新麥系列品種遺傳基礎(chǔ)及性狀變化趨勢研究

王映紅， 馬華平， 李曉航， 王士坤， 馬曉紅， 董 昀

(河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 河南 新鄉(xiāng) 453002)

新麥系列品種在河南省及黃淮冬麥區(qū)小麥遺傳育種及示范推廣中發(fā)揮著重要作用，新麥9號、新麥18、新麥26等分別被農(nóng)業(yè)部推介為黃淮冬麥區(qū)南片“十五”、“十一五”、“十二五至十三五”小麥主導(dǎo)品種，其中新麥18號2008年獲農(nóng)業(yè)部小麥?zhǔn)跈?quán)品種全國推廣面積前五名證書，2009年獲河南省科技進(jìn)步一等獎；超強(qiáng)筋品種新麥26是黃淮冬麥區(qū)南片優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥主導(dǎo)品種，河南省“四優(yōu)四化”科技支撐行動計劃主推品種，新麥26已成為我國優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種選育與應(yīng)用的標(biāo)桿品種；超強(qiáng)筋新麥45被評定為“國家冬小麥新品種集中展示示范觀摩暨第三屆和第四屆黃淮麥區(qū)小麥新品種地展博覽會”專家推薦品種。本文用主成分分析[1]、相關(guān)性分析及聚類分析[2]研究近年來審定的新麥系列品種產(chǎn)量及品質(zhì)性狀變化趨勢，多種分析方法相互印證，篩選出優(yōu)良小麥種質(zhì)資源，為今后的小麥育種尤其是強(qiáng)筋小麥育種，提供品種和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以小麥品種新麥26、新麥23、新麥28、新麥29、新麥30、新科麥168、新科麥169、新麥32、新麥36、新麥39、新麥35、新麥51、新麥45和新麥38為研究材料。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

整理品種審定公告及相關(guān)文獻(xiàn)[3-7]，分析各品種產(chǎn)量及穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量相關(guān)性狀， 容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水量、穩(wěn)定時間等品質(zhì)性狀相關(guān)數(shù)據(jù)。

采用R 3.2.2 軟件對這些參數(shù)進(jìn)行主成分分析，獲取不同品種與品質(zhì)指標(biāo)的主成分雙因素信息圖。運(yùn)用Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用R 3.2.2 和MATLAB R 2015 b 軟件進(jìn)行作圖，采用SPSS 21進(jìn)行相關(guān)分析[8]。

注：X 1～X 5代表容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水量和穩(wěn)定時間，1～14分別代表14個品種，對應(yīng)表1。圖1 品種與品質(zhì)性狀對應(yīng)指標(biāo)雙標(biāo)圖

2 結(jié)果與分析

2.1 遺傳分析

2010年以來通過國家審定的新麥系列品種有10個，河南省審定的有4個，其中新麥28分別通過河南省旱地和水地組審定，新麥29和新科麥168分別通過河南省農(nóng)作物品種審定委員會審定和國家農(nóng)作物品種審定委員會審定。從表1可知，新麥系列品種選育而來的6個，周麥系列品種選育而來的10個，矮抗58作為親本選育而來的5個，濟(jì)麥系列品種選育而來的3個。高產(chǎn)組合選配的首選親本材料以大面積推廣應(yīng)用的周麥系列品種為主，以降桿為目的，多選用矮抗58，而強(qiáng)筋組合選擇以新麥26為親本的越來越多。

表1 新麥系列品種系譜

2.2 品質(zhì)性狀均值與變異系數(shù)

由表2可知，14個小麥品種的容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和吸水量的變異系數(shù)在1.57%～7.30%之間，均在10%以下，穩(wěn)定時間的變異系數(shù)比較大，達(dá)106.61%，表明2010—2021年期間審定的14個小麥品種的容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和吸水量差異較小，容重變化幅度最小，穩(wěn)定時間差異較大，變化幅度最大。

表2 各品種品質(zhì)性狀的均值與變異系數(shù)

2.3 新麥系列品種品質(zhì)性狀對應(yīng)分析

2.3.1主成分分析

采用主成分分析法對14個品種的5 個品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，探索2010—2021年期間育成的新麥系列小麥品種品質(zhì)性狀的內(nèi)在聯(lián)系。由圖1可知，本文中雙標(biāo)圖的第一主成分和第二主成分累計貢獻(xiàn)率之和達(dá)96.06%，反映品質(zhì)評價指標(biāo)與不同小麥品種對應(yīng)關(guān)系通過了擬合度檢驗(yàn)，充分體現(xiàn)了評價指標(biāo)數(shù)據(jù)潛在的相互關(guān)系，具有很好的分析價值。每個樣本向量在因子向量上的垂直投影越長，表明該向量在響應(yīng)樣本中的表型值越高，每2個因素的夾角大小表示二者的相關(guān)性[9]。圖1顯示，從品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性角度來看，容重與蛋白質(zhì)含量、吸水量和穩(wěn)定時間呈正相關(guān)，濕面筋含量與容重、蛋白質(zhì)含量、吸水量和穩(wěn)定時間呈負(fù)相關(guān)。從品種方面看，新麥26、新麥28、新麥45、新麥38的穩(wěn)定時間表現(xiàn)突出，新麥28、新麥29、新麥30、新科麥169、新麥38的容重較高。

2.3.2相關(guān)性分析

由表3可知，蛋白質(zhì)含量和吸水量、穩(wěn)定時間均呈正相關(guān)，差異達(dá)極顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.667 2和0.728 2。吸水量和穩(wěn)定時間呈正相關(guān)，差異達(dá)極顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.673 5。

表3 品質(zhì)各性狀間的相關(guān)性分析

2.3.3聚類分析

依據(jù)容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水量及穩(wěn)定時間等品種指標(biāo)，采用歐氏距離最短距離法對新麥系列品種進(jìn)行聚類分析，在遺傳距離為10時，將全部品種分為兩大類群，見圖2。第Ⅰ類群包括10個品種，全為中筋類型，即新麥32、新麥39、新麥36、新麥30、新麥35、新麥23、新科麥169、新麥29、新科麥168、新麥51，該類群穩(wěn)定時間較短，在遺傳距離為5時，該類群內(nèi)又分成兩類，新麥29、新科麥168和新麥51蛋白質(zhì)和濕面筋含量均較低，聚為一類；第Ⅱ類群包括4個品種，即新麥28、新麥45、新麥26和新麥38，該類群全為強(qiáng)筋品種，突出特點(diǎn)是穩(wěn)定時間較長。

圖2 品質(zhì)性狀聚類分析

2.4 新麥系列品種產(chǎn)量性狀分析

由表4可知，14個小麥品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的變異系數(shù)在6.04%～ 8.81%之間，均在10%以下，產(chǎn)量的變異系數(shù)10.00%，增產(chǎn)率的變異系數(shù)比較大，達(dá)到50.74%，新麥39為旱地品種，產(chǎn)量數(shù)據(jù)較低，去除新麥39后，產(chǎn)量的變異系數(shù)為7.21%，在10%以下，表明2010—2021 年期間審定的14個小麥品種的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重差異較小，去除新麥39后，產(chǎn)量差異也較小，增產(chǎn)率差異較大，變化幅度最大。

表4 各品種產(chǎn)量性狀的均值與變異系數(shù)

受參試年份不同氣候條件影響，品種產(chǎn)量會有波動，且一般春性、強(qiáng)筋和旱地品種，產(chǎn)量不能與常規(guī)半冬性中筋品種比較，新麥系列品種春性和強(qiáng)筋品種較多，不分類型單從審定年份看，產(chǎn)量性狀無明顯變化規(guī)律。去除個別品種(旱地新麥39、中筋新麥51)，將新麥系列品種按中筋品種、強(qiáng)筋品種和春性品種劃分，三種類型的品種產(chǎn)量總體均呈上升趨勢，見圖3。

圖3 新麥系列品種分類型產(chǎn)量變化趨勢

3 討論與結(jié)論

3.1 遺傳基礎(chǔ)較窄，親緣關(guān)系較近

近年來新麥系列品種的遺傳分析結(jié)果與曹廷杰等[10]的研究結(jié)果一致，少數(shù)主推品種的大量重復(fù)使用，導(dǎo)致相對遺傳基礎(chǔ)較窄，品種間親緣關(guān)系較近，遺傳多樣性不足。因此，選擇微修飾育種保證中短期的持續(xù)發(fā)展，同時兼顧種質(zhì)資源創(chuàng)新，成為今后育種工作的重點(diǎn)[11]。從系譜分析看，新麥系列品種都是通過已審定品種雜交選育而成，用中間改良材料較少，外源基因引進(jìn)也是通過即成品種，沒有直接應(yīng)用外源品種，遺傳基礎(chǔ)比較狹窄。作為基層育種單位，大量資金的投入用于種質(zhì)資源創(chuàng)新不太現(xiàn)實(shí)，但可以在微修飾育種的同時，少量多年的長期堅持種質(zhì)資源創(chuàng)新工作，改良后作為育種中間材料使用，即拓寬遺傳基礎(chǔ)，又不耽誤中短期持續(xù)發(fā)展。

3.2 新麥系列品種品質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)律

本研究結(jié)果表明，容重與蛋白質(zhì)含量、吸水量與穩(wěn)定時間呈正相關(guān)，濕面筋含量與容重、蛋白質(zhì)含量、吸水量和穩(wěn)定時間呈負(fù)相關(guān)。蛋白質(zhì)含量和吸水量、穩(wěn)定時間呈極顯著正相關(guān)(r=0.667 2和0.728 2)，吸水量和穩(wěn)定時間呈極顯著正相關(guān)(r=0.673 5)。崔文禮等[12]認(rèn)為，蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量、面粉形成時間、面粉吸水量和沉降值呈極顯著正相關(guān)，蛋白質(zhì)含量與穩(wěn)定時間呈顯著正相關(guān)，與本研究結(jié)果基本一致。從具體品種來看，新麥26、新麥28、新麥45、新麥38的穩(wěn)定時間表現(xiàn)突出，新麥28、新麥29、新麥30、新科麥169、新麥38的容重較高。從審定年份看，近年來強(qiáng)筋品種增多。

3.3 新麥系列品種產(chǎn)量變化趨勢

新麥系列品種中新麥23和新麥29為春性品種，其他均為半冬性，新麥39為旱地品種，新麥26、新麥28、新麥38和新麥45為強(qiáng)筋品種，總體看，除旱地品種新麥39產(chǎn)量較低外，其他產(chǎn)量性狀無明顯變化。王美芳等[13]分析黃淮冬麥區(qū)2003—2013年育成的品種，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成三因素呈逐步上升趨勢。溫輝芹等[14]研究表明，山西省各麥區(qū)審定小麥品種平均產(chǎn)量年度間雖有波動，但總體均呈逐步上升趨勢。將新麥系列近年來審定品種按春性、強(qiáng)筋和中筋品種劃分，三種類型品種的產(chǎn)量總體均呈上升趨勢，與近年來各區(qū)域[15]各組別參試品種產(chǎn)量變化趨勢一致。