鷹嘴豆種質資源篩選及多樣性分析

邵千順 楊琳

摘要 [目的]對鷹嘴豆種質資源進行篩選及多樣性分析。[方法]采用主成分分析、聚類分析等方法，通過5個產量相關因子研究鷹嘴豆遺傳多樣性并篩選優質種質資源。[結果]多樣性指數最高的是百粒重，其次是粒型；性狀變異系數最大的是株型，其次是單株粒數。主成分分析表明，主要信息集中在6個主成分，其累計貢獻率達84.48%；通過聚類分析將50份鷹嘴豆在歐氏距離1.059 2處劃分為4類，第一類百粒重最大，即籽粒較大；第二類株高最高，產量居中；第三類各性狀都相對居中；第四類株高最低，單株莢數和單株粒數最大。[結論]該研究為鷹嘴豆的開發利用提供理論支撐。

關鍵詞 鷹嘴豆；種質資源；多樣性

中圖分類號 S529 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）34-0016-04

Abstract [Objective] To screen the Cicer arietinum germplasm resources，and to carry out their diversity analysis.[Method] Five yield correlation factors were used to research the genetic diversity of C.arietinum and to screen the highquality germplasm resources by Principal Component Analysis，Cluster Analysis and so on.[Result] 100grain weight had the highest diversity index，followed with grain shape.Plant type had the highest coefficient of character variation，followed with grains per plant.Results of Principal Component Analysis showed that the major information was concentrated in 6 principal components，and thier accumulative contribution rate reached 84.48%.50 samples of C.arietinum were divided into four types at 1.059 2 Euclidean distance by Cluster Analysis.The first type had the greatest 100grain weight，and the grains were relatively big.The second type had the greatest plant height and middle yield.The characters of C.arietinum in the third type were in the middle.The fourth type had the lowest plant height，but the greatest pods per plant and grains per plant.[Conclusion] This research provides theoretical support for the development and utilization of C.arietinum.

Key words C.arietinum；Germplasm resources；Diversity

鷹嘴豆（Cicer arietinum）起源于亞洲西部和近東地區，是繼大豆之后第二大重要的谷物豆類[1]，鷹嘴豆耐旱[1-2]、耐鹽堿[3]、抗病和抗蟲，適宜在冷涼地區種植[4]，目前分布于全球 89.89%的地區，產量占這些地區的 86.73%。在我國，鷹嘴豆種植面積最大的區域是新疆[5]，其次在甘肅青海等地也有分布。

鷹嘴豆育種始于印度（1905年），之后全球多個國家先后開始鷹嘴豆育種，并在抗病、抗旱育種等方面取得了一定成果[6]。但我國在鷹嘴豆育種方面進展緩慢。種質資源是育種工作的基礎，了解資源遺傳多樣性、篩選優質種質資源可為鷹嘴豆新品種選育提供親本選擇的基礎。韓文革等[7]利用聚類分析方法研究8個鷹嘴豆品種的親緣關系，并將8個品種聚為3類。張金波等[8]利用主成分分析、聚類分析等分析方法對新疆引進的部分鷹嘴豆資源農藝性狀進行遺傳多樣性分析，發現鷹嘴豆資源各性狀遺傳多樣性指數變異較大，單株生物學產量的多樣性指數最高，但是不同材料間變異系數存在很大差別。這是由于農藝性狀受環境影響較大，同一品種同一性狀在不同地區表現可能不同。

鷹嘴豆系寧夏地區首次引進種植，在栽培、育種方面的研究還處于空白狀態。該研究以寧夏農林科學院引進保存的50份鷹嘴豆種質資源為研究對象，利用主成分分析、相關性分析、聚類分析等方法對鷹嘴豆主要農藝性狀間的遺傳關系及多樣性進行分析，為深入開展鷹嘴豆資源新基因的挖掘與創新利用，以及在寧夏開展鷹嘴豆育種研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2016年在寧夏農林科學院固原分院頭營試驗基地進行，試驗基地海拔1 550 m，年降雨量420 mm，≥10 ℃積溫為2 691.9 ℃；年日照時數2 200～3 000 h，生育期日照時數1 030～1 120 h。

1.2 試驗材料

50份鷹嘴豆種質資源均引自中國農業科學院國家種質資源庫，供試材料的名稱及編號詳見表1。

1.3 試驗方法 試驗采用隨機區組設計，3次重復；每品種為1個小區，每小區3行，行長6 m，行距50 cm，株距8～10 cm。

田間性狀調查參照《鷹嘴豆種質資源描述規范和數據標準》[9]進行，主要考查株高、百粒重、單株莢數、單株粒數、單株粒質5個農藝性狀。待植株成熟時每小區取10株考種樣于室內調查株高、百粒重、單株莢數、單株粒數、單株粒重5個性狀。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2010統計處理基本數據，求性狀的平均值、最大值、最小值、標準差（SD）、變異系數（CV）；不同品種間性狀的差異用變異系數表示，遺傳多樣性指數的計算采用Shannon -Weaver 信息指數表示。計算公式：H′=-ΣPilnPi，其中Pi為某一性狀第i個級別出現的概率。計算多樣性指數時的劃級方法如下：先計算參試材料總體平均數（X）和標準差（σ），然后劃分為10級，從第1級[Xi<（X-2σ）]到第10級[Xi>（X+2σ）]，每0.5σ為1級。每一級的相對頻率用于計算多樣性指數。多樣性指數H′=-PilnPi，式中Pi為某性狀第i級別內材料份數占總份數的百分比，ln為自然對數。利用DPS 9.50數據處理系統進行鷹嘴豆品種的株高、百粒重、單株莢數、單株粒數、單株粒重等5個性狀的主成分分析；利用SAS 8.2軟件對50份鷹嘴豆種質資源進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 鷹嘴豆資源農藝性狀指標多樣性分析

參試資源5個產量相關因子多樣性指數最高的是百粒重（7.750 4 g），其次是單株莢數（7.387 1）；變異系數最大的是單株粒重（63.96%），其次是單株粒數（60.13%）。株高變異系數最小。單株粒重平均9.93 g，變幅2.28～24.50 g，主要分布在10.0～15.0 g，單株粒重超過20 g的資源數占供試資源總數的4.00%。單株粒數平均40.35個，變幅12.50～88.60個。參試資源單株粒數主要分布在30～45個，占25.20%，單株粒數超過75個的品種僅占參試資源的6.70%。百粒重平均24.06 g，變幅16.4～32.1 g。百粒重主要分布在20～30 g范圍內，百粒重超過30 g的種質占供試品種的11.92%。單株莢數平均56.43個，變幅2.3～113.3。品種單株莢數主要分布在45～75個，占參試資源總數的61.00%，單株莢數超過90個的品種占供試品種的4.60%。

2.2 鷹嘴豆資源農藝性狀間的相關分析

將參試資源5個性狀兩兩之間的相關系數值列于表3中。對鷹嘴豆5個性狀的相關分析表明，植株株高與株型呈負相關，與單株莢數呈極顯著正相關。這表明植株越高，植株越呈現披散型，所結莢數也越多。株高、百粒重、單株莢數、單株粒數和單株粒重5個產量相關性狀間存在明顯的相關關系。百粒重與單株莢數和單株粒數存在極顯著負相關，與單株粒重呈極顯著正相關。這表明單株鷹嘴豆所結莢數越多，或單株上所產粒數越多，鷹嘴豆顆粒越小，百粒重越低。反之，籽粒越大，百粒重越高，單株所產粒質量越大。單株莢數與單株粒數呈顯著正相關。單株粒數與單株粒重呈極顯著正相關，表明單株粒數越多，單株產量越高。

2.3 鷹嘴豆種質主要農藝性狀的主成分分析

2.3.1 主成分特征值。利用DPS軟件計算出5個主要農藝性狀的特征向量及貢獻率（表4）。根據各向量的絕對值將不同性狀指標劃分到不同的主成分中，同一指標在各因子中的最大絕對值所在位置即為其所屬主成分。從表4可以看出，在所有主成分構成中，主要信息集中在3個主成分，其累計貢獻率達90.62%。第1主成分特征值為2.26，貢獻率為45.13%；第2主成分特征值為1.20，貢獻率為23.97%；第3主成分特征值為1.08，貢獻率為21.53%。

2.3.2 主成分分析。3個主要成分因子對5個農藝性狀的影響見表5。第1主成分主要影響產量性狀，單株粒數和單株粒重是主要指標，向量值分別為0.60和0.61。第2主成分主要影響植株高度，向量值為0.82。第3主成分影響籽粒重量，百粒重是主要指標，向量值為0.94。

2.4 鷹嘴豆種質資源的聚類分析

利用 SAS 8.2軟件，采用參試資源形態性狀間的歐氏距離，對50份鷹嘴豆種質資源進行聚類分析。由表7、圖1可知，50份鷹嘴豆種質資源在歐氏距離0.9655處聚為4類。第一類包含6份材料，單株粒數和單株莢數平均值最高，相應的變異系數也較低，分別為12.05%、10.28%。第二類包含32份材料，百粒重最高，單株莢數和單株粒數次之，但變異系數較高，為15.60%。第三類包含10份材料，株高最高，百粒重和單株莢數次之，相應變異系數最高。第四類包含2份材料，株高、百粒重和單株莢數等都相對較低。

3 結論與討論

種質資源是育種工作的基礎，作物種子產業的每一次更新換代，都離不開優質種質資源的開發利用。因此，鷹嘴豆產業的發展，品種改良的關鍵依然是鷹嘴豆種質資源的有效開發及利用。盡管各種同功酶標記和DNA 分子標記已經被廣泛地應用于植物種質資源的鑒定和分類研究，但是農藝性狀的鑒定和描述仍然是種質資源研究的最基本的方法和途徑，農藝性狀數據是種以上或種內分類不可缺少的重要依據之一[10-12]。

該研究通過5個農藝性狀的多樣性分析結果看出，參試50份鷹嘴豆資源多樣性豐富，遺傳背景廣泛、改良潛力較大，可為寧夏在鷹嘴豆新品種的選育，親本選配等方面提供優異的種質基礎。通過聚類分析將50份資源聚為4類，而這4類都有其特點：第一類百粒重最大，即籽粒較大；第二類株高最高，產量居中；第三類各性狀居中；第四類株高最低，單株莢數和單株粒數最大。從平均值和變異系數綜合考慮，第一類適合選育大粒型品種，第二類適合選育高桿兼高產型，第四類適合選育矮桿高產型。這一研究結果將為這50份鷹嘴豆資源的雜交組合選配、新品種的定向選育等提供理論依據。可根據不同的栽培方式或機械化程度，利用不同的類型，構建不同的雜交組合，定向選育不同類型的鷹嘴豆品種。

遺傳多樣性反映的是生物種類遺傳信息的變化，可以表現在分子、細胞和個體等多個方面[13]。該研究僅從5個農藝性狀方面入手研究鷹嘴豆多樣性，結果顯示鷹嘴豆種質資源遺傳多樣性豐富，但這一結果只是說明鷹嘴豆在農藝性狀層面存在豐富的多樣性，因此有一定的局限性。為更準確的揭示鷹嘴豆遺傳多樣性，還需從細胞學水平、生理生化水平及分子水平進行多角度的深入研究，才能充分鑒定鷹嘴豆的遺傳多樣性。

參考文獻

[1] VARSHMEY R K，THUDI M，NAGAK S N，et al.Genetic dissection of drought tolerance in chickpea（Cicer arietinum L.）[J].

Theor Appl Genet，2014，127（11）：445-462.

[2] BHATTARAI T，FETTIG S.Isolation and characterization of a dehydrin gene from Cicer pinnatifiduma，a droughtresistant wild relative of chickpea[J].Physiologia plantarum，2005，123（4）：452-458.

[3] SHUKLA R K，RAHA S，TRIPATHI V，et al.Expression of CAP2，an APETALA2-family transcription factor from chickpea，

enhances growth and tolerance to dehydration and salt stress in transgenic tobacco[J].Plant Physiol，2006，142（1）：113-123.

[4] 靳曉麗.不同鷹嘴豆材料ISSR遺傳多樣性分析及在蘭州地區的適應性研究[D].蘭州：甘肅農業大學，2013.

[5] 聶石輝，彭琳，王仙，等.鷹嘴豆種質資源農藝性狀遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學報，2015，16（1）：64-70.

[6] 黎太爵.食用鷹嘴豆及其優良品種[J].食品工業科技，2001，22（4）：117-118.

[7] 韓文革，于曉春.聚類分析在鷹嘴豆農藝性狀分類上的應用[J].內蒙古農業科技，2006（6）：40-41，45.

[8] 張金波，李利民，苗昊翠，等.鷹嘴豆種質資源主要農藝性狀遺傳多樣性研究[J].新疆農業科學，2014，51（1）：110-117.

[9] 宗緒曉，關建平，李玲，等.鷹嘴豆種質資源描述規范和數據標準[M].北京：中國農業科學技術出版社，2012.

[10] HE C，POYSA V，YU K.Development and characterization of simple sequence repeat（SSR）marker s and their use in determining relationships among Lycopersicon esculentum cultivars[J].Theor Appl Genet ，2003 ，106（2）：363-373 .

[11] ARESHCHENKOVA T，GANAL M W.Comparative analysis of polymorphism and chromosomal location of tomato microsatellite mark ersisolated from different sources[J].Theor Appl Genet，2002，104（2/3）：229-235.

[12] 王貴元，夏仁學，曾祥國，等.DMSO 處理對紅肉臍橙果肉主要色素和糖含量變化的影響及其相關性[J].西北農業學報，2008，17（2）：165-168 .

[13] 楊忠芳.鷹嘴豆優質高產栽培技術[J].新疆農業科技，2008（1）：12.