東北三省35份大豆資源表型鑒定與聚類分析*

高淑芹，侯云龍，邱紅梅，孫星邈，王躍強(qiáng)

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所/大豆國家工程研究中心，長春 130033）

東北三省35份大豆資源表型鑒定與聚類分析*

高淑芹，侯云龍，邱紅梅，孫星邈，王躍強(qiáng)**

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所/大豆國家工程研究中心，長春 130033）

對(duì)35份東北三省大豆資源的單株粒數(shù)、單株莢數(shù)等12個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，通過遺傳多樣性、主成分和聚類分析，進(jìn)行了表型鑒定及基因型分類。結(jié)果表明，35份大豆資源表型變異較豐富，遺傳多樣性程度較高。根據(jù)主成分分析，篩選到4個(gè)主成分，進(jìn)一步鑒定到10份優(yōu)異種質(zhì)。通過聚類分析將供試種質(zhì)分為4類。

大豆資源；遺傳多樣性；聚類分析

大豆（Glycine max（L.）Merr.）在世界上廣泛種植，由于其高度自交結(jié)實(shí)，遺傳基礎(chǔ)較狹窄。我國雖種質(zhì)資源豐富，但生產(chǎn)中主推的品種都可追溯到少數(shù)幾個(gè)祖先種。蓋鈞鎰等對(duì)564個(gè)育成的品種進(jìn)行了系譜研究，歸納出衍生品種最多的37個(gè)祖先親本[1]。之后，又分析了651個(gè)育成品種的系譜，發(fā)現(xiàn)這些品種可追溯到38個(gè)祖先種[2]。孫志強(qiáng)等分析了東北地區(qū)近200個(gè)品種的血緣組分，發(fā)現(xiàn)滿倉金等10個(gè)種質(zhì)對(duì)東北大豆遺傳貢獻(xiàn)率為57.7%，僅黃寶珠和金元1號(hào)就貢獻(xiàn)了東北大豆育成品種28.7%的遺傳物質(zhì)[3-4]。

遺傳貢獻(xiàn)力高的祖先親本具備優(yōu)良的綜合性狀之外，還具有高配合力[5]。育種實(shí)踐證明，祖先親本的鑒定與利用能夠有效地提高育種效率。因此對(duì)祖先親本深入的研究、鑒定種質(zhì)資源產(chǎn)量相關(guān)性狀，對(duì)大豆育種具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為35份東北三省大豆資源，包括11份東北地區(qū)核心祖先親本：滿倉金、東農(nóng)33、一窩蜂、鐵莢子、鐵莢四粒黃、金元1號(hào)、荊山樸、金元、黃寶珠、十勝長葉、琿春豆[3,6]，來源于吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源平臺(tái)（見表1）。

表1 供試材料保存編號(hào)及品種名稱

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2013年在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院公主嶺試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地肥力中等，土地平整。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組種植，4行區(qū)，行長4m，行距0.6m，株距0.1m，3次重復(fù)，常規(guī)管理。

采用Excel 2010軟件分析處理各個(gè)性狀的多樣性指數(shù)，參照胡建斌等的方法[7]。各性狀的遺傳多樣性采用Shannon's信息指數(shù)（H'）進(jìn)行評(píng)價(jià)，H'=-ΣPilnPi，Pi表示第i種變異出現(xiàn)的頻率，用所有相應(yīng)的各個(gè)性狀H'的平均值表示一組或所有種質(zhì)的遺傳多樣性程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀的表型鑒定及多樣性分析

35份東北大豆資源的株高、有效分枝、單株有效節(jié)數(shù)、主莖有效節(jié)數(shù)等存在較豐富的遺傳變異（見表2）。其中，11個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)大于10%，僅生育期的變異系數(shù)小于10%。變異系數(shù)最大的性狀為有效分枝，變異系數(shù)為66.00%，遺傳多樣性指數(shù)為1.75，平均值為1.67個(gè)，變幅為0.27～5.27個(gè)。11份祖先親本有效分枝平均值為1.68個(gè)，變幅為0.38～4.07個(gè)。其次為株高，變異系數(shù)為23.00%，遺傳多樣性指數(shù)為1.98，平均值為93.00cm，變幅為54.00～127.00cm。11份祖先親本株高平均值為98.09cm，變幅為54.00～125.00cm。有效分枝與株高的變異系數(shù)較大，表明研究的東北35份大豆資源的有效分枝與株高的離散程度較高，特異株型種質(zhì)較多。11份祖先親本與總樣本的有效分枝和株高的變幅相若，表明祖先親本控制株型的基因型豐富。

表2 農(nóng)藝性狀的統(tǒng)計(jì)分析及多樣性指數(shù)

變異系數(shù)最小的性狀是生育期，變異系數(shù)僅為9.00%，平均值為127.8d，變幅為104～157d。生育期的極差為53d，極差較大但變異系數(shù)最小，表明35份資源的生育期較多分布在均值127.8d左右，離散程度較低。11份祖先親本生育期平均值為129.64d，變幅為115～138d，祖先親本多為中熟、中晚熟材料。11份祖先親本的單株有效節(jié)數(shù)、主莖有效節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)顯著高于總樣本及其余24份種質(zhì)。表明祖先親本控制產(chǎn)量相關(guān)因子的基因具有優(yōu)異等位組合。因此在選擇親本時(shí)可優(yōu)先考慮這4個(gè)性狀值高的資源。

2.2 農(nóng)藝性狀的主成分分析

對(duì)東北35份大豆種質(zhì)12個(gè)農(nóng)藝性狀的平均值進(jìn)行了主成分分析，得到4個(gè)特征值較大的主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.72%（見表3）。第一主成分的單株粒數(shù)分量最大，故為粒數(shù)因子。株高、有效分枝、生育期、百粒重4個(gè)分量為負(fù)值，其余各分量均為正值。表明供試種質(zhì)單株粒數(shù)多者，并非晚熟、多分枝、大粒類型材料；但其主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)多，收獲指數(shù)高。因此，第一主成分值大的資源產(chǎn)量較高。第二主成分的有效分枝分量最大，故為分枝因子。負(fù)值分量依次為株高、主莖有效節(jié)數(shù)、有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)、生育期。表明供試種質(zhì)分枝多者，熟期偏早，植株較矮，主莖有效節(jié)數(shù)、有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)較少。單株粒數(shù)分量很小，對(duì)主成分影響較小。故第二主成分值小的資源產(chǎn)量高。第三主成分的株高分量最大，故為株高因子。負(fù)值分量且絕對(duì)值較小者為有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)、單株粒重、百粒重，對(duì)主成分的影響較小。收獲指數(shù)分量為負(fù)值且絕對(duì)值較大，表明植株高者，收獲指數(shù)小，故株高中等材料較豐產(chǎn)。第四主成分的有效節(jié)莢數(shù)分量值最大，故為莢數(shù)因子。正值分量為有效分枝、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、生育期，其余分量為負(fù)值，表明莢、粒數(shù)多者，熟期稍晚、株高偏矮且多分枝。從主成分結(jié)果可知，綜合性狀好，產(chǎn)量較高資源的特點(diǎn)是：熟期稍早、中大粒、株高中等、有效分枝適中、多莢、多粒，即第一、三、四主成分值越大越好，第二主成分值越小越好。按此原則篩選出10份優(yōu)異種質(zhì)，包括有黑農(nóng)23、克交70-481、吉林19、九農(nóng)13、吉林15、一窩蜂、吉林13、九農(nóng)9號(hào)、九農(nóng)10、琿春豆。其中一窩蜂和琿春豆為祖先親本。

表3 主成分分析結(jié)果

2.3 聚類分析

利用挖掘到的4個(gè)主成分，采用歐氏距離（Euclidean distant）最小距離法進(jìn)行聚類分析，得到聚類分析圖（見圖1）。在遺傳距離4.23處，將35份東北大豆資源分為4個(gè)主要類群。類群1包含3份種質(zhì)，黑河3號(hào)、克交70-481、吉林19。此類群種質(zhì)株高偏矮，分枝較少。類群2包含9份種質(zhì)，東農(nóng)55-6075、秋八、集體3號(hào)、黃寶珠、大金黃、東農(nóng)33、黃大豆、早豐2號(hào)、十勝長葉。此類群種質(zhì)植株較矮，分枝較多。其中黃寶珠、東農(nóng)33、十勝長葉為祖先親本。類群3包含3份種質(zhì)，黑農(nóng)23、荊山樸、滿倉金。此類群種質(zhì)株高偏高，分枝較少。其中荊山樸是由滿倉金系選來的，二者均為祖先親本[3]。類群4包含17份種質(zhì)，又可分成兩個(gè)亞類。亞類I包含6份種質(zhì)均為祖先親本、亞類II包含11份種質(zhì)。此類群資源的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)較多，收獲指數(shù)較高。鐵豐18、小金黃1號(hào)由于生育期太晚，獨(dú)自分布。遺傳距離是度量品種遺傳差異，選配親本的重要參數(shù)。應(yīng)用聚類分析，可更有效的選配雜交組合。

圖1 東北大豆資源的聚類樹

3 討論

東北三省是我國大豆種植面積最大的，重要的大豆生產(chǎn)基地，分析和探討這一地區(qū)祖先親本與部分資源的表型和遺傳距離對(duì)于制定未來的育種策略具有重要意義。研究表明35份東北大豆資源生育期、株高、主莖有效節(jié)數(shù)等與產(chǎn)量相關(guān)的數(shù)量性狀變異豐富，遺傳多樣性指數(shù)較高，遺傳基礎(chǔ)較廣。其中單株有效節(jié)數(shù)、主莖有效節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)4個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因子尤為重要。4者皆優(yōu)種質(zhì)衍生的后代豐產(chǎn)性較好，如金元截止到2005年已經(jīng)衍生577個(gè)大豆新品種，核遺傳貢獻(xiàn)值高達(dá)65.65%；鐵莢四粒黃已衍生281個(gè)大豆新品種，核遺傳貢獻(xiàn)值達(dá)29.63%[6]。

從主成分分析看，研究供試種質(zhì)的產(chǎn)量及株型構(gòu)成因子的貢獻(xiàn)率較大，表明利用這些種質(zhì)更容易使后代材料的產(chǎn)量提高及株型改變[8]。我國擁有豐富的大豆種質(zhì)資源，在育種程序中，可參考祖先親本主成分信息選配親本，提高育種效率。從聚類結(jié)果看，同類群種質(zhì)具有相類似的農(nóng)藝性狀，表明控制考核性狀的遺傳物質(zhì)較相近，遺傳距離較小，親緣關(guān)系近。因此，在親本選配時(shí)，可根據(jù)育種目標(biāo)選擇類群間性狀互補(bǔ)的材料，這與李文霞等和趙銀月等的研究結(jié)果一致[9-10]。大豆資源在產(chǎn)量相關(guān)性狀鑒定的基礎(chǔ)上，應(yīng)用主成分及聚類分析，將更有效地為大豆育種提供親本材料，加快育種進(jìn)程。

［1］蓋鈞鎰,崔章林.中國大豆育成品種的親本分析[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1994,17(3):19-23.

［2］蓋鈞鎰,趙團(tuán)結(jié),崔章林,等.中國大豆育成品種中不同地理來源種質(zhì)的遺傳貢獻(xiàn)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1998(5):35-43.

［3］孫志強(qiáng),田佩占,王繼安.東北地區(qū)大豆品種血緣組成分析[J].大豆科學(xué),1990,9(2):112-120.

［4］楊棋.大豆遺傳基礎(chǔ)拓寬問題[J].大豆科學(xué),1993,12(1):75-80.

［5］莊巧生.中國小麥品種改良及系譜分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003.

［6］熊冬金,趙團(tuán)結(jié),蓋鈞鎰.1923～2005年中國大豆育成品種的核心祖先親本分析[J].大豆科學(xué),2007(5):641-647.

［7］胡建斌,馬雙武,簡在海,等.中國甜瓜種質(zhì)資源形態(tài)性狀遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào),2013,14(4):612-619.

［8］李向華,常汝鎮(zhèn).中國春大豆品種聚類分析及主成分分析[J].作物學(xué)報(bào),1998(3):325-332.

［9］李文霞,李柏云,薛紅,等.黑龍江省不同生態(tài)區(qū)大豆品種育種性狀的主成分分析[J].大豆科學(xué),2013,32(6):731-734.

［10］趙銀月,耿智德,保麗萍,等.云南省大豆地方品種資源的主成分分析及聚類分析[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,33(S1):120-122.

Phenotype Identification and Cluster Analysis on Collections of Soybean in Northeast of China

Gao Shuqin,Hou Yunlong,Qiu Hongmei,Sun Xingmiao,Wang Yueqiang
（Soybean Research Institute,Jilin Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Soybean,Changchun 130033,Jilin,China）

12 agronomic traits was measured in 35 collections of soybean in 3 provinces of the northeast of China.Phenotypes and genotypes were identified and classified by genetic diversity,principle components and cluster analysis.The results showed that there were rich genetic variation and diversity for 12 agronomic traits in 35 soybean collections.According to the principle components analysis,4 principle components were screened.10 elite germplasms were identified by 4 principle components.35 germplasms were divided into 4 genetic groups by clustering analysis.

Soybean resources;Genetic diversity;Cluster analysis

S324

B

1674-3547(2014)05-0006-06

2014-09-14

高淑芹，助理研究員，主要從事大豆種質(zhì)資源研究，E-mail:qhm2001-2005@163.com

國家自然科學(xué)基金（31401404）；轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)（2014ZX0800929B）；吉林省自然基金（20140101142JC）

**通訊作者：王躍強(qiáng)，研究員，主要從事大豆種質(zhì)資源研究，E-mail:825164949@qq.com