黃淮麥區263份小麥種質材料的聚類分析

張 婷，逯臘虎，袁 凱，楊 斌，張 偉，史曉芳

(山西省農業科學院 小麥研究所，山西 臨汾 041000)

小麥是我國人民的主要口糧，每年我國小麥的生產總量和消費總量分別占世界總量的17%和16%[1]，而黃淮麥區是我國小麥最大的主產區，其小麥面積和總產分別占全國小麥的55%和64%[2]，對我國小麥的生產發揮著重要的作用。當前，我國小麥育種技術仍然以品種間常規雜交育種為主[1,3-5]，小麥種質資源豐富的遺傳多樣性對小麥育種工作的創新和突破尤為關鍵，因此，深入了解小麥黃淮麥區小麥種質資源主要農藝性狀的遺傳差異和特征特性有利于高效選配親本組合、創制優異新品種、提高育種水平。

目前，國內外有關小麥種質資源性狀鑒定評價及遺傳多樣性研究的報道較多[6,7]，張廣旭[8]等對46份澳大利亞小麥種質的8個主要農藝性狀進行了聚類分析，發現在歐氏距離6.50處供試材料被分為6大類群，可為進一步配置雜交組合提供選擇基礎；孫允超[9]等以9個主要農藝性狀為指標對2015年引入的51份美國小麥種質進行了聚類分析，發現第1類群10份種質的千粒重、有效穗數、產量是4個類群中最高的，可作為重點親本利用，其余種質可依據類群特征作為改良某一性狀的中間材料利用；張彬[10]等以6個農藝性狀為指標，對南陽市農業科學院小麥育種研究室近年來選育的18個高代品系進行了聚類分析，發現被聚為4個類群，并依據各類群的特點提出了不同的改良目標。

這些研究表明，對重要農藝性狀的考察和分析是研究小麥種質遺傳多樣性最簡單有效的方法[11]。近年來，有關綜合分析我國黃淮麥區小麥種質資源產量性狀的研究鮮見報道，筆者研究擬通過株高、穗長、小穗數、穗粒數、千粒重5個主要農藝性狀對來自黃淮麥區的263份小麥種質進行聚類分析，了解不同種質間親緣關系的遠近，明確品種個體間遺傳差異，為雜交親本選配提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

263份優良小麥品種(系)來自黃淮麥區，其中包括河北省120份，河南省38份，山東省72份，山西省33份，詳見表1。

表1 試驗材料名稱及來源

續表1 試驗材料名稱及來源

1.2 試驗設計

試驗于山西省農業科學院小麥研究所試驗基地進行，試驗采用隨機區組設計，3次重復，雙行區種植，行長2 m，行距20 cm，株距5 cm。田間管理措施同大田。小麥成熟后取樣進行室內考種，每份材料選取代表性植株5株，調查株高、穗長、小穗數、穗粒數及千粒重5個農藝性狀。

1.3 數據分析

利用Excel和DPS軟件進行數據整理和分析；利用Popgene 軟件采用類平均法構建個體的聚類樹狀圖進行聚類分析。由于各指標性狀具有不同的量綱，因此在聚類分析前需要對數值型性狀的值進行無量綱的標準化處理，即對5個農藝性狀做10級分類處理：1級

2 結果與分析

2.1 聚類結果

以5個農藝性狀為指標，利用Popgene軟件采用類平均法對263份材料進行聚類分析，構建樹狀聚類圖(圖1)。從圖中可以看出，材料被聚為6個類群。

圖1 黃淮麥區263份小麥材料的聚類

2.2 各類群的分布與特點

根據聚類結果對各類群材料分布情況進行歸納整理(表2)，利用DPS軟件計各類群5個農藝性狀的基本參數，并對6類群進行方差分析(表3)，總結各類群農藝性狀表現的主要特征和變異特點，結果如下：

表2 263份小麥種質在6個類群的分布

注：表中百分比表示本省內占比。

表3 各類群農藝性狀的主要特征和變異情況

注：不同字母“a, b, c,d”表示材料間達到顯著水平(P=0.05)。

第1類群：包含21份材料，占供試材料的7.98%。從表2可以看出，河南的材料在該類群分布最多，其余依次是山東、河北、山西。其主要特征是平均株高最低(64.63 cm)，顯著低于其它類群；穗粒數較多(50.67粒)，顯著高于第4類群，與其它類群無顯著差異；穗長、小穗數和千粒重3個性狀類群間無顯著差異。其中，株高的變異系數在6個類群中最大(10.84%)，千粒重的變異系數最小(0.62%)。

第2類群：有35份材料，占供試材料的13.31%，從表2可以看出，山西材料在這一類群的占比最高，其次是山東、河北、河南。其主要特征是平均株高最高(72.73 cm)，顯著高于其它類群；穗粒數較多(48.89粒)，顯著高于第4類群，與其它類群無顯著差異；其它性狀與其它類群無顯著差異。

第3類群：有35份材料，占供試材料的13.31%。從表2可以看出，來自山東的小麥種質在本群占比最高。該類群小麥株高較高(71.10 cm)，與株高最高的第2類群無顯著差異；穗粒數(47.92粒)與其它類群之間無顯著差異；其它性狀類群間無顯著差異。其中，株高、穗粒數的變異系數在6個類群中最小，分別為5.79%、7.35%。

第4類群：包含50份材料，占供試材料的19.01%。從表2可以看出，來自河南、河北兩省的小麥種質較多地被聚在了這一類該類群。該類群小麥株高偏矮，與第6類群無顯著差異，顯著低于第2，3類群；穗粒數與第3、5、6類群無顯著差異，均顯著低于第1、2類群；其它性狀類群間無顯著差異。其中，穗粒數的變異系數在6個類群中最大(9.53%)。

第5類群：包含36份材料，占供試材料的13.69%。從表2可以看出，該類群中來自河南的小麥種質材料最少，其余三省材料所占比例相當。其小麥種質平均株高較矮，與株高最矮的第1類群無顯著性差異；穗粒數與第3、4、6類群無顯著差異，均顯著低于第1、2類群；其它性狀類群間無顯著差異。

第6類群：包含86份材料，占供試材料的32.70%，占比最高。從表2可以看出，這一類群聚集的河南小麥種質最多，山西的最少，但四個省所占的材料比例與前幾類群相比均較高。該類群小麥平均株高偏矮，與第4類群株高無顯著差異，顯著高于第1、5類群；穗粒數與第1、2、3、5類群無顯著差異，顯著高于第4類群；其它性狀類群間無顯著差異。

綜上所述，6個類群只在株高和穗粒數兩個性狀上差異顯著，在其它性狀上類群間差異不顯著；各類群株高、穗粒數和千粒重性狀的變異系數也有其特點，可根據特定育種目標篩選出符合目標性狀的親本。

3 討論

種質資源的遺傳多樣性是品種選育的基礎[12]，利用好優異的種質資源配置組合可以大幅縮短育種周期，提高育種效率。筆者研究聚類分析結果表明，6個類群只在株高和穗粒數兩個性狀上差異顯著，在其它性狀上類群間差異不顯著，可見黃淮麥區供試材料個體間遺傳多樣性不高。分析發現:①同一類群內均分布有4個省份的小麥種質，并且同一類群內來自同一省份的材料并沒有很集中地聚集在一起。這說明小麥種質資源在地理來源上的差異并不絕對代表其在遺傳上的差異。王秀芹[13]等認為不同的地理來源對小麥種質的遺傳差異有一定程度的影響，但兩者之間并不存在必然的聯系，與本研究結果一致。而任欣欣[14]、李鮮花[15]等學者認為各品種間的親緣關系與其地理來源有很大的相關性，研究結果不太一致的原因可能是不同省份的育種工作者在親本選擇時選擇了相同相近的在生產上大面積推廣的品種作為骨干育種親本，因而導致各省份間種質資源的遺傳差異變小，親緣關系變近；②同一省份的材料被分別聚在不同的類群。這表明各省份內供試材料的遺傳變異比較豐富，這可能是由不同育種工作者在親本選擇上的主觀差異造成的。因此，可以認為地理來源上的差異并不代表其在遺傳上的差異。

綜上所述，黃淮麥區小麥種質資源個體間遺傳多樣性不高。劉志勇、傅曉藝[1,16-18]等學者在研究中也發現我國及黃淮麥區培育的新品種(系)間遺傳相似度不斷增加、原創型突破性的小麥種質越來越少，究其原因是育種工作者越來越多地在部分大面積高產品種間進行雜交組合選配。因而在今后的育種實踐中，要不斷地征集新資源、拓展種質基因庫，加強新品種(系)的遺傳多樣性研究，為小麥育種工作提供理論支撐。