257份菊芋種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性

趙孟良 王麗慧 任延靖 孫雪梅 侯志強(qiáng) 楊世鵬 李 莉 鐘啟文,*

257份菊芋種質(zhì)資源表型性狀的遺傳多樣性

趙孟良1,2王麗慧1任延靖1孫雪梅1侯志強(qiáng)2楊世鵬1李 莉1鐘啟文1,2,*

1青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院 / 青海省蔬菜遺傳與生理重點實驗室, 青海西寧 810016;2青海大學(xué)三江源生態(tài)和高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室, 青海西寧 810016

為有效利用我國菊芋種質(zhì)資源的遺傳多樣性, 分析了257份菊芋種質(zhì)資源, 表明12個數(shù)量性狀的變異系數(shù)(CV)在6%~50%之間, 平均為24.75%, 單株塊莖重的變異系數(shù)最大(50%), 生育期的變異系數(shù)最小(6%), 多樣性指數(shù)()分布在1.24~1.53之間, 平均為1.44, 單株塊莖數(shù)的多樣性指數(shù)最高(1.53), 葉寬的多樣性指數(shù)最低(1.24); 8個質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)在0.85~1.08之間, 平均為0.98, 以塊莖習(xí)性最大, 塊莖整齊度最小, 大部分性狀表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性; 257份菊芋資源的隸屬函數(shù)均值介于0.12~0.58之間, 其中JA1095材料最高(0.58), 其花數(shù)和單株塊莖重具有明顯優(yōu)勢。菊芋資源12個數(shù)量性狀的相關(guān)性分析表明, 莖粗、葉長、花和花盤大小可作為今后選育高產(chǎn)菊芋品種的指導(dǎo)目標(biāo)性狀; 主成分分析結(jié)果表明, 7個主成分因子的累計貢獻(xiàn)率達(dá)66.794%, 其中花數(shù)量、單株塊莖數(shù)量、塊莖毛根量、塊莖表皮光滑程度4個性狀是構(gòu)成菊芋種植表型差異的主要因素; 以20個性狀為基礎(chǔ)的聚類分析將257份種質(zhì)材料分為5類, 其中, 第I類和第II類占總資源量的85%。本研究結(jié)果為菊芋種質(zhì)資源的利用及品種選育等提供了重要參考。

菊芋; 種質(zhì)資源; 表型性狀; 遺傳多樣性

菊芋(L.)屬菊科向日葵屬多年生草本植物(2= 102), 起源于北美, 18世紀(jì)末傳入我國, 之后被人們當(dāng)作蔬菜栽培食用[1]。菊芋作為一種多功能的新型作物, 在全球種植范圍極廣, 種質(zhì)資源較為豐富, 目前全世界30多個研究機(jī)構(gòu)保存了超過2000份的菊芋種質(zhì)資源, 分別被保存在亞洲的中國、日本、泰國, 歐洲的法國、丹麥、瑞典、捷克、德國、俄羅斯, 美洲的美國、加拿大等地[2-6]。

種質(zhì)資源是作物遺傳改良和相關(guān)基礎(chǔ)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)[7]。擁有作物種質(zhì)資源的數(shù)量和質(zhì)量, 以及種質(zhì)資源研究和創(chuàng)新的深度和廣度, 直接影響種質(zhì)資源利用效率和現(xiàn)代種業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8]。種質(zhì)資源鑒定是種質(zhì)資源研究的主要工作之一, 通過資源的鑒定能夠評價出特異或者優(yōu)良的種質(zhì), 以供育種生產(chǎn)及科研利用[9]。菊芋種質(zhì)資源是菊芋遺傳改良及育種的重要基因來源。對于菊芋種質(zhì)資源遺傳多樣性的準(zhǔn)確、合理評價關(guān)系新品種選育、種質(zhì)創(chuàng)新與利用的成敗[10-11]。針對菊芋種質(zhì)資源的研究已有較多的報道, 主要集中在資源的分子標(biāo)記[12-15]、品質(zhì)多樣性[16-18]、農(nóng)藝性狀[19-20]、抗逆性[21-22]等方面。

目前對我國菊芋種質(zhì)資源的表型遺傳多樣性鑒定多限于有限資源和少數(shù)性狀, 缺乏系統(tǒng)性。本研究在對青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院菊芋種質(zhì)資源庫收集保存的種質(zhì)資源初步鑒定和篩選的基礎(chǔ)上, 初選表型核心材料257份, 利用20個表型性狀進(jìn)行遺傳多樣性的鑒定評價, 對充分發(fā)掘和利用現(xiàn)有的菊芋種質(zhì)資源、構(gòu)建菊芋核心種質(zhì)等具有十分重要的意義, 也為后續(xù)菊芋資源的深入研究和品種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

由青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院菊芋研發(fā)中心提供257份菊芋材料, 包括來自中國的186份、丹麥的16份、法國的27份、加拿大的1份、泰國的27份, 具體材料信息見表4。

1.2 試驗地情況

青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所實驗基地, 地理坐標(biāo)為101°45′E、36°42′N, 海拔2320 m, 該地區(qū)屬湟水流域灌溉區(qū), 土壤為栗鈣土, pH 8.12, 含有機(jī)質(zhì)20.28 g kg-1、全氮1.17 g kg-1、全磷2.18 g kg-1、全鉀22.5 g kg-1、速效氮69 mg kg-1、速效磷65 mg kg-1、速效鉀229.0 mg kg-1。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計, 小區(qū)面積為24 m2。每個小區(qū)種植50株, 5個資源類型, 每個資源類型10株, 3次小區(qū)重復(fù)。從每小區(qū)每份資源各選3株, 即每種資源選9株采集數(shù)據(jù)。種植前大水漫灌, 待土壤達(dá)到適宜墑情時進(jìn)行機(jī)械深耕, 植株生長依靠自然降水。分別于2017、2018年4月播種, 8月中旬采集地上部分?jǐn)?shù)據(jù), 10月收獲地下部分塊莖果實, 采集數(shù)據(jù)。

1.3.2 性狀調(diào)查 參照《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南: 菊芋》的方法[23]觀測開花期每份材料的12個數(shù)量性狀(生育期、株高、莖粗、分枝數(shù)、葉長、葉寬、花大小、花盤大小、平均單株塊莖數(shù)、平均單株塊莖重、平均干物率、平均單果重)和8個質(zhì)量性狀(花多少、塊莖習(xí)性、塊莖毛根多少、大小整齊度、形狀整齊度、塊莖形狀、塊莖皮光滑率、塊莖皮色)。用游標(biāo)卡尺和卷尺測定數(shù)量性狀, 并對相關(guān)質(zhì)量性狀賦值(表1)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

隸屬函數(shù)(X) = (X-min)/(maxmin) (1)

式中,X為指標(biāo)測定值;max、min為所有參試材料某一指標(biāo)的最大值和最小值[26]。

2 結(jié)果與分析

2.1 菊芋資源數(shù)量性狀多樣性分析

在257份供試的菊芋資源中, 各數(shù)量性狀差異明顯。12個數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)分布在1.24~ 1.53之間, 平均多樣性指數(shù)值為1.44。其中單株塊莖重的多樣性指數(shù)最高(1.53), 其次是單果重、花大小、干物質(zhì)率、莖粗、花盤大小、葉長、分枝數(shù)、株高、生育期、單株塊莖數(shù)、葉寬, 多樣性指數(shù)值均大于1。

表1 菊芋種質(zhì)資源8個質(zhì)量性狀分級和賦值

12個數(shù)量性狀存在不同程度的變異, 變異系數(shù)在6%~50%之間, 平均為24.75%, 其中單株塊莖重、單株塊莖數(shù)和單果重具有較大的離散程度, 單株塊莖重的變異系數(shù)最大(50%), 其他性狀的變異系數(shù)較小、變異程度較低, 變異程度最小的性狀為生育期, 為6%。綜合各數(shù)量性狀的變異系數(shù)、極差和多樣性指數(shù), 數(shù)量性狀中單株塊莖重和單果重呈現(xiàn)出明顯的遺傳差異(表2)。

2.2 菊芋資源質(zhì)量性狀多樣性分析

8個質(zhì)量性狀中花數(shù)量多的占總資源的34.24%, 塊莖習(xí)性中較集中的占總資源的37.35%, 塊莖毛根量最少的占總資源的21.40%, 塊莖大小整齊的占總資源的40.86%, 塊莖形狀整齊的占總資源量的50.97%, 塊莖形狀中棒狀形狀的占62.26%, 有63.04%的資源塊莖表皮是光滑的, 62.26%的塊莖表皮顏色為白或者黃色。質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)反應(yīng)了性狀在不同級別上的分布情況, 8個質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)在0.85~1.08之間, 平均為0.98, 以塊莖習(xí)性最大, 塊莖形狀最小, 大部分性狀表現(xiàn)了豐富的遺傳多樣性(表3)。

表2 菊芋資源不同類群性狀的平均值與變異系數(shù)

表3 菊芋資源質(zhì)量性狀的分布與多樣性

2.3 菊芋資源隸屬函數(shù)分析

257份菊芋資源的隸屬函數(shù)均值介于0.12~0.58之間, 大于等于0.55的材料序號分別為JA3021、JA1087、JA2034、JA1095, 其中JA1095材料最高(0.58), 分析其原因發(fā)現(xiàn)該材料在表型性狀上極具有優(yōu)勢, 尤其在花的大小、花多少和單株塊莖重3個性狀上。隸屬函數(shù)均值介于0.40~0.55之間的材料有193份, 占總資源量的75.1%; 介于0.3~0.4之間的材料有52份, 占總資源量的20.2%; 介于0.2~0.3之間的材料有5份, 資源名稱分別為JA1144、JA2061、JA2066、JA2053、JA2013, 其中1份來自中國, 3份來自泰國, 1份來自丹麥; 介于0.1~0.2之間的材料有3份, 分別為JA2010、JA2011、JA2012, 其表型性狀不具優(yōu)勢, 均來自丹麥(表4)。

表4 257份菊芋12個數(shù)量性狀的隸屬函數(shù)均值

(續(xù)表4)

(續(xù)表4)

(續(xù)表4)

2.4 菊芋資源數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

菊芋地上部及塊莖是菊芋加工利用的主要部位, 對菊芋育種來說, 選育生育期短、單株塊莖數(shù)多、單果重及花多且大的資源具有重要意義。從表6可以看出, 生育期與株高、莖粗、葉長、花大小、單株塊莖重、平均單果重存在極顯著正相關(guān), 與干物質(zhì)率存在極顯著負(fù)相關(guān); 單株塊莖數(shù)與單株塊莖重呈極顯著正相關(guān), 與單果重呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān); 單株塊莖重與干物質(zhì)率呈極顯著負(fù)相關(guān), 與單果重呈極顯著正相關(guān); 花大小與花盤大小、單株塊莖重呈極顯著正相關(guān), 與干物質(zhì)率呈極顯著負(fù)相關(guān)。其中葉長與葉寬的相關(guān)系數(shù)最大(0.735), 其次株高和葉寬的相關(guān)系數(shù)為0.661; 另外株高與花大小, 莖粗與分枝數(shù)和干物質(zhì)率, 分枝數(shù)與花盤大小, 葉寬與花盤大小之間均存在極顯著負(fù)相關(guān), 其中干物質(zhì)率與單果重之間的負(fù)相關(guān)系數(shù)最大為–0.58, 其次為干物質(zhì)率與單株塊莖重為–0.55 (表5)。在今后實際生產(chǎn)中可以用花大小衡量單株塊莖的重量, 用生育期長短及花盤大小衡量干物質(zhì)率的高低, 用莖粗和葉長衡量單果重量, 從直觀的農(nóng)藝學(xué)性狀就可以預(yù)判菊芋地下部產(chǎn)量和品質(zhì)。

2.5 主成分分析

以特征值大于1.0為標(biāo)準(zhǔn)提取主成分顯示, 在20個主成分中, 前7個累計貢獻(xiàn)率達(dá)66.794% (表6), 說明前7個主成分基本可以代表原始變量的大部分信息。主成分中各變量的系數(shù)是該性狀作用大小的一個主要指標(biāo)。第1主成分的特征值為3.763, 方差貢獻(xiàn)率最大, 占主導(dǎo)地位, 為18.816%, 作用最大的性狀包括單株塊莖重(0.183)、莖粗(0.178)、葉長(0.172)、平均單果重(0.168); 第1主成分主要反映的是2個塊莖性狀指標(biāo)和2個植株性狀指標(biāo)。第2主成分特征值為2.664, 貢獻(xiàn)率為13.318%, 作用最大的性狀分別為塊莖干物質(zhì)率(0.238)、塊莖皮色和葉寬(0.225)、株高(0.192)、塊莖整齊度(-0.207)、單果重(-0.182)、葉長(0.164); 第2主成分主要反映的是4個塊莖性狀指標(biāo)和3個植株性狀指標(biāo)。第3主成分特征值為1.976, 貢獻(xiàn)率為9.878%, 主要性狀分別為分枝數(shù)(-0.308)、塊莖大小整齊度(0.287)、塊莖形狀整齊度(0.278)。第3主成分反映的是2個塊莖性狀指標(biāo)和1個植株性狀指標(biāo)。第4主成分特征值為1.600, 貢獻(xiàn)率為7.998%, 主要性狀為單株塊莖數(shù)(0.384)、塊莖毛根量(0.340)、塊莖性狀(0.290)、塊莖習(xí)性(0.259)。第4主成分主要反映的是地下部塊莖性狀。第5主成分特征值為1.234, 貢獻(xiàn)率為6.170, 主要性狀為塊莖毛根量(-0.458)、單株塊莖數(shù)(0.421)、生育期(-0.268); 第5主成分主要反映了2個塊莖指標(biāo)和1個物候期指標(biāo)。第6主成分特征值為1.122, 貢獻(xiàn)率為5.612%, 主要性狀為塊莖表皮光滑度(0.621)、花數(shù)量(0.355)、塊莖性狀整齊度(-0.267); 第6主成分主要反映的是2個塊莖性狀和1個花性狀。第7主成分特征值為1.000, 貢獻(xiàn)率為5.001%, 主要性狀為花數(shù)量(0.606)、花大小(0.345); 第7主成分主要反映的是2個花的性狀。

表6 菊芋種植表型性狀的主成分分析表

2.6 聚類分析

依據(jù)20個表型性狀數(shù)據(jù), 采用K-means對257份菊芋種質(zhì)進(jìn)行聚類分析, 可以看出在相似系數(shù)為12處, 257份材料可被分為5類(附圖1)。

第I類包括100份資源, 其中丹麥資源5份、加拿大資源1份、法國資源15份、泰國資源6份、中國資源73份。該類資源的生育期分布在114~163 d之間, 其中生育期低于130 d的僅有JA1094, 為114 d; 株高分布在187~315 cm之間, 其中大于250 cm的有33份; 莖粗分布在18~38 cm之間, 其中大于30 cm的有22份; 花大小分布在5~11 cm之間, 其中大于10 cm的有10份; 花盤大小分布在7~18 cm之間, 其中大于10 cm的有87份, 占該類資源總數(shù)的87%; 單株塊莖數(shù)分布在16~99個之間, 其中超過80的有5份; 單株塊莖重分布在1.0~6.5 kg, 其中超過5.0 kg的有10份; 數(shù)量性狀中以分枝數(shù)的變異系數(shù)最大(40%), 其次單株塊莖數(shù)為39%, 變異系數(shù)最小的是生育期, 為5%, 其次是葉長和葉寬, 均為9%。平均隸屬函數(shù)為0.47。

第II類, 包括140份資源, 其中丹麥資源7份、法國資源9份、泰國資源19份、中國資源105份。生育期分布在120~166 d之間, 生育期低于130 d的有5份; 株高分布在148~324 cm之間, 其中低于180 cm的有12份, 高于250 cm的有31份, 高于300 cm的只有一份, 即323.1 cm (JA1157); 莖粗分布在14~34 cm之間, 其中大于30 cm的有13份; 分株數(shù)分布在1~7.7個之間, 其中大于5的有16份; 花大小分布在4.6~11.0 cm之間, 其中大于10 cm的有14份; 花盤大小分布在7.2~21.0 cm之間, 其中大于10 cm的有121份, 占該類總資源量的86.4%; 單株塊莖數(shù)分布在9~116個, 其中超過80的有28份; 單株塊莖重分布在0.18~6.00 kg之間, 其中超過5.0 kg的有11份; 平均單果重分布在15.7~124.0 g之間, 其中超過100 g的有11份。該分類中變異系數(shù)最大的是平均單株塊莖數(shù), 為46%, 其次是分枝數(shù)為42%, 變異系數(shù)最小的是生育期, 為6%, 其次葉長為11%。平均隸屬函數(shù)為0.42。

第III類, 包括JA1021和JA1146兩份來自中國的資源。主要特點為花很多, 塊莖大小整齊, 塊莖性狀為紡錘形, 塊莖表皮較光滑, 平均單株塊莖數(shù)超過100個, 平均隸屬函數(shù)為0.48。

第IV類, 包括2份中國資源、4份丹麥資源、1份法國資源、1份泰國資源。平均隸屬函數(shù)為0.24, 平均生育期為130 d, 平均株高為128 cm, 塊莖皮色為白或黃色, 花較小, 花數(shù)量中等, 塊莖大小整齊。

第V類, 包括4份中國資源、2份法國資源、1份泰國資源。平均隸屬函數(shù)為0.51, 該類群的主要特征是生育期在150 d左右, 株高在220 cm左右, 平均花盤大于10 cm, 塊莖大小整齊, 塊莖性狀為瘤形, 干物質(zhì)率為20%左右。

3 討論

對菊芋種質(zhì)資源的形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行調(diào)查和分析, 既是對種質(zhì)資源研究的首要工作, 也是菊芋育種的基礎(chǔ)工作, 同時也是一種簡便有效的方法。本研究從初選出的257份菊芋種質(zhì)資源入手, 從表型性狀的角度系統(tǒng)分析, 為有效利用現(xiàn)有菊芋資源提供了理論依據(jù)。變異系數(shù)和多樣性指數(shù)都是反映遺傳多樣性的指標(biāo)。多樣性指數(shù)不僅能夠反映變異范圍的大小, 而且還能反映出基因型頻率的分布, 在形態(tài)多樣性的研究中, 多樣性指數(shù)越高, 表明形態(tài)性狀的多樣性越豐富, Shannon-Weiner多樣性指數(shù)被廣泛應(yīng)用于表型性狀中質(zhì)量性狀的多樣性評價[27]。本研究分別利用變異系數(shù)和多樣性指數(shù)對以往鮮有的大規(guī)模菊芋資源進(jìn)行遺傳多樣性分析, 通過表型變異簡便經(jīng)濟(jì)地對菊芋的遺傳多樣性做出了評價。

3.1 菊芋種質(zhì)資源性狀的差異分析

形態(tài)標(biāo)記是指生物特定的、肉眼可見或儀器測量的能夠明確顯示遺傳多樣性的外部特征[28]。從表型性狀對植物的遺傳多樣性進(jìn)行研究是最直接、簡易的方法[29]。本文分析了257份菊芋資源的12個數(shù)量性狀和8個質(zhì)量性狀, 數(shù)量性狀分別描述了菊芋的生育期、植株地上部農(nóng)藝性狀和地下部農(nóng)藝性狀。其中變異系數(shù)大于40%的性狀有4個, 依次為單株塊莖重(50%)、單株塊莖數(shù)(47%)、平均單果重(46%)和分枝數(shù)(41%), 單株塊莖重最小值為0.18 kg, 最大值為6.872 kg, 多樣性指數(shù)1.53, 表現(xiàn)出了極其豐富的多樣性; 變異系數(shù)最小的性狀為生育期(6%), 多樣性指數(shù)為1.35, 表現(xiàn)出不明顯的多樣性。質(zhì)量性狀主要描述了花以及塊莖的性狀, 其中塊莖習(xí)性的多樣性指數(shù)最高, 為1.08, 而塊莖形狀多樣性指數(shù)最低。

3.2 國內(nèi)外種質(zhì)資源的遺傳多樣性

遺傳多樣性是指種內(nèi)不同的個體間或一個群體內(nèi)不同個體間遺傳變異的總和[30], 是生物多樣性的基本組成部分, 是植物抵抗不良?xì)夂蚝头烙鶜缧院οx的安全因素[31]。

本研究對來自5個國家的257份菊芋資源統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn), 各國資源之間差異較大, 其中菊芋生育期小于135 d的資源有23份, 僅有7份來自中國, 其他的分別來自丹麥、泰國和法國等國家, 所以在無霜期短的區(qū)域種植時可以選擇引進(jìn)這些國家的資源。最短葉長為11.30 cm, 小于19.03 cm的資源有15份, 其中僅2份來自中國, 其他主要來自丹麥和泰國; 同葉長相似, 最短葉寬為6.20 cm, 其中小于11.70 cm的材料有13份, 僅1份來自中國, 其他主要來自丹麥和泰國, 說明丹麥和泰國資源在葉長、葉寬性狀上不具有明顯的優(yōu)勢, 而且這些材料的分枝均小于3個, 說明這些材料的地上部生物量較小, 適合合理的密植。在花大小性狀上, 來自國外的資源均表現(xiàn)為花較小, 且在花大小表型上變異不大。在其他性狀上, 國內(nèi)外的資源均差異較大。評價國內(nèi)外的菊芋種質(zhì)資源, 不僅有利于在性狀改良上選擇合適的資源, 同時可以豐富我國的菊芋資源并及時調(diào)整育種策略。

3.3 主成分分析、隸屬函數(shù)分析及聚類分析

主成分分析法可以通過降維的方式將作物各性狀間復(fù)雜的關(guān)系轉(zhuǎn)化為較少的幾個主成分, 從而去除冗余信息, 簡化評價和篩選資源時的程序, 又可反應(yīng)大部分性狀信息, 具有科學(xué)性。本研究將20個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析, 得出前7個主成分累計貢獻(xiàn)率達(dá)66.794%, 說明前7個主成分基本可以代表原始變量的大部分信息。由于材料的復(fù)雜多樣性, 其他成分方差貢獻(xiàn)率小, 且成分多無法起到去除冗余信息的效果, 因此, 選取前7個主成分進(jìn)行分析比較。本研究隸屬函數(shù)分析對257份菊芋資源進(jìn)行綜合評分, 結(jié)果表示評分低的幾種資源在表型性狀上不具有優(yōu)勢, 聚類分析結(jié)果中歸于一類的材料來自不同地區(qū), 而來自同一地區(qū)的材料并未被歸于一類, 說明材料之間的遺傳差異性與地區(qū)之間并沒有相關(guān)性, 推測聚類分析結(jié)果是由于植物學(xué)性狀表型受內(nèi)部遺傳與外界環(huán)境的共同調(diào)節(jié)作用。

本研究發(fā)現(xiàn)菊芋資源類型豐富, 變異較大, 對豐富我國菊芋種質(zhì)資源庫的多樣性和菊芋品種選育具有重要價值。今后應(yīng)依據(jù)菊芋的育種目標(biāo), 及主成分的指標(biāo)排序, 具體分析與全面評價每份親本材料綜合指標(biāo), 盡快育出理想的菊芋新品種。本研究僅針對菊芋種質(zhì)資源的形態(tài)學(xué)性狀進(jìn)行了分析評價,今后還有待從分子生物學(xué)角度深入研究, 以期更加客觀地評價菊芋種質(zhì)資源, 為菊芋核心群體構(gòu)建和品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

莖粗、葉長、花和花盤大小可作為今后選育高產(chǎn)菊芋品種的指導(dǎo)目標(biāo)性狀; 花數(shù)量、單株塊莖數(shù)量、塊莖毛根量、塊莖表皮光滑程度4個性狀是構(gòu)成菊芋種植表型差異的主要因素。

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Genetic diversity of phenotypic traits in 257 Jerusalem artichoke accessions

ZHAO Meng-Liang1,2, WANG Li-Hui1, REN Yan-Jing1, SUN Xue-Mei1, HOU Zhi-Qiang2, YANG Shi-Peng1, LI Li1, and ZHONG Qi-Wen1,2,*

1Academy of Agriculture and Forestry, Qinghai University / Key Laboratory of vegetable Genetics and Physiology, Xining 810016, Qinghai, China;2State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture, Qinghai University, Xining 810016, Qinghai, China

In order to fully understand and effectively utilize the genetic diversity of Jerusalem artichoke accessions in China. 257 Jerusalem artichoke accessions were analyzed. Among them, 12 quantitative traits had 6%–50% of the coefficient of variation, with a mean of 24.75%, which was the highest in tuber weight per plant (50%) and the smallest in growth period (6%). The diversity index () of these 12 traits was 1.24–1.53, with a mean of 1.44, which was the highest in tuber number per plant (1.53) and the lowest in leaf width (1.24). The diversity index of the eight quality traits was 0.85–1.08, with a mean of 0.98, which was the highest in tuber habit and the lowest in tuber uniformity, showing rich genetic diversity in most traits. The subordinate function of 257 Jerusalem artichoke accessions was 0.12–0.58, in which the highest was in JA1095 (0.58) with the obvious advantages of flower number and tuber weight per plant. The correlation analysis of 12 quantitative traits indicated that stem diameter, leaf length, flower and disk size could be used as the main target traits for high yield Jerusalem artichoke varieties breeding in the future. The results of principal component analysis showed that the cumulative contribution rate of the seven principal component factors was 66.794%. Among them, the number of flowers, the tuber number per plant, the number of tuber hairs and the smoothness of tuber epidermis were the main factors contributing to the phenotypic difference of Jerusalem artichoke. By cluster analysis, 257 accessions materials were divided into five categories based on 20 traits,among them class I and class II accounted for 85% of the total germplasm resources. This results can provide an important reference for the utilization of Jerusalem artichoke accessions and variety breeding.

Jerusalem artichoke; accessions; phenotype; genetic diversity

10.3724/SP.J.1006.2020.94098

本研究由國家自然科學(xué)基金項目(31660569)，青海省蔬菜遺傳與生理重點實驗室項目(2020-ZJ-Y02)和2017中國科學(xué)院西部之光人才培養(yǎng)計劃項目(3-6)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31660569), the Project of Qinghai Key Laboratory of Vegetable Genetics and Physiology (2020-ZJ-Y02), and CAS “Light of West China” Program of the Chinese Academy of Sciences (3-6).

鐘啟文, E-mail: 13997135755@163.com

E-mail: 8304269@163.com

2019-07-16;

2019-12-26;

2020-01-15.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200115.0918.004.html