隨機選取2份易裂蒴芝麻材料（LS89和LS90）進行蒴果烘干與不烘干的比較。每份材料選取5個典型單株，每株取主莖中部同一節(jié)位相對的2個中位蒴果（稱之為1個蒴果對）。于烘干前后分別測量蒴果裂口寬、計算開裂角度C1。從圖2可以看出，蒴果樣品烘干前直接測量，部分單株同一蒴果對的2個蒴果之間裂口寬或開裂角度C1差異較大，有的差異甚至超過1.5倍，單株之間表現(xiàn)也參差不齊；經(jīng)烘干處理后再測量，無論是裂口寬還是蒴果開裂角度C1，同一蒴果對的2個蒴果之間差異更小，且同一材料5株之間相比更為一致。以單株LS90-1蒴果對為例，未經(jīng)烘干測量裂口寬分別為0.600和1.000 cm，而烘干后裂口寬分別變?yōu)?.500和1.600 cm，烘干處理使得這一對蒴果彼此數(shù)值更接近，且更接近5株平均水平。因此，鑒定芝麻抗裂蒴性適宜的樣品處理方法以烘干處理為佳，可有效降低試驗誤差，更真實地反映蒴果的開裂特點，提高鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖2 蒴果裂口寬及開裂角度C1烘干前與烘干后對比

2.2 最佳取樣部位的選擇

從5份代表性材料各選取成熟一致的健康植株4株，主莖上各個節(jié)位蒴果均分別取樣標(biāo)記處理測量。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，同一單株不同節(jié)位蒴果之間差異明顯，以材料LS90的單株1為例（圖3），多數(shù)指標(biāo)從第1果節(jié)至第30果節(jié)變異幅度很大，尤其是蒴果長、裂口寬、裂口深和C1、C2等指標(biāo)，主莖第12至第19果節(jié)等中部節(jié)位的蒴果表現(xiàn)相對較穩(wěn)定。這一規(guī)律通過進一步的統(tǒng)計分析得到證實。以裂口寬和開裂角度C1兩項指標(biāo)為例（表1和表2），如果以植株主莖中部5個節(jié)位蒴果的測量和計算結(jié)果平均值作比較，鄧肯檢驗（Duncan test）結(jié)果表明，同一份材料取樣的4個單株之間差異不顯著，并且可以很好地區(qū)分不同抗性材料（表3），但是以每株全部節(jié)位蒴果平均值或者以去除基部5節(jié)和頂部5節(jié)后其他節(jié)位蒴果平均值作比較，同一份材料取樣的4個單株之間就存在顯著差異。因此，取樣部位以植株主莖中部5個節(jié)位最佳。

CL：蒴果長；COW：裂口寬；CDD：裂口深；CW：蒴果寬；CT：蒴果厚；PW：果皮重；CDD/CL：裂口深/蒴果長；PW/CL：果皮重/蒴果長。下同

表1 同一材料的單株間裂口寬的統(tǒng)計分析

同一列不同字母表示在=0.05水平差異顯著，下同

Different letters in the same column for each variable indicates a significant difference at 0.05 level. The same as below

表2 同一材料的單株間蒴果開裂角度C1的統(tǒng)計分析

2.3 最佳評價指標(biāo)的篩選

以308份芝麻核心種質(zhì)為研究材料，每份種質(zhì)選取成熟一致的健康植株3株，每一株取主莖中部5個節(jié)位的10個中位蒴果，分別標(biāo)記處理測量。從相關(guān)性分析得到的相關(guān)系數(shù)矩陣（表4）可看出，各單項指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性，說明芝麻抗裂蒴性是一個較復(fù)雜的性狀，其中裂口寬與開裂角度C1、裂口寬與值的相關(guān)系數(shù)較高，均在0.8以上。

表3 材料間裂口寬和C1的統(tǒng)計分析

CL：蒴果長；COW：裂口寬；CDD：裂口深；CW：蒴果寬；CT：蒴果厚；PW：果皮重；CDD/CL：裂口深/蒴果長；PW/CL：果皮重/蒴果長。下同

CL: capsule length; COW: capsule opening width; CDD: capsule dehiscence depth; CW: capsule width; CT: capsule thickness; PW: peel weight; CDD/CL: capsule dehiscence depth/capsule length; PW/CL: peel weight/capsule length. The same as below

對10個單項指標(biāo)進行主成分分析（表5）。前4個綜合指標(biāo)的貢獻率分別為0.4165、0.2232、0.1891和0.0743，其累積貢獻率達90.31%，從而把原來10項指標(biāo)轉(zhuǎn)換為4個新的各自獨立的綜合指標(biāo)，代表了原來10項指標(biāo)的90.31%的信息。從各綜合指標(biāo)系數(shù)大小可以看出，第1主成分主要包括蒴果寬、蒴果厚和果皮重；第2主成分主要包括相對裂口寬和C1；第3主成分主要包括裂口深、裂口深/蒴果長和C2；第4主成分主要包括蒴果長和果皮重/蒴果長。

表5 各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻率

C：貢獻率 C: contribution

進一步計算每份種質(zhì)的各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（值），再根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻率大小計算出各綜合指標(biāo)的權(quán)重（值），4個綜合指標(biāo)的值分別為0.4612、0.2472、0.2094和0.0822。最終計算得到各種質(zhì)的抗裂蒴性綜合評價值（值），根據(jù)值對所有種質(zhì)抗裂蒴性進行強弱排序[29]，值越小的種質(zhì)，其抗裂蒴性越強。為了確定抗裂蒴性評價最佳指標(biāo)，把值作因變量，把各單項指標(biāo)作自變量建立最優(yōu)回歸方程，即=-0.12+0.332+3.2110，式中2、10分別為裂口寬和果皮重/蒴果長，方程決定系數(shù)2=0.9048，=1448.75，方程極顯著。其中以裂口寬為指標(biāo)的2=0.6944，而以果皮重/蒴果長為指標(biāo)的2=0.2104。因此，該方程表明，在10個單項指標(biāo)中，裂口寬和果皮重/蒴果長這兩項指標(biāo)對抗裂蒴性有顯著影響，而且，裂口寬這項指標(biāo)對于確定抗裂蒴性起著最重要的作用。值得注意的是，蒴果開裂角度C1是比較直觀反映蒴果開裂狀態(tài)的一項指標(biāo)（圖1），結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果，裂口寬與蒴果開裂角度C1的相關(guān)系數(shù)為0.8049（表5），達到極顯著正相關(guān)水平，從而進一步表明裂口寬可以作為評價芝麻抗裂蒴性的最佳指標(biāo)。在供試的308份芝麻核心種質(zhì)中，選取抗裂蒴性綜合評價值（值）最小的3份，對比其裂口寬和C1這兩項指標(biāo)（表6），也均為供試種質(zhì)中最小的3份。因此，在大量芝麻種質(zhì)的抗裂蒴性鑒定中，可以用裂口寬這一較為可靠且簡便易于測量的指標(biāo)進行評價。

表6 抗裂蒴性綜合評價值（D值）最小的3份芝麻種質(zhì)

2.4 抗裂蒴性等級劃分及核心種質(zhì)抗裂蒴性評價

根據(jù)以上確定的芝麻抗裂蒴性評價最佳指標(biāo)，以及不同抗裂蒴性種質(zhì)的裂口寬變異分布情況（圖4和圖5），將芝麻抗裂蒴性劃分為5個等級，即高抗、抗、中間型、裂和易裂，并確定以下分級標(biāo)準(zhǔn)（表7）：高抗（裂口寬≤0.7 cm），抗（0.7 cm＜裂口寬≤0.9 cm），中間型（0.9 cm＜裂口寬≤1.1 cm），裂（1.1 cm＜裂口寬≤1.5 cm），易裂（裂口寬＞1.5 cm）。據(jù)此分級標(biāo)準(zhǔn)，在308份芝麻核心種質(zhì)中，高抗裂蒴材料有11份（占3.57%），抗裂蒴材料有58份（占18.83%），中間型材料有122份（占39.61%），裂蒴材料有104份（占33.77%），易裂蒴材料有13份（占4.22%）。從308份核心種質(zhì)中鑒定出的部分典型高抗裂和易裂蒴芝麻種質(zhì)見圖6，發(fā)掘的11份高抗裂蒴種質(zhì)信息見表8。

圖4 308份芝麻核心種質(zhì)蒴果裂口寬變異分布情況

圖5 308份芝麻核心種質(zhì)蒴果裂口寬統(tǒng)計圖

表7 芝麻抗裂蒴性分級標(biāo)準(zhǔn)及各等級種質(zhì)份數(shù)和占比

圖6 發(fā)掘出的部分高抗裂（上排）和易裂蒴（下排）芝麻種質(zhì)蒴果

表8 從308份芝麻核心種質(zhì)中鑒定發(fā)掘出的高抗裂蒴種質(zhì)

3 討論

3.1 首次建立適用于芝麻的抗裂蒴性鑒定方法

人們對大豆、油菜等莢（角）果的抗裂性已經(jīng)進行了大量研究，針對各自的特點建立了多種抗裂莢（角）鑒定方法，并得到有效利用。在大豆上主要通過測量烘干后莢果的開裂數(shù)等方法來鑒定莢果抗裂性[19]，簡單易操作，耗費時間少，F(xiàn)unatsuki等[30]利用該方法定位到一個與大豆莢果開裂相關(guān)的主效QTL。油菜上早期采用田間調(diào)查法[22]，通過統(tǒng)計田間油菜破裂的角果數(shù)鑒定抗裂角性，操作簡單，不需借助儀器設(shè)備，孫超才等[31]利用該方法選育出適合機械化收獲、抗裂角的品種。近年，油菜上應(yīng)用較多的是隨機碰撞法[26-27]，通過比較計算裂角指數(shù)鑒定角果的抗裂性，重復(fù)性高，受環(huán)境因素影響小，能準(zhǔn)確反映油菜角果抗裂性，文雁成等[26]利用該方法對229份甘藍型油菜品種進行了鑒定，篩選出2份抗裂角品種，并且定位到13個與角果開裂相關(guān)的QTL[32]，彭鵬飛等[27]進一步改進完善了隨機碰撞法，篩選出2個適合機械化收獲的抗裂角油菜品種，并檢測到7個相關(guān)的QTL[33]。芝麻上抗裂蒴性相關(guān)研究開展的較少，抗裂蒴性鑒定方法尚未見報道。芝麻蒴果隨著成熟脫水，自然開裂，開口較大，隨之自然落粒，不同于以上其他作物的角果，且蒴果開裂是一個較復(fù)雜的過程，蒴果結(jié)構(gòu)決定了本作物特有的開裂特征，對于多數(shù)芝麻品種，完全成熟的蒴果從果尖沿果瓣（成熟的心皮）縱軸方向的室間裂縫向下自然開裂，不同品種間存在開裂程度的差異，另有極少數(shù)芝麻為閉蒴類型。本研究首次建立了一種適用于芝麻的抗裂蒴性鑒定方法，該方法簡便易行，不受環(huán)境影響，可控性強，重復(fù)性好，結(jié)果可靠，能夠精準(zhǔn)評價芝麻的抗裂蒴性。

3.2 鑒定方法力求更加準(zhǔn)確反映芝麻抗裂蒴性

植物果實的抗裂性容易受到諸多因素的影響，對油菜的多項研究表明品種特性、角果相對含水量、主花序上的著生位置、成熟度以及如何收獲都會對抗裂角性有一定的影響[34-36]。同樣，芝麻抗裂蒴性的評價也應(yīng)該綜合考慮各方面因素的影響，從而建立能夠更加準(zhǔn)確反映抗裂蒴性的鑒定方法。本研究于芝麻進入成熟期2周以后主莖中部蒴果自然開裂時取樣，這時蒴果裂口寬度基本穩(wěn)定并達到最大值，若取樣過早，蒴果成熟度差、含水量高，沒有完全開裂，若取樣過晚，會影響下茬作物的種植。根據(jù)芝麻的生長特性，植株主莖同一節(jié)位相對的2個中位蒴果（1個蒴果對），一般是同一天開花同一天結(jié)果的，其生長狀態(tài)及發(fā)育進程基本同步，因而蒴果開裂特點也應(yīng)高度一致。因此，本研究中以蒴果對為研究對象，烘干處理前后進行比較，發(fā)現(xiàn)蒴果樣品經(jīng)過統(tǒng)一的烘干處理，可以進一步縮小蒴果樣品間含水量的差異，使蒴果開裂特性表現(xiàn)得更為充分，有效降低試驗誤差，提高鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性，而采用電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱也是較為高效的處理方法，條件一致且不會對蒴果本身造成影響或破壞。由于芝麻是無限花序，邊開花邊結(jié)果，花期長達30 d，芝麻進入成熟期后，主莖基部的蒴果最先失水、變黃、開裂，然后中部和上部蒴果依次成熟，本研究發(fā)現(xiàn)取樣時同一植株不同節(jié)位間的蒴果開裂變異幅度較大，但植株主莖中部5節(jié)位蒴果的各項指標(biāo)相對比較穩(wěn)定，所以主莖中部5節(jié)位為最佳取樣部位，最能反映供試材料的蒴果開裂特性，這與文雁成等[36]和Kadkol等[37]的研究得出的結(jié)論相近。評價指標(biāo)是鑒定方法的核心，為了確定芝麻抗裂蒴性評價最佳指標(biāo)，通過對308份核心種質(zhì)多項指標(biāo)的相關(guān)性分析、主成分、隸屬函數(shù)、線性回歸等統(tǒng)計學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)裂口寬可以作為評價芝麻抗裂蒴性的最佳指標(biāo)，至關(guān)重要的是，該指標(biāo)不僅可靠而且簡便易于測量，因而適用于芝麻資源抗裂蒴性高通量鑒定。

3.3 芝麻抗裂蒴性鑒定方法應(yīng)用前景與意義

前人研究發(fā)現(xiàn)[38-39]，芝麻野生種更易開裂和落粒，芝麻在由野生種經(jīng)過人工馴化為栽培種的過程中，最重要的步驟之一是減少種子擴散的損失，抗裂蒴性在一定程度上得以改良，但目前應(yīng)用的絕大多數(shù)品種依然屬于易裂蒴類型，嚴(yán)重困擾著芝麻生產(chǎn)。本研究通過種質(zhì)資源大量篩選，鑒定出高抗裂蒴的芝麻種質(zhì)11份，占供試種質(zhì)的3.57%，一方面反映出中國的芝麻種質(zhì)資源中高抗裂蒴類型極少；另一方面，發(fā)現(xiàn)芝麻抗裂蒴性存在廣泛變異，說明抗裂蒴性遺傳改良還有較大的潛力。因此，進一步加大高抗裂蒴芝麻種質(zhì)的發(fā)掘和創(chuàng)制力度尤為重要。本研究建立的芝麻抗裂蒴性鑒定方法，不僅為高抗裂蒴種質(zhì)發(fā)掘奠定了方法和技術(shù)基礎(chǔ)，也將用于全基因組關(guān)聯(lián)分析等基因定位研究群體的抗裂蒴性表型鑒定，發(fā)掘出的高抗裂蒴核心種質(zhì)將成為抗裂蒴新品種選育的關(guān)鍵親本材料，有利于推動中國芝麻生產(chǎn)機械化進程。

4 結(jié)論

建立了芝麻抗裂蒴性精準(zhǔn)鑒定方法。當(dāng)芝麻進入成熟期2周后主莖中部蒴果自然開裂時，選取主莖中部5節(jié)位的中位蒴果，烘干處理后量取蒴果的裂口寬，以此主要指標(biāo)能夠精準(zhǔn)評價芝麻的抗裂蒴性。該方法簡便易行，不受環(huán)境影響，可控性強，重復(fù)性好，結(jié)果可靠，能較為準(zhǔn)確地反映芝麻的抗裂蒴性，適用于芝麻資源高通量鑒定。利用該方法對308份核心種質(zhì)進行抗裂蒴性評價，發(fā)現(xiàn)308份核心種質(zhì)的抗裂蒴性存在廣泛變異，鑒定發(fā)掘出11份芝麻高抗裂蒴種質(zhì)。

[1] 竇福良, 魏東. 芝麻餅粕中活性成分的提取方法研究進展. 食品科學(xué), 2010, 31(19): 414.

DOU F L, WEI D. Research progress in extraction methods of active components from sesame cake., 2010, 31(19): 414. (in Chinese)

[2] 李娜. 芝麻的營養(yǎng)成分與食療保健作用. 中國食物與營養(yǎng), 2008, 13(5): 55-57.

LI NNutritional components and dietary healthcare of sesame., 2008, 13(5): 55-57. (in Chinese)

[3] 楊梅, 楊文娟, 高媛, 張艷欣, 朱曉冬, 周瑢, 黎冬華, 張秀榮, 吳文華, 王林海. 芝麻蒴果大小相關(guān)性狀的QTL定位分析. 中國油料作物學(xué)報, 2017, 39(6): 785-793.

YANG M, YANG W J, GAO Y, ZHANG Y X, ZHU X D, ZHOU R, LI D H, ZHANG X R, WU W H, WANG L H. Quantitative trait locus mapping for sesame capsule size., 2017, 39(6): 785-793. (in Chinese)

[4] 張艷欣, 王林海, 黎冬華, 高媛, 呂海霞, 張秀榮. 芝麻耐濕性QTL定位及優(yōu)異耐濕基因資源挖掘. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(3): 422-430.

ZHANG Y X, WANG L H, LI D H, GAO Y, Lü H X, ZHANG X R. Mapping of sesame waterlogging tolerance QTL and identification of excellent waterlogging tolerant germplasm., 2014, 47(3): 422-430. (in Chinese)

[5] LANGHAM D R. Progress in mechanizing sesame in the US through breeding., 2002:157-173.

[6] SHIM K B, KANG C H, SEONG J D, HWANG C D, PAEK K Y, RHO J W, LEE Y Y, KIM H Y. A new sesame cultivar, "Kopoom" with shattering resistance, high quality and yielding., 2007: 114-115.

[7] YAMADA T, FUNATSUKI H, HAGIHARA S, FUJITA S, TANAKA Y, TSUJI H, ISHIMOTO M, FUJINO K, HAJIKA M. A major QTL,, is commonly involved in shattering resistance of soybean cultivars., 2009, 59(4): 435-440.

[8] SUZUKI M, FUJINO K, NAKAMOTO Y, ISHIMOTO M. Fine mapping and development of DNA markers for thelocus associated with pod dehiscence in soybean., 2010, 25(3): 407-418.

[9] DONG Y, YANG X, LIU J, WANG B H, LIU B L, WANG Y Z. Pod shattering resistance associated with domestication is mediated by a NAC gene in soybean., 2014, 5(2): 3352.

[10] FUNATSUKI H, SUZUKI M, HIROSE A, INABA H, YAMADA T, HAJIKA M, KOMATSU K, KATAYAMA T, SAYAMA T, ISHIMOTO M, FUJINO K. Molecular basis of a shattering resistance boosting global dissemination of soybean., 2014, 111(50): 17797.

[11] RAMAN H, RAMAN R, KILIAN A, DETERING F, CARLING J, COONBES N, DIFFEY S, KADKOL G, EDWARDS D, MCCULLY M, RUPERAO P, PARKIN I A P, BATLEY J, LUCKETT D, WRATTEN N. Genome-Wide delineation of natural variation for pod shatter resistance in., 2014, 9(7): e101673.

[12] LIU J, WANG J, WANG H, WANG W X, ZHOU R J, MEI D S, CHENG H T, YANG J, RAMAN H, HU Q. Multigenic control of pod shattering resistance in chinese rapeseed germplasm revealed by genome-wide association and linkage analyses., 2016, 7(1058): 1-14.

[13] MONGKOLPORN O, KADKOL G P, PANG E C K, TAYLOR P W J. Identification of RAPD markers linked to recessive genes conferring siliqua shatter resistance in., 2010, 122(6): 479-484.

[14] 劉婷婷, 孫盈盈, 曹石, 楊陽, 吳蓮蓉, 左青松, 吳江生, 周廣生. 油菜抗裂角性狀研究進展. 作物雜志, 2014(3): 5-9.

LIU T T, SUN Y Y, CAO S, YANG Y, WU L R, ZUO Q S, WU J S, ZHOU G S. Research advances on traits of resistance to pod shattering in rapeseed.,2014(3): 5-9. (in Chinese)

[15] LILJEGREN S J, ROEDER A H, KEMPIN S A, GREMSKI K, OSTERGAARD L, GUIMIL S, REYES D K, YANOFSKY M F. Control of fruit patterning inby indehiscent., 2004, 116(6): 843-853.

[16] RAJANI S, SUNDARESAN V. Themyc/bHLH geneenables cell separation in fruit dehiscence., 2001, 11(24): 1914-1922.

[17] LILJEGREN S J, DITTA G S, ESHED Y, SAVIDGE B, BOWMAN J L, YANOFSKY M F.MADS-box genes control seed dispersal in., 2000, 404(6779): 766-770.

[18] ?STERGAARD L, KEMPIN S A, BIES D, KLEE H J, YANOFSKY M F. Pod shatter-resistantfruit produced by ectopic expression of thegene., 2006, 4(1): 45-51.

[19] FUNATSUKI H, HAJIKA M, YAMADA T, SUZUKI M, HAGIHARA S, TANAKA Y, FUJITA S, ISHIMOTO M, FUJINO K. Mapping and use of QTLs controlling pod dehiscence in soybean., 2012, 61(5):554-558.

[20] QUICK G R. A quantitative shatter index for soybeans., 1974, 10(2):149.

[21] WEEKS S A, WOLFORD J C, KLEIS R W.A tensile testing method for determining the tendency of soybean pods to dehisce., 1975, 18(3):471-474.

[22] TOMASZEWSKI Z, KOCZOWSKA I. Metoda hodowli rzepiku ozimego TK-6., 1971, 5: 73-75.

[23] LOOF B, JONSSON R. Results of investigations on resistance to shedding in rape., 1970, 80: 193-205.

[24] MORGAN C L, BRUCE D M, CHILD R, LADBROOKEA Z L, ARTHURA A E. Genetic variation for pod shatter resistance among lines of oilseed rape developed from synthetic., 1998, 58(2):153-165.

[25] 譚小力, 張潔夫, 楊莉, 張志燕, 周佳, 姜松, 戚存扣. 油菜角果裂角力的定量測定. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, 22(11):40-43.

TAN X L, ZHANG J F, YANG L, ZHANG Z Y, ZHOU J, JIANG S, QI C K. Quantitive determination of the strength of rapeseed pod dehiscence., 2006, 22(11):40-43. (in Chinese)

[26] 文雁成, 傅廷棟, 涂金星, 馬朝芝, 沈競雄, 張書芬. 甘藍型油菜抗裂角品種(系)的篩選與分析. 作物學(xué)報, 2008, 34(1): 163-166.

WEN Y C, FU T D, TU J X, MA C Z, SHEN J X, ZHANG S F. Screening and analysis of resistance to silique shattering in rape (L.)., 2008, 34(1): 163-166. (in Chinese)

[27] 彭鵬飛, 李云昌, 胡瓊, 劉鳳蘭, 李英德, 徐育松, 梅德圣. 甘藍型油菜的抗裂角性鑒定及品種篩選. 華北農(nóng)學(xué)報, 2009, 24(6): 223-226.

PENG P F, LI Y C, HU Q, LIU F L, LI Y D, XU Y S, MEI D S. Screen of varieties suitable for machine harvesting from new breeding hybrids or lines in, 2009, 24(6): 223-226. (in Chinese)

[28] LANGHAM D R. Method for making non-dehiscent sesame: US, US006100452A. 2000-08-08.

[29] 黎冬華, 劉文萍, 張艷欣, 王林海, 危文亮, 高媛, 丁霞, 王蕾, 張秀榮. 芝麻耐旱性的鑒定方法及關(guān)聯(lián)分析. 作物學(xué)報, 2013, 39(8): 1425-1433.

LI D H, LIU W P, ZHANG Y X, WANG L H, WEI W L, GAO Y, DING X, WANG L, ZHANG X R. Identification method of drought tolerance and association mapping for sesame (L.)., 2013, 39(8): 1425-1433. (in Chinese)

[30] FUNATSUKI H, ISHIMOTO M, TSUJI H, KAWAGUCHI K, HAJIKA M, FUJINO K. Simple sequence repeat markers linked to a major QTL controlling pod shattering in soybean., 2006, 125(2): 195-197.

[31] 孫超才, 王偉榮, 李延莉, 錢小芳. 適應(yīng)機械收獲的雙低油菜新品種滬油17號的選育. 農(nóng)業(yè)科技通訊, 2007(5):27-28.

SUN C C, WANG W R, LI Y L, QIAN X F. Breeding of a double low rapeseed variety Huyou No.17 which is suitable for machinery harvest., 2007(5):27-28. (in Chinese)

[32] WEN Y C, ZHANG S F, Yi B, WEN J, WANG J P, ZHU J C, HE J P, CAO J H. Identification of QTLs involved in pod-shatter resistance inL.., 2012, 63(12): 1082-1089.

[33] 彭鵬飛. 甘藍型油菜抗裂角性狀的鑒定、遺傳分析及QTL定位[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2009.

PENG P F. Determination, genetic analysis and QTL mapping of pod shatter resistance in rapeseed (L.) [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2009. (in Chinese)

[34] SZOT B, TYS J, SZPRYNGIEL M, GROCHOWICZ M. Determination of the reasons for rapeseed losses at combine harvesting and some methods of their limitation., 1991, 389: 221-232.

[35] 李耀明, 朱俊奇, 徐立章, 趙湛. 基于懸空壓裂法的油菜角果抗裂角力測試實驗. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2012, 28(8): 111-114.

LI Y M, ZHU J Q, XU L Z, ZHAO Z. Experiment on strength of rapeseed pod dehiscence based on impending fracturing method., 2012, 28(8): 111-114. (in Chinese)

[36] 文雁成, 傅廷棟, 涂金星, 馬朝芝, 沈金雄, 文靜, 張書芬. 影響甘藍型油菜角果抗裂特性的因素分析. 中國油料作物學(xué)報, 2010, 32(1): 25-29.

WEN Y C, FU T D, TU J X, MA C Z, SHEN J X, WEN J, ZHANG S F. Factors analysis of silique shatter resistance in rapeseed (L.)., 2010, 32(1): 25-29. (in Chinese)

[37] KADKOL G P, HALLORAN G M, MACMILLAN R H. Evaluation of Brassica, genotypes for resistance to shatter: II. Variation in siliqua strength within and between accessions., 1985, 34(3): 915-924.

[38] ASHRI A, LADIJINSKI G. Anatomical effects of the capsule dehiscence alleles in sesame., 1964, 4: 136-138.

[39] BEDIGIAN D. Evolution of sesame revisited: domestication, diversity and prospects., 2003, 50: 779-787.

Study on the Method for Identification Sesame Capsule Dehiscence Resistance and Evaluation of Capsule Dehiscence Resistance of the Core Collection

SHI LiSong, GAO Yuan, LI DongHua, YANG WenJuan, ZHOU Rong, ZHANG XiuRong, ZHANG YanXin

(Oil Crops Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Oil Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062)

【】The mature sesame capsules are prone to dehisce, which causes yield loss, and it is an important factor influencing mechanized harvesting. Establishment of aneasy, accurate, reliable and reproducible method for identification sesamecapsule dehiscence (CD) resistance, will be helpful to discover germplasm with CD resistance and breed varieties resistant to CD, consequently promote the mechanization process of sesame production. 【】After 2 weeks of the sesame enters mature stage, the capsules in the middle capsules part of the main stem were used in the identification CD resistance. Five representative germplasms with different CD resistance were used, the sample treatment method was determined by comparing the capsule opening width (COW) and the dehiscence angle C1 before and after drying, the best sampling part was selected by comparing the COW and the dehiscence angle C1 at each node of main stem. Using 308 core collections, total of 10 indices were measured and calculated, such as the capsule length (CL), capsule width (CW), capsule thickness (CT), capsule opening width (COW), capsule dehiscence depth (CDD), peel weight (PW), CDD/CL, PW/CL, dehiscence angle C1 and C2. Through statistical analysis including correlation analysis, principal component analysis, membership functions, and linear regression, the optimal index to evaluating CD resistance was screened out. The classification standard of CD resistance was determined according to the COW variation distribution on sesame core collections with diverse CD resistance. 【】The capsule drying treatment was helpful to eliminate the error, and improve the identification accuracy. There was no significant difference between different plants of each material in the COW and dehiscence angle C1 of capsule from the middle 5 nodes, which were the best sampling parts. Based on statistical analysis of the 308 core collections, the optimal regression equation was established on thevalue and individual indexes, that was=-0.12+0.332+ 3.2110, which showed that COW and PL/CL had significant effects on CD resistance, as the COW was highly significantly positive correlated with the dehiscence angle C1 (the correlation coefficient reached 0.8049), therefore the COW could be used in the identification of the CD resistance. The following classification criteria of sesame CD resistance were determined: Highly Resistant (COW≤0.7 cm), Resistant (0.7 cm＜COW≤0.9 cm), Intermediate (0.9 cm＜COW≤1.1 cm), Dehiscent (1.1 cm＜COW≤1.5 cm), Prone to dehiscence (COW＞1.5 cm). 【】 When the sesame entered mature stage for 2 weeks or later, the middle capsules from 5 nodes in the middle part of the main stem was sampled and dried, then the COW were measured to accurately evaluate the CD resistance of sesame. The method established in this study was simple, with strong controllability and good repeatability, it was unaffected by environment, the result was reliable and can accurately reflect the CD resistance, therefore, the method can be used for high throughput identification of CD resistance of sesame germplasm. The CD resistance of 308 core collections were evaluated by this method, 11 germplasms with high CD resistance were identified.

L; capsule dehiscence resistance; identification method; capsule opening width; core collection

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.003

2019-04-25；

2019-05-20

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物種質(zhì)資源保護與利用專項（2018NWB033）、國家特色油料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-14）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-2016-OCRI）、國家油料種質(zhì)資源共享服務(wù)平臺（NICGR2018-014）

師立松，Tel：027-86832099；E-mail：shilisongning@163.com。

張艷欣，Tel：027-86711856；E-mail：zhangyanxin@caas.cn

（責(zé)任編輯 李莉）