董云萍 黃麗芳 林興軍 孫燕 王曉陽 陳鵬 閆林

中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所農(nóng)業(yè)部香辛飲料作物遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海南省熱帶香辛飲料作物遺傳改良與品質(zhì)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南萬寧 571533

摘 要 以20個(gè)小粒種咖啡種質(zhì)為試驗(yàn)材料，通過盆栽試驗(yàn)，分析咖啡種質(zhì)苗期生長(zhǎng)量和根系形態(tài)差異。結(jié)果表明，各種質(zhì)苗期株高、葉片數(shù)、分枝數(shù)差異顯著，通過苗期株形分析，把小粒種咖啡種質(zhì)分成高干、中等和矮生3個(gè)類型。M13、M14可作為高干型，CATUAI為矮生型鑒定的標(biāo)準(zhǔn)品種；CA ZHONG Ⅲ、M13為高干、多葉、多分枝品種，CATURRA、T8667為株高中等、多葉、多分枝品種，熱引2號(hào)為矮生、多葉、多分枝品種；各種質(zhì)主根長(zhǎng)除了CA ZHONG Ⅱ較小以外，其他種質(zhì)間差異不顯著，各種質(zhì)主根直徑差異不顯著；M13側(cè)根長(zhǎng)、根體積、根表面積顯著大于CATUAI，參試的小粒種咖啡種質(zhì)絕大部分都具有細(xì)而且數(shù)量較多的側(cè)根，各種質(zhì)間差異較小。側(cè)根直徑與側(cè)根長(zhǎng)為顯著的負(fù)相關(guān)，地上部干物質(zhì)累積量與地下部干物質(zhì)累積量間呈顯著的正相關(guān)，長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)壯，枝葉繁茂的植株，根系發(fā)達(dá)；各種質(zhì)地下部和地上部生長(zhǎng)相協(xié)調(diào)的根冠比在0.40～0.35。

關(guān)鍵詞 小粒種咖啡；植株形態(tài)；生物量；根系形態(tài)

中圖分類號(hào) S571.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

小粒種咖啡（Coffea arabica L.）原產(chǎn)于非洲的埃塞俄比亞山地雨林。中國最早1902年引進(jìn)，品種有波幫和鐵畢卡[1]，直到20世紀(jì)50年代之前，一直是生產(chǎn)上的主要栽培品種。為了解決咖啡銹病、果腐病等生產(chǎn)問題，云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所通過國際合作項(xiàng)目出國考察、外國咖啡專家來華贈(zèng)送等多種渠道引進(jìn)了多個(gè)小粒種咖啡種質(zhì)，建立了農(nóng)業(yè)部瑞麗咖啡種質(zhì)資源圃。收集的國外種質(zhì)主要來自葡萄牙、肯尼亞、哥倫比亞、巴西、布隆迪、越南、馬來西亞等國家，共計(jì)5個(gè)種377份[2-3]。國內(nèi)對(duì)小粒種咖啡種質(zhì)的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀、抗病性、杯品品質(zhì)等進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià)[4-9]。國外對(duì)咖啡種質(zhì)的抗寒性、抗?jié){果病、抗根結(jié)線蟲進(jìn)行了評(píng)價(jià)[10-12]，更多的研究集中在利用分子標(biāo)記對(duì)小粒種咖啡種質(zhì)的遺傳多樣性進(jìn)行分析[13-21]。Daniel等[22]和Burkhardt等[23]研究了咖啡基因型與環(huán)境的相互作用，結(jié)果表明總蒸騰量較高的咖啡種質(zhì)具有較高的根系生長(zhǎng)量，Kufa[24]研究了埃塞俄比亞野生小粒種咖啡種群根生長(zhǎng)特性，干旱地區(qū)小粒種咖啡種群相比濕潤(rùn)地區(qū)，有更高比例的細(xì)側(cè)根，根體積、表面積大，是咖啡種質(zhì)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制。國內(nèi)對(duì)小粒種咖啡種質(zhì)根系形態(tài)的研究未見報(bào)道。本文對(duì)小粒種咖啡種質(zhì)苗期地上及地下部形態(tài)、生物量進(jìn)行分析，以期為種質(zhì)性狀的早期篩選提供可行方法。

1 材料與方法

1.1 材料

2013年1月從農(nóng)業(yè)部瑞麗咖啡種質(zhì)資源圃和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所咖啡種質(zhì)圃采集20個(gè)小粒種咖啡種質(zhì)成熟鮮果，種質(zhì)名稱及來源見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)處理方法 各種質(zhì)咖啡鮮果經(jīng)脫皮、脫膠、晾干后沙床催芽，待子葉平展時(shí)移植到直徑10 cm營養(yǎng)袋培育，5對(duì)真葉時(shí)轉(zhuǎn)入直徑25 cm塑料花盆培育，培育基質(zhì)為中細(xì)河沙，每個(gè)種質(zhì)20盆。按改良霍格蘭方法配制營養(yǎng)液，濃度為：Ca（NO3）2·4H2O 0.945 g/L、KNO3 0.506 g/L、NH4NO3 0.08 g/L、KH2PO4 0.136 g/L、MgCl2·6H2O 0.508 g/L、FeSO4·7H2O 5.56 mg/L。6月齡前每次每株施1/3濃度配制營養(yǎng)液300 mL，6～15月齡每次每株施配制營養(yǎng)液500 mL，2個(gè)月施1次。

1.2.2 測(cè)定方法 （1）生長(zhǎng)量測(cè)定 選擇每個(gè)種質(zhì)生長(zhǎng)一致的苗木15株編號(hào)，掛牌的每一植株即為一個(gè)重復(fù)，分別于苗齡6、12、15個(gè)月，測(cè)量株高、莖粗并記錄葉片數(shù)和分枝數(shù)。

（2）根系形態(tài)及生物量的測(cè)定 苗齡15個(gè)月時(shí)從掛牌的每個(gè)種質(zhì)中選生長(zhǎng)一致的苗木3株，脫盆后，將根部的泥沙用自來水沖洗干凈，帶回實(shí)驗(yàn)室，每株分成葉片、莖干、根3部分，用吸水紙吸干根部水分后，分別稱量各部分鮮重。將根系分成側(cè)根和主根2部分，放置于有水的根盒中，讓側(cè)根舒展不重疊，用根系掃描儀掃描，WinRHIZO 2013分析主根長(zhǎng)、側(cè)根長(zhǎng)、主根直徑、側(cè)根直徑、根體積、根表面積，測(cè)定完成后將全株各部分放置于烘箱，105 ℃殺青30 min，75 ℃烘干至恒重，分別稱其干重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel進(jìn)行整理，用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小粒種咖啡種質(zhì)株形分析

不同小粒種咖啡種質(zhì)株高和葉片數(shù)生長(zhǎng)量在苗齡6個(gè)月時(shí)差異顯著，莖粗和分枝數(shù)生長(zhǎng)量在苗齡15個(gè)月時(shí)差異顯著，各種質(zhì)在苗齡6個(gè)月時(shí)都還沒有長(zhǎng)出分枝。苗齡15個(gè)月時(shí)，M14、M13、CA ZHONGⅠ、鐵畢卡、RUME SUDAN、CA ZHONG Ⅲ株高顯著高于熱引2號(hào)、S288、DTARI 028、CA ZHONG Ⅱ、德熱296、CATUAI幾個(gè)種質(zhì)，波幫、M2、巴矮、CATURRA、M10、CATIMOR P1、T8667、CIFC 7963株高中等；鐵畢卡莖粗顯著粗于CATIMOR P1、CIFC 7963、CATUAI、CA ZHONG Ⅱ，其他種質(zhì)間莖粗差異不顯著。CA ZHONG Ⅲ葉片數(shù)顯著多于CA ZHONG Ⅱ、M10、CATIMOR P1、CATUAI，其他種質(zhì)之間葉片數(shù)差異不顯著，葉片數(shù)較多的種質(zhì)有CA ZHONG Ⅲ、熱引2號(hào)、RUME SUDAN、鐵畢卡、CATURRA、CA ZHONGⅠ、T8667、M13、波幫、DTARI 028幾個(gè)種質(zhì)。CATURRA分枝數(shù)顯著多于M10和CA ZHONG Ⅱ，其他種質(zhì)間分枝數(shù)差異不顯著，分枝數(shù)較多的種質(zhì)有CATURRA、熱引2號(hào)、CIFC 7963、T8667、CA ZHONG Ⅲ、鐵畢卡、M14、CA ZHONG Ⅰ、M13?？Х戎旮咧械然虬⑶o干粗、節(jié)密葉片數(shù)多、分枝多的種質(zhì)樹形緊湊，具有高產(chǎn)潛力，綜合以上分析結(jié)果，株形較好的種質(zhì)有CATURRA、T8667、CIFC 7963、熱引2號(hào)、DTARI 028、波幫、德熱296、巴矮。小粒種種質(zhì)苗期株形選擇宜在苗齡15個(gè)月進(jìn)行，應(yīng)綜合株高、葉片數(shù)、分枝數(shù)幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行篩選。

2.2 不同小粒種咖啡種質(zhì)地上部生物量差異比較

苗齡15個(gè)月不同小粒種咖啡種質(zhì)生物量差異顯著，M13莖鮮重、莖干重顯著高于S288、德熱296、CATUAI和 CA ZHONG Ⅱ，其他種質(zhì)間差異不顯著。莖鮮重、莖干重較重的種質(zhì)有M13、M14、RUME SUDAN、CA ZHONGⅠ、M2、鐵畢卡、CA ZHONG Ⅲ、巴矮、CATURRA、T8667；M13葉鮮重、葉干重顯著高于CATUAI，葉鮮重、葉干重較重的種質(zhì)有M13、M14、M10、CATURRA、M2、T8667、CIFC 7963、CA ZHONG Ⅲ；M13、M14地上部鮮重、干重顯著高于CATUAI、 CA ZHONG Ⅱ，其他種質(zhì)間差異不顯著，地上部鮮重、干重較重的種質(zhì)有M13、M14、M2、RUME SUDAN、CATURRA、M10、CA ZHONGⅠ、T8667、CA ZHONG Ⅲ。結(jié)合植株生長(zhǎng)量指標(biāo)可以看出，M13、M14、RUME SUDAN、CA ZHONGⅠ、CA ZHONG Ⅲ幾個(gè)種質(zhì)植株高，生物量累計(jì)大，而CATUAI、CA ZHONG Ⅱ、德熱296幾個(gè)種質(zhì)植株矮生，葉片數(shù)少、分枝少，生物量累計(jì)小。M2、T8667、CATURRA、波幫、熱引2號(hào)、巴矮植株高度中等，葉片數(shù)多，分枝數(shù)多，生物累計(jì)量也相對(duì)大。

2.3 不同小粒種咖啡種質(zhì)根系形態(tài)分析

苗齡15個(gè)月不同小粒種咖啡種質(zhì)主根長(zhǎng)、側(cè)根長(zhǎng)、側(cè)根直徑、根體積、根表面積差異顯著，主根直徑差異不顯著。CATIMOR P1、CATURRA主根顯著長(zhǎng)于CA ZHONG Ⅱ，其他種質(zhì)間差異不顯著。M13、T8667、S288、CIFC 7963、DTARI 028側(cè)根顯著長(zhǎng)于CATUAI，CATUAI、CA ZHONG Ⅱ、RUME SUDAN側(cè)根較少。M13根體積顯著大于 CATUAI，其他種質(zhì)間差異不顯著。M13根表面積顯著大于CATUAI、CA ZHONG Ⅱ、RUME SUDAN、波幫，其他種質(zhì)間差異不顯著?？Х确N質(zhì)側(cè)根數(shù)量在整個(gè)根系統(tǒng)中所占比例最大，側(cè)根數(shù)量越多，根總長(zhǎng)越長(zhǎng)，根表面積、根體積越大。綜合以上分析結(jié)果可以看出，M13、T8667、S288、CIFC 7963、DTARI 028、德熱296、M2側(cè)根數(shù)多，根體積、根表面積均較大，具有發(fā)達(dá)的根系。經(jīng)雙變量Pearson 相關(guān)性分析，側(cè)根直徑與側(cè)根長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)為-0.574，兩者在0.01水平呈上顯著負(fù)相關(guān)。CATUAI、CA ZHONG Ⅱ側(cè)根直徑顯著粗于其他種質(zhì)，但這2個(gè)種質(zhì)的側(cè)根長(zhǎng)明顯比其他種質(zhì)小，而M13側(cè)根明顯比其他種質(zhì)細(xì)，但其側(cè)根數(shù)明顯比其他種質(zhì)多。此次試驗(yàn)的大部分種質(zhì)都具有細(xì)而且數(shù)量較多的側(cè)根。

2.4 不同小粒種咖啡種質(zhì)地下部生物量差異比較

苗齡15個(gè)月不同小粒種咖啡種質(zhì)根鮮重差異不顯著，根干重差異顯著。M13根干重顯著大于 CA ZHONG Ⅱ和CATUAI，其他種質(zhì)間差異不顯著，根干物質(zhì)累積量較大的種質(zhì)有M13、T8667、CATIMOR P1、S288、巴矮、CATURRA、M2、DTARI 028，根干物質(zhì)累積量較小的種質(zhì)有CA ZHONG Ⅱ、 CATUAI。各種質(zhì)根干重與地上部干重的比值即根冠比差異顯著，S288、德熱296、 T8667、CATIMOR P1、DTARI 028根冠比顯著大于RUME SUDAN、M10、CA ZHONG Ⅲ、M14、CA ZHONG Ⅱ、CA ZHONGⅠ，后者根冠比較小的各種質(zhì)中，CA ZHONG Ⅱ側(cè)根數(shù)較少，其他幾個(gè)種質(zhì)由于植株高，葉片數(shù)多，其地上部干物質(zhì)累積量相比地下部干物質(zhì)累積量更大，因而他們的根冠比均較小。根冠比較大的幾個(gè)種質(zhì)根系發(fā)達(dá)，但植株相對(duì)矮生，因而根冠幅比大。綜合各種質(zhì)的性狀分析可見，小粒種咖啡種質(zhì)地下部和地上部生長(zhǎng)相協(xié)調(diào)的根冠比在0.40～0.35。

2.5 小粒種咖啡種質(zhì)地上部干物質(zhì)累積量與地下部干物質(zhì)累積量間的相關(guān)性分析

經(jīng)雙變量Pearson相關(guān)性分析，由表6可見，小粒種咖啡種質(zhì)地上部干重與根干重相關(guān)系數(shù)為0.707，莖干重與根干重的相關(guān)系數(shù)為0.673，葉干重與根干重的相關(guān)系數(shù)為0.571，可見小粒種咖啡種質(zhì)地上部干物質(zhì)累積量與地下部干物質(zhì)累積量之間在0.01水平上呈顯著的正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

苗齡15個(gè)月，通過苗期株形分析，把小粒種咖啡種質(zhì)分成高干、中等和矮生3個(gè)類型。M13、M14可作為小粒種咖啡種質(zhì)高干型鑒定的標(biāo)準(zhǔn)品種，CATUAI為小粒種咖啡種質(zhì)矮生型鑒定的標(biāo)準(zhǔn)品種。在苗期，各種質(zhì)莖粗除了鐵畢卡相對(duì)較粗外，其他種質(zhì)差異不明顯，因而在苗期鑒定種質(zhì)的莖干粗度性狀并不理想。綜合各種質(zhì)的株高、葉片數(shù)、分枝數(shù)性狀，其中CA ZHONG Ⅲ、M13為高干、多葉、多分枝品種，CATURRA、T8667為株高中等、多葉、多分枝品種，熱引2號(hào)為矮生、多葉、多分枝品種，CATURRA、T8667、熱引2號(hào)枝節(jié)密，分枝多，株形緊湊。根據(jù)薩爾瓦多咖啡協(xié)會(huì)[25]2005年的研究報(bào)告，波幫、鐵畢卡植株高大，分枝長(zhǎng)，節(jié)間間距長(zhǎng)，成齡植株呈圓錐形。CATURRA是1935年在巴西的波幫咖啡種植園中突變出的更為矮生的品種，CATUAI是由Mundo Novo和黃果CATURRA雜交的品種。在中美洲種植園，由于CATUAI植株矮，為了獲得和波幫品種相當(dāng)?shù)膯挝幻娣e產(chǎn)量，種植密度為5 988株/hm2，波幫為3 333株/hm2。吳坤南[4]的研究表明M13、M14等品種植株高，樹型松散。本研究通過苗期性狀分析鑒定出的高干、中等和矮生3個(gè)類型品種，與上述研究結(jié)果一致。

地上部干物質(zhì)累積量與地下部干物質(zhì)累積量間呈顯著的正相關(guān)，地上部生物量累積較高的品種為M13，累積量較小的品種為CATUAI和CA ZHONG Ⅱ。M13根干重顯著大于CA ZHONG Ⅱ和 CATUAI，表明長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)壯，枝葉繁茂的植株，其根系發(fā)達(dá)。各種質(zhì)根冠比差異顯著，側(cè)根數(shù)較少、植株較高或植株較矮生的種質(zhì)根冠比較小或較大，地下部和地上部生長(zhǎng)比例不協(xié)調(diào)，在本試驗(yàn)條件下，小粒種咖啡種質(zhì)地下部和地上部生長(zhǎng)相協(xié)調(diào)的根冠比在0.4～0.35之間。本研究通過綜合分析，篩選出株高中等或矮生、節(jié)密葉片數(shù)多、分枝多、干物質(zhì)累積量大、根冠比合理的品種如CATURRA、T8667、CIFC 7963、熱引2號(hào)、DTARI 028等在王開璽[26]、呂玉蘭[27]、周華[28]的研究中表明這些品種株高中等或矮生，分枝多，果節(jié)短，產(chǎn)量高，是生產(chǎn)上的主要栽培種。可見，通過苗期綜合性狀分析，篩選出具有高產(chǎn)潛力的品種的方法是可靠的。進(jìn)行咖啡種質(zhì)早期性狀鑒定，可在苗圃設(shè)定一定的試驗(yàn)管理?xiàng)l件，對(duì)大批量的雜交后代或種質(zhì)進(jìn)行鑒定，具有占地面積小，試驗(yàn)觀測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度小、周期短的優(yōu)點(diǎn)。

通過根系形態(tài)分析可見，苗期各種質(zhì)主根長(zhǎng)除了CA ZHONG Ⅱ較小以外，其他種質(zhì)間差異不顯著，主根直徑差異不顯著。側(cè)根數(shù)量在整個(gè)根系統(tǒng)中所占比例最大，側(cè)根數(shù)量越多，根總長(zhǎng)越長(zhǎng)，根表面積、根體積越大。側(cè)根直徑與側(cè)根總長(zhǎng)為顯著的負(fù)相關(guān)，咖啡種質(zhì)苗齡15個(gè)月時(shí)，已形成由一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)側(cè)根組成的復(fù)雜的根系統(tǒng)，二、三級(jí)側(cè)根都非常的細(xì)而且長(zhǎng)，往往二、三級(jí)側(cè)根數(shù)量越多，根系越發(fā)達(dá)，側(cè)根的平均直徑就越細(xì)，反之側(cè)根平均直徑就越粗。M13側(cè)根直徑明顯比CA ZHONG Ⅱ和 CATUAI細(xì)，但其根總長(zhǎng)、根表面積、根體積明顯大于CA ZHONG Ⅱ和CATUAI。Taye Kufa[24]研究結(jié)果表明咖啡種質(zhì)側(cè)根細(xì)，根體積、表面積大，是咖啡種質(zhì)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制。本研究篩選出M13側(cè)根細(xì)，其根表面積、根體積比其他種質(zhì)大，下一步對(duì)該種質(zhì)的抗旱性進(jìn)行驗(yàn)證，有望選出抗旱強(qiáng)的品種。

然而，試驗(yàn)結(jié)果也表明，參試的小粒種咖啡種質(zhì)絕大部分都具有細(xì)而且數(shù)量較多的側(cè)根，各種質(zhì)間差異較小。由于小粒種咖啡屬自花授粉，商業(yè)種植的品種多為波幫、鐵畢卡及二者的突變種或種內(nèi)雜交種，導(dǎo)致種質(zhì)遺傳多樣性貧乏[13，17，29-31]。因而，在今后的工作中，收集更多的野生小粒種種質(zhì)進(jìn)行根系性狀鑒定評(píng)價(jià)，是進(jìn)行養(yǎng)分高效利用、抗寒、抗旱品種選育的基礎(chǔ)。

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