22個(gè)冬小麥品種主要農(nóng)藝和品質(zhì)性狀遺傳多樣性分析

劉鴻燕，王 娜，張耀輝，王 偉，汪石俊，南 海，魏志平，岳維云，宋建榮，周喜旺

（甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅 天水 741001）

小麥?zhǔn)侵饕Z食作物之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位[1]。天水地區(qū)是甘肅省冬小麥主要產(chǎn)區(qū)，常年種植面積14萬(wàn)hm2左右，為甘肅省的糧食安全發(fā)揮了重要作用。由于受特殊地理位置和生態(tài)條件的限制，多年來(lái)天水地區(qū)的小麥育種主要以抗條銹為主[2]，在產(chǎn)量和品質(zhì)方面沒(méi)有較大突破，其主要原因是所用親本材料遺傳基礎(chǔ)狹窄，骨干親本少，成為限制育種工作的主要瓶頸。針對(duì)甘肅小麥品種的農(nóng)藝性狀遺傳多樣性，僅有張雪婷等[3-4]對(duì)甘肅省近年審定的冬小麥品種從農(nóng)藝性狀鑒定和分子水平兩個(gè)層次進(jìn)行了研究，余明寨等[5]對(duì)隴東地區(qū)的冬小麥從分子水平進(jìn)行了遺傳多樣性研究，但涉及天水地區(qū)育成品種較少。我們對(duì)天水地區(qū)近年審定的22個(gè)冬小麥品種進(jìn)行了相關(guān)農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析，旨在為這些品種在今后育種中合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為甘肅天水地區(qū)近年審定的22個(gè)冬小麥品種，均由天水農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所小麥中心提供，詳見表1。

表1 供試冬小麥品種

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中梁試驗(yàn)站小麥育種基地。屬典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔1 650 m，年降水量500～600 mm，年平均氣溫11.5℃，無(wú)霜期185 d。試驗(yàn)地土壤為黃綿土，前茬作物為馬鈴薯。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，露地點(diǎn)播。每個(gè)品種播種2行，行長(zhǎng)1 m，行距33 cm，株距5 cm，每行20粒，試驗(yàn)區(qū)周圍設(shè)保護(hù)行。成熟期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株，對(duì)株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重等4個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，并取平均值。性狀調(diào)查參照《國(guó)家區(qū)試試驗(yàn)田間調(diào)查記載標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)方法進(jìn)行。品質(zhì)性狀采用品種審定時(shí)的數(shù)據(jù)，主要包括容重、粗蛋白含量、濕面筋含量、沉降值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007軟件計(jì)算供試品種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值X、標(biāo)準(zhǔn)差s和變異系數(shù)CV（Variation Coefficient），并根據(jù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算結(jié)果將供試材料劃分為10級(jí)，按第1級(jí)[Xi＜（X-2s）]到第 10 級(jí)[Xi＞（X+2s）]，每 0.5 s為1級(jí)，每1級(jí)相對(duì)頻率Pi計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)（Shannon Weiner Index，H'）[6]。多樣性指數(shù)的計(jì)算公式為H'=－∑Pi×Ln Pi，式中Pi為某性狀第i級(jí)別內(nèi)品種數(shù)占總平均數(shù)的百分比。利用DPS 3.01軟件進(jìn)行主成分分析和聚類分析，聚類分析采用類平均法，品種間遺傳距離為歐式距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析

對(duì)供試22個(gè)冬小麥品種的4個(gè)農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析結(jié)果（表2）表明，穗粒數(shù)的變異系數(shù)最大（11.5%），變異幅度為25.8～42.8粒；其次為穗長(zhǎng)（10.4%），變異幅度為6.7～9.2 cm；株高的變異系數(shù)最小（7.8%），變異幅度為79.4～106.3 cm；變異系數(shù)從大到小依次為穗粒數(shù)、穗長(zhǎng)、千粒重、株高。在遺傳多樣性指數(shù)方面，千粒重最高（1.75），穗長(zhǎng)最低（1.46），遺傳多樣性指數(shù)從大到小依次為千粒重、穗粒數(shù)、株高、穗長(zhǎng)。

表2 供試冬小麥品種8個(gè)性狀的遺傳多樣性分析

2.2 品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析

對(duì)供試22個(gè)冬小麥品種的4個(gè)品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析結(jié)果（表2）表明，沉降值的變異系數(shù)最高（31.3%），變異幅度為21.3～69.0 mL；其次是粗蛋白含量和濕面筋含量，容重的變異系數(shù)最小（4.1%）；變異系數(shù)從大到小依次為沉降值、濕面筋含量、粗蛋白含量、容重。在遺傳多樣性指數(shù)方面，容重最高（1.87），粗蛋白最低（1.53），遺傳多樣性指數(shù)從大到小依次為容重、濕面筋含量、沉降值、粗蛋白含量。

2.3 主成分分析

以累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%為標(biāo)準(zhǔn)提取主成分，結(jié)果見表3。表3表明，在8個(gè)主成分中，前4個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)82.636%，足以代表原始因子所代表的的大部分信息。第1主成分的特征值為2.897，貢獻(xiàn)率為36.213%，作用最大的性狀為容重（0.413）、穗粒數(shù)（0.379）、千粒重（0.359）、穗長(zhǎng)（0.320）和株高（0.291），包括1項(xiàng)品質(zhì)性狀和4項(xiàng)農(nóng)藝性狀。第2主成分的特征值為1.422，貢獻(xiàn)率為17.779%，作用最大的性狀為沉降值（0.695）、千粒重（0.436）和粗蛋白含量（0.433），主要包括2項(xiàng)品質(zhì)性狀和1項(xiàng)農(nóng)藝性狀。第3主成分的特征值為1.382，貢獻(xiàn)率為17.271%，作用最大的性狀為穗長(zhǎng)（0.276）和穗粒數(shù)（0.599），主要包括2項(xiàng)農(nóng)藝性狀。第4主成分的特征值為0.910，貢獻(xiàn)率為11.372%，作用最大的性狀為穗長(zhǎng)（0.688）、濕面筋含量（0.515）和粗蛋白含量（0.370），包括1項(xiàng)農(nóng)藝性狀和2項(xiàng)品質(zhì)性狀。

表3 供試冬小麥品種8個(gè)性狀的主成分分析

2.4 聚類分析

采用UPGMA法對(duì)供試的22個(gè)冬小麥品種依據(jù)8個(gè)性狀的歐式距離進(jìn)行聚類分析，并構(gòu)建樹狀圖（圖1），各類群性狀平均值見表4。在歐式距離43處，將22份材料聚為五大類群：第Ⅰ類群僅有中梁24號(hào)1個(gè)品種，該類群的主要特點(diǎn)是農(nóng)藝性狀株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重均低于其他4個(gè)類群，品質(zhì)性狀粗蛋白含量和濕面筋含量均高于其他4個(gè)類群，沉降值低于第Ⅳ類群，高于其他3個(gè)類群。綜合分析，此類群可作為抗倒伏和提高品質(zhì)材料供育種者使用，與產(chǎn)量有關(guān)的穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)不好，可利用價(jià)值不大。第Ⅱ類群包括7個(gè)品種，農(nóng)藝性狀中株高均高于其他4個(gè)類群，品質(zhì)性狀中籽粒粗蛋白含量、濕面筋含量和沉降值均低于其他4個(gè)類群，該類群在品質(zhì)性狀利用方面需謹(jǐn)慎使用。第Ⅲ類群包括10個(gè)品種，該類群農(nóng)藝性狀中穗長(zhǎng)和千粒重均高于其他4個(gè)類群，穗粒數(shù)低于第Ⅴ類群，但高于其他3個(gè)類群；品質(zhì)性狀中容重屬最高類群。第Ⅳ類群包括中梁28號(hào)1個(gè)品種，該類群的農(nóng)藝性狀一般，品質(zhì)性狀中沉降值均高于其他4個(gè)類群。第Ⅴ類群包括3個(gè)品種，該類群的穗長(zhǎng)低于第Ⅲ類群，高于其他3個(gè)類群；穗粒數(shù)均高于其他4個(gè)類群，千粒重低于第Ⅲ類群，品質(zhì)性狀一般。綜合來(lái)看，第Ⅴ類群可作增產(chǎn)材料使用。

圖1 22份供試冬小麥材料農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的聚類

表4 5個(gè)類群8項(xiàng)性狀的平均值

3 小結(jié)與討論

豐富的遺傳多樣性是品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。本研究對(duì)供試材料的8個(gè)性狀進(jìn)行了遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，農(nóng)藝性狀中的穗粒數(shù)變異系數(shù)最高（11.5%），株高的變異系數(shù)最低（7.8%），千粒重的遺傳多樣性指數(shù)最高（1.75），穗長(zhǎng)的遺傳多樣性指數(shù)最低（1.46）。品質(zhì)性狀中的沉降值變異系數(shù)最高（31.3%），容重的變異系數(shù)最小（4.1%），容重的遺傳多樣性指數(shù)最高（1.87），粗蛋白含量的遺傳多樣性指數(shù)最低（1.53），8個(gè)性狀的平均變異系數(shù)為12.6%，平均遺傳多樣性指數(shù)為1.68，說(shuō)明天水地區(qū)育成品種的遺傳多樣性較豐富。以上結(jié)果還說(shuō)明，變異系數(shù)的高低與遺傳多樣性指數(shù)的大小不具有統(tǒng)一性，變異系數(shù)高的性狀不一定具有較大的遺傳多樣性指數(shù)。

對(duì)供試品種的8個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，其中前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.636%，反應(yīng)了8個(gè)性狀的主要信息，其第1主成分以容重、穗粒數(shù)、千粒重、穗長(zhǎng)和株高為主要因子，且涵蓋了4個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)；第2主成分以沉降值、千粒重和粗蛋白含量為主要因子；第3主成分以穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)為主要因子，主要包括2項(xiàng)農(nóng)藝性狀；第4主成分以穗長(zhǎng)、濕面筋含量和粗蛋白含量為主要因子。綜合以上可知，主成分分析將較多的性狀簡(jiǎn)化為幾個(gè)具有代表性的因子，數(shù)值直觀，可為小麥親本選配提供科學(xué)依據(jù)。

聚類分析，22個(gè)供試材料可劃分為5個(gè)類群。第Ⅰ類群包括1個(gè)品種，為中梁24號(hào)。第Ⅱ類群包括7個(gè)品種，第Ⅲ類群包括10個(gè)品種。第Ⅳ類群包括1個(gè)品種，為中梁28號(hào)，第Ⅴ類群包括3個(gè)品種。第Ⅰ類群和第Ⅳ類群各包括一個(gè)品種，可能與品種復(fù)雜的遺傳背景有關(guān)，2個(gè)品種都屬由多個(gè)親本復(fù)合雜交選育而成，特別是中梁28號(hào)，由8個(gè)親本復(fù)合雜交選育而成。

小麥的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀受基因型和環(huán)境的共同影響[8]。本試驗(yàn)中取得的田間數(shù)據(jù)受環(huán)境和人為因素影響較大，品質(zhì)信息也采用審定時(shí)的官方數(shù)據(jù)。僅憑表型數(shù)據(jù)難以真實(shí)客觀地反映品種之間的遺傳關(guān)系，還需結(jié)合分子標(biāo)記來(lái)做深入研究。