56份谷子品種(系)表型性狀比較分析

陳茜午，張永虎，溫 蕊

(內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，呼和浩特 010031)

谷子原產(chǎn)于中國(guó)，是一種古老的糧食作物，具有“百谷之長(zhǎng)”的稱號(hào)。谷子具許多優(yōu)良的品種特性，適宜在干旱、半干旱地區(qū)種植。此外，谷子也有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，其蛋白質(zhì)含量較高，富含多種礦物質(zhì)元素，不飽和脂肪酸占脂肪含量的85%以上，對(duì)動(dòng)脈硬化等有一定的療效，具有良好的保健作用[2-4]。近年來(lái)，隨著谷子育種工作的進(jìn)一步推進(jìn)、栽培水平的進(jìn)一步提高，高產(chǎn)、抗病、抗倒伏的品種不斷育成，提高了谷子的種植優(yōu)勢(shì)，谷子的種植面積也迅速提高。大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，谷子不是低產(chǎn)作物，而是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物。谷子的種植無(wú)論從營(yíng)養(yǎng)膳食角度還是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整角度都具有重要的意義[5]。

谷子種植面積的不斷擴(kuò)大與優(yōu)良品種的育成有著重要的關(guān)系，育種工作的不斷推進(jìn)與谷子資源的收集和篩選息息相關(guān)，具有優(yōu)勢(shì)性狀的谷子親本有助于優(yōu)良品種的育成，其中最基本的篩選方法就是對(duì)收集品種進(jìn)行表型性狀的篩選，所以對(duì)谷子資源的表型性狀進(jìn)行分析是判斷資源特性的基本途徑之一[6-7]。我國(guó)學(xué)者對(duì)谷子資源進(jìn)行了大量的研究分析[8-13]，在不同谷子資源間的遺傳親緣關(guān)系的組成、表型性狀間的差異和關(guān)聯(lián)方面起到了重要的拓展作用，為谷子育種提供了重要的理論基礎(chǔ)。除谷子之外，其他作物在種質(zhì)資源的分析上也有較多研究，郜戰(zhàn)寧等[14]對(duì)28份大麥品種(系)進(jìn)行了主要農(nóng)藝性狀的分析；徐靜等[15]對(duì)紫蘇主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量構(gòu)成相關(guān)性分析；董承光等[16]對(duì)陸地棉種質(zhì)資源的表型性狀進(jìn)行了遺傳多樣性分析?；诒硇托誀畹倪z傳分析是重要的種質(zhì)資源篩選手段之一，本試驗(yàn)從不同地區(qū)收集的材料中篩選了56份材料進(jìn)行表型分析，以期為實(shí)際育種工作選擇優(yōu)良親本提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料名稱與來(lái)源詳見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古農(nóng)科院試驗(yàn)田進(jìn)行，每試驗(yàn)小區(qū)按隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)3行，行長(zhǎng)6.0 m，行寬50 cm，小區(qū)間距50 cm，每個(gè)小區(qū)面積9 m2。試驗(yàn)小區(qū)全部統(tǒng)一播種、管理、收獲。在成熟期對(duì)各材料進(jìn)行株高、穗長(zhǎng)、穗粗、主莖節(jié)數(shù)的測(cè)量記錄，收獲后對(duì)單穗重、穗粒重和千粒重進(jìn)行考種記錄。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及分析，使用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析。采用 Shannon-Wiener’s 多樣性指數(shù)(H′)進(jìn)行遺傳多樣性評(píng)價(jià)[16-17]。

表1 供試材料名稱與來(lái)源

表3 參試材料主要農(nóng)藝性狀相關(guān)系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 主要農(nóng)藝性狀分析

參試材料的主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)、變異系數(shù)及多樣性指數(shù)如表2所示。變異系數(shù)由大到小依次為：穗粒重>單穗重>穗粗>穗長(zhǎng)>株高>千粒重>主莖節(jié)數(shù)，其中穗粒重的變異系數(shù)最大，為33.77%，平均值為14.07，變幅為4.51～26.72，來(lái)自山西的晉谷60穗粒重最大，為26.72 g；主莖節(jié)數(shù)的變異系數(shù)最小，為9.72%，平均值為15.79，變幅為13.00～19.00，來(lái)自國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)的昭和糯主莖節(jié)數(shù)最多，為19；株高的變異系數(shù)為16.56%，平均值為161.52 cm，變幅為85.70～203.40，來(lái)自山西的晉谷36株高最高為203.40 cm；穗長(zhǎng)的變異系數(shù)為17.98%，平均值為22.16 cm，變幅為15.20～35.20，來(lái)自山西的晉谷34穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，為35.2 cm；穗粗的變異系數(shù)為28.04%，平均值為2.00 cm，變幅為0.98～2.85，來(lái)自山西的晉谷60穗粗最大，為2.85 cm；單穗重的變異系數(shù)為29.09%，平均值為22.69，變幅為9.30～44.02，來(lái)自山西的晉谷60單穗重最高，為44.02 g；千粒重的變異系數(shù)為12.44%，平均值為2.91 g，變幅為1.93～3.71，來(lái)自國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)的延夏谷1號(hào)千粒重最高，為3.71 g。在多樣性指數(shù)方面，49份材料的7種表型的性狀多樣性指數(shù)的變化范圍在3.968 0～4.020 7之間，多樣性指數(shù)最大的為主莖節(jié)數(shù)4.020 7，多樣性指數(shù)最小的為穗粒重3.968 0，所有表型性狀的多樣性指數(shù)平均值為3.999 5，表現(xiàn)出較高的表型遺傳多樣性。

表2 參試材料主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)及多樣性指數(shù)

2.2 相關(guān)性分析

參試材料主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性如表3所示，株高與穗長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明株高的增加有利于穗長(zhǎng)和主莖節(jié)數(shù)的增加，但當(dāng)前育種目標(biāo)為縮小株高、減少倒伏、增加產(chǎn)量從而適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)，所以品種的改良還要不斷的進(jìn)行研究；穗長(zhǎng)與單穗重呈極顯著正相關(guān)，與穗粒重也呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明穗長(zhǎng)增加可以有效增加單穗重和穗粒重，單穗重和穗粒重有利于產(chǎn)量的增加，故選擇穗長(zhǎng)品種作為雜交親本或?qū)⑺腴L(zhǎng)增加作為育種目標(biāo)；主莖節(jié)數(shù)與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明主莖節(jié)數(shù)的增加不利于千粒重的增加，育種時(shí)應(yīng)把減少主莖節(jié)數(shù)作為育種目標(biāo)或選擇親本特征；單穗重與穗粒重呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明單穗重的增加可提高穗粒重，有助于產(chǎn)量的提高，可作為育種親本或育種目標(biāo)；穗粒重與千粒重呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明穗粒重有助于千粒重的增加，可將穗粒重的品種(系)作為親本材料。

圖1 參試材料各農(nóng)藝性狀聚類圖

2.3 主成分分析

參試材料的主成分分析結(jié)果如表4所示，前三類主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為75.43%，可以反映全部信息中的大部分信息。根據(jù)特征值和主成分的貢獻(xiàn)率可知，第一主成分主要包含了單穗重和穗粒重的信息，說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，單穗重和穗粒重的變化與主莖節(jié)數(shù)變化呈反比，這與相關(guān)性分析的結(jié)果一致；第二主成分主要包含了株高和主莖節(jié)數(shù)的信息，說(shuō)明株高和主莖節(jié)數(shù)的變化呈正比，株高和主莖節(jié)數(shù)的增加不利于單穗重和千粒重的增加；第三主成分主要代表了穗粗的信息。

2.4 聚類分析

對(duì)參試品種的7個(gè)性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，分析結(jié)果如圖1所示。各類群農(nóng)藝性狀平均值統(tǒng)計(jì)情況如表5所示。當(dāng)歐式距離在9.0時(shí)，可分為四類，第一類群包含31個(gè)品種(系)，分別為晉谷59、赤谷10號(hào)、峰紅2號(hào)、峰紅谷、長(zhǎng)農(nóng)44、小烏谷子、赤62-26、龍谷31、毛爪子谷子、大烏谷、黃金苗、紅粘谷、昭和糯、衡谷19、隴谷13、晉谷36、峰紅5號(hào)、晉谷34、黃殼狗尾粟(糯粟)、黔南農(nóng)家種、龍谷29、錦谷5號(hào)、衡谷20、晉谷52、晉谷21、長(zhǎng)農(nóng)36、一窩蠶谷子、長(zhǎng)農(nóng)38、赤79-19、狗尾粟、長(zhǎng)農(nóng)35，它們主要是穗粗和穗粒重較小；第二類群包含1個(gè)品種(系)，為晉谷60，它主要是穗長(zhǎng)、穗粗、單穗重和穗粒重較大，具有增產(chǎn)潛力，但株高和主莖節(jié)數(shù)也較大，有增加倒伏的風(fēng)險(xiǎn)，可以對(duì)其進(jìn)行改良，降低其株高和主莖節(jié)數(shù)；第三類群包含20個(gè)品種(系)，分別為冀谷35、冀谷39、長(zhǎng)農(nóng)40、峰紅4號(hào)、衡谷21、龍谷25、公矮5號(hào)、龍谷38、赤優(yōu)抗谷2號(hào)、16 K 791、16 K 2555、豫谷18、赤優(yōu)抗谷1號(hào)、16 K 3524、1475、203、16 K 2831、中谷9號(hào)、冀谷41、延夏谷1號(hào)，它們主要是千粒重較大；第四類群包含4個(gè)品種(系)，分別為17 H 412、糜子亮、龍谷39、公矮2號(hào)，它們主要是株高、主莖節(jié)數(shù)較小，具有抗倒伏的潛力，可以作為雜交親本。

表4 參試材料各農(nóng)藝性狀的主成分分析

表5 參試材料各類農(nóng)藝性狀平均值

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)56份引進(jìn)谷子資源進(jìn)行表型性狀的分析，研究了谷子種質(zhì)資源的表型多樣性。在變異系數(shù)方面，幾種表型性狀的變異系數(shù)大小依次為：穗粒重>單穗重>穗粗>穗長(zhǎng)>株高>千粒重>主莖節(jié)數(shù)，其中穗粒重、單穗重變異系數(shù)較大，穗粗、穗長(zhǎng)、株高變異系數(shù)中等，千粒重、主莖節(jié)數(shù)的變異系數(shù)較小，這與閆峰等[19]、陳曉敏等[20]的研究結(jié)果相似。在收集的56份材料中，多樣性指數(shù)全部較高，說(shuō)明收集的資源多樣性較豐富，在遺傳育種中也有較好的利用價(jià)值[21]。各表型在相關(guān)性方面也表現(xiàn)出了相互影響關(guān)系，其中主莖節(jié)數(shù)和株高的增加會(huì)對(duì)穗粒重和千粒重產(chǎn)生消極影響，而穗粒重的減小會(huì)對(duì)單穗重產(chǎn)生消極影響，千粒重的減少也會(huì)對(duì)單穗重和穗粒重產(chǎn)生消極影響，這些表型性狀都會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生較大的影響，劉斌等[22]對(duì)谷子主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析，株高變化與穗粒重和穗重變化呈負(fù)相關(guān)，本研究結(jié)果與之一致。從所有參試品種的主成分分析來(lái)看，前3個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率較大，累計(jì)達(dá)到75.43%，從各表型性狀對(duì)各類主成分的貢獻(xiàn)率來(lái)看，提高種子的穗粒重、千粒重，降低株高、主莖節(jié)數(shù)都可以作為提高產(chǎn)量的可行指標(biāo)[23]。供試材料通過(guò)聚類分析主要分為三大類，第一類的穗粗和穗粒重較小，不適于作為親本育種材料；第二類的特點(diǎn)是與增產(chǎn)相關(guān)的表型指標(biāo)都較大，具有增產(chǎn)潛力，但株高和主莖節(jié)數(shù)也較大，有增加倒伏的風(fēng)險(xiǎn)，可以作為雜交親本對(duì)其進(jìn)行降高改良；第三類的千粒重較大，可作為親本育種材料；第四類的株高和主莖節(jié)數(shù)較小，適合作為以縮小株高為育種目標(biāo)的雜交親本。

通過(guò)供試谷子材料進(jìn)行基于表型的農(nóng)藝性狀分析，可以更好的確定收集谷子資源的各種特性，合理的對(duì)收集的谷子資源進(jìn)行分類。除此之外，還可以根據(jù)不同地區(qū)對(duì)谷子資源進(jìn)行分析，得出各地區(qū)谷子資源的品種特性[8,10,24-25]。隨著對(duì)種質(zhì)資源研究的深入，對(duì)種質(zhì)資源的分析已經(jīng)不僅僅停留在表型分析上，生化標(biāo)記、分子標(biāo)記等手段對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行分析也逐步完善，可從不同的角度更全面的探索種質(zhì)資源的遺傳特性。