國內春蠶豆種質資源種子表型性狀多樣性分析

楊生華， 邵 揚， 李文俊， 郭延平

(臨夏州農業科學院， 甘肅 臨夏 731100)

0 引言

【研究意義】我國蠶豆種植分為秋播和春播兩大生態區，主產區分布在我國西南、西北、東部沿海以及河北壩上地區，其中春播區蠶豆面積和總產分別占全國的15%和22%[1]。我國現存國內外蠶豆種質資源5 000多份，65%為國內地方資源和育成品種，35%為國外引進資源[2]。植物表型性狀的多樣性是遺傳多樣性與環境多樣性的綜合表現[3]，根據表型差異分析蠶豆種質資源，對反映其基因型差異以及春蠶豆品種改良和種質創新具有重要意義。【前人研究進展】近年來，國內外學者在蠶豆種質資源表型性狀評價與相關性分析方面已取得一定的研究成果，王曉娟等[4]對甘肅新征集蠶豆種質資源的35個主要性狀進行遺傳多樣性鑒定結果表明，新征集的蠶豆種質資源具有豐富的遺傳多樣性。徐東旭等[5]對國內外不同地理來源的637份蠶豆資源形態性狀進行多樣性評價發現，國內春冬性資源間以及國內外資源間遺傳變異大。康智明等[6]對國內主栽秋蠶豆和國外主產區蠶豆品種進行農藝和品質性狀遺傳多樣性研究表明，國內外蠶豆品種具有明顯的遺傳多樣性。【研究切入點】針對種子表型性狀研究在小麥作物上已有報道，但關于蠶豆種質資源方面的研究大多為形態性狀研究和多樣性分析，聚焦在春播區蠶豆種子表型性狀多樣性研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】從育種目標關鍵性狀種子表型性狀出發，利用多樣性指數、主成分分析與聚類分析方法，對301份國內春蠶豆種質資源種子表型性狀進行遺傳多樣性分析，解析其親緣關系，挖掘優異種質資源，為春蠶豆品種改良和種質創新提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

依據地理來源，從國家作物種質資源庫選取具有代表性的301份春蠶豆種質資源。樣本基本覆蓋中國春蠶豆種植省份，其中，甘肅54份、河北26份、內蒙古65份、寧夏24份、青海53份、山西49份、陜西北部12份、新疆18份。

1.2 方法

1.2.1 種子表型性狀測定 種子表型性狀測定用SC-G型自動考種分析儀(萬深)及千粒重儀，正片掃描自動導出種子的百粒重、面積、周長、長寬比、粒長、粒寬、直徑和圓度等性狀參數。

1.2.2 數據標準化 種子表型性狀具有不同的量綱，統計分析時對百粒重、面積等性狀進行10級分類(每級間相差0.5)，1級

表1 春蠶豆種子性狀分級標準

1.2.3 數據分析 種子表型性狀數據采用Microsoft Excel 2013計算平均數、標準差和多樣性指數(H′)。利用DPS v 7.05對表型數據進行相關分析和主成分分析，根據種子性狀的鑒定結果，利用Popgen32對種子表型性狀數據計算資源間的歐式距離及相似性系數，利用Mega 5.0對301份種質資源進行聚類分析。

式中，n為某一性狀表型級別的數目，Pi為某一性狀第i級內材料份數占總份數的百分比。

2 結果與分析

2.1 春蠶豆種子表型性狀的遺傳多樣性差異

從表2看出，春蠶豆種子8個表型性狀的變異系數在5.27%～31.51%，平均15.34%，以百粒重的最大；其次是面積，為26.64%；種子長寬比和圓度的較小，分別為5.45%和5.27%；其他4個性狀的變異系數在12.75%～14.20%。說明，參試種子長寬比和圓度的一致性強，變異范圍不大，而百粒重和面積的變異范圍更大。多樣性指數在2.030～2.071，平均2.050，以直徑的最高；其次是周長，為2.068；圓度最低。8個種子性狀中，直徑、周長、粒長、粒寬的多樣性指數較高，說明種子大小的遺傳多樣性較豐富。

表2 春蠶豆種子表型性狀的變異系數和多樣性指數

2.2 春蠶豆資源群體間的遺傳多樣性

從表3看出，8個不同地理來源的種質資源群體以陜西北部、寧夏、新疆、內蒙古的變異程度較高，變異系數分別為43.51%、38.19%、36.37%和34.64%，說明這些地區資源的變異程度高，遺傳多樣性豐富；而青海、甘肅群體的變異程度較低，變異系數為28.97%和27.51%，表明這2個地區的資源具有較穩定的遺傳特性。8個不同地理來源中，春蠶豆種質資源群體的多樣性指數在0.964～2.355，平均1.744；以青海的最高；其次為內蒙古、甘肅和山西，多樣性指數分別為2.336、2.318和2.026，表明這4個群體的遺傳多樣性較豐富；陜西北部的最低，其群體的遺傳多樣性較差。

表3 春蠶豆種質資源群體間表型性狀的遺傳多樣性

2.3 春蠶豆種子表型性狀的主成分分析情況

從表4看出，主成分1、2、3的累計貢獻率達99.33%，表明3個主成分已基本覆蓋參試資源種子表型性狀信息。其中，主成分1的特征值為5.47，貢獻率占68.29%，對應的特征向量值中以面積、周長的較高，分別為0.463 3和0.740 8，表明第1主成分主要描述的是籽粒大小的變異；主成分2的特征值為2.07，貢獻率占25.71%，對應特征向量中以百粒重、長寬比和直徑的特征向量的絕對值較高，分別為0.409 5、0.559 5和0.613 7，說明該主成分主要描述的是籽粒形狀；由于直徑對第2成分有負相關作用，表明籽粒直徑越大，種子越窄；主成分3的特征值為0.43，貢獻率僅占5.33%，對應特征向量中以粒長、百粒重向量值最高，表明該主成分主要描述的是粒重因子。

表4 春蠶豆種質資源種子性狀主成分

2.4 春蠶豆種子表型性狀聚類情況

從圖1和表5可知，301份種質資源聚為2個類群。第Ⅰ類群包含120份種質資源，占供試材料的39.86%，分布范圍廣泛，包括甘肅、青海與河北3個省區；該類群種子較大，相應的面積、周長、粒長、粒寬、直徑都較大，百粒重平均為99.82 g，是選擇大粒高產品種的重要材料。第Ⅱ類群包含181份種質資源，占供試材料的60.14%，分布范圍廣，包括內蒙古、新疆、山西、寧夏和陜西北部5個省區。該類群種子較小，相應的面積、粒長、粒寬也較小，百粒重平均值70.04 g，而圓度較大，平均為0.75，是選擇機械化收獲的近圓形品種的重要材料。

表5 各類群種子表型性狀的平均值

3 討論

3.1 種子性狀的遺傳多樣性

種質資源的遺傳多樣性是生物進化和遺傳育種的基礎，根據作物種子表型性狀進行遺傳多樣性分析對種質創新和品種改良具有重要的意義[7-9]。研究基于8個數量性狀，對301份國內不同來源春播蠶豆種質進行多樣性分析，結果表明，春播蠶豆的直徑、周長、粒長、粒寬等性狀的多樣性指數比百粒重、投影面積、長寬比、圓度等性狀的遺傳多樣性更豐富。其中，直徑的遺傳多樣性最為豐富，多樣性指數為2.071，圓度的最為狹窄，多樣性指數為2.030，說明蠶豆種子表型性狀易受環境因素影響，變異范圍大，遺傳多樣性豐富。不同地理來源蠶豆資源遺傳變異明顯，301份蠶豆資源中，青海、內蒙古、甘肅群體的資源遺傳多樣性比陜西北部、河北群體的資源豐富，其中，青海群體的多樣性指數最高，為2.355；陜西北部的最低，為0.964。陜西北部、寧夏、新疆、內蒙古群體的資源變異程度較高，而青海、甘肅群體的變異程度較低，說明相鄰省份資源間的遺傳距離較小，親緣關系相對較近。

3.2 蠶豆種子性狀間的相互關系

作為一種有效的多元分析方法，主成分分析在種質資源多樣性研究中都有應用[10]。袁名宜等[11]對50份不同地理來源的蠶豆資源進行主成分分析結果表明，前4個主成分能反映全部數量性狀信息，累計貢獻率86.3%，而且不同主成分包含性狀類型的差異較大，可以將性狀明顯歸類。對301份國內春蠶豆資源8個種子性狀進行主成分分析結果表明，前3個主成分反映了資源的絕大部分信息，累計貢獻率達99.32%，各主成分包含的性狀信息具有一定的相關性，而且不同主成分包含性狀類型的差異較大。第1主成分主要描述籽粒大小，可在蠶豆的高產育種中加大該主成分相關性狀的考慮。第2主成分主要描述籽粒形狀，對總變異的貢獻率相對較小。

3.3 蠶豆品種間的遺傳差異

聚類分析是研究品種間遺傳差異，以及雜交育種親本選配的重要方法。研究結果表明，301份供試資源聚成2個群組，其群組的劃分與籽粒大小和地理來源有關，與劉玉皎等[2]的研究結果一致，其中第Ⅰ類群具有百粒重、周長等性狀值較高等特點，是選擇大粒、高產品種的重要材料；第Ⅱ類群圓度較大，是選擇機械化收獲近圓形品種的重要材料。

優異種質資源是培育優良品種的遺傳物質基礎，挖掘優異種質是品種改良的重要工作。建議加強種質資源的引進篩選相關工作，充分挖掘和利用優異種質資源，合理選配親本，提高育種效率；同時做好蠶豆種質資源精準鑒定評價及抗性基因的挖掘，為育種工作和資源利用提供有益信息。

4 結論

301份國內春蠶豆種質資源種子8個表型性狀(百粒重、面積、周長、長寬比、粒長、粒寬、直徑和圓度)的遺傳多樣性指數平均為2.050，平均變異系數為15.34%，表明301份蠶豆種質資源具有豐富的遺傳多樣性。通過主成分分析發現，前3個主成分的貢獻率分別為68.29%、25.71%和5.33%，累計貢獻率達99.33%，幾乎覆蓋參試種質資源種子表型性狀的全部信息。聚類分析將301份蠶豆種質資源聚為兩類，第Ⅰ類群包含120份種質資源，占供試材料的39.86%，分布范圍廣泛，包括甘肅、青海與河北3個省區，該類群種子較大，相應的面積、周長、粒長、粒寬、粒重、直徑都較大，是選擇大粒高產品種的重要材料；第Ⅱ類群包含181份種質資源，占供試材料的60.14%，分布范圍廣，包括內蒙古、新疆、山西、寧夏和陜西北部5個省區，該類群種子較小，相應的面積、粒長、粒寬、粒重均較小，而圓度較大，是選擇機械化收獲近圓形品種的重要材料。