李 瑤, 李露紅, 王永琪, 郝裕輝, 張樹振, 唐 鳳, 王茹佳, 張 博

(1.新疆農業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，西部干旱荒漠區(qū)草地資源與生態(tài)教育部重點實驗室， 烏魯木齊 830052;2.新疆林業(yè)學校， 烏魯木齊 830011)

老芒麥(ElymussibiricusL.)別名西伯利亞披堿草，屬禾本科披堿草屬，原產于中國，廣泛分布于歐洲、亞洲和北美洲，在我國主要分布于青海、西藏、內蒙古以及新疆等地區(qū)[1-3]。因其具有飼用價值高和抗寒性強等特點，被廣泛應用于退化草原補播改良和人工草地建植[4]。此外，老芒麥還是歐亞大陸北部草原區(qū)及青藏高原高寒草地區(qū)的重要建群種之一[5]。我國老芒麥品種選育相對滯后，至2016年由國家草品種審定委員會審定的老芒麥品種8個，近10年選育的老芒麥新品種僅康巴老芒麥1個[6]，無法滿足當前飼草生產和草原生態(tài)修復的需求。遺傳多樣性研究是掌握物種遺傳信息的重要手段，也是開展新品種選育的基礎[7]，其中表型性狀是研究植物資源遺傳多樣性最直接也是最有效的指標[8-9]。目前，對老芒麥的研究主要集中在人工草地豆禾混播[10]、野生資源采集與評價[11]、抗性評價[12-13]等方面，而在新疆地區(qū)關于老芒麥表型性狀在群體間的分布規(guī)律尚未見到報道，同時適宜于老芒麥優(yōu)異種質資源評價和篩選的指標體系也未見報道。因此，本研究以不同來源的39份老芒麥種質資源為研究對象，對其表型性狀進行遺傳多樣性、聚類分析及主成分分析，揭示老芒麥種質資源的變異特點，篩選出優(yōu)良的種質，以期為老芒麥新品種選育和推廣利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以39份老芒麥種質為參試對象(表1)，其中含青海種質26份、新疆5份、西藏4份、北京1份、內蒙古1份、山西1份、四川1份。其中L 34為馴化材料，L 33為育成品種，其余為野生材料。

表1 39份老芒麥材料來源

1.2 試驗設計

試驗地設在新疆農業(yè)大學三坪實驗站(43°01′N，88°37′E，海拔580 m)，該站位于準噶爾盆地南緣，具有豐富的光照資源，年日照時數為2 829.4 h，年降水量228.8 mm，年均蒸發(fā)量為2 647 mm，無霜期為163 d，年均氣溫7.2 ℃，7月平均氣溫為24.6 ℃。試驗地土壤有機質為21.50 g·kg-1、堿解氮27.00 mg·kg-1、有效磷9.22 mg·kg-1、速效鉀238.94 mg·kg-1、pH值為8.39。于2017年10月播種，行株距均為30 cm，2018年進行各指標的詳細測定工作。試驗采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積3 m×1.5 m，3次重復。

1.3 試驗方法

2018年生長季對參試材料進行指標測定，從各小區(qū)選取長勢一致的10株材料進行表型性狀調查。共觀測老芒麥的23個表型指標。測定標準參照《披堿草屬牧草種質資源描述規(guī)范和數據標準》[14]。

1.4 數據統(tǒng)計分析

采用Excel 2010軟件進行數據整理和變異分析，參照王莉萍等[15]的方法計算各指標廣義遺傳力。使用SPSS 19.0軟件進行相關性、主成分分析，利用Heml 1.0.3.7軟件進行聚類分析。

2 結果分析

2.1 老芒麥種質表型性狀變異分析

由表2可知，39份材料的23個表型性狀變異范圍較大，其中小穗寬度的變異系數最大，為39.95%，表明小穗寬在表型性狀中遺傳變異最為豐富，其次為旗葉長，變異系數為31.3%。種長及種寬的變異較小，其變異系數分別為8.53%和10.45%，可見種子長寬變異程度較低。

表2 39份老芒麥種質表型性狀的變異情況

23個指標在39份老芒麥種質中差異性均達極顯著水平(表3)，老芒麥各性狀的廣義遺傳力在12.42%～72.55%之間，23個性狀的遺傳力差異較大。千粒重的廣義遺傳力最大，為72.55%，表明其遺傳穩(wěn)定性最高，其次為小穗長寬及葉片大小。遺傳力最小的是種子寬度，為12.42%。

表3 39份老芒麥種質的廣義遺傳力和遺傳變異系數

2.2 老芒麥種質表型性狀相關性分析

相關性分析是檢驗性狀間相似性和關聯(lián)程度的重要方法，對育種工作性狀的選擇具有重要意義。其中株高與旗葉寬、倒2葉寬、花序長、穗長、小穗數呈極顯著正相關；莖粗與花序長、穗長、小穗數呈顯著正相關，與種子寬呈顯著負相關；節(jié)間數與旗葉長、倒2葉長、花序長、穗長、種子長呈極顯著正相關；穗葉距與旗葉長、旗葉寬、倒2葉長、花序長、穗長、種子長呈極顯著負相關；旗葉長、旗葉寬、倒2葉寬與花序長、穗長、小穗數、種子長呈極顯著正相關。株高、莖節(jié)數、莖粗、葉片長寬、穗長、小穗數和種子長等性狀都是產量構成因素，性狀間存在顯著或極顯著相關關系，在一定程度上，株高越高、葉片越寬、穗長越長、小穗數越多、種子越長。

圖1 基于表型性狀數據描述老芒麥種質間遺傳關系的主向量分析

2.3 老芒麥表型性狀主成分分析

由表4相關性分析可以看出，指標之間具有一定的重疊及關聯(lián)性，有必要通過主成分分析將性狀總結歸類為幾個可以表示種質材料差異性的核心性狀。由表5可知，前6個主成分累計貢獻率達到78.29%，可以反映39份老芒麥種質資源的大部分遺傳信息。第1主成分特征值為7.67，貢獻率為33.33%，旗葉長的特征向量值最大，花序長、穗長、倒2葉長和旗葉寬等的特征值也較大，說明這一主成分反映的是與株型有關的主要信息。第2主成分的貢獻率為18.6%，這一主成分中第1穎寬和第1穎長的特征向量值最大，說明這一主成分主要是反映第一穎形態(tài)有關的信息；第3主成分的貢獻率為10.19%，特征值較高的分別是小花數、小穗長和小穗寬，說明這一主成分主要反映的是與小穗形態(tài)相關的信息。第4主成分的貢獻率為6.03%，這一主成分中倒2葉寬的特征向量值最大，說明這一主成分反映的是與葉片寬度有關的信息。第5主成分的貢獻率為5.44%，這一主成分中特征向量值較大的是種子寬，說明這一主成分主要反映種子形態(tài)的相關信息。第6主成分的貢獻率為4.7%，特征向量值最大的是千粒重，說明這一主成分反映的是和種子粒重相關的主要信息。

表5 39份老芒麥表型性狀的主成分分析

主成分分析得出前6個主成分解釋了總變異的78.29%，可以將特征向量投射到二維圖反映各種質之間的遺傳關系。根據每份種質在前兩個主成分的得分，可以將材料分為三個群體，大部分青海和西藏的種質聚在一起，表現為株型較小，第1穎和種子也較??；少部分青海和北京、山西、內蒙古的種質聚在一起，表現為植株高大，葉片大，穗長；新疆的幾份材料和川草2號聚在一起，表現為株型中等，第1穎較大，種子較大的特點。

2.4 39份老芒麥表型性狀聚類分析

雙向聚類分析以性狀變異為基礎，對39份老芒麥種質進行系統(tǒng)的聚類分析(圖2)，可將參試種質分為五大類(如圖2所示)。第Ⅰ類包含1份，為青海的L 1，表現為株高較矮、葉片小、穗短、種子小；第Ⅱ類包括11份，表現為株型高大、葉片大、莖稈粗、穗長、小穗數多，千粒重較大，綜合各個性狀可知該類群屬于高產型，株型較大，可以作為選育高產的目標親本加以利用；第Ⅲ類包括新疆和四川的5份，表現為莖稈細、節(jié)間數多，芒長長等特點；第Ⅳ類包括8份，表現為株高和葉片大小中等，千粒重大；第Ⅴ類包括14份，表現出株高和葉片大小中等，小穗長、單穗小花數多的特點。

圖2 39份老芒麥表型性狀的聚類分析

3 討 論

表型是評價植物遺傳資源遺傳多樣性最直接也是最有效的指標，通過表型性狀的遺傳多樣性分析已在多種作物中得到應用[16-17]。楊瑞武等[18]對來自四川、甘肅和新疆3省區(qū)不同居群的老芒麥形態(tài)學研究表明，不同老芒麥種質在株高、葉片和穗部性狀上存在較明顯的差異。鄢家俊[19]研究表明，野生老芒麥種質形態(tài)學性狀變異廣泛，其中與牧草產量和種子產量相關的形態(tài)性狀變異較大，而與分類相關的指標則變異程度較小。對39份老芒麥材料的23個表型性狀進行了觀測，結果表明這39份不同來源的老芒麥有豐富的表型變異，其中小穗寬和旗葉長的變異系數最大，各性狀的變異范圍在8.53%～41.52%之間，較黃帆等[20]對21份老芒麥的研究變異性更大，多樣性更為豐富。廣義遺傳力是反映表型性狀變異中比較遺傳因素和環(huán)境因素作用的大小的指標，遺傳力越大表明表型值主要由遺傳因素決定，反之則主要由環(huán)境因素影響[21-22]。本研究結果表明，穗部及葉部性狀的廣義遺傳力高于種子形態(tài)的廣義遺傳力，種子長、寬的遺傳力較小，但種子千粒重的遺傳力卻很高，達72.55%，這說明雖然種子的形狀易受環(huán)境因素的影響，但對其繁殖系統(tǒng)的分配主要取決于遺傳特性，是相對穩(wěn)定的。小穗寬度、旗葉長的遺傳力也較高，育種時對這類性狀可以從較早世代進行選擇，世代選擇可靠性大。

主成分分析和聚類分析能夠反映作物不同種質間的遺傳差異及不同類群的性狀特點，是作物種質材料研究中普遍應用的方法，已在水稻[23]、小麥[24]、苦蕎[25]等作物中廣泛應用。前人研究表明，地理位置相近或原生境相似的種質在表型上也更為相似[26-28]，本研究證明了這一觀點。依據表型相似性的聚類分析將材料聚為5類，表型性狀最優(yōu)的為第Ⅱ類共11份種質，包括新疆、山西、北京、內蒙古各1份以及青海的7份種質，這類種質葉片大、小穗數多、千粒重較大，可以作為以生物產量為目標性狀的育種材料重點培育。在主成分得分聚類及熱圖聚類的結果中，新疆的材料L 35、L 36、L 37、L 38均與育成品種川草2號聚為了一類，這類材料葉片大、千粒重大。由此可見，新疆野生老芒麥種質遺傳多樣性豐富，有較好的育種和研究價值。

隨著現代分子技術手段的發(fā)展，為深入開展作物遺傳學評價和鑒定奠定了基礎，下一步應在表型評價的基礎上結合分子技術手段深入開展種質資源評價[29-30]。此外，老芒麥為多年生牧草，本研究僅開展一年的試驗研究，未考慮不同種質年際間的差異，供試種質在不同種植年限可能表現出不同的生長潛力。

表6 5個老芒麥類群表型性狀的平均值

4 結 論

參試的39份老芒麥的23個表型性狀變異系數差異較大，遺傳多樣性豐富。株高等與產量相關的指標間呈正相關關系，穗葉距與產量相關的指標呈顯著負相關關系。主成分分析提取了前6個主成分，反映了老芒麥主要表型性狀78.29%的遺傳信息。聚類分析將39份種質聚為五類，第Ⅰ類包含1份種質，第Ⅱ類包含11份種質，第Ⅲ類5份種質，第Ⅳ類8份種質，第Ⅴ類14份種質，其中第Ⅱ類種質植株高大，葉片大、小穗數多、千粒重較大，可以作為選育高產的目標親本加以利用。