花生地方品種骨干種質(zhì)的遴選

閆彩霞 李春娟 鄭奕雄 韓柱強(qiáng) 陳靜 王娟 單世華

摘要：我國(guó)花生地方品種眾多，遺傳多樣性豐富，是花生育種的主要親本來(lái)源。本研究以259份初選花生骨干種質(zhì)為材料，采用“逐步UPGMA聚類(lèi)+個(gè)體優(yōu)先取樣”策略，首次構(gòu)建了包含171份種質(zhì)的中國(guó)花生地方品種骨干種質(zhì)，占全部種質(zhì)的6.24%，遺傳代表性為82.4%。利用t測(cè)驗(yàn)、F測(cè)驗(yàn)、卡方測(cè)驗(yàn)、極差、表型保留比例等對(duì)骨干種質(zhì)的代表性進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：骨干種質(zhì)的大多數(shù)性狀與全部種質(zhì)無(wú)顯著差異，植物學(xué)類(lèi)型組成和生態(tài)分布一致，且保持了全部種質(zhì)的表型分布頻率和表型相關(guān)性。本研究構(gòu)建的骨干種質(zhì)具有很好的代表性，可為花生種質(zhì)發(fā)掘和品種遺傳改良奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：花生;地方品種;骨干種質(zhì);代表性評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：S565.202.4?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A?文章編號(hào)：1001-4942（2019）12-0001-06

Abstract?Peanut landraces with rich genetic diversity in China are the main parent sources. In the study， we primarily chose 259 peanut germplasms as material， and 171 key germplasms were constructed for the first time by the strategy of stepwise UPGMA clustering approach and preferred sampling， which accounted for 6.24% of the total germplasms and the genetic representativeness was 82.4%. We further verified and evaluated the 171 germplasms by t-test， F-test， chi-squared test， range and the ration of phenotypic retention. The results showed that there were no significant differences between the key germplasms and the total germplasms in the majority of thirteen traits. Additionally， the composition of botanical type and ecological distribution of key germplasms corresponded very well with those of the total germplasms. Thus， the key germplasms had preserved the phenotypic distribution frequency and phenotypic correlation of the total germplasms. The key germplasms constructed in the study was very representative and could lay a good foundation for peanut germplasm excavation and genetic improvement.

Keywords?Peanut; Landraces; Key germplasm; Representative evaluation

花生（Arachis hypogaea L.，2n=4x=40），又名落花生、長(zhǎng)生果、地豆等，屬蝶形花科落花生屬一年生草本植物，起源于玻利維亞南部和阿根廷北部地區(qū)。我國(guó)收集保存于種質(zhì)庫(kù)中的花生資源已達(dá)7 400余份，包括地方品種4 000余份，其中用作花生育種親本的約有400個(gè)，直接或間接育成大面積推廣品種408個(gè)，極大地推動(dòng)了花生的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

核心（骨干）種質(zhì)能最大限度地代表整個(gè)資源的遺傳多樣性，水稻[1]、玉米[2]、大豆[3]等作物已經(jīng)構(gòu)建了核心種質(zhì)，小麥[4]、糜子[5]、陸地棉[6]則建立了骨干種質(zhì)，并進(jìn)行了廣泛的鑒定與評(píng)價(jià)，極大地提高了種質(zhì)資源的利用效率[7]。花生方面，國(guó)際半干旱作物研究所（ICRISAT）基于植物分類(lèi)、地理來(lái)源和表型描述構(gòu)建了包含1 704份材料的核心種質(zhì)，占全部種質(zhì)的11.9%[8];美國(guó)利用6個(gè)形態(tài)性狀數(shù)據(jù)構(gòu)建起包含831份材料的核心種質(zhì)，占全部種質(zhì)的11.2%[9];我國(guó)則根據(jù)15個(gè)性狀數(shù)據(jù)，構(gòu)建了由576份資源組成的核心種質(zhì)，占全部種質(zhì)的9.0%[10]。然而，對(duì)于一些多年多點(diǎn)數(shù)量性狀的取得和某些性狀的抗性鑒定，這樣的群體規(guī)模偏大，利用不便。因此，Upadhyaya等[11]提出了微核心種質(zhì)（mini core collection）的概念，將核心種質(zhì)進(jìn)一步壓縮，僅用1%的樣品數(shù)代表整個(gè)群體大部分的有用變異。

目前國(guó)內(nèi)水稻、小麥、大豆、花生等作物業(yè)已構(gòu)建微核心種質(zhì)，其提取規(guī)模約在2%～5%[4，12-14]。本研究以259份中國(guó)花生地方品種初選骨干種質(zhì)為材料，利用13個(gè)表型數(shù)據(jù)循環(huán)聚類(lèi)，結(jié)合優(yōu)先取樣法，構(gòu)建中國(guó)花生地方品種骨干種質(zhì)，并對(duì)其代表性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為花生種質(zhì)發(fā)掘和品種遺傳改良奠定良好基礎(chǔ)。

1?材料與方法

1.1?材料及數(shù)據(jù)整理

以259份中國(guó)花生地方品種初選骨干種質(zhì)為研究對(duì)象，涉及生育期、百果重、百仁重、出仁率、株高、株型、開(kāi)花習(xí)性、分枝型、植物學(xué)類(lèi)型共9個(gè)農(nóng)藝性狀和粗蛋白、粗脂肪、油酸、亞油酸含量共4個(gè)品質(zhì)性狀。質(zhì)量性狀根據(jù)表型進(jìn)行賦值。其中，株型：直立=1，半蔓=3，匍匐=5;開(kāi)花習(xí)性：交替=1，連續(xù)=3;分枝型：密枝=1，疏枝=3;植物學(xué)類(lèi)型：多粒型=1，珍珠豆型=2，龍生型=3，普通型=4，中間型=5。數(shù)量性狀數(shù)據(jù)采用0.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為間距進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，共分為10級(jí)：1級(jí)≤X-2δ，10級(jí)>X+2δ，中間每級(jí)間差為 0.5δ（X為性狀平均值，δ為標(biāo)準(zhǔn)差）。

1.2?取樣策略

利用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)初選骨干種質(zhì)的26個(gè)分組分別進(jìn)行各性狀的逐步UPGMA聚類(lèi)分析。遺傳距離相同或極相近的同類(lèi)材料優(yōu)先選擇具有最大或最小性狀表型值的種質(zhì)，進(jìn)入下一輪聚類(lèi);如組內(nèi)僅一份材料，則該材料直接進(jìn)入下一輪聚類(lèi)分析。計(jì)算每一輪聚類(lèi)后入選種質(zhì)的遺傳代表性估計(jì)值（genetic estimate，GE），GE（%）=1-│1-RPR│，RPR為表型保留比例（ration of phenotypic retention），公式為：RPR=∑ni=1Mi/∑ni=1Mio（式中Mio為全部種質(zhì)中某性狀的表型變異數(shù)，Mi為骨干種質(zhì)中該性狀的表型變異數(shù)，n為性狀總數(shù)），直至遺傳代表性接近70%，并適當(dāng)補(bǔ)充極值材料和特殊性狀種質(zhì)。

1.3?骨干種質(zhì)的評(píng)價(jià)

利用SPSS 22.0中的t測(cè)驗(yàn)、F測(cè)驗(yàn)、χ2測(cè)驗(yàn)等評(píng)價(jià)骨干種質(zhì)在均值、方差、表型分布頻率、變異系數(shù)、Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（香農(nóng)多樣性指數(shù)，H′）等指標(biāo)上是否很好地代表初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)的遺傳多樣性。極差分析、表型保留比例和表型相關(guān)性分析分別用于確定全部種質(zhì)和初選骨干種質(zhì)的變異范圍、變異豐度和性狀相關(guān)性是否在骨干種質(zhì)中得到了相應(yīng)保持。

2?結(jié)果與分析

2.1?骨干種質(zhì)的構(gòu)建、植物學(xué)類(lèi)型組成及生態(tài)分布

259份初選骨干種質(zhì)，經(jīng)多次UPGMA聚類(lèi)分析后共選取161份資源，初步評(píng)價(jià)后補(bǔ)充了極值材料和特殊性狀種質(zhì)10份，構(gòu)建了由171份資源組成的中國(guó)花生地方品種骨干種質(zhì)，占全部種質(zhì)的6.24%，對(duì)全部種質(zhì)的遺傳代表性達(dá)82.4%，對(duì)初選骨干種質(zhì)的遺傳代表性達(dá)99.2%（表1）。骨干種質(zhì)包含全部花生植物學(xué)類(lèi)型，其中多粒型13份（7.6%）、珍珠豆型52份（30.4%）、龍生型24份（14.0%）、普通型72份（42.1%）、中間型10份（5.9%）。卡方測(cè)驗(yàn)表明，骨干種質(zhì)很好地代表了初選骨干種質(zhì)（P=0.907）和全部種質(zhì)（P=0.450）的植物學(xué)類(lèi)型組成。此外，骨干種質(zhì)覆蓋了全部7個(gè)花生生態(tài)區(qū)，其中黃河流域55份（32.2%）、長(zhǎng)江流域44份（25.7%）、東南沿海44份（25.7%）、云貴高原10份（5.9%）、黃土高原4份（2.3%）、東北12份（7.0%）和西北2份（1.2%），代表了初選骨干種質(zhì)（P=0.941）和全部種質(zhì)（P=0.592）的生態(tài)分布。

2.2?平均值、方差和極差比較

平均值t測(cè)驗(yàn)表明，骨干種質(zhì)的生育期與初選骨干種質(zhì)存在顯著差異粗蛋白含量與全部種質(zhì)存在極顯著差異，粗脂肪含量與初選骨干種質(zhì)存在顯著差異，其余性狀在三個(gè)群體中無(wú)明顯差異，且骨干種質(zhì)中植物學(xué)類(lèi)型、株型、分枝型、生育期、百果重、百仁重、粗脂肪含量等性狀的平均值都大于初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)（表2）。F測(cè)驗(yàn)表明，除骨干種質(zhì)的粗蛋白含量與全部種質(zhì)差異顯著外，其余性狀的方差均為齊性，無(wú)顯著差異（表2）。極差分析表明，除百仁重和粗蛋白含量外，骨干種質(zhì)保留了全部種質(zhì)其余性狀81%～100%的變異（表2）。從上述結(jié)果可見(jiàn)，骨干種質(zhì)遺傳冗余度小、變異率高，對(duì)初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)均有很好的代表性。

2.3?變異系數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)的比較

由表3可以看出，骨干種質(zhì)、初選骨干種質(zhì)、全部種質(zhì)13個(gè)性狀的香農(nóng)多樣性指數(shù)（H′）和變異系數(shù)非常相似：骨干種質(zhì)的香農(nóng)多樣性指數(shù)平均值為1.681，變異系數(shù)為29.970%;初選骨干種質(zhì)這兩個(gè)指標(biāo)的值分別為1.671和30.120%;全部種質(zhì)則為1.631和29.540%?？梢钥闯?，骨干種質(zhì)和初選骨干種質(zhì)這兩個(gè)指標(biāo)的值略高于全部種質(zhì)。成對(duì)雙樣本t測(cè)驗(yàn)表明，骨干種質(zhì)H′與初選骨干種質(zhì)、全部種質(zhì)的差異均不顯著（P=0.621，P=0.064），變異系數(shù)也無(wú)顯著差異（P=0.712，P=0.514），說(shuō)明骨干種質(zhì)的樣本足夠大，且有效去除了總資源中的冗余，保留了全部種質(zhì)的遺傳多樣性。

2.4?分布頻率和表型保留比例的比較

由表4可以看出，全部種質(zhì)、初選骨干種質(zhì)13個(gè)性狀的102個(gè)表型分級(jí)均保留在骨干種質(zhì)中。對(duì)13個(gè)性狀的分布頻率進(jìn)行卡方測(cè)驗(yàn)，差異均不顯著，表明三個(gè)樣本的性狀分布是一致的，骨干種質(zhì)可代表全部種質(zhì)的變異。植物學(xué)類(lèi)型、百仁重和粗脂肪含量的表型保留比例較大，是補(bǔ)充了一些特殊種質(zhì)和極值材料所致;其余10個(gè)性狀的表型保留比例均稍高于全部種質(zhì)，表明骨干種質(zhì)保留了全部種質(zhì)豐富的變異，且豐度更高。

2.5?表型相關(guān)性分析

骨干種質(zhì)除應(yīng)具有較小的遺傳冗余外，還應(yīng)保留原群體固有的性狀間的遺傳關(guān)聯(lián)。對(duì)13個(gè)性狀的表型相關(guān)性進(jìn)行分析，38對(duì)性狀在全部種質(zhì)中呈極顯著正相關(guān)，其中有35對(duì)與初選骨干種質(zhì)中的相關(guān)性是一致的，32對(duì)與骨干種質(zhì)中的相關(guān)性一致（表5），即骨干種質(zhì)對(duì)初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)極顯著關(guān)聯(lián)性狀的保持率分別為91.4%和84.2%。因此，骨干種質(zhì)很好地保持了全部種質(zhì)的表型相關(guān)性。不同性狀間的極顯著相關(guān)性意味著在育種實(shí)踐中，可以不直接篩選難測(cè)量的性狀，而優(yōu)先篩選與其極顯著相關(guān)的易測(cè)量性狀，從而較快地實(shí)現(xiàn)育種目的。

3?討論

3.1?骨干種質(zhì)的構(gòu)建策略

對(duì)于大部分遺傳資源非常豐富的農(nóng)作物而言，只有建立盡可能小的骨干群體，才能實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化，但需保留原始群體至少70%的遺傳變異[15]?！把h(huán)系統(tǒng)聚類(lèi)+優(yōu)先取樣法”是構(gòu)建核心（骨干）種質(zhì)的常用策略，該方法已用于葡萄[16]、甘蔗[17]、水稻[18]、大豆[19]和小麥[20]的核心種質(zhì)構(gòu)建。為使構(gòu)建的骨干種質(zhì)能以最小的樣本量最大限度地代表原始群體的遺傳多樣性，就要不斷地評(píng)估篩選種質(zhì)的遺傳代表性。本研究在每一輪聚類(lèi)后，都要計(jì)算入選種質(zhì)的遺傳代表性估計(jì)值，使其不低于70%，再適當(dāng)補(bǔ)充極值材料和特殊性狀種質(zhì)，最終構(gòu)建起代表全部種質(zhì)82.4%遺傳變異、代表初選骨干種質(zhì)99.2%遺傳變異的中國(guó)花生地方品種骨干種質(zhì)。

3.2?骨干種質(zhì)的評(píng)價(jià)與確認(rèn)

骨干種質(zhì)的評(píng)價(jià)就是檢驗(yàn)其代表性和有效性。李自超等[21]認(rèn)為香農(nóng)多樣性指數(shù)、表型方差、表型分布頻率、變異系數(shù)、表型保留比率等是衡量骨干種質(zhì)代表性的重要參數(shù)。本研究通過(guò)t測(cè)驗(yàn)、F測(cè)驗(yàn)、卡方測(cè)驗(yàn)對(duì)骨干種質(zhì)與初選骨干種質(zhì)、全部種質(zhì)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示：大多數(shù)性狀的均值、方差、極差、變異系數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、分布頻率等無(wú)顯著差異;三者在植物學(xué)組成、生態(tài)分布上也有很好的一致性;同時(shí)，骨干種質(zhì)具有更高的表型保留比例，表明與初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)相比，骨干種質(zhì)的豐度更高。此外，性狀間的相關(guān)是作物的一個(gè)內(nèi)在特性，是控制性狀的基因存在某種關(guān)聯(lián)的外在表現(xiàn)，抽樣不應(yīng)改變性狀間的相關(guān)性，因此可通過(guò)比較骨干種質(zhì)與全部種質(zhì)性狀間的相關(guān)系數(shù)來(lái)確認(rèn)其代表性[22]。本研究構(gòu)建的骨干種質(zhì)對(duì)初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)極顯著關(guān)聯(lián)性狀的保持率分別為91.4%和84.2%，表明骨干種質(zhì)很好地代表了初選骨干種質(zhì)和全部種質(zhì)各性狀間固有的遺傳相關(guān)。

4?結(jié)論

利用“循環(huán)系統(tǒng)聚類(lèi)+優(yōu)先取樣法”策略，構(gòu)建了171份中國(guó)花生地方品種骨干種質(zhì)，占全部種質(zhì)的6.24%，遺傳代表性達(dá)82.4%。骨干種質(zhì)大多數(shù)性狀的均值、方差、極差、變異系數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、表型保留比例等與全部種質(zhì)無(wú)顯著差異，植物學(xué)類(lèi)型組成和生態(tài)分布一致，且保持了全部種質(zhì)的表型分布頻率和表型相關(guān)性。本研究建立的骨干種質(zhì)具有很好的代表性。

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