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        58份大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析

        2025-03-30 00:00:00郜戰(zhàn)寧楊永乾馮輝薛正剛王樹杰韓聚東
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2025年2期

        摘要:為創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì),探究大麥主要農(nóng)藝性狀間的相互關(guān)系,對58份大麥品種(系)的7個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析和性狀進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明,供試大麥品種(系)間存在較為豐富的遺傳變異,不孕粒數(shù)變異系數(shù)最大,為76.89%,其次是穗粒數(shù),變異系數(shù)為42.02%;多樣性指數(shù)變化幅度為1.22~2.09,株高的多樣性指數(shù)最高,為2.09,其次是有效穗數(shù),為2.02。相關(guān)性分析結(jié)果表明,穗粒數(shù)與產(chǎn)量極顯著正相關(guān),穗長與千粒重極顯著正相關(guān),不孕粒數(shù)和產(chǎn)量、穗粒數(shù)極顯著正相關(guān)。聚類分析將參試大麥品種(系)分為4個類群,類群Ⅰ穗粒數(shù)最高,為多粒型品種(系),類群Ⅱ產(chǎn)量最高,為高產(chǎn)型品種(系),類群Ⅲ有效穗數(shù)最高,為多穗型品種(系),類群Ⅳ株高最高、穗長最長,為高稈大穗型品種(系)。主成分分析選取累計貢獻(xiàn)率為86.25%的前3個主成分評價參試大麥材料,結(jié)合主成分,構(gòu)建大麥品種(系)多性狀的綜合評價方程,可為大麥種質(zhì)的鑒評、篩選及親本利用提供依據(jù)。

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

        中圖分類號:S512.302;S512.303文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號:1002-1302(2025)02-0144-06

        大麥?zhǔn)且环N經(jīng)濟價值較高的禾谷類作物,以適應(yīng)性廣,抗逆性強和用途廣泛而在全世界廣為種植。在全球種植面積僅次于小麥、玉米、水稻,為第四大谷物[1]。我國是世界大麥起源地之一,種質(zhì)資源十分豐富,挖掘和利用這些有價值的種質(zhì)已成為我國農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、啤酒釀造業(yè)和醫(yī)藥保健業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要。豐富的種質(zhì)資源是作物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,是對其有效改良的前提[2]。分析種質(zhì)資源間的遺傳多樣性可以明確不同地區(qū)資源間的親緣關(guān)系,促進(jìn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗新品種的選育[3] 。因此,對大麥主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析評價可以為大麥雜交育種和良種選育提供依據(jù)。蔣瑩等通過分析143份大麥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀遺傳多樣性,得到多穗型和多粒型種質(zhì)[4];劉海翠等通過分析51份裸大麥種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性,發(fā)現(xiàn)51份裸大麥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀上具有豐富的遺傳變異[5];李贏等對398份裸大麥種質(zhì)資源遺傳多樣性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)裸大麥種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性豐富,為裸大麥資源高效利用及親本選擇提供了參考[6]。前人對大麥遺傳多樣性的研究主要集中在青藏高原地區(qū),河南地區(qū)有關(guān)大麥遺傳多樣性的報道較少。河南省擁有豐富的大麥地方品種資源,但尚未有大麥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性的報道,本研究以58份國內(nèi)外不同來源的大麥品種(系)為供試材料,運用相關(guān)性分析、聚類分析、方差分析、主成分分析等方法分析評價大麥主要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性,以期為大麥種質(zhì)創(chuàng)制和品種選育提供依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1試驗材料與設(shè)計

        試驗地點位于駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地,選取58份近幾年從其他科研單位和高校引進(jìn)篩選保存的大麥品種(系)作為試驗材料(表 1) 。

        試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置3次重復(fù),行長 9.00 m,行距 0.23 m,6行區(qū),前茬作物為大豆,統(tǒng)一種植,統(tǒng)一田間管理,田間管理同大田生產(chǎn)。

        1.2測定項目與方法

        參試品種(系)主要農(nóng)藝性狀按照《大麥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[7]統(tǒng)一調(diào)查記載。大麥蠟熟期,每份材料隨機選取10株進(jìn)行性狀統(tǒng)計,取平均值;蠟熟末期統(tǒng)一收獲、晾曬,測定小區(qū)產(chǎn)量及千粒重。

        1.3數(shù)據(jù)處理

        數(shù)據(jù)以調(diào)查數(shù)據(jù)平均值為指標(biāo),利用Excel進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理,計算各性狀的平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和多樣性指數(shù)。利用RStudio進(jìn)行聚類作圖,用SAS 9.2進(jìn)行多重比較分析,用SPSS 26.0進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1參試大麥品種(系)農(nóng)藝性狀多樣性分析

        通過對參試58份大麥品種(系)的主要農(nóng)藝性狀多樣性分析,結(jié)果(表2)表明,7個農(nóng)藝性狀變異范圍較大,變異系數(shù)為8.85%~76.89%,其中,不孕粒數(shù)變異系數(shù)最大,為76.89%, 株高變異系數(shù)最小,為8.85%;7個性狀的遺傳多樣性指數(shù)變化范圍為1.22~2.09,株高的多樣性指數(shù)最高,為2.09,其次是有效穗數(shù),為2.02,穗粒數(shù)的多樣性指數(shù)最低,為1.22,說明參試58份品種(系)的農(nóng)藝性狀上存在較大的差異,遺傳變異類型豐富,遺傳范圍廣,不孕粒數(shù)、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)等性狀的變異范圍較大,株高、有效穗數(shù)等性狀的多樣性較為豐富。

        2.2參試大麥品種(系)農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

        對58份大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果(表3)表明,有效穗數(shù)與千粒重呈極顯著正相關(guān),與穗長呈顯著正相關(guān),與穗粒數(shù)和不孕粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān);穗長與千粒重呈極顯著正相關(guān),與穗粒數(shù)、產(chǎn)量、不孕粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān);穗粒數(shù)與產(chǎn)量、 不孕粒數(shù)呈極顯著正相關(guān), 與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)。其中,穗粒數(shù)和不孕粒數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大(0.876),千粒重和穗粒數(shù)的負(fù)相關(guān)系數(shù)最大(-0.926),這與李贏等對裸大麥的研究結(jié)果[6]相一致。相關(guān)性分析結(jié)果表明,參試大麥品種(系)主要性狀間存在顯著或極顯著相關(guān)性,因此,在品種改良和選育過程中,應(yīng)綜合考慮性狀間的相互關(guān)系,以獲得理想的優(yōu)良品種[8-9]。

        2.3參試大麥品種(系)聚類分析

        對參試大麥材料的7個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析,將參試的58份大麥品種(系)劃分為4個類群(圖1)。第Ⅰ類群包含2、6、8、9、10等5份材料,第Ⅱ類群包含28、30、47、55、46等16份材料,第Ⅲ類群包含33、38、31、35、36等13份材料,第Ⅳ類群包含7、11、12、4、5等24份材料。

        根據(jù)聚類結(jié)果對不同類群的性狀進(jìn)行方差分析,結(jié)果(表4)表明,不同類群間的農(nóng)藝性狀差異較大,各性狀間存在顯著性差異。類群Ⅰ主要特征是穗粒數(shù)(61.54粒/穗)最多,有效穗數(shù)(43.20萬穗/667 m2)最少,千粒重較低,產(chǎn)量、不孕粒數(shù)較高,為多粒型品種(系);類群Ⅱ表現(xiàn)為不孕粒數(shù)(5.07粒/穗)最多,產(chǎn)量(10.84 kg/13.5 m2)最高,穗粒數(shù)、株高相對較高,有效穗數(shù)、穗長較低,為高產(chǎn)型品種(系);類群Ⅲ表現(xiàn)為有效穗數(shù)最高(69.56萬穗/667 m2),千粒重最高(42.39 g),穗粒數(shù)(23.35粒/穗)、株高(80.03 cm)、不孕粒數(shù)(1.17粒/穗)均最低,產(chǎn)量相對較低,穗長相對較高,為多穗型品種(系);類群Ⅳ表現(xiàn)為平均株高(88.63 cm)最高,穗長(6.46 cm)最長,有效穗數(shù)、 千粒重相對較高,穗粒數(shù)、產(chǎn)量、不孕粒相對較低,為高稈大穗型品種(系)。

        2.4主成分分析和綜合評價

        2.4.1參試大麥品種(系)的主成分分析

        對參試58份大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析,結(jié)果(表5)表明,前3個主成分累計貢獻(xiàn)率為86.25%,可反映絕大部分信息。第1主成分特征值為4.160,方差貢獻(xiàn)率為59.43%,穗粒數(shù)(0.472 5)和不孕粒數(shù)(0.455 9)有較高的正向載荷,千粒重(-0.460 5)有較高的負(fù)向載荷,第1主成分是穗粒數(shù)、千粒重和不孕粒數(shù)等性狀的綜合反映;第2主成分特征值為1.122,方差貢獻(xiàn)率為16.03%,株高(0.851 9)、有效穗數(shù)(-0.407 0)和穗長(0.304 7)載荷絕對值高于其他性狀,表明第2主成分主要由株高、有效穗、穗長組成。第3主成分特征值為0.755,方差貢獻(xiàn)率為10.78%,產(chǎn)量(0.636 5)和有效穗數(shù)(0.614 6)的載荷明顯高于其他性狀,說明第3主成分是產(chǎn)量和有效穗數(shù)的綜合反映。

        2.4.2基于主成分分析的綜合評價

        對58份大麥品種(系)的7個性狀數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,獲得前3個主成分得分,以各性狀貢獻(xiàn)率計算各主成分的權(quán)重系數(shù),利用前3個主成分得分值與其對應(yīng)的權(quán)重乘積之和作綜合指標(biāo),對58份材料進(jìn)行綜合評分和排序(表1)。 利用表5中各性狀載荷得到最優(yōu)方程式Y(jié)=0.599y1+0.162y2+0.109y3+0.070y4+0.041y5+0.020y6。其中,

        y1=-0.324 2x1-0.460 5x2+0.472 5x3+0.346 7x4-0.044 7x5-0.359 9x6+0.455 9x7;

        y2=-0.407 0x1-0.043 7x2+0.081 8x3-0.077 0x4+0.851 9x5+0.304 7x6-0.035 7x7;

        y3=0.614 6x1-0.016 3x2-0.103 6x3+0.636 5x4+0.418 7x5-0.168 9x6-0.048 4x7;

        y4=-0.114 3x1-0.027 6x2+0.107 3x3+0.527 4x4-0.298 6x5+0.778 5x6-0.036 0x7;

        y5=0.537 9x1+0.467 5x2+0.138 4x3-0.422 8x4+0.064 5x5+0.372 6x6+0.388 8x7;

        y6=-0.051 0x1+0.518 4x2-0.291 0x3+0.062 1x4+0.046 4x5+0.063 5x6+0.769 2x7。

        Y代表綜合評分;y1~y6代表6個主成分;x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7分別代表有效穗數(shù)、千粒重、穗粒數(shù)、產(chǎn)量、株高、穗長、不孕粒數(shù)。

        利用以上公式,可計算出參試58份大麥品種(系)主要性狀的主成分得分,即各品種(系)的綜合得分[6,10]。綜合得分越高,表明該品種綜合性狀表現(xiàn)越好[10]。58份大麥品種(系)綜合得分范圍為 -1.425 7~2.199 5,排名(表1)在前10位的分別是駐 7-245(45)、駐10-30(50)、駐11-32(48)、駐飼麥10號(8)、駐12-25(49)、駐4-520(51)、駐2013南8-15(53)、皖飼麥2號(28)、駐7-127(47)、駐3-118(56),這些材料綜合性狀表現(xiàn)較好,可作為優(yōu)良的中間過渡材料加以利用。

        3討論

        3.1參試大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性

        種質(zhì)資源是大麥育種的基礎(chǔ),研究其遺傳多樣性對大麥種質(zhì)創(chuàng)制和利用具有重要意義。農(nóng)藝性狀是作物綜合評價的主要依據(jù),分析農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性是研究種質(zhì)多樣性最常用的方法,可明確不同種質(zhì)間的親緣關(guān)系,挖掘有利遺傳基因,促進(jìn)大麥新品種選育[11-14]。李贏等對江蘇裸大麥品種農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),不同裸大麥品種的農(nóng)藝性狀差異顯著,變異范圍為9.73%~28.58%[11],本研究通過對58份大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評估,7個農(nóng)藝性狀變異范圍較大,變異系數(shù)為8.85%~76.89%,[JP+1]遠(yuǎn)高于二棱大麥種質(zhì)資源主要性狀的變異范圍(7.91%~22.04%)[13],與趙鋒等對70份大麥種質(zhì)資源主要性狀的變異系數(shù)分析結(jié)果[2]相一致。多樣性指數(shù)在一定程度上可以反映種質(zhì)資源的遺傳多樣性,多樣性指數(shù)越高,說明性狀的多樣性越豐富。本研究58份大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)變化幅度為1.22~2.09,略低于田朋佳等對140份西藏大麥種質(zhì)資源的研究結(jié)果(1.96~3.00)[15],高于李贏等對398份裸大麥的研究結(jié)果(0.66~2.02)[6],與馬艷明等對大麥遺傳多樣性的研究結(jié)果(1.37~2.04)[14]基本一致。

        3.2參試大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析和聚類分析

        相關(guān)性分析可以較好地協(xié)調(diào)各性狀間的相互關(guān)系,有利于評估次要性狀對主要性狀遺傳增益的影響,為大麥育種中多個性狀的選擇提供參考[6]。本研究對58份大麥品種(系)的7個主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析結(jié)果表明,穗粒數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),且相關(guān)系數(shù)(0.629)最大,這與蔣瑩等的研究結(jié)果[4,6]相一致。本研究結(jié)果表明,穗長與千粒重呈極顯著正相關(guān),與穗粒數(shù)、產(chǎn)量、不孕粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān);與劉海翠等對裸大麥的研究中穗長與穗粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果[5]一致;謝俊花對小麥的研究認(rèn)為產(chǎn)量構(gòu)成因素千粒重與穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)[16],本研究中千粒重和穗粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果與之基本一致。

        聚類分析是一種將研究對象分為相對同質(zhì)群組的統(tǒng)計分析方法,能為選擇有利用價值的類群提供依據(jù)[17]。卓嘎等依據(jù)農(nóng)藝性狀將西藏青稞地方品種劃分為穗粒數(shù)多、高稈大穗、千粒重高、矮稈穗粒數(shù)少等4個組[18],張新忠等依據(jù)千粒重將187份大麥品種(系)聚為高、中、低粒重3類,認(rèn)為大麥籽粒性狀具有廣泛的遺傳變異[19],董攀等利用聚類分析將小麥品種(系)分類,挖掘到矮稈、分蘗力強和優(yōu)質(zhì)小麥品種[20-21]。呂建珍等對谷子品種(系)的研究,篩選出大穗、矮稈、早熟的材料[22]。本研究將58份大麥品種(系)劃分為4個類群,類群的劃分與穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量、株高、穗長等性狀密切相關(guān),不同類群間的農(nóng)藝性狀差異較大,各類群間存在顯著性差異。類群Ⅰ的主要特征是穗粒數(shù)最多,有效穗數(shù)最少,為多粒型品種(系);類群Ⅱ表現(xiàn)為不孕粒數(shù)最多,產(chǎn)量最高,為高產(chǎn)型品種(系);類群Ⅲ表現(xiàn)為有效穗數(shù)最高,千粒重最高,穗粒數(shù)、株高、不孕粒數(shù)均最低,為多穗型品種(系);類群Ⅳ表現(xiàn)為平均株高最高,穗長最長,為高稈大穗型品種(系)。這與馬艷明等的研究結(jié)果[13]基本相同。

        3.3參試大麥品種(系)主要農(nóng)藝性狀的主成分分析和綜合評價

        主成分分析是將多個彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成新的少數(shù)幾個彼此獨立的綜合指標(biāo)[23-26]。門秀麗等對內(nèi)蒙古多棱大麥種質(zhì)資源進(jìn)行主成分分析,篩選出株高、主穗長、主穗粒數(shù)、主穗粒重對單株粒重貢獻(xiàn)率較大,因此想獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種,應(yīng)重視這些性狀的選擇[24]。本研究對58份大麥材料進(jìn)行主成分分析,前3個主成分的累計貢獻(xiàn)率為86.25%,代表了7個農(nóng)藝性狀的絕大部分信息,第1主成分貢獻(xiàn)率為59.43%,是穗粒數(shù)、千粒重和不孕粒數(shù)等性狀的綜合反映;其中,穗粒數(shù)和不孕粒數(shù)有較高的正向載荷,千粒重有較高的負(fù)向載荷,因此選擇性狀時,應(yīng)充分考慮穗粒數(shù)、千粒重和不孕粒數(shù)的綜合影響,要想獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種,應(yīng)重視這些性狀的選擇。

        種質(zhì)的綜合評價(得分)是基于主成分分析對性狀數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理,利用綜合得分值可為育種者提供直觀、便捷、量化的參考指標(biāo)[24-27],利用主成分分析,構(gòu)建大麥品種(系)多性狀的綜合評價方程,為大麥種質(zhì)的鑒評、篩選及親本利用提供依據(jù)。因此,可借助大麥品種(系)的綜合評價選育目標(biāo)親本,從而培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的大麥新品種。

        4結(jié)論

        本研究分析了58份大麥品種(系)的主要農(nóng)藝性狀特點及遺傳多樣性,結(jié)果表明58份大麥品種(系)的主要性狀間存在較為豐富的遺傳變異,7個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為8.85%~76.89%;多樣性指數(shù)變化范圍為1.22~2.09;依據(jù)7個農(nóng)藝性狀可將58份大麥品種(系)分為4個類群,不同類群間的農(nóng)藝性狀差異較大,存在顯著性差異。主成分分析結(jié)果表明,前3個主成分的信息量為總信息量的86.25%,反映了全部信息中的大部分信息。結(jié)合主成分分析,構(gòu)建大麥品種(系)的綜合評價回歸方程,鑒評篩選了特異種質(zhì)和綜合性狀較好的親本材料,得到了綜合性狀較好的前10位品種(系),可為大麥種質(zhì)收集利用和育種改良提供理論依據(jù)。

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