摘 要：本研究以198份国内外大麻种质资源为材料，开展了14个农艺和品质性状多样性鉴定，并进行变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析的综合评价，为我国大麻种质资源创新和资源高效利用提供基础材料和技术参考。结果表明，198份国内外大麻种质资源具有较为丰富的遗传多样性，14个性状的变异系数范围为4.79%~64.45%，变异系数最大的是CBD含量，最小的是雌花开花日数，平均值为27.78%，大麻酚（CBN）、大麻二酚（CBD）、大麻二酚酸（CBDA）、次大麻二酚（CBDV）4种大麻素含量的变异系数均大于40.0%，品质性状表现出更好的变异性；相关性分析表明，CBD含量与CBDA、CBDV和CBN的含量均为极显著正相关，CBDA含量与CBN含量极显著正相关，株高与茎粗极显著正相关，CBDA含量与多个农艺性状呈现显著的相关性，株高、茎粗的改良，有利于大麻素CBDA含量的提高；主成分分析把14个性状综合为6个主成分，累计贡献率达到69.204%，表明6个主成分反映了大麻种质资源大部分的性状信息。聚类分析得到3个类群，其中第Ⅰ类群的69份资源在大麻素含量、株高和茎粗上表现较好，可以进一步筛选作为育种研究的亲本材料。
关键词：大麻；种质资源；农艺性状；品质性状；评价
大麻（CannabissativaL.）是大麻科（Cannabinaceae）大麻属（Cannabis）一年生草本植物，俗称火麻、线麻等，广泛应用于纺织、医药、食品、化妆品、建筑、造纸等领域。大麻起源于中亚、喜马拉雅山麓和西伯利亚中部，我国也是重要的起源中心，最早在亚洲和欧洲种植，是最古老的栽培作物之一。考古挖掘表明，我国早在5000多年前就开始利用大麻，20多个省市均有种植历史，种质资源丰富多样。国际上把四氢大麻酚（THC，tetrahydrocannabinol）含量低于0.3%的大麻叫做工业大麻，不具备成瘾性且有极高的经济价值。我国是最重要的工业大麻生产国，2018年我国大麻的播种面积为1.856万hm2，产量为10.62万t，增长较为稳定。
大麻雌雄异株，偶有雌雄同株现象，雄花为圆锥花序；雌花团聚于叶腋内，雄株比雌株更早成熟。近年来，工业大麻的研究聚焦在其重要的次生代谢产物大麻素上。大麻素是大麻生长发育过程中产生的萜酚类化合物，在开花期前后于大麻雌花腺毛中富集。当前已经鉴定和解析超过100种大麻素，其中酚类化合物是主要的研究对象，包括大麻酚（CBN，cannabinol）、大麻二酚（CBD，cannabidiol）、次大麻二酚（CBDV，Cannabidivarin）等。以大麻二酚（CBD）为代表的酚类物质具有丰富的药理学作用。大麻二酚酸（CBDA，cannabidiolicacid）是植株体内最丰富的大麻素之一，通过加热脱羧可以转化为CBD和CBDV。大麻种质资源是培育高产优质工业大麻品种的物质基础，截止2020年12月，国家麻类种质资源中期库保存了大麻种质资源1300余份。国内少数学者对大麻的农艺性状和纤维品质性状进行了分析。王庆峰等对22份大麻材料的6种农艺性状进行评价，筛选出4种适宜在吉林省种植的籽用品种。房郁妍等对13份大麻材料的18个农艺性状进行聚类分析，将品种分成3个类群。唐慧娟等对4份大麻材料的12个性状进行分析，表明影响大麻纤维品质的主要性状为纤维支数。PetitJordi等对123份大麻材料的28个与纤维质量相关的性状进行分析，结果表明，这些性状间存在较大变异性，纤维性状受环境影响较大。有关大麻素含量与农艺性状的综合评价未见报道。
本研究通过对198份大麻种质资源14个农艺性状和品质性状的综合鉴评，探究其遗传多样性，以及CBD含量等大麻素品质性状与农艺性状之间的关系，以期为我国大麻优异种质筛选、创新和资源高效利用提供技术参考。
1材料与方法
1.1试验材料
供试材料198份，其中国内20个省（区）172份、国外7个国家26份。由国家麻类作物种质资源中期库和黑龙江省农业科学院经济作物研究所提供（表1）。
1.2仪器与设备
送风定温恒温箱（DKN412C）：雅马拓科技贸易有限公司、数控超声波清洗器（KQ-500DE）：昆山市超声仪器有限公司、超高效液相色谱（LC-20A）：日本岛津公司、分析天平（PX124ZH/E）：奥豪斯仪器有限公司、高速离心机（TGL16B）：长沙英泰仪器有限公司。
1.3试验设计
本试验于2020年4月26日种子直播播种，采用随机区组排列，2次重复，行长5m，2行区、行距50cm、株距10cm，每行定苗50株。试验地点位于黑龙江省农业科学院哈尔滨呼兰康金试验基地（N:46°18′，E:126°82′）。该基地属于中温带大陆性季风气候，地势开阔平坦，田间排灌良好，无树木、建筑物等遮荫，前茬作物为玉米。肥水管理及病虫害防治根据当地大田生产习惯实施。
1.3.1大麻素的提取与测定
雌花盛花期时，每份材料挑选长势均匀一致的大麻雌株5-6株，取顶端15cm左右的花叶，自然风干三天后，置于定温鼓风干燥箱60℃烘至恒重，全部磨细（细度≤0.425mm）混匀；平行称取0.2000g样品3份于玻璃离心管中，冷却后加入4mL甲醇溶液，超声10min，静置60min，4000r/min离心5min，收集上清液至容量瓶中，保留残渣，重复上述操作，收集上清液后定容至50mL，充分摇匀；用注射器从容量瓶中抽取0.5~1.5mL溶液，用0.45µm有机滤膜过滤后注入液相瓶中，通过超高效液相色谱法（UPLC，Ultra-performanceliquidchromatography）测定雌花花叶中大麻素CBD、CBDV、CBDA、CBN的含量。
1.3.2农艺性状采集
在工业大麻出苗期至开花盛期分别对雄花开放日数、雌花开放日数、子叶形状、子叶色、下胚轴色、心叶色、雄花色、雌花色共8个农艺性状进行田间调查和观测，成熟后每品种在小区非边缘区域随机选取10株大麻植株，对株高、茎粗进行考种。数据采集按照《大麻种质资源描述规范和数据标准》、《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南大麻》执行（表2）。
1.4数据分析
利用Excel2016整理各性状数据，利用SPSSStatistics19.0进行表型变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。
2结果与分析
2.1大麻种质资源品质与农艺性状多样性分析
198份大麻种质资源14个性状的变异系数范围为4.79%~64.45%，变异系数最大的是CBD含量，最小的是雌花开花日数，均值为27.78%（表3）。其中，品质性状CBD、CBDV、CBDA、CBN含量的变异系数均高于40%，说明品质性状表现出更好的变异性；下胚轴色、雌花色、茎粗的变异系数在20%~30%之间，子叶形状、子叶色、心叶色、雄花色、株高的变异系数在10%~20%之间，雄花开花日数和雌花开花日数的变异系数低于10%。以上分析表明198份大麻种质资源具有较为丰富的遗传多样性，品种间性状的差异较大，适宜进行品种鉴定评价和比较分析。
2.2大麻种质资源品质与农艺性状相关性分析
198份大麻种质资源10个农艺性状和4个品质性状相关性分析结果表明（表4）：CBD含量与CBDV、CBDA、CBN含量为正相关极显著，与心叶色极显著正相关，与株高显著正相关；CBDA含量与CBN含量、下胚轴色、株高、茎粗正相关极显著，与CBDV含量正相关显著，雌花色负相关显著；CBN含量与下胚轴色正相关极显著，与株高正相关显著。雄花开放日数与雌花开放日数、心叶色正相关极显著，与茎粗负相关极显著，与雌花色、子叶色正相关显著；雌花开放日数与子叶色、心叶色、雌花色正相关极显著，与下胚轴色正相关显著，与茎粗负相关显著；子叶形状与心叶色正相关极显著；子叶色与雄花色正相关显著，下胚轴色与株高、茎粗正相关极显著；株高与茎粗正相关极显著。与其它大麻素相比，CBDA和更多的农艺性状呈现相关性，即下胚轴色、株高、茎粗、雌花色的变化会直接影响大麻素CBDA的含量。CBDA与其脱羧产物CBD、CBDV呈正相关，表明不同品种间CBDA脱羧产率可能存在一定的规律。
2.3大麻种质资源农艺性状对大麻素含量的主成分分析
对14个品质和农艺性状进行主成分分析（表5），结果表明，前6个主成分的累计贡献率达到69.204%，它们的特征值均大于1，可以作为大麻农艺性状评价的综合指标。第一主成分特征值为2.556，贡献率为18.255%，CBDA含量的特征向量值为0.813，主要反映大麻种质大麻素酸的含量，因此第一主成分可称为CBDA因子；第二主成分特征值为，贡献率为16.634%，雄花开放日数与雌花开放日数的特征向量值分别为0.894、0.895，主要反映大麻花期，称为花期因子；第三主成分特征值为1.345，贡献率为9.608%，子叶色特征向量绝对值最高，称为子叶颜色因子；第四主成分特征值为1.232，贡献率为8.802%，CBD、CBDV特征向量绝对值最高，主要反映大麻二酚、次大麻二酚的含量，可称为CBDA脱羧产物因子；第五主成分特征值为1.197，贡献率为8.551%，雌花色特征向量绝对值最高，称为雌花颜色因子；第六主成分特征值为1.030，贡献率为7.355%，子叶形状特征向量绝对值最高，称为叶形因子。
2.4聚类分析
对供试品种14个性状进行聚类分析，以欧几里得距离大于10分类，将198份大麻种质资源划分成3类（图1）。第Ⅰ类群包含69份大麻种质资源，其特征为CBD、CBDV、CBDA、CBN4种大麻素含量最高，株高（244.90cm）最高，茎粗（0.79cm）最粗。第Ⅱ类群包含104份种质资源，各性状均值在划分的三个类别里均处于中间位置，即第Ⅱ类群为中间类型。第Ⅲ类群包含25份种质资源，雄花开放日数（88.24d）和雌花开放日数（113.20d）最长，株高（166.42cm）最矮，茎粗（0.63cm）最细。由图1可知，各类群间种质资源来源地较为混乱，其原因可能是种质资源在国与国之间、地区与地区之间频繁交流所致，导致部分品种的来源地并不是其原产地。大麻是雌雄异株、异花授粉作物，品种间极易杂交，这也有可能导致部分品种在某一地区长时间种植，而生物学混杂造成聚类结果更加接近当地的品种。
3讨论
本研究通过对198份大麻种质资源10个农艺性状和4个品质性状的变异分析，14个性状的变异系数范围为4.79%~64.45%，表明参试品种的遗传多样性丰富，品种间差异较大。10个农艺性状的变异系数范围为4.79%（雌花开花日数）~27.3%（茎粗），反映了参试品种具有较高的多样性水平；品质性状的变异系数依次为CBD含量＞CBN含量＞CBDV含量＞CBDA含量，且均高于40%，表现出更好的变异性。相关性分析表明，大麻株高和茎粗极显著正相关，与房郁妍、曹焜等研究的结果一致；CBD含量与CBDA含量、CBDV含量、CBN含量和心叶色均为极显著正相关，与株高显著正相关；CBDA含量与CBN含量、下胚轴色、株高、茎粗极显著正相关，与CBDV含量显著正相关，与雌花色显著负相关，表明CBDA和多个农艺性状呈现显著的相关性，株高、茎粗可以作为挖掘高大麻素优异种质和品种的筛选指标。
主成分分析将14种性状简化为6个主要成分，累计贡献率达到69.204%，反映了大麻种质资源大部分的性状信息，表明CBDA含量、CBD含量、花期、子叶形态可以作为大麻评价的综合指标。聚类分析将试验品种分成3类，第Ⅰ类群为大麻素含量高，株高茎粗较大的品种，包含69份资源，其中编号为HG019的地方品种CBD含量最高；第Ⅱ类群的性状均值处于三个类群的中间位置，为中间类型；第Ⅲ类群花期最长，株高茎粗最矮，与第Ⅰ类群相比，株高和茎粗分别低32.04%和19.62%。聚类结果可以为大麻杂交育种的亲本选择提供参考。
近年来，以提取主要药用成分大麻二酚(CBD)进行新药研发，逐渐成为工业大麻产业发展的重要新方向。大麻二酚（CBD）具有抗痉挛、消炎镇痛、抗焦虑、抗肿瘤等多种药理功能，具有广泛的应用前景。当前，我国工业大麻种质资源的CBD含量与国外比较存在普遍偏低的问题，现有工业大麻品种难以满足产业发展需求。本研究分析了大麻种质资源的遗传多样性，探究了大麻农艺性状与CBD含量等大麻素品质性状之间的关系，筛选出株高、茎粗等农艺性状可作为高大麻素性状的参考指标。可为我国大麻优异种质挖掘、创新和高大麻素品种选育提供技术依据。同时，聚类分析中各类群来源地混乱，表明大麻种质资源在收集引种和保存中存在来源地与原产地不一致现象，拟开展资源原产地的深入调查或基于基因组层面进行后续的分子鉴定和评价。
摘自于跃,孙健,张静,杨泽茂,张利国,邓灿辉,程超华,唐蜻,许英,陈小军,张小雨,戴志刚,粟建光.植物遗传资源学报,2021,22(04):1021-1030.10.13430/j.cnki.jpgr.20210208002
