143份大麥種質資源主要農藝性狀遺傳多樣性分析

蔣瑩 常蕾 王安 吳薇 焦慶清

摘要：為加強大麥種質資源的開發和利用，了解主要農藝性狀之間的相互關系，以143份大麥種質資源為試驗材料，對其15個主要農藝性狀進行表型差異分析、相關分析、主成分分析和聚類分析。結果表明，各農藝性狀的變異系數介于3.09%～36.74%之間;每個農藝性狀至少和1個其他性狀呈顯著或極顯著相關關系;選取前3個特征值的主成分進行分析，累計貢獻率達84.13%;供試材料可劃分為兩大類，第1類可作為選育高產且株高較高、適宜機械收獲的多穗型大麥種質資源;第2類能作為選育高產且抗倒伏的矮桿多粒型種質資源。

關鍵詞：大麥;農藝性狀;表型差異分析;相關分析;主成分分析;聚類分析

中圖分類號：S512.302?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）14-0094-05

大麥（Hordeum vulgare L.）屬禾本科大麥屬，是位于小麥、水稻和玉米之后的第4種最重要的禾谷類作物[1]，在我國各地都有栽培，但主產區相對集中，主要分布在長江流域、黃河流域和青藏高原，江蘇省是我國大麥的主要產區之一。

遺傳資源是育種和基因工程的基礎，對大麥種質資源進行正確合理的分析和評價，是對其進行合理利用的前提。因此，對大麥主要農藝性狀進行鑒定評價研究可以為大麥雜交育種和良種選育提供重要的依據[2-5]。本研究對143份大麥種質資源的主要農藝性狀進行表型差異分析、相關分析、主成分分析和聚類分析，綜合分析大麥種質資源主要農藝性狀的遺傳多樣性，對大麥種質資源的評價和新品種培育具有指導意義[6-8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗地點位于江蘇省農業科學院泰州農科所試驗基地，選取143份近2年從外科研單位引進篩選保存的大麥種質資源作為試驗材料（表1）。

試驗采用順序排列，不設重復，每個品種種植3行，行長1.5 m，行距0.3 m，于2017年11月9日播種，田間管理與大田管理一致，田間觀測鑒定及室內考種所需的描述規范、表格、數據標準和數據質量控制規范等系列標準規范以《大麥種質資源描述規范和數據標準》中的規定[9]為準，進行15個主要農藝性狀（表2）的數據采集。

1.2 數據采集與統計分析

調查記載所有參試材料的生育期、幼苗相關性狀植株相關性狀各2個以及穗部相關性狀4個;成熟期收獲10株植株進行室內考種，考察其株高、單株穗數、穗長、穗粒數、千粒質量等產量性狀。

試驗數據采用Excel進行處理和制表繪圖，采用DPS軟件進行數據相關分析、主成分分析，采用SPSS軟件進行遺傳變異分析和聚類分析[10]。

2 結果與分析

2.1 大麥種質資源形態多樣性分析

對143份大麥種質資源的主要農藝性狀進行分析，結果表明，同一性狀在不同供試材料間存在明顯的差異，不同性狀在不同供試材料之間的差異程度也不盡相同。

2.1.1 幼苗形態特征

參試材料中幼苗習性以半直立型為主，半匍匐材料共計81份，占參試材料總數的56.6%;其次為匍匐型材料（54份），直立型材料最少，只有8份。葉色以淺綠色為主，共計104份材料，占參試材料總數的72.7%，32份材料葉色為綠色，僅7份材料葉色為深綠色。

2.1.2 植株形態特征

植株株型以半緊湊型為主，143份材料中有95份半緊湊材料，占參試材料總數的66.4%;有30份松散型材料，只有18份緊湊材料。

從株高來看，所選材料株高差異很大，范圍為66～123 cm。從表3可以看出，多數引進材料的株高小于等于90 cm，共計94份，占總材料數的 65.73%;其中，株高比較適中（75～90 cm），可以結合農藝性狀直接利用作為親本材料的資源有84份，占58.74%;有10份材料株高小于75 cm，可作為矮稈材料利用。

2.1.3 穗部形態特征

引進材料的穗型有二棱型、中間型和六棱型3種，主要以二棱型為主，占參試材料的比例高達86.71%，六棱型和中間型分別只有11份和8份;穗姿以水平型為主，占比高達 7832%，下垂和直立材料分別只有25份和6份（表4）。

參試材料的穗芒色有4種，其中黃色最為常見，占比高達95.80%，紫色、灰色、黑色分別有1、3、2份;芒型有3種，其中以長芒材料為主，共計140份，占參試材料總數的97.90%，短芒和無芒材料較少（表5）。

結果表明，143份大麥種質資源的各農藝性狀間差異較大，綜合分析結果可以看出，供試材料的遺傳背景豐富，具有較大的改良潛力，能夠為我國大麥新品種的選育提供優良的育種材料。

2.2 表型差異分析

對參試材料的7個數量性狀進行變異分析，結果（表6）顯示，這7個主要農藝性狀存在豐富的遺傳變異，變異系數介于3.09%～36.74%之間。結果表明，選取的143份材料的主要農藝性狀變異較大，具有較豐富的遺傳多樣性。

其中，變異系數較小的是生育期，穗粒數的變異系數最大，為36.74%。因此，穗粒數更能反映品種間的差異。在這143份供試材料中，穗粒數在60粒以上的材料有6個（2004-日引2號、南通66、510001-1、南通198、南通199和駐97023）。

2.3 表型相關分析

對143份供試材料的7個主要數量性狀進行相關性分析，結果（表7）表明，單株穗數、穗粒數與單株產量呈極顯著正相關關系（P<0.01）;穗長與單株產量呈顯著正相關關系（P<0.05），千粒質量與單株產量呈極顯著負相關關系，說明對產量影響最大的因素是單株穗數和穗粒數。因此，在大麥新品種選育工作中，適當增加單株穗數和穗粒數，并兼顧優化其他農藝性狀是提高大麥產量的有效途徑。這與余青蘭等的研究結果[11-12]一致。

穗長與株高、千粒質量呈極顯著正相關關系，說明株高的增加利于穗長的增長，穗長的增長有利于千粒質量的提高;單株穗數與千粒質量呈顯著正相關關系，與穗粒數呈顯著負相關關系，穗粒數與單株穗數、千粒質量呈極顯著或顯著負相關關系，說明各產量性狀之間相互影響。由此說明，各農藝性狀之間可能會存在此消彼長的關系，提高某一性狀并不一定就能促進產量的提高。

2.4 表型主成分分析

對143份大麥種質資源的7個數量性狀進行主成分分析，結果（表8）表明，前3個主成分所構成的信息量占總信息量的84.127%，反映了絕大部分信息。根據各主成分的特征值和貢獻率可以看出，第1主成分代表了單株穗數、穗粒數和單株產量的信息，其中單株穗數和穗粒數是影響作物產量的重要因素;第2主成分主要綜合了株高、穗長和千粒質量等信息，在一定范圍內，千粒質量隨著株高的增加而增加;第3主成分主要代表了生育期的信息。

2.5 表型聚類分析

采用系統聚類法對143份供試材料進行聚類分析。由圖1可知，143個大麥品種可以聚為二大類，第1類以二棱大麥為主，平均單株有效穗較多，穗粒數較少，單株產量較低，其他幾個性狀較高，多為高稈多穗型;第2類全部是中間型和六棱大麥，平均穗粒數較多，單株產量較高，有效穗數較少，平均株高、千粒質量較低，多為中矮稈多粒型[13]。同一類材料的各農藝性狀間表現較為相近。

3 小結與討論

本研究發現，143份大麥種質資源的主要農藝性狀間存在較為豐富的遺傳變異，農藝性狀變異范圍較大，說明種質資源創新范圍大，品種改良潛力較大，為大麥種質資源的利用和遺傳改良奠定了良好的基礎。在今后的大麥育種工作中，可以充分挖掘品種間、親緣種質間的關系，提高育種基礎材料的遺傳多樣性，擴大遺傳范圍，拓展大麥的遺傳改良途徑，進而促進遺傳改良研究進展。

相關分析表明，影響大麥產量的主要農藝性狀是單株穗數和穗粒數，在育種工作中，特別是在性狀選擇時，應該充分考慮各性狀間的相互制約關系，只有各性狀間相互協調，才能夠選育出高產品種。大麥高產育種目標應以多穗多粒型為主，同時兼顧其他農藝性狀，根據各性狀的協調關系來選育品種，盡可能選育單株穗數和穗粒數較多的品種。主成分分析是遺傳改良育種中較為常用的一種分析方法， 通過對143份大麥種質資源進行主成分分析，歸納為3個主成分，第1主成分貢獻率高達 48.149%，綜合考慮要想獲得高產、綜合性狀優良的品種，應著重加強對單株穗數和穗粒數的選擇，這對大麥種質資源的評價和新品種的選育具有指導意義。

通過對143份大麥材料進行聚類分析，將143份資源聚為兩大類，類群的劃分與單株穗數、穗粒數、千粒質量、株高等產量性狀密切相關。第1類有129份材料，這類材料單株生產力較低，可作為選育多穗型品種的親本;第2類有14份材料，穗粒數較多，單株產量較高，可作為選育中矮稈多粒型品種的材料。高產穩產仍然是大麥育種的主要方向之一，本研究認為，高產育種材料應從第2類群中選擇，同時利用具有目標性狀的重要核心種質或骨干親本，盡可能選擇親緣關系較遠的多穗多粒型大麥品種作為育種材料。

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收稿日期：2019-04-15

基金項目：泰州市科技支撐計劃（農業）項目（編號：TN201804）;泰州地區若葉大麥新品種（系）引進及配套栽培技術研究。

作者簡介：蔣 瑩（1990—），女，江蘇泰興人，碩士，助理研究員，主要從事特色糧經作物新品種新技術研究與示范工作。E-mail：yjiang813245@163.com。

通信作者：焦慶清，碩士，研究員，主要從事農作物新品種新技術研究及示范應用。E-mail：mtjqq@163.com。