143份大麥種質(zhì)資源主要農(nóng)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(qiáng)大麥種質(zhì)資源的開發(fā)和利用，了解主要農(nóng)藝性狀之間的相互關(guān)系，以143份大麥種質(zhì)資源為試驗材料，對其15個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行表型差異分析、相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析。結(jié)果表明，各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)介于3.09%～36.74%之間;每個農(nóng)藝性狀至少和1個其他性狀呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系;選取前3個特征值的主成分進(jìn)行分析，累計貢獻(xiàn)率達(dá)84.13%;供試材料可劃分為兩大類，第1類可作為選育高產(chǎn)且株高較高、適宜機(jī)械收獲的多穗型大麥種質(zhì)資源;第2類能作為選育高產(chǎn)且抗倒伏的矮桿多粒型種質(zhì)資源。

關(guān)鍵詞：大麥;農(nóng)藝性狀;表型差異分析;相關(guān)分析;主成分分析;聚類分析

中圖分類號：S512.302?? 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)區(qū)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(chǎn)區(qū)之一。

遺傳資源是育種和基因工程的基礎(chǔ)，對大麥種質(zhì)資源進(jìn)行正確合理的分析和評價，是對其進(jìn)行合理利用的前提。因此，對大麥主要農(nóng)藝性狀進(jìn)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(jù)[2-5]。本研究對143份大麥種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行表型差異分析、相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析，綜合分析大麥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性，對大麥種質(zhì)資源的評價和新品種培育具有指導(dǎo)意義[6-8]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

試驗地點(diǎn)位于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院泰州農(nóng)科所試驗基地，選取143份近2年從外科研單位引進(jìn)篩選保存的大麥種質(zhì)資源作為試驗材料（表1）。

試驗采用順序排列，不設(shè)重復(fù)，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(nèi)考種所需的描述規(guī)范、表格、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范等系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以《大麥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定[9]為準(zhǔn)，進(jìn)行15個主要農(nóng)藝性狀（表2）的數(shù)據(jù)采集。

1.2 數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計分析

調(diào)查記載所有參試材料的生育期、幼苗相關(guān)性狀植株相關(guān)性狀各2個以及穗部相關(guān)性狀4個;成熟期收獲10株植株進(jìn)行室內(nèi)考種，考察其株高、單株穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量性狀。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行處理和制表繪圖，采用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)分析、主成分分析，采用SPSS軟件進(jìn)行遺傳變異分析和聚類分析[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 大麥種質(zhì)資源形態(tài)多樣性分析

對143份大麥種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，結(jié)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(tài)特征

參試材料中幼苗習(xí)性以半直立型為主，半匍匐材料共計81份，占參試材料總數(shù)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(shù)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(tài)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(shù)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(shù)引進(jìn)材料的株高小于等于90 cm，共計94份，占總材料數(shù)的 65.73%;其中，株高比較適中（75～90 cm），可以結(jié)合農(nóng)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(tài)特征

引進(jìn)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(dá)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(dá) 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(dá)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(shù)的97.90%，短芒和無芒材料較少（表5）。

結(jié)果表明，143份大麥種質(zhì)資源的各農(nóng)藝性狀間差異較大，綜合分析結(jié)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(yōu)良的育種材料。

2.2 表型差異分析

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

其中，變異系數(shù)較小的是生育期，穗粒數(shù)的變異系數(shù)最大，為36.74%。因此，穗粒數(shù)更能反映品種間的差異。在這143份供試材料中，穗粒數(shù)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(guān)分析

對143份供試材料的7個主要數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表7）表明，單株穗數(shù)、穗粒數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01）;穗長與單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），千粒質(zhì)量與單株產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明對產(chǎn)量影響最大的因素是單株穗數(shù)和穗粒數(shù)。因此，在大麥新品種選育工作中，適當(dāng)增加單株穗數(shù)和穗粒數(shù)，并兼顧優(yōu)化其他農(nóng)藝性狀是提高大麥產(chǎn)量的有效途徑。這與余青蘭等的研究結(jié)果[11-12]一致。

穗長與株高、千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)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(zhì)量的提高;單株穗數(shù)與千粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與穗粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，穗粒數(shù)與單株穗數(shù)、千粒質(zhì)量呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明各產(chǎn)量性狀之間相互影響。由此說明，各農(nóng)藝性狀之間可能會存在此消彼長的關(guān)系，提高某一性狀并不一定就能促進(jìn)產(chǎn)量的提高。

2.4 表型主成分分析

對143份大麥種質(zhì)資源的7個數(shù)量性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果（表8）表明，前3個主成分所構(gòu)成的信息量占總信息量的84.127%，反映了絕大部分信息。根據(jù)各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率可以看出，第1主成分代表了單株穗數(shù)、穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量的信息，其中單株穗數(shù)和穗粒數(shù)是影響作物產(chǎn)量的重要因素;第2主成分主要綜合了株高、穗長和千粒質(zhì)量等信息，在一定范圍內(nèi)，千粒質(zhì)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(tǒng)聚類法對143份供試材料進(jìn)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(shù)較少，單株產(chǎn)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(shù)較多，單株產(chǎn)量較高，有效穗數(shù)較少，平均株高、千粒質(zhì)量較低，多為中矮稈多粒型[13]。同一類材料的各農(nóng)藝性狀間表現(xiàn)較為相近。

3 小結(jié)與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，143份大麥種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀間存在較為豐富的遺傳變異，農(nóng)藝性狀變異范圍較大，說明種質(zhì)資源創(chuàng)新范圍大，品種改良潛力較大，為大麥種質(zhì)資源的利用和遺傳改良奠定了良好的基礎(chǔ)。在今后的大麥育種工作中，可以充分挖掘品種間、親緣種質(zhì)間的關(guān)系，提高育種基礎(chǔ)材料的遺傳多樣性，擴(kuò)大遺傳范圍，拓展大麥的遺傳改良途徑，進(jìn)而促進(jìn)遺傳改良研究進(jìn)展。

相關(guān)分析表明，影響大麥產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀是單株穗數(shù)和穗粒數(shù)，在育種工作中，特別是在性狀選擇時，應(yīng)該充分考慮各性狀間的相互制約關(guān)系，只有各性狀間相互協(xié)調(diào)，才能夠選育出高產(chǎn)品種。大麥高產(chǎn)育種目標(biāo)應(yīng)以多穗多粒型為主，同時兼顧其他農(nóng)藝性狀，根據(jù)各性狀的協(xié)調(diào)關(guān)系來選育品種，盡可能選育單株穗數(shù)和穗粒數(shù)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(zhì)資源進(jìn)行主成分分析，歸納為3個主成分，第1主成分貢獻(xiàn)率高達(dá) 48.149%，綜合考慮要想獲得高產(chǎn)、綜合性狀優(yōu)良的品種，應(yīng)著重加強(qiáng)對單株穗數(shù)和穗粒數(shù)的選擇，這對大麥種質(zhì)資源的評價和新品種的選育具有指導(dǎo)意義。

通過對143份大麥材料進(jìn)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(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、株高等產(chǎn)量性狀密切相關(guān)。第1類有129份材料，這類材料單株生產(chǎn)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(shù)較多，單株產(chǎn)量較高，可作為選育中矮稈多粒型品種的材料。高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)仍然是大麥育種的主要方向之一，本研究認(rèn)為，高產(chǎn)育種材料應(yīng)從第2類群中選擇，同時利用具有目標(biāo)性狀的重要核心種質(zhì)或骨干親本，盡可能選擇親緣關(guān)系較遠(yuǎn)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(nóng)業(yè)）項目（編號：TN201804）;泰州地區(qū)若葉大麥新品種（系）引進(jìn)及配套栽培技術(shù)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(jīng)作物新品種新技術(shù)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(nóng)作物新品種新技術(shù)研究及示范應(yīng)用。E-mail：mtjqq@163.com。