湖北省蠶豆地方品種產量性狀的遺傳變異分析

陳宏偉+范貴生+沙愛華

摘要：對湖北省211份蠶豆（Vicia faba L.）地方品種的8個產量性狀進行了測定，通過頻數分布、相關性和聚類分析，研究了其遺傳變異情況。結果表明，不同地方品種產量性狀變異范圍較大，株高、有效分枝數、單株莢數、單莢粒數、粒長、粒寬、百粒重和單株產量的變異范圍分別為52.6～135.5 cm、1.6～8.0個、6.1～33.3個、1.2～2.6粒、5.1～10.2 cm、1.1～1.9 cm、42.5～88.6 g、7.0～29.7 g，均值分別為100.9 cm、3.9個、14.7個、1.8粒、6.7 cm、1.6 cm、65.2 g和15.8 g。相關分析表明，株高與單株產量和有效分枝數呈正相關，與百粒重、單莢粒數和莢長呈負相關。有效分枝數與單株莢數和單株產量呈正相關，與單莢粒數和莢長呈負相關。單株莢數與單株產量呈正相關，與單粒莢數、莢長、百粒重呈負相關。單莢粒數與莢長和單株產量呈正相關，與百粒重呈負相關。單株產量與莢長、莢寬、百粒重呈正相關。莢寬與百粒呈正相關。聚類分析表明，211份地方品種聚為3類。以上結果可為充分利用湖北地方品種進行蠶豆遺傳育種與親本選配提供參考。

關鍵詞：蠶豆（Vicia faba L.）；產量性狀；遺傳變異

中圖分類號：S551+.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）22-4242-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.22.008

Abstract： The yield traits of 211 faba bean（Vicia faba L.） landraces of Hubei province were measured. The genetic variation among the landraces was surveyed by analysis of frequency distribution，correlation and cluster. The results showed there was large variation among the yield traits. Plant height，valid branch， pod number per plant，grain number per pod， pod length，pod width，100-grain weight and yield per plant ranged from 52.6 to135.5 cm，1.6 to 8.0，6.1 to 33.3，1.2 to 2.6，5.1 to 10.2 cm，1.1 to 1.9 cm，42.5 to 88.6 g and 7.0 to 29.7 g，with the average of 100.9 cm，3.9，14.7，1.8，6.7 cm，1.6 cm，65.2 g and 15.8 g，respectively. The correlation analysis showed that plant height was positively correlated to yield per plant and valid branch， but negatively correlated to 100-grain weight， grain number per pod and pod length. Valid branch was positively correlated to pod number per plant and yield per plant， but negatively correlated to grain number per pod. Pod number per plant was positively correlated to yield per plant but negatively correlated to grain number per pod， pod length and 100-grain weight. Grain number per pod was positively correlated to pod length and yield per plant， but negatively correlated to 100-grain weight. Yield per plant was positively correlated to pod length， pod width and 100-grain weight. Pod width is positively correlated to 100-grain weight. 211 landraces were clustered to three clades. One clade is characterized by higher plant， more valid branch and pod number per plant， and higher yield per plant， the other clade showed lower plant， more grain number per pod， longer pod and bigger grain， and the third clade included only one landrace with the characterization of more pod per plant， wider pod， bigger grain and higher yield. The results are helpful for using the landraces to conduct faba bean genetic research and breeding.endprint

Key words： faba bean（Vicia faba L.）； yield trait； genetic variation

蠶豆（Vicia faba L.）又稱羅漢豆、胡豆等，為豆科野豌豆屬一年生草本。蠶豆原產歐洲地中海沿岸、亞洲西南部至北非，自西域引入中原[1]。蠶豆營養價值豐富，含8種必需氨基酸，碳水化合物含量47%～60%，為糧食、蔬菜和飼料、綠肥兼用作物[2，3]。蠶豆廣泛種植在包括中國在內的60多個國家，據FAO統計[4]，2012年蠶豆全球種植面積約243萬hm2，總產約400萬t。其中中國、埃塞俄比亞、摩洛哥和澳大利亞是種植面積最大的國家，分別種植95萬、45萬、18萬、16萬hm2。中國生產的干蠶豆總量占全球的35%，約140萬t，埃塞俄比亞和澳大利亞緊隨其后，分別生產71萬t和42萬t[5]。中國蠶豆主要種植于西南地區、長江流域的秋播區和西北、華北北部的春播區[6]。

湖北作為全國蠶豆的主要種植地區，歷年種植面積在3.5萬hm2左右，主要集中在荊州、十堰、咸寧等地[7]。由于蠶豆的品種改良起步較晚，目前農戶種植的蠶豆主要以一些地方品種為主，在很大程度上限制了蠶豆種植面積的擴大和產量的提高。搜集和評價湖北省蠶豆地方種質資源，有利于提高本省種質資源的利用效率，加快優異種質的利用步伐。本研究收集了分布在湖北省境內的211份蠶豆地方品種（表1），分析了這些品種產量性狀的遺傳變異關系，以期為研究湖北省蠶豆地方種質資源的多樣性及資源間的親緣關系提供參考，為利用這些種植資源促進蠶豆品種改良和產量提高奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

211份湖北省地方品種由湖北省農業種質資源共享平臺提供，這些材料品種編號及來源見表1。2012-2013年種植于湖北省農業科學院試驗基地，試驗地土壤肥力中等。按照李莉等[8]的方法，各品種按編號順序種植，每品種種植3行，行長2 m，行距0.5 m，株距0.2 m，小區面積3 m2，按常規栽培技術進行田間管理。收獲時從每小區中間行第三株開始連續取樣生長正常的10個植株進行室內考種，考種結果見表1。

1.2 方法

按照宗緒曉等[9]關于相關性狀的描述，對8個產量性狀進行了室內考種。

1.3 數據分析

利用Excel 2013軟件進行數據處理并做頻數分布圖，參照李月等[10]方法采用SPSS 16.0軟件做相關分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 產量性狀頻數分布

湖北省地方品種產量性狀如株高、有效分枝、單株莢數、每莢粒數、莢長、莢寬、百粒重、單株產量的頻數分布見圖1。這些產量性狀在不同地方品種中存在廣泛變異。其中，211份品種的株高均值為100.9 cm，變異范圍為52.6～135.5 cm，主要集中在76.3～88.1 cm和111.8～129.6 cm，分別占總數的36.07%和45.49%。H0000159、H0000160、H0000156、H0000155和H0000154屬于矮化品種，株高僅有52.6～67.1 cm， H0001467、 H0001420、 H0001422、H0001463、H0001470、H0001451、H0001424、H0001485、H0001442、H0001486屬于高植株品種，株高超過了130.0 cm。單株有效分枝均值為3.9個，變異范圍為1.6～8.0個，主要集中在2.5～5.3個，占總數的81.51%。H0003822、H0000154和H0003892分枝較少，低于2.0個，而H0001497、H0001445、H0001441、H0001432、H0001428分枝較多，為7.0～8.0個。單株莢數均值為14.7個，變異范圍為6.1～33.3個，主要集中在10.0～21.6個，占總數的87.20%。H0003846、H0003829、H0003835、H0003838、H0003845結莢較少，低于7.0個，而H0001429和H0001428結莢較多，分別為29.3個和33.3個。單莢粒數均值為1.8粒，變異范圍為1.2～2.6粒，主要集中在1.6～2粒，占總數的83.88%。H0001506和H0001525最少，僅有1.2粒，而H0001462、H0003820和H0000157最多，為2.3～2.6粒。莢長均值為6.7 cm，變異范圍為5.1～10.2 cm，主要集中在5.8～8.0 cm，占總數的91.94%。H0001443、H0001496、H0001513、H0001483、H0001512、H0001489、H0000154、H0001517、H0001446莢較短，為5.1～5.5 cm，而H0004101、H0001462、H0003889、H0004098、H0004099莢較長，為8.5～10.2 cm。莢寬均值為1.6 cm，變異范圍為1.1～1.9 cm，主要集中在1.3～1.7 cm，占總數的93.37%。H0003823和H0004100莢最窄，分別為1.1 cm和1.2 cm，而H0003835、H0000156和H0001480最寬，為1.9 cm。

百粒重均值為65.2 g，變異范圍為42.5～88.6 g，主要集中在52.4～82.0 g，占總數的91.94%。H0001483和H0003856百粒重較小，分別只有42.5 g和43.9 g，而H0000156、H0003890、H0003892、H0003887、H0003833較高，為85.3～88.6 g。單株產量均值為15.8 g，變異范圍為7.0～33.1 g，主要集中在10.4～24.2 g，占總數的93.37%。H0001517最低，僅為7.0 g，H0001466、H0001429、H0001428較高，分別為29.5 g、29.7 g和33.1 g。endprint

2.2 產量性狀間的簡單和偏相關分析

通過分析湖北211個地方品種的8個產量性狀的簡單相關系數和偏相關系數發現（表2），株高與單株產量呈極顯著正相關（簡單相關系數和偏相關系數分別為0.261和0.249），與百粒重呈極顯著負相關（簡單相關系數和偏相關系數分別為-0.314和-0.158），與有效分枝數呈簡單正相關（r=0.756），與單莢粒數、莢長呈簡單負相關（r=-0.371、-0.401）。當用簡單相關系數分析時株高與單株莢數表現為極顯著正相關（r=0.442），而分析二者之間的偏相關系數時表現為極顯著負相關（r=-0.340）。有效分枝與單株莢數呈極顯著正相關（簡單相關系數和偏相關系數分別為0.720和0.402），與單莢粒數呈極顯著負相關（簡單相關系數和偏相關系數分別為-0.460和 -0.203），與單株產量表現為簡單正相關（r=0.380），與莢長表現為的簡單負相關（r=-0.435）。單株莢數與單株產量呈極顯著正相關（簡單相關系數和偏相關系數分別為0.702和0.838），與單粒莢數、莢長、百粒重呈極顯著負相關（簡單相關系數和偏相關系數分別為-0.236和-0.361、-0.412和-0.393、-0.293和 -0.459）。單莢粒數與單株產量呈極顯著正相關（偏相關系數為0.526），與百粒重呈極顯著負相關（偏相關系數為-0.376）。單莢粒數與莢長呈簡單正相關（簡單相關系數為0.283）。單株產量與莢長呈極顯著正相關（偏相關系數為0.352），與莢寬、百粒重呈簡單正相關（簡單相關系數分別為0.199、0.234）。莢寬與百粒重呈極顯著正相關（偏相關系數為0.564）。

2.3 品種聚類和產量性狀聚類分析

以歐氏平方距離為品種間距離的衡量指標，用最短距離法進行系統聚類分析。當T=17時，211個品種可聚為3大類（圖2）： 第Ⅰ類從H0001500到H0001428，包括117個品種。這117個品種的株高、有效分枝、單株莢數、單株產量的平均數高于211個品種的平均數，每莢粒數、莢長、莢寬、百粒重的平均數低于211個品種的平均數，表明這些品種親緣關系較近。第II類從H0000159到H0001511，包括93個品種。這93個品種的株高、有效分枝、單株莢數、莢寬、單株產量的平均數低于211個品種的平均數，每莢粒數、莢長、百粒重的平均數高于211個品種的平均數，表明這些品種親緣關系較近。第III類僅有1個品種H0000156，其株高、有效分枝低于211個品種的平均數，單株莢數、莢寬、百粒重、單株產量高于211個品種的平均數，莢粒數與211個品種的平均數相同，表明這個品種與其他品種的親緣關系較遠。

選擇Pearson相關系數作為性狀間關系的衡量指標，對蠶豆的8個性狀進行了系統聚類分析，結果如圖3所示。株高（VAR1）和有效分枝（VAR2）、單株莢數（VAR3）和單株產量（VAR5）、莢寬（VAR7）和百粒重（VAR8）首先分別聚成一類，表明這些性狀相互之間關系密切。當T=20時，株高、有效分枝、單株莢數、單株產量聚成一類，表明這4個性狀之間關系更為緊密，決定著蠶豆的產量。而莢寬、百粒重、莢長（VAR6）、單莢粒數（VAR4）又可聚成另外一類， 主要影響子粒性狀。

3 討論

湖北是國內主要的蠶豆種植省份，過去由于對蠶豆生產重視不夠，沒有充分挖掘和利用本省的地方資源，長時間以來蠶豆生產一直以種植農家品種和外省引進品種為主。近年來，湖北省農業科學院糧食作物研究所與谷城縣農科所合作，以谷城黃白小子（襄陽地方品種）作母本、啟豆1號作父本雜交育成新品系8068，該品系具有較好的商品外觀和較高的經濟價值，田間表現高產穩產，適用于鮮食生產，既可單作也適于間作套種[7]，填補了湖北省蠶豆品種選育的空白。農家品種是在本地自然或栽培條件下，經長期自然或人為選擇形成的品種，不同地區的種質間差異明顯，這就為種質創新和新品種選育提供了良好的遺傳基礎[11]。湖北省地方品種資源豐富，收集這些品種資源并分析品種間的遺傳特異性，有利于充分利用這些品種資源進行遺傳改良以適應不同的育種目標需求。

本研究收集了湖北省211份地方品種，對8個產量性狀進行了調查。湖北地方品種株高、單株有效分枝、單株莢數、單莢粒數、莢長、莢寬、百粒重、單株產量均值分別為100.9 cm、3.9個、14.7個、1.8粒、6.7 cm、1.6 cm、65.2 g和15.8 g。王曉娟等[12]報道67份不同省份蠶豆地方品種在甘肅的株高、單株有效分枝、單株莢數、單莢粒數、莢長、莢寬、百粒重、單株產量均值分別為93.2 cm、3.4個、12.4個、2.6粒、8.7 cm、1.9 cm、126.7 g和29.0 g。劉玉皎等[13]報道青海105份地方品種在青海的株高、單株有效分枝、單株莢數、單莢粒數、莢長、莢寬、百粒重、單株產量均值分別為105.6 cm、3.7個、19.0個、1.0粒、8.3 cm、1.8 cm、119.0 g和39.9 g。比較這3個省份的地方品種發現，不同省份品種產量性狀在當地存在一定的差異。

分析湖北省211份地方品種8個產量性狀間的簡單相關性和偏相關性表明，單株產量與其他7個產量性狀都顯著正相關，這與張寶英等[14]的研究結果相似，與劉鳳芹等[15]的研究結果部分相似，她們研究冀西北的50個品種時發現單株產量與單株有效莢數和單株粒數呈顯著正相關，與其他性狀相關性不顯著[15]。本研究中單株莢數與株高、有效分枝、單株產量呈正相關，而與單莢粒數、莢長、百粒重呈負相關，表明結莢多可以顯著提高產量，但會影響子粒的發育。莢長與莢寬、百粒重顯著呈正相關，表明這些子粒性狀均勻發展，影響著產量。運用簡單相關系數與偏相關性系數分析產量性狀時多數情況下表現一致，惟一例外是株高與單株莢數之間的相關性，當用簡單相關系數分析時二者表現為極顯著正相關，而用偏相關系數分析時二者之間表現為極顯著負相關，表明株高與單株莢數之間除了相互之間直接關聯外，還要受到其他產量性狀的影響。endprint

根據8個產量性狀對211份湖北省地方品種進行聚類分析，可以劃分為三大類：第Ⅰ類品種表現為植株高、有效分枝和單株莢數多、單株產量高、每莢粒數少、莢短而窄、小粒。第Ⅱ類品種表現為植株矮、有效分枝和單株莢數少、莢窄、單株產量低、每莢粒數多、長莢、大粒。第Ⅲ類僅有1個品種，表現為植株高、有效分枝少、單株莢數多、寬莢、大粒、單株產量高。這些結果表明這些不同地方品種較早以前相互親緣關系或近或遠，只是在人類根據自身育種目標的選擇過程中才形成了不同區域的品種。

對產量性狀進行聚類分析發現，株高、有效分枝、單株莢數、單株產量聚成一類，而莢寬、百粒重、莢長、單莢粒數又可聚成另外一類，表明產量和子粒分別由不同的性狀控制，如果注重產量，就應當以株高、有效分枝、單株莢數、單株產量選擇為主。而如果注重子粒，就應當以莢寬、百粒重、莢長、單莢粒數選擇為主。

本研究結果一方面可以促進湖北地方品種在蠶豆遺傳改良和育種中的應用，另一方面可為根據不同育種目標選育蠶豆品種提供性狀選擇的參考。

參考文獻：

[1] 李長年.中國農學遺產選集甲類第四種豆類[M].上海：中華書局，1958.

[2] 田曉紅，譚洪卓，譚 斌，等.我國主產區蠶豆的理化性質分析[J].糧油食品科技，2009，17（2）：7-12.

[3] AZAZA M S，WASSIM K，MENSI F，et al. Evaluation of faba beans（Vicia faba L.var. minuta） as a replacement for soybean meal inpractical diets of juvenile Nile tilapia Oreochromis niloticus[J].Aquaculture，2009，287（1/2）：174-179.

[4] FAO. Production Year Book[M].Rome：FAO，2012.

[5] BOHRA A，PANDEY M K，JHA U C，et al. Genomics assisted breeding in four major pulse crops of developing countries：present status and prospects[J].Theor Appl Genet，2014，127：1263-1291.

[6] 王海飛，關建平，馬 鈺，等.中國蠶豆種質資源ISSR標記遺傳多樣性分析[J].作物學報，2011，37（4）：595-602.

[7] 陳宏偉，萬正煌，李 莉.湖北省食用豆類生產研究現狀及發展思路[J].現代農業科技，2015（20）：40-41.

[8] 李 莉，萬正煌，陳宏偉，等.外引蠶豆種質資源鑒定與形態多樣性[J].湖北農業科學，2013，52（23）：5700-5704.

[9] 宗緒曉，包世英，關建平，等.蠶豆種質資源描述規范和數據標準[M].北京：中國農業出版社，2006.

[10] 李 月，石桃雄，顧亮亮，等.苦蕎地方資源子實主要性狀的遺傳變異研究[J].植物遺傳資源學報，2014，15（3）：504-510.

[11] 云天海，鄭道君，謝良商，等.中國南瓜海南農家品種間的遺傳特異性分析和DNA指紋圖譜構建[J].植物遺傳資源學報，2013， 14（4）：679-685.

[12] 王曉娟，祁旭升，王興榮.蠶豆種質資源主要性狀遺傳多樣性分析[J].農業現代化研究，2009，30（5）：633-636.

[13] 劉玉皎，宗緒曉.青海蠶豆種質資源形態多樣性分析[J].植物遺傳資源學報，2008，9（1）：79-83.

[14] 張寶英，白 葦.冀西北蠶豆主要性狀與產量關系分析[J].遼寧農業科學，2013（2）：27-28.

[15] 劉鳳芹，包克發.蠶豆優異種質資源在冀西北地區種植的形態性狀鑒定[J].河北北方學院學報（自然科學版），2010，26（3）：31-38.endprint