亞麻種質(zhì)資源木酚素含量及農(nóng)藝性狀分析與評(píng)價(jià)

謝冬微，路穎，趙德寶，戴志剛，楊澤茂，粟建光*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，長(zhǎng)沙 410205；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，哈爾濱 150030)

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亞麻種質(zhì)資源木酚素含量及農(nóng)藝性狀分析與評(píng)價(jià)

謝冬微1,2，路穎2，趙德寶2，戴志剛1，楊澤茂1，粟建光1*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，長(zhǎng)沙 410205；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，哈爾濱 150030)

對(duì)來(lái)自于國(guó)內(nèi)外的 221 份亞麻種質(zhì)資源的6個(gè)主要性狀進(jìn)行了主成分和系統(tǒng)聚類(lèi)分析與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：1)木酚素含量及主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為15.32%～54.31%，表明各材料間性狀遺傳變異豐富，類(lèi)型廣泛；2)主成分分析將主要農(nóng)藝性狀聚為 4 個(gè)主成分，分別為“工藝長(zhǎng)因子”、“分枝數(shù)因子”、“千粒重因子”和“木酚素含量因子”，這 4 個(gè)主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率分別為44.17%、22.69%、12.94%和15.59%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為 95.39%；3) 系統(tǒng)聚類(lèi)分析將221份種質(zhì)資源聚為6大類(lèi)群，其中木酚素含量較高的材料主要集中在第I類(lèi)中，包括47份材料，而綜合農(nóng)藝性狀較好的材料主要集中在第IV和第VI類(lèi)群，包括76份材料，這些材料木酚素含量高，分枝能力強(qiáng)，單株果數(shù)多，單株生產(chǎn)力高，綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良，作為優(yōu)異基因資源可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。

亞麻；木酚素；農(nóng)藝性狀；主成分

前言

亞麻 (LinumusitatissimumL.) 是人類(lèi)最早使用的植物天然纖維及油料作物，是重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。其纖維在紡織、化工、建材、裝飾等行業(yè)中有廣泛應(yīng)用，具有高經(jīng)濟(jì)附加值[1]。亞麻籽富含α-亞麻酸、木酚素和膳食纖維，具有抗癌、預(yù)防和治療高血壓、糖尿病、心腦血管疾病等多種功效[2-3]，其營(yíng)養(yǎng)和保健功能越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)。

種質(zhì)資源是亞麻育種最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，加強(qiáng)對(duì)亞麻種質(zhì)資源的收集、鑒定篩選和評(píng)價(jià)，拓寬育種親本的遺傳基礎(chǔ)，重視育種親本材料創(chuàng)新與利用，這是亞麻育種研究的基礎(chǔ)工作，也是豐富育種材料，選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗新品種的關(guān)鍵。本研究對(duì)221份亞麻種質(zhì)資源的木酚素含量及主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了鑒定，并進(jìn)行了初步的分析與評(píng)價(jià)，為合理高效地應(yīng)用這些資源選育亞麻新品種及種質(zhì)資源創(chuàng)新提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試材料為221份多年來(lái)從國(guó)內(nèi)外收集來(lái)的亞麻種質(zhì)資源材料，來(lái)源于多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。按其來(lái)源分：國(guó)內(nèi)材料105份，國(guó)外材料116份。按用途分：纖用亞麻材料148份，油用材料73份。材料名稱(chēng)及木酚素含量詳見(jiàn)結(jié)果分析部分表1。

1.2試驗(yàn)方法

每份材料按行種植，3次重復(fù)，行長(zhǎng)2 m，行距20 cm，條播。管理同大田。成熟后每行取10株用于考種，對(duì)5個(gè)農(nóng)藝性狀及一個(gè)品種性狀進(jìn)行考察：分別為株高、工藝長(zhǎng)、分枝數(shù)、碩果數(shù)、千粒重及木酚素含量。

1.3數(shù)據(jù)分析

利用EXCEL 2007和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在主成分及聚類(lèi)分析前對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并采用歐氏距離、離差平方和法進(jìn)行各性狀的聚類(lèi)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1主要農(nóng)藝性狀及木酚素含量的變異分析

表1所示為本研究的試驗(yàn)材料及其相應(yīng)的木酚素含量情況。從試驗(yàn)材料名稱(chēng)可以看出材料中即有育成品種又有穩(wěn)定品系，即有國(guó)內(nèi)資源又有國(guó)外材料，說(shuō)明本研究所選材料具有一定的代表性。并且木酚素含量等性狀差異明顯。

表1材料名稱(chēng)及木酚素含量

Tab.1Material name and lignan content

名稱(chēng)木酚素含量/mg·g-1名稱(chēng)木酚素含量/mg·g-1名稱(chēng)木酚素含量/mg·g-1雙亞13.30Kreola1.23雙11.26雙亞46.08Omega0.36717-7-70.67雙亞53.12K-53160.52Pin661.50雙亞61.95K53131.15Pm2004-72.91雙亞73.23Elise0.79P93008-9-51.47雙亞82.07Pin441.97y0435-82.47雙亞92.36K11940.97y0403-21.59雙亞112.37A2991.59M0329-101.04雙亞123.33Hlazur1.85y0403-2-22.13雙亞141.49LifoRA2.47y0433-16-21.35雙亞152.10Pin890.54y0340-2-21.69黑亞161.71K-76490.52y0315-3-62.34黑亞171.53belinka-11.42sxy3032.36黑亞191.52Persei0.89Pin702.63New0.89Alatun1.17y0310-7-32.62阿克塔1.75Selena2.68y0302-4-62.06美若琳1.63Antares2.08y0418-2-171.41戴安娜2.65K-65122.04Pin281.26QS11.07Belinka4.1395021-62.76QS51.43Choresmicum1.74Po2040-2-61.21QS62.26K65312.05y0314-3-24.38QS71.09Olinete3.2190050-6-6-3-32.62QS81.00K-62441.49y0423-1-262.30QS90.79Pekinense1.29y0317-2-46.65QS101.49K-62860.68M0313-33.25QS112.62Ariane1.19y0304-8-114.40隴亞8號(hào)0.71ukrainskyi32.39y0426-5-160.75黑亞140.69抗42.08y0322-3-61.65白求恩0.99K6531-20.68M0295-4-10.53New10.40Pin471.26248101.45隴亞102.27N22.07M0228-10.39同亞123.23Verchnevolzhkij2.66M03057-260.532013大慶2.99Pin2383.2290126-6-121.03白花2.26New31.20M0288-41.18俄羅斯小男孩2.91Raisa2.55H99077-7-71.07黑亞232.25Album1.61Po4073-20-103.05黑亞201.70Joe'sTostytrcwels0.670214-2-62.56雙亞131.07Modran1.47Po1022-2-132.39

從表2可知，所考察的5個(gè)農(nóng)藝性狀和1個(gè)品種性狀的變異性均較大，變異系數(shù)都在15%以上，變異幅度在15.32%～54.31%，其中木酚素含量的變異幅度最大，千粒重的變異幅度最小，各性狀的變異幅度大小順序?yàn)槟痉铀睾?蒴果數(shù)>工藝長(zhǎng)>分枝數(shù)>株高>千粒重。其中木酚素含量的變異系數(shù)最大，說(shuō)明不同地理來(lái)源的亞麻種質(zhì)資源的木酚素含量差異較大。這種表型數(shù)據(jù)的差異對(duì)于挖掘相關(guān)基因具有非常重要的意義。

表2主要農(nóng)藝性狀的變異

Tab.2Variations of agronomic characteristics

性狀最小值最大值極差平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)株高/cm42.20109.5067.3081.9414.8218.09工藝長(zhǎng)/cm27.6094.8067.2064.3814.2722.19分枝數(shù)2.5012.009.504.891.0822.18蒴果數(shù)3.5029.5026.009.333.7339.99千粒重/g3.948.914.975.000.7715.32木酚素/mg0.256.656.401.750.9654.31

2.2主成分分析

從表3可以看出，主成分特征根中4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)95.39%，而理論上只需 85%以上的累計(jì)貢獻(xiàn)率即可認(rèn)為其具有較強(qiáng)的信息代表性[4]。本研究提取的4個(gè)主成分基本上代表了所考察性狀的絕大部分信息，因此可以用這4個(gè)主成分對(duì)供試種質(zhì)資源進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。第1主成分的特征根為2.65，貢獻(xiàn)率為44.17%。該主成分特征向量中工藝長(zhǎng)的貢獻(xiàn)最大，因此可稱(chēng)其為“工藝長(zhǎng)因子”。其特征向量間的關(guān)系表明，工藝長(zhǎng)度大的品種，一般株高較高。而其特征向量中單株分莖數(shù)、單株果數(shù)和單株千粒重均為負(fù)值，表明工藝長(zhǎng)的增加不利于這幾個(gè)性狀的提高，即隨工藝長(zhǎng)的增加，單株分莖數(shù)和單株果數(shù)減少，造成單株產(chǎn)量降低。第2主成分的特征根為1.36，貢獻(xiàn)率為22.69%。該主成分向量中分枝數(shù)的貢獻(xiàn)率最大，可稱(chēng)為“分枝數(shù)因子”。其特征向量關(guān)系表明當(dāng)種質(zhì)材料分枝數(shù)較多，其蒴果數(shù)、木酚素含量及株高均相對(duì)較大。第3主成分特征根為0.94，貢獻(xiàn)率為15.59%。該主成分向量中木酚素含量的貢獻(xiàn)率最大，可稱(chēng)其為“木酚素含量因子”。我們發(fā)現(xiàn)其特征向量中與其關(guān)系最明確的便是千粒重，說(shuō)明亞麻種質(zhì)資源的木酚素含量與千粒重呈正相關(guān)關(guān)系。第4主成分的特征根為0.78，貢獻(xiàn)率為12.94%。該主成分特征向量里千粒重貢獻(xiàn)率最大，可以稱(chēng)其為“千粒重因子”。千粒重與其它特征向量均呈正相關(guān)關(guān)系，其中與木酚素含量的相關(guān)系最大。

表3各性狀主成分特征向量及貢獻(xiàn)率

Tab.3Eigenvectors and contribution of principal components

性狀第一主成分第二主成分第三主成分第四主成分株高/cm0.52770.3226-0.04260.3559工藝長(zhǎng)/cm0.54860.2618-0.02840.3420分枝數(shù)-0.38970.57330.03680.2086蒴果數(shù)-0.42130.5400-0.03760.1054千粒重/g-0.2298-0.36810.54980.7104木酚素/mg0.19580.26780.83210.4440特征值2.651.360.940.78貢獻(xiàn)率/%44.1722.6915.5912.94累計(jì)百分比/%44.1766.8582.4495.39

2.3基于各性狀的聚類(lèi)分析

采用歐氏距離，離差平方和法對(duì)221份亞麻種質(zhì)資源木酚素含量和5個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析。聚類(lèi)結(jié)果(表4)顯示，221份國(guó)內(nèi)外亞麻種質(zhì)資源可劃分為6大類(lèi)群。

第 I 大類(lèi)群包括 47 份材料，這一類(lèi)群的木酚素含量最高，達(dá)到 2.17 mg/g，株高和工藝長(zhǎng)較高，其它性狀相對(duì)較低。第II和V大類(lèi)群分別包括38和30份材料，這些材料的株高和工藝長(zhǎng)相對(duì)較小，其它各個(gè)指標(biāo)均不突出，這些材料屬于綜合指標(biāo)很一般的材料，所以對(duì)于后續(xù)進(jìn)行雜交組合的配置及優(yōu)異基因挖掘等的利用應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。第III大類(lèi)群包括30份材料，該類(lèi)群的千粒重最大，達(dá)到5.66 g，蒴果數(shù)相對(duì)較高，平均達(dá)到9.25個(gè)，其它性狀表現(xiàn)較好，說(shuō)明這一類(lèi)群的材料大部分產(chǎn)量較高，后續(xù)若要提高亞麻產(chǎn)量性狀可選用該類(lèi)群材料進(jìn)行研究。第IV大類(lèi)群包括35份材料，這一類(lèi)群的株高和工藝長(zhǎng)均達(dá)到最高，分別為91.44 cm及72.25 cm，而分枝數(shù)、蒴果數(shù)及木酚素含量也相對(duì)較高，分別為4.94個(gè)、9.46個(gè)和1.96 mg/g，此類(lèi)群材料綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)異。第VI大類(lèi)群包括41份材料，這一類(lèi)群株高最低，工藝長(zhǎng)度最短，為矮稈型品種，株高和工藝長(zhǎng)度分別為 63.1 cm及45.63 cm，且碩果數(shù)最多，平均為10.47個(gè)，分枝數(shù)及千粒重較高，分別為5.29個(gè)及5.23 g，這一類(lèi)群材料均表現(xiàn)出矮桿高產(chǎn)，所以它們?cè)诳沟狗案弋a(chǎn)育種上具有一定的利用價(jià)值。

表4各類(lèi)群農(nóng)藝性狀平均值

Tab.4Means of agronomic characteristics for every group by cluster analysis

類(lèi)群IIIIIIIVVVI數(shù)目473830353041株高/cm89.0972.6884.5991.4483.8163.1工藝長(zhǎng)/cm71.1555.5564.3872.2567.0745.69分枝數(shù)4.424.894.804.944.945.29蒴果數(shù)7.789.779.259.4610.0210.47千粒重/g4.754.825.664.744.765.23木酚素/mg2.171.741.841.961.291.54

3　結(jié)論與討論

種質(zhì)資源是作物育種的重要基礎(chǔ)性材料，而農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀又具有直觀(guān)，便于識(shí)別和測(cè)量、易于掌握以及與生產(chǎn)直接相關(guān)等特點(diǎn)。因此，對(duì)種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀進(jìn)行分析對(duì)于育種及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都具有重要的意義。近些年學(xué)者們對(duì)纖用和油用亞麻進(jìn)行了一些農(nóng)藝性狀的分析，其中吳建忠等對(duì)210份高世代材料進(jìn)行農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析，認(rèn)為高世代材料中存在一些優(yōu)異品系[5]。宋軍生[6]、王利民[7]、杜剛[8]等均針對(duì)油用亞麻的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了主成分和聚類(lèi)分析，均篩選到了一些農(nóng)藝性狀優(yōu)良且可以作為優(yōu)異基因資源的材料。以上研究為本研究提供了一些借鑒。本研究中221份亞麻種質(zhì)資源材料的6個(gè)主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均在15%以上，變異范圍為 15.32%～54.31%，可見(jiàn)這些材料農(nóng)藝性狀變異豐富，類(lèi)型廣泛，具有很好的選擇利用前景。本研究應(yīng)用主成分分析方法，將221份亞麻種質(zhì)資源6個(gè)主要性狀簡(jiǎn)化為彼此互不相關(guān)的4個(gè)綜合指標(biāo)即主成分，分別為“工藝長(zhǎng)因子”、“分枝數(shù)因子”、“木酚素含量因子”和“千粒重因子”，這4個(gè)主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率分別為44.17%、22.69%、15.59% 和 12.94%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)95.39%，說(shuō)明這4個(gè)主成分能較好地反映供試材料農(nóng)藝性狀的綜合特征，并利用這幾個(gè)主成分對(duì)供試種質(zhì)資源進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析，將221份亞麻種質(zhì)資源聚為6大類(lèi)群，不同類(lèi)群材料各具特點(diǎn)。從聚類(lèi)結(jié)果看，木酚素含量最高的材料主要集中在第I類(lèi)群中，共47份材料，占資源總數(shù)的21.27%。綜合農(nóng)藝性狀較好的材料基本上都集中在第IV、VI類(lèi)群，共包括76份材料，占資源總數(shù)的34.39%，其中第Ⅳ大類(lèi)群綜合性狀表現(xiàn)最好，這與基于主成分的二維排序分析結(jié)果基本一致。這些材料木酚素含量較高，株高適中，分枝能力強(qiáng)，單株果數(shù)多，單株生產(chǎn)力高，綜合農(nóng)藝性狀好，可以作為優(yōu)異基因資源進(jìn)行重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用。此外，主成分分析和系統(tǒng)聚類(lèi)分析方法均可較好地對(duì)亞麻種質(zhì)資源進(jìn)行科學(xué)分析和評(píng)價(jià)，為其有效利用提供依據(jù)。但育種時(shí)還要結(jié)合田間適應(yīng)性鑒定等對(duì)這些種質(zhì)資源進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，才能在亞麻品種改良中發(fā)揮重要作用。

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Lignan Content and Agronomic Traits Analysis and Evaluation of Flax Germplasm

XIE Dongwei1,2, LU Ying2, ZHAO Debao2, DAI Zhigang1,YANG Zemao1, SU Jianguang1*

(1.Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410205, China;2. Institute of Industrial Crops of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150030, China)

Principal components analysis and cluster analysis of 221 flax germplasm were carried out based on lignan content and 6 main agronomic traits. The results showed as follows: 1) The variations of 6 main traits ranged from 15.32% to 54.31%, which indicated that the diversity of materials was significant. 2) The principal components analysis showed that the first four PCs, which might be regarded as technical length factor (44.17%), stems per plant factor (22.69%), lignan content factor (12.94%) and 1000-seeds weight factor (15.59%), and accounted for 95.39% of variation among the cultivars. 3) Through cluster analysis, cultivars were classified into 6 groups. The 47 cultivars with lignan content were higher in the group I, and the 76 cultivars with excellent agronomic traits were mostly in group IV and group VI. These materials can be further developed and utilized as the excellent genetic resources with some fine properties such as lignan content high, branched, fruit number per, single productivity high and excellent agronomic characters.

Flax; lignan; agronomic trait; principal component

1671-3532(2016)04-0145-07

2016-05-09

中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2016M591302);黑龍江省科學(xué)基金面上項(xiàng)目(C2015031)

謝冬微(1982-)，女，助理研究員，從事亞麻種質(zhì)資源工作。E-mail：xiedongwei@163.com。

粟建光(1964-)，男，研究員，從事麻類(lèi)種質(zhì)資源研究工作。E-mail：jgsu@vip.126.com。

S563.2

A