基于DUS測試性狀的花生品種遺傳多樣性分析

豆丹丹　王德新　郭玉璽　郭新?！《〕鳌O建軍

摘要 利用NY/T 2237—2012中31個測試性狀對原陽分中心參與測試的119份花生品種（待測品種及其對應(yīng)近似品種）進行遺傳多樣性分析；采用PopGen 32 軟件對119參試品種進行遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，22個性狀共檢測到97個等位變異，平均每個測試性狀檢測到4.41 個，平均有效等位變異數(shù)為2.41，Shannon’s多樣性指數(shù)（H’）為0.91。相關(guān)性分析表明，主莖高度與側(cè)枝長度為極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.79。莢果長度和百仁重為顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.63，與出仁率呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.65。針對該地區(qū)測試工作建議由側(cè)枝長代替主莖高度，百仁重代替莢果長。UPGMA聚類分析顯示，在閾值為0.65時可以將119份品種分為3個族群，但是通過主成分分析可以更直觀地對119份材料的遺傳相似性的判斷。綜合分析說明，參與測試的花生品種具有較豐富的形態(tài)多樣性。

關(guān)鍵詞花生；DUS測試；性狀；相關(guān)性分析；多樣性分析

中圖分類號S565.2文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）08-0026-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.007開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Diversity of Peanut Testing Varieties Based on DUS Testing Traits

DOU Dan-dan，WANG De-xin，GUO Yu-xi et al（Henan Academy of Agricultural Sciences/ Yuanyang Station for Testing of New Varieties of Plant， Ministry of Agruculture and Rural Affairs， Zhengzhou， Henan 450002）

AbstractThe genetic diversity of 119 peanut varieties （varieties to be tested and their corresponding similar varieties） tested by Yuanyang sub-center was analyzed by using 31 test characters in NY/T 2237—2012. 119 peanut varieties were analyzed by PopGen 32. The results showed that 97 allelic variations were detected in 22 traits， and the average number of each trait was 4.41， an average effective allelic variation was 2.41 and mean Shannon’s diversity index （H′） was 0.91. Correlation analysis showed that there was a very significant positive correlation between main stem height and lateral branch length， and the correlation coefficient was 0.79. There was a significant positive correlation between pod length and 100 kernel weight with a correlation coefficient of 0.63， and a very significant negative correlation with kernel yield with a correlation coefficient of -0.65. According to the test work in this area， it was suggested that the length of lateral branches could replace the height of main stem and the weight of 100-kernel could replace the length of pod. UPGMA cluster analysis showed that 119 varieties could be divided into three populations when the threshold was 0.65， but the genetic similarity of 119 materials could be judged more intuitively by principal component analysis.Comprehensive analysis showed that the peanut varieties tested by the center had rich morphological diversity.

Key wordsPeanut;DUS testing;Traits;Correlation analysis;Diversity analysis

花生（Arachis hypogaea Linn.）屬豆科一年生草本植物，是我國重要的油料作物和經(jīng)濟作物之一［1］?；ㄉ臓I養(yǎng)價值很高，富含對人體有益的油酸和亞油酸，花生殼還可用于醬油等提取黃色素、加工飼料、栽培食用菌等［2］。據(jù)統(tǒng)計2013—2020年中國花生播種面積總體上呈現(xiàn)不斷上升趨勢，從2013年的473.083萬hm上升至2020年的439.609萬hm，其中河南和山東遠超其他地區(qū)［3］。市場需求的增加促進了花生品種數(shù)量的快速增加。

為了保護育種者的合法權(quán)益，促進花生新品種產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，花生于2000年被納入第2批植物新品種保護名錄［4］?！吨腥A人民共和國種子法》明確要求申請保護和登記的植物品種應(yīng)當具備特異性（D）、一致性（U）和穩(wěn)定性（S）［5］，DUS測試是植物管理和授權(quán)的科學(xué)依據(jù)［6］。在特定環(huán)境下，DUS測試性狀穩(wěn)定可重復(fù)的表達，且能便于區(qū)分品種是測試工作的關(guān)鍵。因此，DUS測試性狀是開展DUS測試的基礎(chǔ)和核心環(huán)節(jié)。

很多研究報道了基于DUS測試進行的品種遺傳多樣性分析，盧伯山等［7］利用DUS測試性狀對玉米自交系形態(tài)多樣性進行研究。陳海榮等［8］利用DUS 測試性狀證明標準具有豐富的變異形態(tài)。王永行等［9］利用DUS測試性狀對普通小麥的遺傳多樣性分析，指出小麥DUS測試時要更多地根據(jù)質(zhì)量性狀進行特異性判定。唐浩等［10］等利用DUS測試性狀對水稻標準種進行了多樣性分析。黃志誠等［11］利用DUS測試性狀對上海地方粳稻品種進行遺傳多樣性分析。單飛彪等［12］基于DUS測試的43個性狀對63份向日葵品種進行遺傳多樣性分析。左振興等［13 ］利用DUS測試的19個性狀對亞麻進行了多樣性分析?？苁缇龋?4］利用44個測試性狀對38份馬鈴薯品種進行遺傳多樣性分析。而利用DUS測試性狀對花生的遺傳多樣性分析還鮮見報道。鑒于此，筆者通過對花生DUS測試性狀的相關(guān)性和遺傳多樣的分析，旨在進一步優(yōu)化測試指南性狀的選取和應(yīng)用，為花生測試工作提供簡潔科學(xué)的理論依據(jù)，并為花生新品種的選育提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料供試材料為中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提供的119份花生測試品種，其中申請委托測試的品種由育種家提供。

1.2試驗設(shè)計

1.2.1種植與管理。試驗材料種植于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代化試驗基地，采用隨機區(qū)組設(shè)計，以穴播方式種植，每個小區(qū)至少 60 株，直立品種株距 20 cm，行距40 cm，半匍匐品種株距 20 cm，行距 50 cm，匍匐品種株距 40 cm，行距 60 cm，共設(shè) 2 個重復(fù)。四周種植保護行，試驗田間管理同大田管理方式。

1.2.2性狀調(diào)查。按照《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南——花生》（NY/T 2237—2012）［15］要求，進行性狀觀測（表1）。個體測量（MS）性狀調(diào)查如下：每個參試材料取有代表性的單株20株進行數(shù)據(jù)的采集，群體目測性狀觀測結(jié)果以性狀的代碼表示。

1.3數(shù)據(jù)分析依據(jù)NY/T 2237—2012［15］ 對參試花生品種的測試性狀進行觀測記錄，測量型數(shù)量性狀依據(jù)當年分級標準進行分級，構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣，缺失數(shù)據(jù)用“..”記錄，不同代碼視為該性狀的等位變異，利用PopGen 32 軟件，用Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H＇）對花生22個性狀的多樣性進行分析，H′=-ΣPln（P），式中P為某個性狀第i個代碼出現(xiàn)的概率。利用SPSS 25進行多元有序Logistic回歸。通過Origin 2021進行相關(guān)、聚類和族群結(jié)構(gòu)分析并作圖。

2結(jié)果與分析

2.1多樣性分析利用《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南——花生》（NY/T 2237—2012）［15］ 中的31個基本測試性狀對119個花生品種進行觀測，因所有參試品種中沒有匍匐類型，因此指南中適用于匍匐類型的2 個測試性狀（Chr.8 和Chr.9）沒有觀測值，對數(shù)據(jù)的初步整理發(fā)現(xiàn)，Chr.2（植株：開花習(xí)性）、 Chr.3（主莖：開花習(xí)性）、 Chr.6（花：花冠顏色）、 Chr.11（主莖：花青甙顯色）、 Chr.17（莢果：籽仁率）、 Chr.23（（有果嘴）果嘴：形狀）、 Chr.28（籽仁：種皮顏色數(shù)量）沒有有效多樣性測試值，而其余22個測試性狀均有有效觀測值。

利用PopGen 32 軟件和Shannon-weaver多樣性指數(shù)（H＇）計算22個性狀的等位變異數(shù)、有效等位變異數(shù)和多樣性指數(shù)。由表2可知，22個性狀共檢測到97個等位變異，在所有參試品種中的等位變異數(shù)目變幅為3～7個，平均每個測試性狀檢測到4.41 個，平均有效等位變異數(shù)為2.41，變幅為1.09～5.59，H＇平均值為0.91，變幅為0.20～1.79。在22個性狀中均存在多樣性，但不同性狀的多樣性表現(xiàn)不同且差異較大，在119份測試品種中Chr.26（百仁重）和Chr.18（莢果數(shù)）存在7個等位變異，而Chr.7（生長習(xí)性）只出現(xiàn)了2個等位變異位點；Chr.26（百仁重）、Chr.25（出仁率）和Chr.13（主莖高度）多樣性指數(shù)較大分別為1.79、1.66和1.59，而Chr.29（種皮顏色）最小，為0.20。在觀測的22個有效測試性狀中有36.36%的性狀多樣性信息指數(shù)大于1.00。綜合分析說明，測試花生品種具有較豐富的形態(tài)多樣性。

2.2相關(guān)性分析從圖1 可以看出，除成熟期（Chr.16）與其他性狀之間沒有相關(guān)性外，大部分性狀之間都存在著一定程度的相關(guān)性，其中主莖高度（Chr.13）與側(cè)枝長度（Chr.15）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.79。莢果長度（Chr.20）和百仁重（Chr.26）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.63；莢果長度（Chr.20）和出仁率（Chr.25）呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.65；莢果數(shù)（Chr.18）與百仁重（Chr.26）為極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.60；小葉大?。–hr.10）與莢果長度（Chr.20）和百仁重（Chr.26）存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.64和0.54；葉片綠色程度（Chr.5）與莢果長度（Chr.20）顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.51，與出仁率負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.34。同時，對119份參試品種的變異指數(shù)分析顯示，葉：小葉形狀（Chr.4）多樣性指數(shù)為0.34，植株：生長習(xí)性（Chr.7）的多樣性指數(shù)為0.27；成熟期（Chr.16）多樣性指數(shù)為0.24；籽仁：種皮顏色（Chr.29）多樣性指數(shù)為0.20，說明在參試群體中小葉形狀、生長習(xí)性、成熟期和種皮顏色相對變化不大。

2.3花生百仁重影響因素的多元有序Logistic回歸分析針對與產(chǎn)量相關(guān)性狀百仁重進一步分析其受影響的因素。由相關(guān)性分析結(jié)果可知，在22個分析性狀中，有14個性狀與花生百仁重顯著相關(guān)，通過模型擬合和平行線對其進行檢驗（表3），該回歸模型符合多元有序Logistic回歸模型。以百仁重為因變量，建立多元回歸模型，對于百仁重具有顯著或極顯著相關(guān)性性狀展開分析，由表4可知，代碼為4時的Chr.18（莢果數(shù)）與百仁重顯著相關(guān)（P=0.021）；代碼為5時的Chr.19（休眠期）與百仁重極顯著相關(guān)（P=0.006）；代碼為3時的Chr.20（莢果長度）與百仁重極顯著相關(guān)（P=0.003）；代碼為5時的Chr.21（莢果：縊縮程度）與百仁重顯著相關(guān)（P=0.037）；與Chr.24（莢果：表面質(zhì)地）存在2個代碼（2和3）的極顯著和顯著相關(guān)（P=0.010和0.020）。綜合分析結(jié)果顯示，這些性狀在特定的代碼區(qū)段內(nèi)能顯著影響百仁重。

2.4聚類分析以相關(guān)性分析的22個測試性狀為指標，采用綜合性狀值差異較小的原則，利用UPGMA 法對119份花生品種進行系統(tǒng)聚類分析。從圖2 可以看出，在閾值為6.5 時，可將119份品種分為3 個族群，其中A族群包含97份測試品種，B族群包含5份測試品種，C族群包含17份測試品種，81.5%的參試品種都屬于A族群。將A族群再繼續(xù)劃分，可劃分為5個亞群，A-1亞群包含31份測試品種，A-2亞群包含36份測試品種，A-3亞群包含3份測試品種，A-4亞群包含14份測試品種，A-5亞群包含13份測試品種。將C族群再繼續(xù)劃分，可劃分為2個亞群，C-1亞群包含13份測試品種，C-2亞群包含4份測試品種。

2.5119份花生DUS測試品種族群結(jié)構(gòu)分析進一步對119份花生DUS測試品種的22個性狀進行主成分分析，由圖3可知，PC1為21.3%，PC2為10.5%；3個主族群中，A族群與B和C族群遺傳距離較大，之間區(qū)分度較高。B族群與C族群存在交雜現(xiàn)象，但是B族群中測試品種分布較為集中，C族群在與B族群交互區(qū)域內(nèi)的品種分布相對分散，因此可以說明B族群與C族群之間也存在較大的遺傳距離。主成分分析結(jié)果與UPGMA聚類分析結(jié)果基本一致，且二維分析更直觀說明了測試品種之間的遺傳相似性。

3結(jié)論與討論

3.1花生性狀的多態(tài)性分析在DUS測試中的應(yīng)用隨著新種子法的實施，育種人對DUS測試工作深入了解，參與測試的作物種類和數(shù)量的增加，測試工作任務(wù)艱巨，因此科學(xué)的簡化測試工作相關(guān)內(nèi)容意義重大。

該研究中，在參試品種的22個測試性狀中共檢測到97個等位變異，平均每個測試性狀檢測到4.41 個，平均有效等位變異數(shù)為2.41，Shannon’s多樣性指數(shù)（H′）為0.91，說明參試品種具有豐富的形態(tài)多樣性。其中，主莖高度、莢果數(shù)、百仁重及莢果縊縮程度等性狀均存在6或7個等位變異位點，這與陳雷等［16-17］對花生主要農(nóng)藝性狀的變異分析結(jié)果一致，這些性狀是比較理想的DUS測試性狀。因此，在DUS測試中三性的判定可以更多依據(jù)這些性狀的差異進行判定。

3.2花生性狀的相關(guān)性分析在DUS測試中的應(yīng)用由于市場需求的導(dǎo)向，促使育種家們以高產(chǎn)為目標且品種育成速度快速增加，但通常是選用高配合力的親本而導(dǎo)致品種親緣關(guān)系較近，增加了通過表型數(shù)據(jù)庫篩選近似品種的難度及測試工作量，因此科學(xué)地對測試性狀精簡很有必要。該研究通過對花生數(shù)量性狀的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)側(cè)枝長度與主莖高度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.79，這與陳雷等［16］相關(guān)性分析結(jié)果一致。百仁重與莢果長度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.63，莢果長度和出仁率呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.65。莢果數(shù)與百仁重呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.60，小葉大小與莢果長度和百仁重存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.64和0.54。因此建議，在花生DUS測試中是否考慮用性狀側(cè)枝長度代替主莖高度，百仁重代替莢果長。

3.3花生性狀主成分分析和聚類分析在DUS測試中的應(yīng)用近年來，主成分分析法和聚類分析相結(jié)合的方法廣泛應(yīng)用于作物性狀的相關(guān)研究中［18-19］。黃楊等［20］對江西地方花生種質(zhì)資源的分析，擴充了育種親本材料庫。牟書靚等［21］通過對花生農(nóng)藝性狀的主成分和聚類分析，簡化了農(nóng)藝性狀，為花生優(yōu)良品種選育提供了理論依據(jù)。該研究通過聚類分析發(fā)現(xiàn)，在相似系數(shù)為0.65時，參試品種被分為3大族群，其中A族群包含97個，說明在閾值0.65時參試品種之間遺傳相似性偏高。同時采用主成分分析方法，其結(jié)果與聚類結(jié)果基本一致，但是主成分分析更直觀地展現(xiàn)出3大族群之間的遺傳距離。

為了更加科學(xué)快速地進行新品種的鑒定，需要不斷對測試指南進行完善補充和優(yōu)化，以期為花生DUS測試工作提供更好的服務(wù)。同時分析性狀形態(tài)的表達及相關(guān)因素為育種家在培育新品種時選擇親本性狀提供參考。

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