范海燕，范可章，蔡 健，盧良峰

(1.阜陽師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院, 安徽 阜陽 236037;2. 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程系, 河南 中牟 451460)

小麥K-CMS保持系品種遺傳多樣性的系統(tǒng)聚類分析

范海燕1，范可章1，蔡 健1，盧良峰2*

(1.阜陽師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院, 安徽 阜陽 236037;2. 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程系, 河南 中牟 451460)

采用系統(tǒng)聚類分析法對22個小麥K-CMS保持系品種的遺傳多樣性進(jìn)行了研究。以2 年田間試驗得到的品種株高、穗長、小穗數(shù)、穗下節(jié)長、穗粒草重、穗粒數(shù)、穗粒重、旗葉長等農(nóng)藝性狀為依據(jù), 計算22 個品種間遺傳距離, 采用類平均分析法對供試材料進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明: 供試的21 個品種共劃分為5 個類群,Ⅰ類為金源6號，秦豫麥1號，寶亮1號，財源1號，光泰68，糧源26；Ⅱ類為鄭大121，金科1號，南04-59，華育129；Ⅲ類為駐麥168，科林7371，宇豐1號，紅滿天1號；Ⅳ類為憑心2號，河科大527，鑫麥68，科森05-1；Ⅴ類為洛麥30，珍麥1號，百農(nóng)419，建華0165。劃分結(jié)果與系譜分析基本一致, 并把系譜來源不清的品種劃分到相應(yīng)的雜種優(yōu)勢群。小麥K-CMS保持系品種形態(tài)學(xué)形狀檢測是研究保持系品種間遺傳差異的一種方法, 可為小麥“三系”選育提供初步的理論依據(jù)。

小麥;K-CMS; 農(nóng)藝性狀; 遺傳多樣性; 聚類分析

小麥細(xì)胞質(zhì)雄性不育(Cytoplasmicmalesterile,CMS)是小麥雜交育種和雜種優(yōu)勢利用的重要工具。目前人們已經(jīng)創(chuàng)制了40 余種不同細(xì)胞質(zhì)雄性不育類型, 其中以T型、V型和K型等不育系的研究較多, 并基本實現(xiàn)了“三系”配套, 選育出一批雜交組合已在生產(chǎn)上小面積示范推廣，其中，T型不育系研究出現(xiàn)較早，應(yīng)用范圍較大，但其恢復(fù)源狹窄、恢復(fù)因子比較復(fù)雜[1]。以黏果山羊草(Ae.kotschyi)細(xì)胞質(zhì)不育基因控制的K型不育系雖出現(xiàn)的較晚，卻克服了T型不育系恢復(fù)源窄、種子皺縮等缺點，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的新類型[2]。研究表明，K型小麥雜種優(yōu)勢利用的突破在于特殊類型種質(zhì)—新保持系的出現(xiàn)，因此，通過對K型雄性不育保持系遺傳多樣性的研究，對于增加和豐富普通小麥的遺傳變異，拓寬其種質(zhì)資源和提高小麥產(chǎn)量具有重要意義[3]。

近年來，多元統(tǒng)計分析中的聚類分析和相關(guān)分析被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)研究中，如數(shù)量遺傳、植物生態(tài)分類、植物病蟲害預(yù)測等方面[4-7]。蔡健等[8]用系統(tǒng)聚類方法分析了20個皖北主栽小麥品種的遺傳多樣性。愈世蓉等[9]對小麥聚類分析結(jié)果表明：由于遺傳分離以及對不同株系不同方向的選擇，使同一組合的不同后代產(chǎn)生了比較大的遺傳差異，在聚類上成為不同的類。張芬等[10]對冬小麥品種作的聚類分析也有類似結(jié)果。

本研究利用系統(tǒng)聚類和相關(guān)分析方法對21個小麥K-CMS保持系品種進(jìn)行遺傳多樣性分析，探討品種間遺傳差異，旨在為合理利用K-CMS保持系種質(zhì)資源、小麥“三系”選育和親本雜交組配提供初步的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

22個小麥K-CMS保持系由河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院盧良峰老師提供(表1)。

1. 2 材料種植

田間實驗于2013-2014 年在河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院試驗基地進(jìn)行。采用隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)。每小區(qū)定株調(diào)查10 株。對以下8種性狀分別進(jìn)行田間考查及實驗室考種：株高、穗長、小穗數(shù)、穗下節(jié)長、穗粒草重、穗粒數(shù)、穗粒重、旗葉長等。

1.3 統(tǒng)計分析方法

多元分析采用劉來福[11]的計算方法，聚類用常用的類平均法。

表l 供試小麥K-CMS保持系品種

1.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化

以當(dāng)年所有參試小麥品種的株高、穗長、小穗數(shù)、穗下節(jié)長、穗粒草重、穗粒數(shù)、穗粒重、旗葉長等8個農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)，進(jìn)行聚類分析。由于8個農(nóng)藝性狀單位不一致，故聚類、相關(guān)分析前對原始數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化變換[12]

(n—品種數(shù)，y—變數(shù)觀測值)。

1.3.2 系統(tǒng)聚類及相關(guān)分析

兩年的性狀平均數(shù)經(jīng)正態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化后, 采用歐氏距離(Euclideandistance)計算成對品種的遺傳距離。采用類平均法(UPGMA，unweightedpairgroupmethodarithmeticaverage)對遺傳距離矩陣進(jìn)行聚類分析。對聚類分析結(jié)果計算共表型相關(guān)系數(shù) (copheneticcorrelationcoefficient) 矩陣。兩個矩陣之間的相似性采用相關(guān)分析。用DPS3.01專業(yè)軟件[13]聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 22個小麥K-CMS保持系農(nóng)藝性狀調(diào)查

2013-2014 年在河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院試驗基地進(jìn)行田間試驗，并對所有參試小麥品種的株高、穗長、小穗數(shù)、穗下節(jié)長、穗粒草重、穗粒數(shù)、穗粒重、旗葉長等8個農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查(表2)。

2.2 依據(jù)農(nóng)藝性狀的系統(tǒng)聚類分析

對調(diào)查性狀作方差分析，并對各性狀的原始數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化變換。對品種遺傳距離的類平均法聚類結(jié)果 (圖1) 進(jìn)行共表型相關(guān)分析，表明品種遺傳距離矩陣與類平均法聚類樹表型相關(guān)系數(shù)矩陣的相關(guān)系數(shù)為0.745 5, 達(dá)極顯著，說明聚類結(jié)果可靠。若以整個遺傳距離的總平均數(shù)作尺度對聚類圖的結(jié)果進(jìn)行分類，可將供試材料劃分為5個類群，Ⅰ類為金源6號，秦豫麥1號，寶亮1號，財源1號，光泰68，糧源26；Ⅱ類為鄭大121，金科1號，南04-59，華育129；Ⅲ類為駐麥168，科林7371，宇豐1號，紅滿天1號；Ⅳ類為憑心2號，河科大527，鑫麥68，科森05-1；Ⅴ類為洛麥30，珍麥1號，百農(nóng)419，建華0165。劃分結(jié)果與系譜分析基本一致，并把系譜來源不清的品種劃分到相應(yīng)的雜種優(yōu)勢群。可見，形態(tài)學(xué)形狀檢測是研究小麥K-CMS保持系品種間遺傳差異的一種方法，可為小麥“三系”選育和親本雜交組配提供初步的理論依據(jù)。

表2 22個小麥K-CMS保持系品種的農(nóng)藝性狀

2.3 主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析

8 個農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)如表3所示。

其中x1為穗長，x2為穗下節(jié)長，x3為小穗數(shù)，x4為穗粒草重，x5為穗粒數(shù)，x6為穗粒重，x7為株高，x8為旗葉長。從表 2 可以看出小穗數(shù)與穗粒草重、穗粒數(shù)和穗粒重的相關(guān)系數(shù)分別為0.568、0.577和0.576，表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)，小穗數(shù)與株高的相關(guān)系數(shù)為0.438，表現(xiàn)出顯著正相關(guān)；穗粒草重與穗粒數(shù)、穗粒重和株高的相關(guān)系數(shù)分別為0.573、0.895和0.635，表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)；穗粒數(shù)與穗粒重的相關(guān)系數(shù)為0.545，表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性；

圖1 22份小麥K-CMS保持系種質(zhì)基于農(nóng)藝性狀的系統(tǒng)聚類圖

表3 小麥K-CMS保持系各農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)

穗粒重與株高的相關(guān)系數(shù)為0.576，表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性。因此，在合理利用K-CMS保持系種質(zhì)資源、親本選配及雜種后代選擇時，注意小穗數(shù)與穗粒草重、穗粒數(shù)、穗粒重和株高，穗粒草重與穗粒數(shù)、穗粒重和株高，；穗粒數(shù)與穗粒重、株高之間的關(guān)系，選育出強(qiáng)優(yōu)勢組合。

3 討論

利用植物細(xì)胞質(zhì)雄性不育性進(jìn)行作物雜交育種的實踐，保持系對不育系授粉產(chǎn)生不育后代的同時，會在一定程度上把保持系的遺傳多樣性貢獻(xiàn)給不育系，從而使不育系的遺傳多樣性增加，達(dá)到培育優(yōu)質(zhì)雜交種的目的[14]。作物遺傳變異的產(chǎn)生是遺傳育種的基礎(chǔ)，鑒別作物遺傳多樣性水平可精確估計其遺傳變異的水平。外部形態(tài)的多樣性是遺傳多樣性最直觀的表現(xiàn)之一，如顏色、體形、外形等性狀。對于質(zhì)量性狀，遺傳控制顯得較為簡單，方法簡便；數(shù)量性狀受環(huán)境的制約并存在遺傳與環(huán)境的交互作用，需借助嚴(yán)密的統(tǒng)計分析，從特定的雜交試驗和后裔測定來計算遺傳方差在總表型方差中的比例和交互作用，用一系列遺傳參數(shù)度量群體的遺傳變異[8]。本研究對21個小麥K-CMS保持系的遺傳多樣性進(jìn)行了分析，通過農(nóng)藝性狀調(diào)查，形態(tài)學(xué)分析，利用類平均法(UPGMA)聚類，成功地將供試材料劃分為6個類群，劃分結(jié)果與系譜親緣相比基本一致。蔡健[15]等利用AFLP標(biāo)記和形態(tài)學(xué)形狀檢測的皖北地區(qū)小麥主栽品種遺傳多樣性，研究結(jié)果表明：基于品種表現(xiàn)型計算的遺傳距離的聚類結(jié)果，基本上是與AFLP標(biāo)記計算的遺傳相似系數(shù)的聚類結(jié)果相一致，而且基于表現(xiàn)型聚類結(jié)果進(jìn)行了共表型相關(guān)分析，分析結(jié)果表明，品種遺傳距離矩陣與類平均法(UPGMA)聚類樹表型相關(guān)系數(shù)矩陣的相關(guān)系數(shù)為0.826，相關(guān)達(dá)極顯著，說明聚類結(jié)果可靠。本研究中對聚類分析結(jié)果進(jìn)行共表型相關(guān)分析表明，品種遺傳距離矩陣與類平均法(UPGMA)聚類樹表型相關(guān)系數(shù)矩陣的相關(guān)系數(shù)為0.745 5，相關(guān)達(dá)極限著，也說明了聚類結(jié)果的可靠性。

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GeneticdiversitydetectedbyclusteranalysisofthemaintainerLineforK-typecytoplasmicmalesterility(CMS)inwheat

FANHai-yan1,FANKe-zhang1,CAIJian1,LULiang-feng2*

(1.SchoolofBiologicalScienceandFoodEngineering,FuyangNormalUniversity,FuyangAnhui236037,China; 2.SchoolofModernAgriculturalEngineering,HenanVocationalCollegeofAgricultural,Henan451450,China)

Thepresentstudywascarriedoutwiththeobjectivetoinvestigatethegeneticdiversityofthe22themaintainerlineforK-typecytoplasmicmalesterility(CMS)inwheatbyclusteranalysis.Geneticdistancebasedontheagronomiccharactersofplantheight,paniclelength,perpanicle,paniclenextsectionlength,earkernelweight,perpaniclegrains,perpaniclegrainsweightandflagleaflengthwascalculatedandclusteredusingtheunweightedpair-groupmethodArithmeticAverages(UPGMA).Theresultsshowedthat22cultivarscouldbeclassifiedintosixgroups.GroupIconsistsofjinyuan6,qinyumai1,baoliang1,caiyuan1,guangtai68,liangyuan26;GroupⅡconsistsofzhengda121,jinke1,nan04-59,huayu129;GroupⅢconsistsofzhumai168,kelin7371,yufeng1,hongmantian1;GroupⅣconsistsofpingxin2,hekeda527,xinmai68,kesen05-1;GroupⅤconsistsofluomai30,zhenmai1,bainong419,jianhua0165.Theresultswereconsistentwiththegroupingbasedontheavailablepedigreedata.Moreover,cultivarswithunkonwnpedigreewereassignedtotheestablishedheteroticgroups.ThephenotypesofthemaintainerlineforK-CMSinwheatcanbeappliedinclassifingcultivars.Thestudyinitiallyprovidesusefulinformationfortheselectionofparentsinthedevelopmentofwheatcultivarsand"threelines"aswell.

wheat；K-typecytoplasmicmalesterility；agronomiccharacters；geneticdiversity；clusteranalysis

2015-09-20

安徽省高校省級自然科學(xué)基金重點項目(KJ2014A194)。

范海燕(1975-)，女，碩士，研究方向：人體生理與生化學(xué)理論與教學(xué)。

盧良峰 (1956-)，男，副教授，研究方向：遺傳學(xué)。Email:luliangf845969181@qq.com。

S330

A

1004-4329(2015)04-069-05

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329(2015)04-069-05