雜種小麥品質(zhì)性狀的性狀相關(guān)和主成分分析

李桂萍，張根生，巴青松，張改生2，?

（1.淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，資源植物生物學(xué)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽淮北235000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西省作物雜種優(yōu)勢(shì)研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

雜種小麥品質(zhì)性狀的性狀相關(guān)和主成分分析

李桂萍1，張根生1，巴青松1，張改生2，?

（1.淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，資源植物生物學(xué)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽淮北235000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西省作物雜種優(yōu)勢(shì)研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

為了探究化殺雜交小麥品質(zhì)性狀在不同世代的表現(xiàn)，以4個(gè)品質(zhì)不同小麥品種組配的4個(gè)雜交組合為材料，對(duì)雜種F1代（雜交當(dāng)代種子）和F2代（F1代植株上的自交種子）及其親本的籽粒品質(zhì)性狀和面團(tuán)品質(zhì)性狀進(jìn)行了雜種優(yōu)勢(shì)、親子相關(guān)、性狀相關(guān)和主成分分析。結(jié)果表明：（1）雜種小麥F1代品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F2代雜種優(yōu)勢(shì)，雜種小麥F2代存在較強(qiáng)的面團(tuán)品質(zhì)雜種優(yōu)勢(shì)；（2）在小麥品質(zhì)改良過(guò)程中，以籽粒硬度和蛋白質(zhì)含量作為選擇指標(biāo)，有利于篩選出高面筋含量、高沉淀值以及蛋白質(zhì)品質(zhì)和磨粉品質(zhì)優(yōu)良的基因型；（3）在雜種早代選擇籽粒蛋白質(zhì)含量時(shí)不能忽視低親的影響，要提高雜種F2代的沉淀值，關(guān)鍵是提高高親和中親的水平；（4）通過(guò)主成分分析可以將F2代8個(gè)品質(zhì)性狀綜合成2個(gè)主成分因子。

小麥；品質(zhì)性狀；雜種優(yōu)勢(shì)；親子相關(guān)；相關(guān)分析；主成分分析

雜種優(yōu)勢(shì)是生物界的一種普遍現(xiàn)象，利用雜種優(yōu)勢(shì)是作物育種發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于水稻、玉米、油菜等作物雜交種顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，雜交小麥育種是今后小麥產(chǎn)量大幅度提高的首選途徑［1-4］。小麥殺雄劑的使用、光溫敏不育材料的研究，尤其是K型等新型小麥雄性不育系制種技術(shù)的完善，使雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)日趨成熟［5］。近年來(lái)，關(guān)于雜種小麥品質(zhì)性狀的研究日益增多，但主要針對(duì)雜種F2代品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)和配合力分析［6-9］，而研究品質(zhì)性狀在雜種F1代（雜交當(dāng)代種子）和F2代（F1植株上的自交種子F2）的雜種優(yōu)勢(shì)和性狀相關(guān)等報(bào)道較少。主成分分析是用Jacobi法進(jìn)行相似變換，把一些錯(cuò)綜復(fù)雜的因子歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)綜合因子，從而使問(wèn)題簡(jiǎn)化、重點(diǎn)突出的一種多元統(tǒng)計(jì)方法［10］。小麥品質(zhì)是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合性狀，是許多構(gòu)成因素相互結(jié)合、相互作用的結(jié)果。通常情況下，評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)的指標(biāo)比較多，如果全部測(cè)定，不僅費(fèi)時(shí)，也很昂貴。通過(guò)主成分分析，可掌握各品質(zhì)性狀對(duì)綜合性狀的貢獻(xiàn)大小，進(jìn)一步篩選出重點(diǎn)指標(biāo)，在育種過(guò)程中可以有針對(duì)性地進(jìn)行選擇［11］。本試驗(yàn)以4個(gè)雜交組合的雜種F1代和F2代及其親本為材料，對(duì)其品質(zhì)性狀進(jìn)行了雜種優(yōu)勢(shì)、性狀相關(guān)、親子相關(guān)和主成分分析，以期為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雜種小麥的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選用4個(gè)小麥品種，即小偃6號(hào)、89150、綿陽(yáng)19和小偃107（其中小偃6號(hào)和89150為強(qiáng)筋小麥品種，綿陽(yáng)19和小偃107為弱筋小麥品種）組配雜交組合。

1.2 田間試驗(yàn)方法

2002年5月，按強(qiáng)筋×強(qiáng)筋、強(qiáng)筋×弱筋、弱筋×強(qiáng)筋、弱筋×弱筋方式組配雜交組合。同年10月將雜交F1代及其親本以隨機(jī)區(qū)組種植，重復(fù)3次。2003年5月重新配置上年的雜交組合，同年6月收獲F1代、F2代及其親本的籽粒，經(jīng)過(guò)考種、脫粒，將籽粒放置一個(gè)月后測(cè)定品質(zhì)性狀。田間試驗(yàn)從2002年開(kāi)始在西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站試驗(yàn)地進(jìn)行。

1.3 品質(zhì)性狀測(cè)定方法

采用近紅外谷物品質(zhì)分析儀（NIR，Perten8620）測(cè)定籽粒硬度和蛋白質(zhì)含量；參照GB5519—88標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定千粒重；采用AACC手洗法測(cè)定干、濕面筋含量；采用常規(guī)Zeleny法測(cè)定沉淀值；采用德國(guó)Brabender粉質(zhì)儀（827504型）測(cè)定吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間等粉質(zhì)參數(shù)。

雜種優(yōu)勢(shì)采用公式計(jì)算：雜種優(yōu)勢(shì) =（F1-MP）/MP×100，其中MP=（P1+P2）/2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各性狀相關(guān)分析和主成分分析用SAS軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試材料品質(zhì)性狀表現(xiàn)

從表1可以看出，親本小偃6號(hào)（V2）和89150（V3）的大部分品質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于綿陽(yáng)19（V1）和小偃107（V4）。雜交組合V2×V1和V1×V2屬于一組正反交，其中親本V2的大部分品質(zhì)性狀優(yōu)于親本V1，以V2為母本的組合（V2×V1）F1代、F2代各品質(zhì)性狀大多優(yōu)于V1做母本的組合（V1×V2）。這表明沉淀值、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量的遺傳有可能存在細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)。對(duì)于籽粒硬度這個(gè)性狀，在F1代、F2代的表現(xiàn)有偏向于高值親本的，也有偏向于低值親本的，表現(xiàn)趨勢(shì)不一致。

2.2 品質(zhì)性狀雜種優(yōu)勢(shì)分析

將雜種F1代和F2代品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)列于表2、表3，可以看出，雜種F1代籽粒品質(zhì)性狀雜種優(yōu)勢(shì)大小為：干面筋含量＞濕面筋含量＞蛋白質(zhì)含量＞沉淀值＞籽粒硬度；雜種F2代籽粒品質(zhì)和粉質(zhì)參數(shù)雜種優(yōu)勢(shì)大小為：穩(wěn)定時(shí)間＞評(píng)價(jià)值＞形成時(shí)間＞籽粒硬度＞吸水率＞蛋白質(zhì)含量＞沉淀值＞干面筋含量＞濕面筋含量。由表2和表3可以看出，雜種F1代各品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F2代雜種優(yōu)勢(shì)。

2.3 雜種F1代、F2代籽粒品質(zhì)性狀與親本的相關(guān)分析

由表4可以看出：F1代蛋白質(zhì)含量與中親值、低親值和高親值均呈正相關(guān)，但不顯著，其與低親值和中親值的相關(guān)系數(shù)相對(duì)較大，分別為0.841和0.780，而與高親值的相關(guān)系數(shù)較小，為0.645。沉淀值與中親值、低親值和高親值均呈正相關(guān)但不顯著，但與低親值和中親值的相關(guān)系數(shù)相對(duì)較大，其基本表現(xiàn)趨勢(shì)與濕面筋含量相同。

由表4還可以看出，F(xiàn)2代蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量與低親值呈顯著正相關(guān)，而與中親值和高親值呈正相關(guān)但不顯著。F2代的沉淀值、干面筋含量和籽粒硬度均與中親值和高親值呈顯著正相關(guān)，與低親值呈正相關(guān)但不顯著。說(shuō)明要改善烘烤品質(zhì)，應(yīng)該選用高沉淀值的親本進(jìn)行雜交。在F2代對(duì)F1代的性狀相關(guān)中，只有籽粒硬度達(dá)到顯著水平（r=0.953），其他4個(gè)性狀的相關(guān)系數(shù)均未達(dá)到顯著水平。

表1 雜交組合F1代、F2代及親本品質(zhì)性狀測(cè)定結(jié)果Table 1 Value of quality character of 4 crossing combinations and their parents

表2 雜種F1籽粒品質(zhì)性狀雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)Table 2 Heterosis performance of seed quality characters in hybrids F1

表3 雜種F2籽粒品質(zhì)和粉質(zhì)參數(shù)雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)Table 3 Heterosis performance of seed quality and farinograph parameters in hybrids F2

2.4 雜種F2代品質(zhì)性狀相關(guān)分析

由表5可以看出，蛋白質(zhì)含量與籽粒硬度、形成時(shí)間呈顯著正相關(guān)，與穩(wěn)定時(shí)間呈極顯著正相關(guān)；籽粒硬度與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，與濕面筋含量呈極顯著正相關(guān)，與吸水率和評(píng)價(jià)值呈正相關(guān)，未達(dá)到顯著水平；沉淀值與濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)，雖不顯著但相關(guān)系數(shù)接近顯著水平，與籽粒硬度、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間呈正相關(guān)但不顯著；濕面筋含量與穩(wěn)定時(shí)間、形成時(shí)間呈極顯著和不顯著負(fù)相關(guān)。

表4 雜種F1代、F2代籽粒品質(zhì)性狀與親本的相關(guān)性Table 4 Parent-offspring correlation of quality characters of F1and F2

表5 雜種F2代品質(zhì)性狀間的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of quality characters of F2

2.5 F2代品質(zhì)性狀的主成分分析

由表6可以看出，前2個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)94.07%，可以用這2個(gè)主成分較好地代替上述8個(gè)品質(zhì)性狀來(lái)評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)。決定第一主成分的主要是沉淀值和蛋白質(zhì)含量等性狀，第一主成分反映原始數(shù)據(jù)信息量的66.16%，這兩個(gè)性狀主要是反映蛋白質(zhì)的含量和質(zhì)量，因此，可以把第一主成分稱(chēng)為蛋白質(zhì)因子。決定第二主成分大小的主要是形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，其貢獻(xiàn)率為27.91%，主要反映的是面團(tuán)的品質(zhì)，因此，可以稱(chēng)為面團(tuán)因子（表7）。

表6 F2代品質(zhì)性狀的主成分分析Table 6 Principal component analysis of quality traits of F2generation

表7 各品質(zhì)性狀的貢獻(xiàn)率Table 7 Contribution of 8 quality traits

3 討論

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)化殺雜交后代F1代和F2代品質(zhì)性狀進(jìn)行優(yōu)勢(shì)分析，發(fā)現(xiàn)F1代品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)很強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于F2代雜種優(yōu)勢(shì)。分析其原因是籽粒品質(zhì)性狀和普通植株性狀在遺傳上的差異，籽粒性狀是由胚和胚乳決定的，而胚和胚乳要比植株性狀早一個(gè)世代。由于雙親是穩(wěn)定的品種，雜交后的F1代是高度一致的雜合基因型，所以雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，而F2代籽粒已發(fā)生分離，是一個(gè)混合群體，所以雜種優(yōu)勢(shì)有所下降。但由于F2代與F1代有緊密聯(lián)系，而F2代混收的種子又是一個(gè)混合均勻的群體，所以F2代品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢(shì)仍然能在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。

小麥的許多品質(zhì)性狀都存在或主要存在于3N的胚乳之中，第n代植株上產(chǎn)生的種子已是第n+1代，在遺傳上可能同時(shí)受少數(shù)主效基因和大量微效修飾基因的控制［12］。何麗香［13］對(duì)小麥主要性狀母體效應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)，水分含量、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值和吸水率等5個(gè)品質(zhì)性狀的母體效應(yīng)方差比率均達(dá)顯著或極顯著水平。在本研究中，2個(gè)品質(zhì)表現(xiàn)不同的親本配置的正反交后代品質(zhì)性狀表現(xiàn)不同，以?xún)?yōu)質(zhì)品種為母本的組合表現(xiàn)優(yōu)于以?xún)?yōu)質(zhì)品種為父本的反交組合。這表明優(yōu)質(zhì)母本對(duì)品質(zhì)性狀有正向影響，在配置雜交組合時(shí)，應(yīng)以?xún)?yōu)質(zhì)親本做母本。而對(duì)于籽粒硬度這個(gè)性狀，在F1代、F2代的表現(xiàn)有偏向于高值親本的，也有偏向于低值親本的，表現(xiàn)趨勢(shì)不一致。已有研究表明，普通小麥籽粒硬度主要由位于5D染色體短臂上的主效基因Pina和Pinb控制，軟質(zhì)對(duì)硬質(zhì)為顯性［14］。本研究使用的4個(gè)雜交親本的籽粒硬度值為50～67，沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的硬度級(jí)差。另外除遺傳因素外，籽粒硬度還會(huì)受環(huán)境的調(diào)節(jié)［15］。所以本研究中出現(xiàn)的籽粒硬度這個(gè)性狀在雜交后代表現(xiàn)趨勢(shì)不一致的原因還有待進(jìn)一步的研究。

從親子相關(guān)系數(shù)可以看到，F(xiàn)2代的籽粒蛋白質(zhì)含量與低親值和中親值關(guān)系最密切，說(shuō)明這個(gè)性狀的低親水平在一定程度上決定了它們?cè)贔2代群體的表現(xiàn)水平，但中親也有很大影響，因此在早代選擇這個(gè)性狀時(shí)不能忽視低親的影響；沉淀值與高親值和中親值都呈顯著正相關(guān)，這與王岳光等［16］的研究結(jié)果一致。表明F2代籽粒沉降值與高親關(guān)系很密切，要提高F2代的沉淀值，必須注重親本的選擇。本研究通過(guò)對(duì)雜種F2代品質(zhì)性狀間相關(guān)分析可以得出，在小麥品質(zhì)改良過(guò)程中，以籽粒硬度和蛋白質(zhì)含量作為選擇指標(biāo)，有利于篩選出高面筋含量、高沉淀值以及蛋白質(zhì)品質(zhì)和磨粉品質(zhì)優(yōu)良的基因型。加之籽粒硬度和蛋白質(zhì)含量的測(cè)定可以用NIR，用量少且快捷，尤其在雜種早代種子量較少時(shí)很實(shí)用。同時(shí)通過(guò)提高沉淀值和蛋白質(zhì)含量可以改良面團(tuán)品質(zhì)。這與安浩軍等［17］的研究結(jié)果基本一致，但與筆者之前選用其他材料所做的研究結(jié)果有一些不同［18］。說(shuō)明對(duì)于不同的遺傳材料以及在不同環(huán)境條件下，各性狀的表現(xiàn)并不完全一致，故對(duì)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)作具體分析。在本研究分析的8個(gè)品質(zhì)性狀中，沉淀值、蛋白質(zhì)含量、形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間4個(gè)性狀對(duì)小麥綜合品質(zhì)的貢獻(xiàn)值最大，具有代表性。所以在品質(zhì)改良過(guò)程中，可以重點(diǎn)針對(duì)上述4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行選擇，尤其是沉淀值和蛋白質(zhì)含量的測(cè)定相對(duì)方便，種子用量少，可作為首選性狀。

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二是鼓勵(lì)金融創(chuàng)新，充分發(fā)揮金融市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理的優(yōu)勢(shì)，提高金融對(duì)技術(shù)進(jìn)步的支持。鼓勵(lì)期貨、互換、期權(quán)等多樣化風(fēng)險(xiǎn)管理工具的穩(wěn)健發(fā)展，健全定價(jià)機(jī)制，既有利于企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理和市場(chǎng)系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)分散，也有利于幫助高風(fēng)險(xiǎn)創(chuàng)新項(xiàng)目的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

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（責(zé)任編輯 張 韻）

Correlation analysis and principal component analysis on quality traits in hybrid wheat

LIGui-ping1，ZHANG Gen-sheng1，BA Qing-song1，ZHANG Gai-sheng2，?
（1.School of Life Science，Huaibei Normal University，Huaibei235000，China；2.Key Laboratory of Crop Heteros is of Shaanxi Province，College of Agronomy，Northwest A&F University，Yangling 712100，China）

In order to explore the performance of quality traits of wheat hybrid in different generations，the heterosis，the characteristics correlation，parent-offspring correlation and principal component analysis of seed quality and dough rheological characteristics of four wheat cultivars and their four hybrids F1，F(xiàn)2were analyzed.The results showed that（1）Heterosis of seed quality characters in F1generation hybrid was far greater than that of F2generation.There was higher heterosis of dough quality in F2generation hybrid seeds.（2）In the process of wheat quality improvement，grain hardness and protein content as an index for selection，is helpful to select superior genotypes of high gluten content，sedimentation value，protein quality and milling quality.（3）When the hybrid grain protein content was selected in the early-generation，low-parent value shouldn't be neglected.And the key to improving Zeleny sedimentation value of hybrid F2was to improve the value of high parent and mid-parent.（4）Through principal component analysis，eight traits of F2generation were consolidated into two principal components.

wheat；quality character；heterosis；parent-offspring correlation；quality correlation；principal component analysis

S512.1

A

1004-1524（2016）09-1447-07

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.09.01

2015-12-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30170576）；陜西省“十五”雜種小麥攻關(guān)項(xiàng)目

李桂萍（1977—），女，新疆米泉人，博士，副教授，從事作物遺傳育種研究。E-mail：liguipingxxq@163.com

?通信作者，張改生，E-mail：zhanggsh@public.xa.sn.cn

浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28（9）：1447-1453 http://www.zjnyxb.cn李桂萍，張根生，巴青松，等.雜種小麥品質(zhì)性狀的性狀相關(guān)和主成分分析［J］.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，28（9）：1447 -1453.