170份小麥高代品系品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析和聚類分析

張志鵬，李 菁，王興龍，林 參，嚴(yán)衛(wèi)古，朱明超*

(1.江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223001；2.江蘇天豐種業(yè)有限公司，江蘇淮安 223001)

小麥(TriticumaestivumL.)是人類重要的糧食作物之一[1]，小麥的種植面積、產(chǎn)量等居世界首位。中國小麥常年播種面積為2 400萬～2 600萬/hm2，分布范圍廣，生態(tài)類型多，種植面積和產(chǎn)量僅次于水稻[2-5]。小麥?zhǔn)墙K省第二大糧食作物，近幾年種植面積超過了220萬hm2，占全國麥田總面積的6.8%。高歡歡等[6]在對新疆春小麥品種品質(zhì)性狀主要成分及聚類分析的研究中指出，濕面筋含量與蛋白質(zhì)含量的載荷值符號相同，都為正號，說明這2個品種指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系。選育和推廣優(yōu)良品種是穩(wěn)定和發(fā)展江蘇省糧食生產(chǎn)的重要途徑。在生產(chǎn)上選擇的小麥品種較多，然而隨著生活水平的提高，人們對小麥品質(zhì)要求也越來越高，因此為了增加小麥的產(chǎn)量和改善品質(zhì)，育種家們進(jìn)行了大量研究，小麥單產(chǎn)與總產(chǎn)能夠持續(xù)穩(wěn)定增長，其中具有優(yōu)良遺傳基礎(chǔ)的骨干親本種質(zhì)資源的育成以及品種的更新與推廣起到了重要的支撐作用。鑒于此，筆者以2020—2021年度種植于江蘇天豐種業(yè)有限公司試驗(yàn)田的170份自育高代品系為供試材料，利用近紅外光譜技術(shù)測定樣品的籽粒水分、粗蛋白含量、濕面筋含量、沉降值、硬度和容重，并對品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)分析并進(jìn)行聚類分析，為新品種的選育提供了理論依據(jù)，以期為提高育種效率提供實(shí)際應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試材料取自2020—2021年度種植于江蘇天豐種業(yè)有限公司試驗(yàn)田(江蘇省淮安市淮陰區(qū)馬頭鎮(zhèn)仲弓村)的170份自育高代品系，均為綜合性狀較好的高代穩(wěn)定品系，試驗(yàn)以周麥18為栽培對照品種。行長 2 m，行間距 30 cm，株距10 cm，單粒單窩點(diǎn)播，每個品系播種5行，田間管理同大田生產(chǎn)。成熟后，各品系隨機(jī)抽取10株，進(jìn)行各品質(zhì)性狀的鑒定。

1.2 試驗(yàn)方法在儲藏3個月后，使用Perten DA7250型近紅外分析儀測定各供試材料的籽粒水分含量、粗蛋白含量、濕面筋含量、沉降值、硬度和容重等品質(zhì)性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析利用Origin 2020和SPSS 19.0 軟件對供試的170個小麥品系籽粒的水分含量、粗蛋白含量、沉降值和濕面筋含量、容重、硬度6個品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種小麥品質(zhì)性狀分析

2.1.1水分含量。由表1可知，選育的170份小麥新品系的籽粒水分含量平均為12.64%，變異系數(shù)為4.09%，變化范圍為10.74%～13.41%，均在近紅外光譜檢測技術(shù)的適用范圍內(nèi)。其中有45個小麥新品系的水分含量比對照品種周麥18高，占供試品系的26.47%。

2.1.2粗蛋白含量。所選育的170份小麥新品系的籽粒粗蛋白含量平均為13.65%，變異系數(shù)為13.21%，變化范圍為9.62%～17.21%。其中有131個小麥新品系的籽粒粗蛋白含量比對照品種周麥18 高，占供試品系的77.06%，可見小麥新品系的粗蛋白含量總體較高。

2.1.3濕面筋含量。選育的170份小麥新品系的籽粒濕面筋含量平均為29.49%，變異系數(shù)為11.02%，變化范圍為21.29%～36.52%。170份小麥新品系中達(dá)到強(qiáng)筋小麥濕面筋含量標(biāo)準(zhǔn)(≥ 32.0%)的有44個品系，占總數(shù)的25.88%，有123個小麥新品系的籽粒濕面筋含量比對照品種周麥18高，占供試品系的72.35%。

2.1.4沉降值。選育的170份小麥新品系的籽粒沉降值平均為29.02 mL，變異系數(shù)為20.18%，可見此性狀可穩(wěn)定遺傳。變化范圍為11.13～41.82 mL。其中有114個小麥新品系的籽粒沉降值比對照品種周麥18高，占供試品系的67.06%。

2.1.5硬度。選育的170份小麥新品系的籽粒硬度平均為57.43%，變異系數(shù)為6.41%，變化范圍為49.46%～75.06%。其中，149個小麥新品系的籽粒硬度比對照品種周麥18 高，占供試品系的87.65%。

2.1.6容重。選育的170份小麥新品系的籽粒容重平均為800.50 g/L，供試小麥品系容重的變異系數(shù)較小，僅為2.31%，變化范圍為758.18～849.45 g/L。其中有167個小麥新品系的籽粒硬度比對照品種周麥18高，占供試品系的98.24%。

表1 170 份小麥供試材料品質(zhì)性狀Table 1 Quality characters of 170 tested wheat materials

接下表 續(xù)表1

接下表 續(xù)表1

接下表 續(xù)表1

2.2 小麥品質(zhì)性狀間的相關(guān)性分析小麥品系不同品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析如表2所示。由表2可知，有11對性狀存在顯著或極顯著相關(guān)性。小麥的容重與水分含量、粗蛋白含量、濕面筋含量和沉降值均呈極顯著負(fù)相關(guān)；小麥的硬度與沉降值呈極顯著正相關(guān)；小麥的沉降值與水分含量、粗蛋白含量和濕面筋含量均呈極顯著正相關(guān)；小麥濕面筋含量與水分含量和粗蛋白含量均呈極顯著正相關(guān)；小麥的粗蛋白含量與水分含量呈極顯著正相關(guān)。由此可見，供試170個小麥品系的各品質(zhì)性狀間存在著復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系。

表2 小麥品質(zhì)性狀的相關(guān)分析Table 2 Correlation analysis of wheat quality traits

2.3 聚類分析對供試的170個小麥品系采用層次聚類法進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明以小麥的6個品質(zhì)性狀為依據(jù)可將供試的170個品系聚為5個類群(圖1)。其中品系1、8和12等7個品系聚為類群Ⅰ(紅)，品系17、19和60等19個品系聚為類群Ⅱ(藍(lán))，品系43、54和130、105等41個品系聚為類群Ⅲ(綠)，品系139、168和81、129等79個品系聚為類群Ⅳ(紫)，品系67、92和152等24個品系聚為類群Ⅴ(黃)。聚類分析結(jié)果為不同品系間的雜交和優(yōu)質(zhì)品種的選育提供了理論依據(jù)。

圖1 170個小麥品系的系統(tǒng)聚類Fig.1 Systematic clustering of 170 wheat lines

3 小結(jié)和討論

小麥品質(zhì)性狀在小麥的生產(chǎn)過程當(dāng)中具有十分重要的作用，因此小麥品質(zhì)的保障也成為重要的工作。小麥品質(zhì)性狀較為復(fù)雜，是多種因素相互作用的綜合結(jié)果[7-18]。該試驗(yàn)研究表明，水分含量平均值為12.64%，變幅為10.74%～13.41%；粗蛋白含量平均值為 13.65%，變幅為9.62%～17.21%；濕面筋含量平均值為29.49%，變幅為21.29%～36.52%；沉降值平均為29.02 mL，變幅為11.13～41.82 mL；硬度平均為57.43%，變幅為49.46%～75.06%；容重平均為800.50 g/L，變幅為758.18～849.45 g/L。變異系數(shù)可呈現(xiàn)出性狀離散程度，變異系數(shù)越小則表明離散程度越低[19-22]。水分含量與容重變異系數(shù)較小，分別為4.09%和2.31%。沉降值的變異系數(shù)最大為20.18%。粗蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和硬度的變異系數(shù)分別為13.21%、11.02%和6.41%。近年來，在小麥品質(zhì)性狀檢測中，利用近紅外分析技術(shù)可及時了解小麥品質(zhì)特征特性，提高育種工作效率。該研究采用DA7250近紅外光譜分析儀測定了170份自育高代品系材料的水分、粗蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、沉降值、硬度和容重。供試材料水分均在適宜范圍內(nèi)；粗蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量符合國家強(qiáng)筋小麥標(biāo)準(zhǔn)的品系有70個，占41.18%，其中70份材料蛋白質(zhì)含量與濕面筋含量均優(yōu)于對照品種周麥18。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，容重與水分含量、容重與粗蛋白含量、容重與濕面筋含量、容重與沉降值呈極顯著負(fù)相關(guān)；硬度與沉降值、沉降值與水分含量、濕面筋含量與水分含量、沉降值與粗蛋白含量、濕面筋含量與粗蛋白含量、沉降值與濕面筋含量、粗蛋白含量與水分含量呈極顯著正相關(guān)。趙鵬濤等[23]研究認(rèn)為，小麥粗蛋白含量與濕面筋含量和沉降值呈顯著或極顯著相關(guān)，濕面筋含量與沉降值和粗蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，這與該試驗(yàn)結(jié)果一致。夏利娟等[20]以 35份小麥品種為供試材料，相關(guān)分析結(jié)果表明沉降值與粗蛋白含量，濕面筋與粗蛋白，沉降值與濕面筋含量呈極顯著相關(guān)，這與該試驗(yàn)結(jié)果一致。

聚類分析能大概區(qū)分品質(zhì)性狀的綜合表現(xiàn)，如張喜平等[24]對23個天選系冬小麥品種的7個品質(zhì)性狀進(jìn)行了多樣性評價，將23個供試品種聚為 5大類；李珊珊等[25]對11個小麥品種(系)進(jìn)行了一系列評價，可將11個小麥品種聚為3群。該試驗(yàn)聚類分析表明，將小麥170品系分為5個類群，也為選育優(yōu)質(zhì)小麥品種提供了理論依據(jù)。該研究僅對試驗(yàn)材料1年1點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對表現(xiàn)突出材料組合的更多品質(zhì)性狀還有待進(jìn)一步深入研究。