22個冬小麥品種主要農(nóng)藝和品質性狀遺傳多樣性分析

劉鴻燕，王 娜，張耀輝，王 偉，汪石俊，南 海，魏志平，岳維云，宋建榮，周喜旺

（甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學研究所，甘肅 天水 741001）

小麥是主要糧食作物之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位[1]。天水地區(qū)是甘肅省冬小麥主要產(chǎn)區(qū)，常年種植面積14萬hm2左右，為甘肅省的糧食安全發(fā)揮了重要作用。由于受特殊地理位置和生態(tài)條件的限制，多年來天水地區(qū)的小麥育種主要以抗條銹為主[2]，在產(chǎn)量和品質方面沒有較大突破，其主要原因是所用親本材料遺傳基礎狹窄，骨干親本少，成為限制育種工作的主要瓶頸。針對甘肅小麥品種的農(nóng)藝性狀遺傳多樣性，僅有張雪婷等[3-4]對甘肅省近年審定的冬小麥品種從農(nóng)藝性狀鑒定和分子水平兩個層次進行了研究，余明寨等[5]對隴東地區(qū)的冬小麥從分子水平進行了遺傳多樣性研究，但涉及天水地區(qū)育成品種較少。我們對天水地區(qū)近年審定的22個冬小麥品種進行了相關農(nóng)藝性狀和品質性狀的遺傳多樣性分析，旨在為這些品種在今后育種中合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為甘肅天水地區(qū)近年審定的22個冬小麥品種，均由天水農(nóng)業(yè)科學研究所小麥中心提供，詳見表1。

表1 供試冬小麥品種

1.2 試驗地概況

試驗設在天水市農(nóng)業(yè)科學研究所中梁試驗站小麥育種基地。屬典型旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，海拔1 650 m，年降水量500～600 mm，年平均氣溫11.5℃，無霜期185 d。試驗地土壤為黃綿土，前茬作物為馬鈴薯。

1.3 試驗方法

試驗采取完全隨機區(qū)組設計，3次重復，露地點播。每個品種播種2行，行長1 m，行距33 cm，株距5 cm，每行20粒，試驗區(qū)周圍設保護行。成熟期每個小區(qū)隨機選取10株，對株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重等4個農(nóng)藝性狀進行測定，并取平均值。性狀調(diào)查參照《國家區(qū)試試驗田間調(diào)查記載標準》的有關方法進行。品質性狀采用品種審定時的數(shù)據(jù)，主要包括容重、粗蛋白含量、濕面筋含量、沉降值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007軟件計算供試品種試驗數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值X、標準差s和變異系數(shù)CV（Variation Coefficient），并根據(jù)平均值和標準差的計算結果將供試材料劃分為10級，按第1級[Xi＜（X-2s）]到第 10 級[Xi＞（X+2s）]，每 0.5 s為1級，每1級相對頻率Pi計算遺傳多樣性指數(shù)（Shannon Weiner Index，H'）[6]。多樣性指數(shù)的計算公式為H'=－∑Pi×Ln Pi，式中Pi為某性狀第i級別內(nèi)品種數(shù)占總平均數(shù)的百分比。利用DPS 3.01軟件進行主成分分析和聚類分析，聚類分析采用類平均法，品種間遺傳距離為歐式距離。

2 結果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析

對供試22個冬小麥品種的4個農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析結果（表2）表明，穗粒數(shù)的變異系數(shù)最大（11.5%），變異幅度為25.8～42.8粒；其次為穗長（10.4%），變異幅度為6.7～9.2 cm；株高的變異系數(shù)最小（7.8%），變異幅度為79.4～106.3 cm；變異系數(shù)從大到小依次為穗粒數(shù)、穗長、千粒重、株高。在遺傳多樣性指數(shù)方面，千粒重最高（1.75），穗長最低（1.46），遺傳多樣性指數(shù)從大到小依次為千粒重、穗粒數(shù)、株高、穗長。

表2 供試冬小麥品種8個性狀的遺傳多樣性分析

2.2 品質性狀的遺傳多樣性分析

對供試22個冬小麥品種的4個品質性狀的遺傳多樣性分析結果（表2）表明，沉降值的變異系數(shù)最高（31.3%），變異幅度為21.3～69.0 mL；其次是粗蛋白含量和濕面筋含量，容重的變異系數(shù)最?。?.1%）；變異系數(shù)從大到小依次為沉降值、濕面筋含量、粗蛋白含量、容重。在遺傳多樣性指數(shù)方面，容重最高（1.87），粗蛋白最低（1.53），遺傳多樣性指數(shù)從大到小依次為容重、濕面筋含量、沉降值、粗蛋白含量。

2.3 主成分分析

以累計貢獻率大于80%為標準提取主成分，結果見表3。表3表明，在8個主成分中，前4個主成分累計貢獻率達82.636%，足以代表原始因子所代表的的大部分信息。第1主成分的特征值為2.897，貢獻率為36.213%，作用最大的性狀為容重（0.413）、穗粒數(shù)（0.379）、千粒重（0.359）、穗長（0.320）和株高（0.291），包括1項品質性狀和4項農(nóng)藝性狀。第2主成分的特征值為1.422，貢獻率為17.779%，作用最大的性狀為沉降值（0.695）、千粒重（0.436）和粗蛋白含量（0.433），主要包括2項品質性狀和1項農(nóng)藝性狀。第3主成分的特征值為1.382，貢獻率為17.271%，作用最大的性狀為穗長（0.276）和穗粒數(shù)（0.599），主要包括2項農(nóng)藝性狀。第4主成分的特征值為0.910，貢獻率為11.372%，作用最大的性狀為穗長（0.688）、濕面筋含量（0.515）和粗蛋白含量（0.370），包括1項農(nóng)藝性狀和2項品質性狀。

表3 供試冬小麥品種8個性狀的主成分分析

2.4 聚類分析

采用UPGMA法對供試的22個冬小麥品種依據(jù)8個性狀的歐式距離進行聚類分析，并構建樹狀圖（圖1），各類群性狀平均值見表4。在歐式距離43處，將22份材料聚為五大類群：第Ⅰ類群僅有中梁24號1個品種，該類群的主要特點是農(nóng)藝性狀株高、穗長、穗粒數(shù)和千粒重均低于其他4個類群，品質性狀粗蛋白含量和濕面筋含量均高于其他4個類群，沉降值低于第Ⅳ類群，高于其他3個類群。綜合分析，此類群可作為抗倒伏和提高品質材料供育種者使用，與產(chǎn)量有關的穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)不好，可利用價值不大。第Ⅱ類群包括7個品種，農(nóng)藝性狀中株高均高于其他4個類群，品質性狀中籽粒粗蛋白含量、濕面筋含量和沉降值均低于其他4個類群，該類群在品質性狀利用方面需謹慎使用。第Ⅲ類群包括10個品種，該類群農(nóng)藝性狀中穗長和千粒重均高于其他4個類群，穗粒數(shù)低于第Ⅴ類群，但高于其他3個類群；品質性狀中容重屬最高類群。第Ⅳ類群包括中梁28號1個品種，該類群的農(nóng)藝性狀一般，品質性狀中沉降值均高于其他4個類群。第Ⅴ類群包括3個品種，該類群的穗長低于第Ⅲ類群，高于其他3個類群；穗粒數(shù)均高于其他4個類群，千粒重低于第Ⅲ類群，品質性狀一般。綜合來看，第Ⅴ類群可作增產(chǎn)材料使用。

圖1 22份供試冬小麥材料農(nóng)藝性狀與品質性狀的聚類

表4 5個類群8項性狀的平均值

3 小結與討論

豐富的遺傳多樣性是品種選育的物質基礎[7]。本研究對供試材料的8個性狀進行了遺傳多樣性分析，結果表明，農(nóng)藝性狀中的穗粒數(shù)變異系數(shù)最高（11.5%），株高的變異系數(shù)最低（7.8%），千粒重的遺傳多樣性指數(shù)最高（1.75），穗長的遺傳多樣性指數(shù)最低（1.46）。品質性狀中的沉降值變異系數(shù)最高（31.3%），容重的變異系數(shù)最小（4.1%），容重的遺傳多樣性指數(shù)最高（1.87），粗蛋白含量的遺傳多樣性指數(shù)最低（1.53），8個性狀的平均變異系數(shù)為12.6%，平均遺傳多樣性指數(shù)為1.68，說明天水地區(qū)育成品種的遺傳多樣性較豐富。以上結果還說明，變異系數(shù)的高低與遺傳多樣性指數(shù)的大小不具有統(tǒng)一性，變異系數(shù)高的性狀不一定具有較大的遺傳多樣性指數(shù)。

對供試品種的8個性狀進行主成分分析，其中前4個主成分的累計貢獻率為82.636%，反應了8個性狀的主要信息，其第1主成分以容重、穗粒數(shù)、千粒重、穗長和株高為主要因子，且涵蓋了4個農(nóng)藝性狀指標；第2主成分以沉降值、千粒重和粗蛋白含量為主要因子；第3主成分以穗長和穗粒數(shù)為主要因子，主要包括2項農(nóng)藝性狀；第4主成分以穗長、濕面筋含量和粗蛋白含量為主要因子。綜合以上可知，主成分分析將較多的性狀簡化為幾個具有代表性的因子，數(shù)值直觀，可為小麥親本選配提供科學依據(jù)。

聚類分析，22個供試材料可劃分為5個類群。第Ⅰ類群包括1個品種，為中梁24號。第Ⅱ類群包括7個品種，第Ⅲ類群包括10個品種。第Ⅳ類群包括1個品種，為中梁28號，第Ⅴ類群包括3個品種。第Ⅰ類群和第Ⅳ類群各包括一個品種，可能與品種復雜的遺傳背景有關，2個品種都屬由多個親本復合雜交選育而成，特別是中梁28號，由8個親本復合雜交選育而成。

小麥的農(nóng)藝性狀和品質性狀受基因型和環(huán)境的共同影響[8]。本試驗中取得的田間數(shù)據(jù)受環(huán)境和人為因素影響較大，品質信息也采用審定時的官方數(shù)據(jù)。僅憑表型數(shù)據(jù)難以真實客觀地反映品種之間的遺傳關系，還需結合分子標記來做深入研究。