張廣旭，王康君，郭明明，譚一羅，孫中偉，樊繼偉

(江蘇徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學研究所/連云港市農(nóng)業(yè)科學院，江蘇連云港 222000)

小麥是世界上種植面積最大的農(nóng)作物(http：//faostat.fao.org)，是最重要的糧食作物之一。小麥育種重要目標是高產(chǎn)和優(yōu)質，這也是滿足人口快速增長和提高生活水平的需要[1]。據(jù)估計，未來全球產(chǎn)量必須以每年1%的速度增長才能滿足人口增長及氣候變化等一系列的挑戰(zhàn)，因此，提高小麥產(chǎn)量仍是保障各國乃至世界糧食安全小麥育種計劃的首要任務[2]。小麥產(chǎn)量形成因素主要由單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒質量構成，千粒質量具有較高的遺傳力，遺傳力為59%～80%[3]。千粒質量作為產(chǎn)量的關鍵組成部分，籽粒的灌漿充實程度直接影響其籽粒大小(粒長、粒寬、千粒質量等)。籽粒灌漿充實度，一部分受遺傳控制，另外還與栽培措施和環(huán)境因素有關[4]。江蘇淮北麥區(qū)主要以玉米—小麥、水稻—小麥等種植制度為主，小麥播種期從10月上旬一直持續(xù)到12月上旬[5]。大田生產(chǎn)上水稻晚收，導致小麥晚播(2021年小麥播期比往年適播期晚10～20 d)，小麥播期越晚，冬前生長期短，前期生長積溫不足，有效分蘗減少，成穗數(shù)與穗粒數(shù)均減少、千粒質量下降，導致產(chǎn)量與適播期明顯下降[6-8]。生產(chǎn)上通過改變播種方式、播種密度及增施孕穗?；ǚ蕪浹a穗數(shù)不足和增加穗粒數(shù)，進一步保證小麥產(chǎn)量[9-14]。千粒質量為多基因控制的數(shù)量性狀，是受基因型和環(huán)境共同作用的結果，眾多研究者對小麥的千粒質量及其相關性狀進行了研究，獲得了一系列與籽粒相關的數(shù)量性狀座位(QTL)基因，為籽粒性狀改良奠定了遺傳基礎[15-25]。因此，在保證一定栽培措施基礎上，篩選或培育耐遲播、后期對高溫不敏感的品種是保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的最有效途徑。本研究通過自選育的155份高世代材料，種植4個播期，分析不同播期供試材料的籽粒性狀，進一步明晰小麥籽粒性狀與播期的關系，選育適播期廣的小麥新品種，以期為江蘇淮北麥區(qū)生產(chǎn)提供技術保障。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與田間設計

供試品種(系)為筆者所在單位自選育的155份高世代材料(F7～F9)，2021年秋季分別于10月18日(S1)、11月5日(S2)、11月22日(S3)、12月1日(S4)將155份參試材料共分4期播種于連云港市農(nóng)業(yè)科學院東辛農(nóng)場試驗基地(119°12′12″E，42°32′42″N)，土壤為輕鹽黏質土，其中S1、S2、S3 3個播期材料為小區(qū)種植，面積為13.34 m2，S1、S2和S4播期前茬作物為大豆，S3播期前茬作物為水稻(實際生產(chǎn)中晚播期前茬作物為水稻)；S4播期種植5行，面積為2 m2?；久鐓⒖夹斓吕染幹频募夹g規(guī)程[5]，施肥灌溉同標準大田栽培，但對該批供試材料的管理策略是防蟲不防病。

1.2 性狀調查

成熟后每個播期每份材料，適量收獲脫粒，曬干，隨機選取部分完整籽粒利用萬深考種儀自動測量籽粒相關性狀，并利用4個播期籽粒性狀的數(shù)值和平均值進行相關數(shù)據(jù)分析。

1.3 統(tǒng)計與分析

使用Excel進行統(tǒng)計分析，利用SPSS 20.0對籽粒的8個性狀值進行相關分析和主成分分析，參照胡標林等的方法[26]對供試材料進行綜合評分，采用最長距離法進行聚類分析，利用R語言相關包繪制聚類分析圖。

2 結果與分析

2.1 不同播期的籽粒性狀統(tǒng)計分析

不同播期籽粒大小的表型統(tǒng)計見表1、圖1，供試材料千粒質量與籽粒面積變異系數(shù)在8個籽粒性狀中變異較大，其他6個性狀變異較小，籽粒性狀在各播期的變異系數(shù)在3.26%～10.31%之間，同一性狀在不同播期間亦存在較大差異。隨著播期越遲供試材料的千粒質量、籽粒面積、籽粒周長和粒長均值整體呈縮小趨勢，但在同一播期的不同品種間有較大差異，與自身基因型及抗病性相關。千粒質量各播期間極差最大值與最小值分別為18.5、26.78 g，隨著播期的推遲品系間極差逐級縮小。4個播期千粒質量均在50 g以上的有4個品系，分別是LM20080、LM20091、LM20128、LM20127。籽粒性狀的偏度與峰度絕對值均小于1，表明4個播期的籽粒大小性狀均符合正態(tài)分布，屬于多基因控制的數(shù)量性狀。

表1 基于4個播期小麥8個籽粒性狀的統(tǒng)計結果

2.2 籽粒性狀的相關性分析

播期籽粒大小性狀間的相關性結果(表2)表明，不同播期間，大部分籽粒性狀均表現(xiàn)出正相關，其中千粒質量(TGW)與籽粒周長(GP)、籽粒長(GL)、籽粒寬(GW)、籽粒面積(GA)、籽粒直徑(GD)和籽粒圓度(GR，除S2)均表現(xiàn)出顯著與極顯著正相關，與長寬比呈負相關(S4播期呈極顯著負相關，S1播期呈顯著負相關)，即構成籽粒的多個性狀除長寬比外都對千粒質量有正向作用。除長寬比、籽粒圓度外，籽粒面積與其他幾個性狀均呈極顯著正相關，與籽粒直徑的相關系數(shù)最大。籽粒周長與籽粒圓度呈負相關，與其他幾個性狀呈顯著或極顯著正相關。長寬比與籽粒寬及籽粒圓度呈極顯著負相關，粒長與籽粒圓度呈極顯著負相關，即籽粒越長，籽粒圓度越小。

表2 基于4個播期供試小麥材料籽粒性狀的相關性分析結果

2.3 籽粒性狀的聚類分析

以4個播期籽粒性狀的平均值為數(shù)據(jù)，以系譜聚類中的最長距離法對供試的155份高代材料進行聚類分析。由圖2可知，可將小麥新品系分為五大類群，并按照分類結果，將五大類群的8個籽粒性狀均值進行重新排布，結果見表3。類群Ⅰ到類群Ⅴ，千粒質量均值逐級提升，類群Ⅰ整體千粒質量40 g左右，共計18份材料(占11.61%)，該類群材料整體豐產(chǎn)潛力較??；類群Ⅱ、類群Ⅲ，千粒質量均值為 43.13～45.66 g，共計79份材料(占50.97%)，材料在不同播期之間具有較大差異，受播期影響較大。類群Ⅳ、Ⅴ的千粒質量較高，千粒質量均值為 48.42～53.22 g，共計58份材料(占37.41%)，千粒質量在50 g以上的材料均分布在第Ⅴ類群，增產(chǎn)潛力較高?？傮w而言，從聚類分析結果來看，第Ⅴ類群10份材料作為新品種選育在市場上推廣應用的價值較大。

表3 基于4個播期小麥籽粒性狀均值各類群性狀的統(tǒng)計分析結果

2.4 籽粒性狀的主成分分析與綜合評價

以4個播期籽粒性狀的平均值為數(shù)據(jù)進行主成分分析，由表4可知，前2個主成分累計貢獻率為93.91%(PC1：72.94%、PC2：20.97%)，能有效反映供試材料的籽粒信息。第1主成分(PC1)特征值為5.835，貢獻率達到72.94%。在其特征向量中，除長寬比外，其他幾個性狀數(shù)值都較大，性狀之間呈正相關。第2主成分(PC2)特征值為1.678，貢獻率達到20.97%，長寬比向量在其特征向量中為正值且最大。亦能顯示長寬比與粒寬、千粒質量呈負相關。通過計算供試材料的綜合評價值(D)得到結果如表5所示，得分排前10名的品系有LM20080、LM20070、LM20069、LM20091、LM20002、LM20151、LM20101、LM20027、LM20139和LM20068，通過比對聚類分析結果，8份材料均聚類在類群Ⅴ，2份材料聚類在類群Ⅳ，第Ⅴ類群LM20127、LM20128 2份材料綜合得分并不高，這10份材料具有較好的高產(chǎn)耐遲播潛力及推廣利用價值。

表4 2個主成分的特征值和得分系數(shù)矩陣

3 結論與討論

小麥籽粒性狀是由多基因控制的數(shù)量性狀，千粒質量有較高的遺傳力，因此有眾多學者對千粒質量及其籽粒性狀進行了多方面研究，但由于基因組巨大及復雜性，其籽粒相關基因的分子克隆滯后于水稻、玉米。Cheng等在印度圓粒小麥(Triticumsphaerococcum)中通過定位克隆分離得到籽粒性狀基因，它編碼絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶糖原合酶激酶，并獨立控制粒形性狀[27]。Chen等在1個TGW突變體中克隆了1個位于2B上的茉莉酸合成基因酮?；虼?，并對千粒質量和粒寬有顯著影響[28]。Li等利用DH群體在多個環(huán)境下檢測到控制粒長、粒寬和千粒質量的6個主效QTL，開發(fā)了相關育種標記，為分子標記輔助選擇育種奠定了基礎[29]；Gao等利用300份小麥組成的自然群體材料進行6個籽粒性狀的GWAS分析，獲得了189個其性狀相關的單核苷酸多態(tài)性(SNP)[30]。這些針對籽粒性狀基因研究的基于適播期，未設置多個播期，未能全方位挖掘到不同播期表達的QTL基因，本研究后期將結合分子技術展開多播期籽粒性基因挖掘，以期得到更多與籽粒性狀相關不同播期條件下的基因位點。本研究對供試材料的4個播期的籽粒性狀統(tǒng)計分析結果表明，隨播期的推遲，千粒質量整體趨勢變小，這與沈慶雷等的研究結果[31-32]較一致，但有部分材料的千粒質量變化趨勢與之不符，與該材料抗逆、抗病相關。對獲得的籽粒數(shù)據(jù)相關性分析結果表明，籽粒性狀之間多呈正相關，只有部分性狀之間存在負相關，這些結果與前人的研究結果[22-25]較為一致。前人的研究針對籽粒性狀千粒質量及粒長、粒寬的研究較多，對其他幾個性狀的研究較少，隨著圖像識別技術的發(fā)展，基于圖像分析的小麥籽粒高通量表型系統(tǒng)逐漸成熟，可以快速大量地測定籽粒大小性狀[33-34]。對供試材料進行系統(tǒng)聚類，結果表明，高千粒質量品種聚類在一起，低千粒質量的材料聚類在一起，明確了材料特性。雖已報道較多改變栽培措施及與籽粒性狀相關的QTL基因，但考慮到目前極端天氣頻發(fā)及其他不可控因素，造成整個小麥播期延遲，整個小麥生育進程縮短，在保證基本苗和栽培措施的基礎上篩選或培育后期對高溫不敏感、耐遲播品種是保證小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的最有效途徑。本研究通過多個播期結合多方面籽粒性狀分析獲得的LM20080、LM20070等10個品系(結合其他農(nóng)藝性狀已推薦參加品種審定試驗)具有耐遲播、籽粒穩(wěn)定及高產(chǎn)潛力，這為江蘇淮北麥區(qū)耐遲播小麥品種的選育奠定了基礎。

表5 供試小麥材料綜合評價值(前10名)