甘肅省近年來育成冬小麥品種農藝性狀的區域表現及遺傳多樣性分析

張雪婷，楊文雄，曹 東

(1.甘肅省農業科學院小麥研究所，甘肅蘭州 730070； 2.中國科學院西北高原生物研究所，青海西寧 810000)

甘肅省近年來育成冬小麥品種農藝性狀的區域表現及遺傳多樣性分析

張雪婷1，楊文雄1，曹 東2

(1.甘肅省農業科學院小麥研究所，甘肅蘭州 730070； 2.中國科學院西北高原生物研究所，青海西寧 810000)

為挖掘甘肅省冬小麥種質資源潛力，對74份2003-2014年甘肅省不同生態區域通過審定的冬小麥品種進行了農藝性狀和SSR分子標記的遺傳多樣性分析。結果表明，隴中地區除穗粒重外，其他農藝性狀的遺傳多樣性指數H′值均高于隴南和隴東地區。其中，生育期天數、穗長、穗下節長、穗粒重的H′值在全部區域中均最高，均大于2.0。經主成分分析，前三個主成分(株高因子、產量因子、生育期天數因子)對變異的貢獻率達86.303%；隴中地區的品種與隴東、隴南地區在基因庫上存在一定差異。利用42對SSR引物對參試品種的多態性進行檢測，結果顯示，每對引物檢測到等位變異1～17個，平均等位變異7個，全部引物共檢測到298個等位變異。經聚類分析，參試品種間遺傳相似系數(GS)的變異范圍為0.486～0.781，平均值為0.605。全部參試品種可分為3個大類，7個亞類。

甘肅；冬小麥；育成品種；農藝性狀；遺傳多樣性指數

優質的種質資源是培育高產穩產、品質優良、抗蟲抗病小麥品種的重要基因來源。甘肅省地域遼闊，各地降水量不均，河西沙漠地區與隴南潮濕地區的年降水跨度達到720 mm，且全境降雨時期主要集中在7-9月[1-2]。這使得甘肅省既有溫暖潮濕的隴南地區、氣候溫和的隴東地區，也有半干旱的隴中地區，更有灌溉發達的河西平原。自然氣候的多樣性豐富了冬、春小麥品種的遺傳背景。對于自然條件復雜、農業基礎設施落后的甘肅省，小麥供需雖大體平衡，但人均擁有量僅接近全國平均水平[1-2]。小麥優良品種的選育與推廣對甘肅省糧食生產及社會穩定依然具有重要意義。

了解和掌握種質資源多樣性水平，對于資源發掘、種質創新具有重要作用。我國大多數省份都對其冬小麥育成或地方品種的遺傳多樣性進行了分析[3-8]，而有關甘肅省冬小麥在農藝性狀或分子標記水平上的多樣性程度卻少有報道。截止2014年，甘肅省小麥種植面積達到79萬hm2，其中半數以上為冬小麥。另據相關資料，21世紀前10年河西走廊地區的民勤、武威、古浪等地區的冬季最低氣溫較20世紀60年代分別上升3.3、2.7和3.3 ℃[9]。隨著河西走廊地區冬季氣溫的升高，原本種植春小麥的地區也漸漸適宜冬小麥生長。所以，甘肅省自然氣候的復雜樣性塑造了遺傳各異的冬小麥品種。為充分了解近些年(2003-2014年)甘肅省冬小麥育成品種的遺傳背景，為甘肅省冬小麥育種提供指導，有必要對其遺傳多樣性進行研究。本研究擬從農藝性狀及分子水平分析近些年甘肅省審定、且在不同地域種植的冬小麥品種農藝性狀及SSR多態性差異，并對這些品種農藝性狀進行主成分分析及SSR分子標記的親緣關系聚類分析，以期為該地區冬小麥新品種的選育提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

搜集甘肅省隴東、隴南、隴中地區冬小麥育種單位(如甘肅省農業科學院、天水市農科院、隴東學院等)在2003-2014年選育并通過全省審定的冬小麥品種，共計74份(表1)。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗設計

于2015年9月在甘肅省農科院榆中育種試驗站，對來自全省不同區域(隴東、隴南、隴中)冬小麥品種進行播種。試驗站海拔高度1 570 m，全年降雨量360 mm，蒸發量1 440 mm，年平均氣溫6.8 ℃，無霜期120 d。每個品種種植3行，行長2 m，行距20 cm，每行播種50粒。試驗區周圍設60 cm保護行。播前施農家肥22.5 t·hm-2、尿素180 kg·hm-2和磷酸二銨360 kg·hm-2。按常規方法進行大田管理。

1.2.2 農藝性狀考察

每個品種抽取20個單株，對全生育期天數、株高、穗下節長、穗長、每穗有效小穗數、穗粒數、穗粒重、千粒重及每穗不孕小穗數進行調查。待品種成熟后收獲計產。考察標準參見金善寶[10]的方法。

1.2.3 DNA提取

取新鮮的小麥嫩葉5 g，添加液氮快速研磨，用CTAB法提取基因組DNA[11]。

1.2.4 SSR引物的篩選、PCR擴增及產物檢測

選取位于小麥微衛星圖譜[12-13]中42條染色體臂上、擴增條帶清晰且多態性較好的42對引物(由上海生工有限公司合成)用于SSR檢測(表2)。PCR總反應體系10 μL，包含30 mg·L-1DNA模板1.8 μL、10 mmol·L-1dNTPs 0.26 μL、10×緩沖液(含MgCl220 mmol·L-1)1.3 μL、2 U·μL-1Taq酶0.13 μL、20 ng·μL-1SSR引物1.2 μL、ddH2O 5.31 μL。PCR 擴增程序：94 ℃預變性 4 min；94 ℃變性 50 s，55～60 ℃退火 50 s，72 ℃延伸 50 s，35個循環；72 ℃延伸 10 min。擴增產物用8%聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，硝酸銀銀染后記錄各品種的條帶數目。

1.2.5 數據分析

分別計算各區域(隴東、隴南、隴中)種植的冬小麥品種農藝性狀(全生育期天數、株高、穗下節長、穗長、小穗數、穗粒數、穗粒重、千粒重、不孕小穗數)的平均數(Xa)和標準差(s)。并根據以上結果，將各農藝性狀分為10級。第1級[Xi<(Xa-2s)] 到第10級[Xi>(Xa+2s)]，每0.5 s定為1級。農藝性狀的遺傳多樣性指數 (H′)= -∑Pi× lnPi，式中Pi為某性狀第i級別內品種出現的頻率[14-15]。借助SPSS 20.0軟件對參試品種的農藝性狀進行主成分分析。SSR多態性檢測的聚類分析中，電泳條帶出現時記為1，不出現時記為0。品種間相似系數(GS):GS=2Nij/(Ni+Nj)，其中Ni為第i個品種呈現的條帶數，Nj為第j個品種呈現的條帶數，Nij為兩品種共有的條帶數[16]。對GS值按非加權組平均法(UPGMA)進行遺傳相似性聚類分析[17-18]。

2 結果與分析

2.1 不同區域冬小麥品種的農藝性狀表現

甘肅省三個區域間冬小麥平均生育期天數及平均產量均差異顯著(表3)。其中，平均生育期天數表現為隴東>隴中>隴南；平均產量表現為隴南>隴中>隴東，且隴南的平均產量較隴東地區高出2 704.20 kg·hm-2。在三個區域中，隴東地區的平均株高和平均穗下節長最大(分別為104.86和41.99 cm)，其極差也最大(分別為43.00 和20.10 cm)。隴中地區的平均穗長最長(9.45 cm)，平均每穗小穗數最多(19.56個)，均顯著高于隴東地區。隴南地區的平均穗粒重和千粒重均最高(分別為1.57和41.47 g)。而平均穗粒數在三個區域中皆高于35.00粒，且彼此間無顯著差異。每穗不孕小穗數在三個區域間均無顯著差異，但隴南地區的極差最小，為2.80。

2.2 不同區域冬小麥品種農藝水平上的遺傳多樣性

總體而言，甘肅省不同區域小麥穗粒重和每穗不孕小穗數的變異系數差別較大，而株高和每穗小穗數的變異系數最為接近。隴中地區的穗長、穗下節長、每穗小穗數、穗粒重、每穗不孕小穗數、產量變異程度高于隴東與隴南地區，特別是穗粒重與產量的變異系數分別高達24.27%和19.05%。所考察的農藝性狀中，每穗不孕小穗數在三個區域變異程度最大，表現為隴中(41.71%)>隴南(37.49%)>隴東(26.20%)(圖1)。

表1 2003-2014年74份通過甘肅省審定的冬小麥品種

Table 1 74 winter wheat varieties released in Gansu province from 2003 to 2014

編號Code審定名稱Name審定年份Releasedyear編號Code審定名稱Name審定年份Releasedyear編號Code審定名稱Name審定年份Releasedyear1中梁23號Zhongliang23200326武都16號Wudu16200751蘭天27號Lantian2720102平涼42號Pingliang42200427隴鑒9821Longjian9821200752隴鑒101Longjian10120113靜麥1號Jingmai1200428隴鑒301Longjian301200853靜麥3號Jingmai320114中梁24號Zhongliang24200429中梁27號Zhongliang27200854中梁31號Zhongliang3120115蘭天15號Lantian15200430天選43號Tianxuan43200855天選48號Tianxuan4820116環冬3號Huandong3200431中天1號Zhongtian1200856天選49號Tianxuan4920117靈臺2號Lingtai2200432隴育1號Longyu1200857隴育4號Longyu420118中植1號Zhongzhi1200433隴鑒9811Longjian9811200958靈臺3號Lingtai320119臨農826Linnong826200434隴鑒386Longjian386200959蘭天28號Lantian28201110臨農7230Linnong7230200435中梁29號Zhongliang29200960天選50號Tianxuan50201211隴鑒9343Longjian9343200536天選45號Tianxuan45200961天選51號Tianxuan51201212蘭天17號Lantian17200537蘭天24號Tianxuan24200962蘭天29號Lantian29201213西峰27號Xifeng27200538蘭天25號Tianxuan25200963隴育5號Longyu5201214西峰28號Xifeng28200539隴育2號Longyu2200964涇麥1號Jingmai1201215平涼43號Pingliang43200740中植2號Zhongzhi2200965張冬30號Zhangdong30201216平涼44號Pingliang44200741平涼45號Pingliang45201066蘭航選01Lanhangxuan01201217靜麥2號Jingmai2200742中梁30號Zhongliang30201067隴鑒103Longjian103201318中梁25號Zhongliang25200743天選46號Tianxuan46201068蘭天30號Lantian30201319中梁26號Zhongliang26200744天選47號Tianxuan47201069蘭天31號Lantian31201320蘭天18號Lantian18200745蘭天26號Lantian26201070武都17號Wudu17201321蘭天19號Lantian19200746隴育3號Longyu3201071天選52號Tianxuan52201422蘭天20號Lantian20200747環冬4號Huandong4201072隴育6號Longyu6201423蘭天21號Lantian21200748寧麥9號Ningmai9201073中植3號Zhongzhi3201424蘭天22號Lantian22200749中植4號Zhongzhi4201074蘭天32號Lantian32201425蘭天23號Lantian23200750臨農9555Linnong95552010

表2 42對SSR引物的名稱、染色體位點、退火溫度及等位變異數

Table 2 Names,chromosome loci,annealing temperature,and allele number of 42 SSR primers

引物名稱及其位點Nameandloci正向引物(5'-3')Forwardprimer(5'-3')反向引物(5'-3')Reverseprimer(5'-3')退火溫度Tm/℃等位變異數AllelenumberWmc24-1ASGTGAGCAATTTTGATTATACTGTACCCTGATGCTGTAATATGTG608Xgwm136-1ALGACAGCACCTTGCCCTTTGCATCGGCAACATGCTCATC608Xgwm636-2ASCGGTAGTTTTTAGCAAAGAGCCTTACAGTTCTTGGCAGAA6010Xgwm10-2ALCGCACCATCTGTATCATTCTGTGGTCGTACCAAAGTATACGG556Xgwm369-3ASCTGCAGGCCATGATGATGACCGTGGGTGTTGTGAGC576Xgwm480-3ALTGCTGCTACTTGTACAGAGGACCCGAATTGTCCGCCATAG608Xgwm4-4ASGCTGATGCATATAATGCTGTCACTGTCTGTATCACTCTGCT571Wms637-4ALAAAGAGGTCTGCCGCTAACATATACGGTTTTGTGAGGGGG551Xgwm415-5ASGATCTCCCATGTCCGCCCGACAGTCGTCACTTGCCTA604Wms186-5ALGCAGAGCCTGGTTCAAAAAGCGCCTCTAGCGAGAGCTATG609Xgwm334-6ASAATTTCAAAAAGGAGAGAGAAACATGTGTTTTTAGCTATC6013Xgwm169-6ALACCACTGCAGAGAACACATACGGTGCTCTGCTCTAAGTGTGGG5710Xgwm471-7ASCGGCCCTATCATGGCTGGCTTGCAAGTTCCATTTTGC6010Xgwm332-7ALAGCCAGCAAGTCACCAAAACAGTGCTGGAAAGAGTAGTGAAGC6012Wms550-1BSCCCACAAGAACCTTTGAAGACATTGTGTGTGCAAGGCAC604Xgwm124-1BLGCCATGGCTATCACCCAGACTGTTCGGTGCAATTTGAG608Xgwm148-2BSGTGAGGCAGCAAGAGAGAAACAAAGCTTGACTCAGACCAAA605Xgwm501-2BLGGCTATCTCTGGCGCTAAAATCCACAAACAAGTAGCGCC555Xgwm264-3BSGAGAAACATGCCGAACAACAGCATGCATGAGAATAGGAACTG604Xgwm566-3BLTCTGTCTACCCATGGGATTTGCTGGCTTCGAGGTAAGCAAC606Wmc413-4BSCACTGGAAACATCTCTTCAACTACAGGAAAGGATGATGTTCTCT574Xgwm538-4BLGCATTTCGGGTGAACCCGTTGCATGTATACGTTAAGCGG608Xgwm159-5BSGGGCCAACACTGGAACACGCAGAAGCTTGTTGGTAGGC557Xgwm499-5BLACTTGTATGCTCCATTGATTGGGGGGAGTGGAAACTGCATAA6017Xgwm508-6BSGTTATAGTAGCATATAATGGCCGTGCTGCCATGATATTT603Xgwm219-6BLGATGAGCGACACCTAGCCTCGGGGTCCGAGTCCACAAC6011Wms46-7BSGCACGTGAATGGATTGGACTGACCCAATAGTGGTGGTCA575Xgwm333-7BLGCCCGGTCATGTAAAACGTTTCAGTTTGCGTTAAGCTTTG606Wms106-1DSCTGTTCTTGCGTGGCATTAAAATAAGGACACAATTGGGATGG6010Wms458-1DLAATGGCAATTGGAAGACATAGCTTCGCAATGTTGATTTGGC555Xgwm261-2DSCTCCCTGTACGCCTAAGGCCTCGCGCTACTAGCCATTG608Xgwm157-2DLGTCGTCGCGGTAAGCTTGGAGTGAACACACGAGGCTTG602Xgwm161-3DSGATCGAGTGATGGCAGATGGTGTGAATTACTTGGACGTGG605Wms52-3DLCTATGAGGCGGAGGTTGAAGTGCGGTGCTCTTCCATTT604Xgwm608-4DSACATTGTGTGTGCGGCCGATCCCTCTCCGCTAGAAGC604Xgwm194-4DLGATCTGCTCTACTCTCCTCCCGACGCAGAACTTAAACAAG571Xgwm190-5DSGTGCTTGCTGAGCTATGAGTCGTGCCACGTGGTACCTTTG608Xgwm174-5DLGGGTTCCTATCTGGTAAATCCCGACACACATGTTCCTGCCAC6014Barc196-6DSGGTGGGTTTTATCGAATAGATTTGCTGCGTTTCGTCAAGATTAATGCAGGTTT587Xgdm98-6DLCCATCCATGAAATGGCGGCCCTTCACTAGCCTTCATG556Xgwm295-7DSGTGAAGCAGACCCACAACACGACGGCTGCGACGTAGAG608Xgwm437-7DLGATCAAGACTTTTGTATCTCTCGATGTCCAACAGTTAGCTTA6015

表3 2003-2014年甘肅省審定的冬小麥品種在不同區域的農藝性狀表現

Table 3 Agronomic characters of released winter wheat varieties from different areas in Gansu province

性狀Character區域Area材料份數Accession平均值±標準差Average±SD最大值Max.最小值Min.極差Range生育期天數Growthduration/d隴東EasternGansu24278.00±6.00a292.00270.0022.00隴南SouthernGansu20252.00±18.00c284.00199.0085.00隴中CentralGansu30261.00±12.00b285.00235.0050.00株高Plantheight/cm隴東EasternGansu24104.86±9.21a115.0087.0028.00隴南SouthernGansu2096.16±10.46b117.0077.0040.00隴中CentralGansu30101.79±10.26ab124.0081.0043.00穗下節長Pedunclelength/cm隴東EasternGansu2441.99±4.41a47.2032.4014.80隴南SouthernGansu2035.87±4.48b45.8030.1115.69隴中CentralGansu3037.68±5.73b47.5027.4020.10穗長Spikelength/cm隴東EasternGansu248.09±0.90b9.956.003.95隴南SouthernGansu208.46±0.71b9.707.102.60隴中CentralGansu309.45±1.08a12.357.604.75每穗小穗數Spikeletsperspike隴東EasternGansu2417.92±1.06b20.8016.104.70隴南SouthernGansu2018.77±1.37ab20.6014.506.10隴中CentralGansu3019.56±1.56a21.8016.505.30穗粒數Grainsperspike隴東EasternGansu2435.42±6.34a43.0022.0021.00隴南SouthernGansu2038.89±5.38a54.7033.6021.10隴中CentralGansu3038.23±5.91a48.4427.3021.14穗粒重Spikegrainweight/g隴東EasternGansu241.34±0.31a1.870.501.37隴南SouthernGansu201.57±0.21a1.921.070.85隴中CentralGansu301.56±0.38a2.430.901.53千粒重1000-grainweight/g隴東EasternGansu2435.80±4.40b46.2928.2318.06隴南SouthernGansu2041.47±2.99a47.7237.1310.59隴中CentralGansu3039.70±4.63a49.3631.8717.49每穗不孕小穗數隴東EasternGansu242.67±0.70a4.781.333.45Sterilespikeletsperspike隴南SouthernGansu202.05±0.77a3.700.902.80隴中CentralGansu302.34±0.98a4.301.003.80產量Yeild/(kg·hm-2)隴東EasternGansu243665.70±466.954351.802623.501728.30隴南SouthernGansu206369.90±951.607488.003945.003543.00隴中CentralGansu305580.45±1063.057424.252802.004622.25

平均值后的字母不同表示地區間差異顯著(P<0.05)。

Averages with different letters are significantly different among the areas at 0.05 level.

在冬小麥10個農藝性狀中，除每穗不孕小穗數外，隴中地區其余性狀的H′值皆高于其他區域(圖2)，說明隴中地區多個農藝性狀的遺傳多樣性較隴南、隴東豐富。其中生育期天數、穗長、穗下節長、穗粒重的H′值均大于2.0。

2.3 冬小麥品種農藝性狀的主成分分析

主成分分析表明，前3個主成分的累積貢獻率為86.303%(表4)，達到了累計貢獻率≥85%的標準[19-20]，可解釋絕大部分信息。

橫坐標上1～10分別代表生育期天數、株高、穗下節長、穗長、每穗小穗數、穗粒數、穗粒重、千粒重、每穗不孕小穗數和產量。圖2同。

1～10 in horizontal axis refer to growth days,plant height,peduncle length,spike length,spikelets per spike,grains per spike,1 000-grain weight，sterile spikelets per spike and yield.The same as in fig.2.

圖1 2003-2014年甘肅省審定的冬小麥品種在不同種植區域主要農藝性狀的變異系數(CV)

Fig.1 Variation coefficients(CV)of agronomic characters of winter wheat varieties in different areas released in Gansu province

圖2 2003-2014年甘肅省審定的冬小麥品種在不同

第一主成分特征值為3.516，貢獻率為37.987，以株高、穗下節長兩個性狀分量的載荷值最大。因這兩個性狀都與株高有關，故把第一主成分稱為株高因子。而與之相對應的每穗小穗數、穗粒數和穗粒重3個產量性狀的特征向量載荷值為負，且絕對值遠遠小于株高、穗下節長，說明株高與產量存在一定程度的負相關。因此，在實際生產中株高不易偏高，否則對提高產量不利。故第一主成分偏低較好。

第二主成分特征值為2.079，貢獻率為28.410%，以穗粒數、穗粒重兩個性狀分量的載荷值最大。因這兩個性狀與產量構成有關，故稱第二主成分為產量因子。而與之相對應的生育期天數、株高、穗下節長、每穗不孕小穗數的特征向量載荷值為負值，在一定程度上與產量因子呈負相關。所以在追求高產的同時，應選育成熟期與株高適中、每穗不孕小穗數少的材料。為追求產量的總體提升，第二主成分越大越好。

第三主成分特征值為1.328，貢獻率為19.906%，生育期天數分量載荷值雖為負值，但絕對值最大，故把第三主成分稱為生育期因子。除此之外的其他農藝性狀，特別是每穗小穗數、穗粒數、穗粒重的載荷值較大。由此說明，生育期天數與產量存在一定程度的負相關。所以，適當縮短生育期對提升產量有利。這可能是由于甘肅省絕大多數冬小麥品種的生長環境較為干旱，植株群體需要迅速地從營養生長過渡到生殖生長，并盡可能在干旱環境中繁殖更多后代。但生育期天數也不宜過短，否則各時期生長發育不充分(尤其是孕穗期與灌漿期)，降低了產量。故第三主成分適中較好。

根據以上各主成分的選擇標準，在今后甘肅省冬小麥育種工作中，應篩選株高低、穗粒數、穗粒重高以及生育期適中的材料。

利用多個農藝性狀降維后得到的前三個主成分，對適宜種植在不同區域的冬小麥品種繪制三維主成分圖。圖3顯示，甘肅省近年來審定的冬小麥品種分化成隴東和隴南兩個富集區；這兩個富集區存在一定程度的相互滲透，反映出這兩個地區品種的農藝性狀較為相似、品種間的基因庫較為相近的特點。相反，適于隴中種植的品種，雖與隴東、隴南富集區少有滲透，但其絕大部分散落在主成分三維分布圖的邊緣，說明隴中地區的品種與隴東、隴南地區在基因庫上存在一定差異。此外，從圖3中各品種分布的密集程度來看，這些品種的農藝性狀遺傳多樣性并不大。所以，在今后的冬小麥育種工作中，若想尋求某個農藝性狀的突破，特別是產量上的突破，必須擴大骨干親本的范圍。

表4 2003-2014年甘肅省審定冬小麥品種10個主要農藝性狀的主成分分析

Table 4 Principal component analysis of ten agronomic characters of released wheat varieties in Gansu province

參數Parameter性狀Character第一主成分Prin1第二主成分Prin2第三主成分Prin3特征值Eigvector3.5162.0791.328貢獻率Contribution/%37.98728.41019.906累計貢獻率Cumulativecontribution/%37.98766.39786.303特征向量Characteristicvector生育期天數Growthduration0.518-0.207-0.624株高Plantheight0.878-0.1760.094穗長Spikelength0.1680.1950.073穗下節長Pedunclelength0.924-0.1200.066每穗小穗數Spikeletsperspike-0.0500.0330.304穗粒數Grainsperpanicle-0.0850.8390.226穗粒重Grainweightperspike-0.2960.7990.145千粒重1000-grainweight-0.0720.1090.088每穗不孕小穗數Sterilespikeletsperspike0.131-0.8380.024產量Yeild-0.4030.0650.032

圖3 基于農藝性狀主成分分析的三維散點圖

2.4 SSR分子標記鑒定結果

2.4.1 分子標記的多態性

為進一步揭示近年來甘肅省育成冬小麥品種的遺傳多樣性，選用42對SSR引物對全部參試品種進行SSR標記多態性分析。結果(表2)表明，有39對引物擴增為多態，3對引物(Xgwm4、Wms637、 Xgwm194)擴增為單態，每對引物檢測到等位變異1～17個，平均等位變異為7個。全部引物共檢測到298個等位變異。Xgwm499、Xgwm437、Xgwm174位點標記的多態性較為豐富，等位變異分別為17、15、14個。

2.4.2 SSR標記揭示的品種間遺傳相似系數

根據42對SSR引物標記下各品種條帶的有無，得到品種間SSR遺傳相似系數(GS)的變化范圍為0.486～0.781，GS平均值為0.605。全部品種中，隴鑒386與中梁30號的GS值最低，為0.486；而隴鑒101與天選48號的GS值最高，為0.781。

2.4.3 品種間的聚類分析

利用SSR標記，按UPGMA法[21-22]對參試品種進行聚類，74份冬小麥品種可分為3個大類(GS=0.519)，7個亞類(GS=0.531)。第Ⅰ類群含17個品種，分為2個亞類(圖4)。第1亞類有8個品種，大部分來自隴東地區，其中平涼42、平涼43號親緣關系較為密切，查閱系譜發現兩者擁有共同的母本長武131。第2亞類有9個品種，其中蘭天17、蘭天20、蘭天24號的母本均含Yr26抗銹基因，故三者在聚類圖中歸為一小組；而天選47、天選49號具有相同的父本中梁22號。第Ⅱ類群僅有隴中地區的臨農7230一個品種。該品種來自甘肅省高寒陰濕區的臨夏(地里位置劃歸為隴中地區)，其母本為臨夏農科所自育品系919-18/15，父本為利用率較低的錦陽87-31，特異的生態環境與較少利用的親本使其有別于其他品種，單獨成類。第Ⅲ類群含56個品種，占全部參試品種的76%。該類群又可分為4個亞類。第1個亞類含6個品種，其中蘭天15、蘭天19、蘭天27、蘭天31號的親緣關系較為密切，查閱系譜發現其親本均以蘭天10號為父本。第2個亞類含9個品種，以來自隴南及隴東地區的品種居多。第3個亞類含21個品種，除蘭天21號適宜生長在隴南地區外，隴中地區的品種數量是隴東地區的一倍。其中，隴鑒9811、隴鑒9821、中梁25號、中梁31號含有共同的親本洮157。圖4顯示，這4個品種聚為更近的一組。第4個亞類含20個品種，來自甘肅省各個冬小麥種植區，這可能由于某些區域的環境類似，使這些品種具有了相似的標記位點。

圖4 基于SSR標記遺傳相似系數(GS)的聚類分析

3 討 論

3.1 農藝水平的遺傳多樣性狀況

育種工作的基礎是擁有大批遺傳特性各異的種質資源，對種質資源的搜集、挖掘、分類、保護、利用及創新具有重要的生物學和生態學意義。小麥種植面積占我國糧食作物總面積的22%。為更好地挖掘小麥種質資源，我國大部分小麥種植省份都對該地區的主栽品種或常年在育種實踐中應用的地方品種進行了遺傳多樣性研究。陜西省曾對1 225份入國家庫的小麥地方品種的株高、穗粒數、千粒重進行了分析，這些性狀遺傳多樣性指數(H′)較高，分別為2.063、1.939、2.019[5]。青海省進入21世紀小麥品種的表型變異程度更為豐富，其農藝性狀H′值是20世紀70年代的1.41倍[8]。而新疆冬春小麥生態區中，春小麥農藝性狀H′值僅為0.9，反映出該地區春小麥農藝性狀變異較小，品種基因型較為單一[23]。甘肅省生態環境復雜，隴南地區溫暖潮濕，隴東及隴中地區干旱少雨，而河西綠洲灌區農業離不開較高灌水量的維系，故多變的氣候因素形成了表型變異豐富的小麥品種。本研究發現，2003-2014年甘肅省冬小麥種植區域中，隴中地區的農藝性狀變異系數及遺傳多樣性指數皆最高，其平均值分別為15.84%、1.937。由此反映出隴中地區冬小麥的遺傳背景較隴南、隴東更為豐富。因此，可根據育種需要，在這些多樣性指數較高、性狀變異較多的地區，篩選出類型差異較大的小麥種質材料。

3.2 基于農藝性狀的主成分分析

甘肅小麥平均產量不到3 000 kg·hm-2，遠低于全國小麥主產區平均水平，全省各地區皆以追求高產為首要目的[1-2]。品種的眾多性狀間存在正向或負向的互作關系，其協調發展是提高產量及品質的最佳途徑。但在種質資源的篩選過程中，常常由于群體大、性狀多，評選難度較大，主觀偏差在所難免。所以本研究引入統計學方法，將試驗中出現的眾多農藝性狀轉化為少數且能提供原性狀85%以上信息的幾個獨立因子，用以分析近些年甘肅省審定品種的農藝特性，從而數量化且更具科學性地建立篩選體系，避免人為誤差。依據入選的三個主成分特征，在今后甘肅省冬小麥育種工作中，應選擇穗粒數多、株高矮、千粒重及生育期適中的材料。比如，中梁25號的生育期適中，大穗，每穗小穗數及穗粒數多；隴鑒9811和武都16號的生育期和株高適中，穗下節長，每穗小穗數及穗粒數多，千粒重適中，不孕小穗數少，這幾個品種需改良的性狀相對較少，可加以利用。同時，本研究依據隴中地區的品種散落在主成分三維散點圖的邊緣，得出隴中地區的冬小麥品種與隴東、隴南地區在基因庫上存在一定差異。這與2.2部分得出的隴中地區冬小麥品種在多個農藝性狀上的遺傳多樣性較隴南、隴東豐富的結論基本一致。但主成分分析法也存在一定局限性，它適用于從眾多因子中降維得到主要因子，對于評選指定的少量因子則不太可行[19-20]。

3.3 分子水平的遺傳多樣性狀況

SSR標記具有染色體組特異性，在小麥基因組中的多態性極高，已被廣泛地應用于種質資源遺傳多樣性、種質資源親緣關系、種子純度等方面的分析研究。在我國，倪中福等[24]曾用65對SSR引物對我國不同生態區的23個冬春小麥品種(系)D染色體組的遺傳多樣性進行了研究，發現不同材料間的遺傳相似系數(GS)平均為0.572。耿惠敏等[3]通過43對SSR引物對河南省40個審定小麥品種的遺傳多樣性進行分析，發現其品種間GS值變幅為0.507～0.769，平均GS值為0.596。張志清等[6]曾利用46對SSR引物對四川省推廣面積6.67萬hm2以上的主栽小麥品種的遺傳多樣性進行分析，發現品種間GS值為0.451～0.767，平均GS值為0.601。趙 檀等[25]利用SSR標記，分析1949-2012年河北省169份小麥材料的遺傳多樣性，結果表明，該省小麥品種的等位基因頻率下降，而多樣性水平的上升趨勢則較為緩慢。本試驗通過42對SSR引物對2003-2014年甘肅省通過審定的74個冬小麥品種進行遺傳多樣性分析發現，GS值為0.486～0.781，平均GS值為0.605。一般而言，品種間的親緣關系越遠，遺傳相似系數越小[21]。綜上可知，河南、四川、甘肅省的平均GS值均在0.600左右，略有偏大，說明各省的品種間遺傳變異不夠豐富，遺傳基礎較為狹窄。所以，對于甘肅省育種工作來說，擴大骨干親本，引入和篩選具有不同遺傳背景、優異性狀互補的種質資源，依然是高產穩產、抗病優質育種的前提。

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Regional Performance and Genetic Diversity Analysis on Released Winter Wheat Varieties in Gansu Province

ZHANG Xueting1,YANG Wenxiong1,CAO Dong2

(1.Institute of Wheat Sciences,Gansu Academy of Agricultural,Lanzhou,Gansu 730070,China; 2.Northwest Institute of Plateau Biology,Chinese Academy of Sciences,Xining,Qinghai 810000,China)

This article analyzed agronomic character′s genetic diversity and SSR polymorphism of 74 registered winter wheat varieties in Gansu province from 2003-2014,which located in different Gansu areas. The agronomic character′s results show that nine genetic diversity indices (H′) of central Gansu area were higher than those of other areas,except spike grain weight.TheH′ indices of growth days,spike length,peduncle length and spike grain weight in each area was more than 2.0. Meanwhile,principle component analysis of agronomic characters indicated three principal components made 86.303% contribution to variation,which offered by height,yield,and duration. However,the gene bank of winter varieties in central Gansu area was different from that of varieties in Southern and Eastern areas. Furthermore,42 pairs of primers were designed in genetic diversity by SSR markers. The result shows that each pair of SSR primer could be detected one to 17 alleles with an average of seven. A total of 298 alleles had been identified in all varieties. The value of genetic similarity (GS) varied from 0.486 to 0.781 with an average of 0.605. Based on GS,all the varieties had been divided into three categories and seven subclasses by clustering analysis.

Gansu; Winter wheat; Registered varieties; Agronomic traits; Genetic diversity

時間：2016-11-04

2016-04-27

2016-06-28

甘肅省農業科學院創新團隊項目(2014GAAS06)

E-mail：zhxueting0225@163.com

楊文雄(E-mail：yang.w.x@263.net)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)11-1464-10

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0924.016.html