黃淮麥區(qū)263份小麥種質(zhì)材料的聚類分析

張 婷，逯臘虎，袁 凱，楊 斌，張 偉，史曉芳

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 小麥研究所，山西 臨汾 041000)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)人民的主要口糧，每年我國(guó)小麥的生產(chǎn)總量和消費(fèi)總量分別占世界總量的17%和16%[1]，而黃淮麥區(qū)是我國(guó)小麥最大的主產(chǎn)區(qū)，其小麥面積和總產(chǎn)分別占全國(guó)小麥的55%和64%[2]，對(duì)我國(guó)小麥的生產(chǎn)發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)前，我國(guó)小麥育種技術(shù)仍然以品種間常規(guī)雜交育種為主[1,3-5]，小麥種質(zhì)資源豐富的遺傳多樣性對(duì)小麥育種工作的創(chuàng)新和突破尤為關(guān)鍵，因此，深入了解小麥黃淮麥區(qū)小麥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的遺傳差異和特征特性有利于高效選配親本組合、創(chuàng)制優(yōu)異新品種、提高育種水平。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)小麥種質(zhì)資源性狀鑒定評(píng)價(jià)及遺傳多樣性研究的報(bào)道較多[6,7]，張廣旭[8]等對(duì)46份澳大利亞小麥種質(zhì)的8個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了聚類分析，發(fā)現(xiàn)在歐氏距離6.50處供試材料被分為6大類群，可為進(jìn)一步配置雜交組合提供選擇基礎(chǔ)；孫允超[9]等以9個(gè)主要農(nóng)藝性狀為指標(biāo)對(duì)2015年引入的51份美國(guó)小麥種質(zhì)進(jìn)行了聚類分析，發(fā)現(xiàn)第1類群10份種質(zhì)的千粒重、有效穗數(shù)、產(chǎn)量是4個(gè)類群中最高的，可作為重點(diǎn)親本利用，其余種質(zhì)可依據(jù)類群特征作為改良某一性狀的中間材料利用；張彬[10]等以6個(gè)農(nóng)藝性狀為指標(biāo)，對(duì)南陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥育種研究室近年來選育的18個(gè)高代品系進(jìn)行了聚類分析，發(fā)現(xiàn)被聚為4個(gè)類群，并依據(jù)各類群的特點(diǎn)提出了不同的改良目標(biāo)。

這些研究表明，對(duì)重要農(nóng)藝性狀的考察和分析是研究小麥種質(zhì)遺傳多樣性最簡(jiǎn)單有效的方法[11]。近年來，有關(guān)綜合分析我國(guó)黃淮麥區(qū)小麥種質(zhì)資源產(chǎn)量性狀的研究鮮見報(bào)道，筆者研究擬通過株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重5個(gè)主要農(nóng)藝性狀對(duì)來自黃淮麥區(qū)的263份小麥種質(zhì)進(jìn)行聚類分析，了解不同種質(zhì)間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近，明確品種個(gè)體間遺傳差異，為雜交親本選配提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

263份優(yōu)良小麥品種(系)來自黃淮麥區(qū)，其中包括河北省120份，河南省38份，山東省72份，山西省33份，詳見表1。

表1 試驗(yàn)材料名稱及來源

續(xù)表1 試驗(yàn)材料名稱及來源

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，雙行區(qū)種植，行長(zhǎng)2 m，行距20 cm，株距5 cm。田間管理措施同大田。小麥成熟后取樣進(jìn)行室內(nèi)考種，每份材料選取代表性植株5株，調(diào)查株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重5個(gè)農(nóng)藝性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel和DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析；利用Popgene 軟件采用類平均法構(gòu)建個(gè)體的聚類樹狀圖進(jìn)行聚類分析。由于各指標(biāo)性狀具有不同的量綱，因此在聚類分析前需要對(duì)數(shù)值型性狀的值進(jìn)行無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化處理，即對(duì)5個(gè)農(nóng)藝性狀做10級(jí)分類處理：1級(jí)

2 結(jié)果與分析

2.1 聚類結(jié)果

以5個(gè)農(nóng)藝性狀為指標(biāo)，利用Popgene軟件采用類平均法對(duì)263份材料進(jìn)行聚類分析，構(gòu)建樹狀聚類圖(圖1)。從圖中可以看出，材料被聚為6個(gè)類群。

圖1 黃淮麥區(qū)263份小麥材料的聚類

2.2 各類群的分布與特點(diǎn)

根據(jù)聚類結(jié)果對(duì)各類群材料分布情況進(jìn)行歸納整理(表2)，利用DPS軟件計(jì)各類群5個(gè)農(nóng)藝性狀的基本參數(shù)，并對(duì)6類群進(jìn)行方差分析(表3)，總結(jié)各類群農(nóng)藝性狀表現(xiàn)的主要特征和變異特點(diǎn)，結(jié)果如下：

表2 263份小麥種質(zhì)在6個(gè)類群的分布

注：表中百分比表示本省內(nèi)占比。

表3 各類群農(nóng)藝性狀的主要特征和變異情況

注：不同字母“a, b, c,d”表示材料間達(dá)到顯著水平(P=0.05)。

第1類群：包含21份材料，占供試材料的7.98%。從表2可以看出，河南的材料在該類群分布最多，其余依次是山東、河北、山西。其主要特征是平均株高最低(64.63 cm)，顯著低于其它類群；穗粒數(shù)較多(50.67粒)，顯著高于第4類群，與其它類群無顯著差異；穗長(zhǎng)、小穗數(shù)和千粒重3個(gè)性狀類群間無顯著差異。其中，株高的變異系數(shù)在6個(gè)類群中最大(10.84%)，千粒重的變異系數(shù)最小(0.62%)。

第2類群：有35份材料，占供試材料的13.31%，從表2可以看出，山西材料在這一類群的占比最高，其次是山東、河北、河南。其主要特征是平均株高最高(72.73 cm)，顯著高于其它類群；穗粒數(shù)較多(48.89粒)，顯著高于第4類群，與其它類群無顯著差異；其它性狀與其它類群無顯著差異。

第3類群：有35份材料，占供試材料的13.31%。從表2可以看出，來自山東的小麥種質(zhì)在本群占比最高。該類群小麥株高較高(71.10 cm)，與株高最高的第2類群無顯著差異；穗粒數(shù)(47.92粒)與其它類群之間無顯著差異；其它性狀類群間無顯著差異。其中，株高、穗粒數(shù)的變異系數(shù)在6個(gè)類群中最小，分別為5.79%、7.35%。

第4類群：包含50份材料，占供試材料的19.01%。從表2可以看出，來自河南、河北兩省的小麥種質(zhì)較多地被聚在了這一類該類群。該類群小麥株高偏矮，與第6類群無顯著差異，顯著低于第2，3類群；穗粒數(shù)與第3、5、6類群無顯著差異，均顯著低于第1、2類群；其它性狀類群間無顯著差異。其中，穗粒數(shù)的變異系數(shù)在6個(gè)類群中最大(9.53%)。

第5類群：包含36份材料，占供試材料的13.69%。從表2可以看出，該類群中來自河南的小麥種質(zhì)材料最少，其余三省材料所占比例相當(dāng)。其小麥種質(zhì)平均株高較矮，與株高最矮的第1類群無顯著性差異；穗粒數(shù)與第3、4、6類群無顯著差異，均顯著低于第1、2類群；其它性狀類群間無顯著差異。

第6類群：包含86份材料，占供試材料的32.70%，占比最高。從表2可以看出，這一類群聚集的河南小麥種質(zhì)最多，山西的最少，但四個(gè)省所占的材料比例與前幾類群相比均較高。該類群小麥平均株高偏矮，與第4類群株高無顯著差異，顯著高于第1、5類群；穗粒數(shù)與第1、2、3、5類群無顯著差異，顯著高于第4類群；其它性狀類群間無顯著差異。

綜上所述，6個(gè)類群只在株高和穗粒數(shù)兩個(gè)性狀上差異顯著，在其它性狀上類群間差異不顯著；各類群株高、穗粒數(shù)和千粒重性狀的變異系數(shù)也有其特點(diǎn)，可根據(jù)特定育種目標(biāo)篩選出符合目標(biāo)性狀的親本。

3 討論

種質(zhì)資源的遺傳多樣性是品種選育的基礎(chǔ)[12]，利用好優(yōu)異的種質(zhì)資源配置組合可以大幅縮短育種周期，提高育種效率。筆者研究聚類分析結(jié)果表明，6個(gè)類群只在株高和穗粒數(shù)兩個(gè)性狀上差異顯著，在其它性狀上類群間差異不顯著，可見黃淮麥區(qū)供試材料個(gè)體間遺傳多樣性不高。分析發(fā)現(xiàn):①同一類群內(nèi)均分布有4個(gè)省份的小麥種質(zhì)，并且同一類群內(nèi)來自同一省份的材料并沒有很集中地聚集在一起。這說明小麥種質(zhì)資源在地理來源上的差異并不絕對(duì)代表其在遺傳上的差異。王秀芹[13]等認(rèn)為不同的地理來源對(duì)小麥種質(zhì)的遺傳差異有一定程度的影響，但兩者之間并不存在必然的聯(lián)系，與本研究結(jié)果一致。而任欣欣[14]、李鮮花[15]等學(xué)者認(rèn)為各品種間的親緣關(guān)系與其地理來源有很大的相關(guān)性，研究結(jié)果不太一致的原因可能是不同省份的育種工作者在親本選擇時(shí)選擇了相同相近的在生產(chǎn)上大面積推廣的品種作為骨干育種親本，因而導(dǎo)致各省份間種質(zhì)資源的遺傳差異變小，親緣關(guān)系變近；②同一省份的材料被分別聚在不同的類群。這表明各省份內(nèi)供試材料的遺傳變異比較豐富，這可能是由不同育種工作者在親本選擇上的主觀差異造成的。因此，可以認(rèn)為地理來源上的差異并不代表其在遺傳上的差異。

綜上所述，黃淮麥區(qū)小麥種質(zhì)資源個(gè)體間遺傳多樣性不高。劉志勇、傅曉藝[1,16-18]等學(xué)者在研究中也發(fā)現(xiàn)我國(guó)及黃淮麥區(qū)培育的新品種(系)間遺傳相似度不斷增加、原創(chuàng)型突破性的小麥種質(zhì)越來越少，究其原因是育種工作者越來越多地在部分大面積高產(chǎn)品種間進(jìn)行雜交組合選配。因而在今后的育種實(shí)踐中，要不斷地征集新資源、拓展種質(zhì)基因庫(kù)，加強(qiáng)新品種(系)的遺傳多樣性研究，為小麥育種工作提供理論支撐。