东北三省35份大豆资源表型鉴定与聚类分析*

高淑芹，侯云龙，邱红梅，孙星邈，王跃强

（吉林省农业科学院大豆研究所/大豆国家工程研究中心，长春 130033）

东北三省35份大豆资源表型鉴定与聚类分析*

高淑芹，侯云龙，邱红梅，孙星邈，王跃强**

（吉林省农业科学院大豆研究所/大豆国家工程研究中心，长春 130033）

对35份东北三省大豆资源的单株粒数、单株荚数等12个农艺性状进行测定，通过遗传多样性、主成分和聚类分析，进行了表型鉴定及基因型分类。结果表明，35份大豆资源表型变异较丰富，遗传多样性程度较高。根据主成分分析，筛选到4个主成分，进一步鉴定到10份优异种质。通过聚类分析将供试种质分为4类。

大豆资源；遗传多样性；聚类分析

大豆（Glycine max（L.）Merr.）在世界上广泛种植，由于其高度自交结实，遗传基础较狭窄。我国虽种质资源丰富，但生产中主推的品种都可追溯到少数几个祖先种。盖钧镒等对564个育成的品种进行了系谱研究，归纳出衍生品种最多的37个祖先亲本[1]。之后，又分析了651个育成品种的系谱，发现这些品种可追溯到38个祖先种[2]。孙志强等分析了东北地区近200个品种的血缘组分，发现满仓金等10个种质对东北大豆遗传贡献率为57.7%，仅黄宝珠和金元1号就贡献了东北大豆育成品种28.7%的遗传物质[3-4]。

遗传贡献力高的祖先亲本具备优良的综合性状之外，还具有高配合力[5]。育种实践证明，祖先亲本的鉴定与利用能够有效地提高育种效率。因此对祖先亲本深入的研究、鉴定种质资源产量相关性状，对大豆育种具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为35份东北三省大豆资源，包括11份东北地区核心祖先亲本：满仓金、东农33、一窝蜂、铁荚子、铁荚四粒黄、金元1号、荆山朴、金元、黄宝珠、十胜长叶、珲春豆[3,6]，来源于吉林省农业科学院资源平台（见表1）。

表1 供试材料保存编号及品种名称

1.2 试验方法

试验于2013年在吉林省农业科学院公主岭试验基地进行。试验地肥力中等，土地平整。试验采取随机区组种植，4行区，行长4m，行距0.6m，株距0.1m，3次重复，常规管理。

采用Excel 2010软件分析处理各个性状的多样性指数，参照胡建斌等的方法[7]。各性状的遗传多样性采用Shannon's信息指数（H'）进行评价，H'=-ΣPilnPi，Pi表示第i种变异出现的频率，用所有相应的各个性状H'的平均值表示一组或所有种质的遗传多样性程度。

2 结果与分析

2.1 农艺性状的表型鉴定及多样性分析

35份东北大豆资源的株高、有效分枝、单株有效节数、主茎有效节数等存在较丰富的遗传变异（见表2）。其中，11个农艺性状的变异系数大于10%，仅生育期的变异系数小于10%。变异系数最大的性状为有效分枝，变异系数为66.00%，遗传多样性指数为1.75，平均值为1.67个，变幅为0.27～5.27个。11份祖先亲本有效分枝平均值为1.68个，变幅为0.38～4.07个。其次为株高，变异系数为23.00%，遗传多样性指数为1.98，平均值为93.00cm，变幅为54.00～127.00cm。11份祖先亲本株高平均值为98.09cm，变幅为54.00～125.00cm。有效分枝与株高的变异系数较大，表明研究的东北35份大豆资源的有效分枝与株高的离散程度较高，特异株型种质较多。11份祖先亲本与总样本的有效分枝和株高的变幅相若，表明祖先亲本控制株型的基因型丰富。

表2 农艺性状的统计分析及多样性指数

变异系数最小的性状是生育期，变异系数仅为9.00%，平均值为127.8d，变幅为104～157d。生育期的极差为53d，极差较大但变异系数最小，表明35份资源的生育期较多分布在均值127.8d左右，离散程度较低。11份祖先亲本生育期平均值为129.64d，变幅为115～138d，祖先亲本多为中熟、中晚熟材料。11份祖先亲本的单株有效节数、主茎有效节数、单株荚数、单株粒数显著高于总样本及其余24份种质。表明祖先亲本控制产量相关因子的基因具有优异等位组合。因此在选择亲本时可优先考虑这4个性状值高的资源。

2.2 农艺性状的主成分分析

对东北35份大豆种质12个农艺性状的平均值进行了主成分分析，得到4个特征值较大的主成分，累计贡献率达84.72%（见表3）。第一主成分的单株粒数分量最大，故为粒数因子。株高、有效分枝、生育期、百粒重4个分量为负值，其余各分量均为正值。表明供试种质单株粒数多者，并非晚熟、多分枝、大粒类型材料；但其主茎节数、单株荚数、有效节荚数、每荚粒数多，收获指数高。因此，第一主成分值大的资源产量较高。第二主成分的有效分枝分量最大，故为分枝因子。负值分量依次为株高、主茎有效节数、有效节荚数、每荚粒数、生育期。表明供试种质分枝多者，熟期偏早，植株较矮，主茎有效节数、有效节荚数、每荚粒数较少。单株粒数分量很小，对主成分影响较小。故第二主成分值小的资源产量高。第三主成分的株高分量最大，故为株高因子。负值分量且绝对值较小者为有效节荚数、每荚粒数、单株粒重、百粒重，对主成分的影响较小。收获指数分量为负值且绝对值较大，表明植株高者，收获指数小，故株高中等材料较丰产。第四主成分的有效节荚数分量值最大，故为荚数因子。正值分量为有效分枝、单株荚数、单株粒数、生育期，其余分量为负值，表明荚、粒数多者，熟期稍晚、株高偏矮且多分枝。从主成分结果可知，综合性状好，产量较高资源的特点是：熟期稍早、中大粒、株高中等、有效分枝适中、多荚、多粒，即第一、三、四主成分值越大越好，第二主成分值越小越好。按此原则筛选出10份优异种质，包括有黑农23、克交70-481、吉林19、九农13、吉林15、一窝蜂、吉林13、九农9号、九农10、珲春豆。其中一窝蜂和珲春豆为祖先亲本。

表3 主成分分析结果

2.3 聚类分析

利用挖掘到的4个主成分，采用欧氏距离（Euclidean distant）最小距离法进行聚类分析，得到聚类分析图（见图1）。在遗传距离4.23处，将35份东北大豆资源分为4个主要类群。类群1包含3份种质，黑河3号、克交70-481、吉林19。此类群种质株高偏矮，分枝较少。类群2包含9份种质，东农55-6075、秋八、集体3号、黄宝珠、大金黄、东农33、黄大豆、早丰2号、十胜长叶。此类群种质植株较矮，分枝较多。其中黄宝珠、东农33、十胜长叶为祖先亲本。类群3包含3份种质，黑农23、荆山朴、满仓金。此类群种质株高偏高，分枝较少。其中荆山朴是由满仓金系选来的，二者均为祖先亲本[3]。类群4包含17份种质，又可分成两个亚类。亚类I包含6份种质均为祖先亲本、亚类II包含11份种质。此类群资源的单株荚数、单株粒数较多，收获指数较高。铁丰18、小金黄1号由于生育期太晚，独自分布。遗传距离是度量品种遗传差异，选配亲本的重要参数。应用聚类分析，可更有效的选配杂交组合。

图1 东北大豆资源的聚类树

3 讨论

东北三省是我国大豆种植面积最大的，重要的大豆生产基地，分析和探讨这一地区祖先亲本与部分资源的表型和遗传距离对于制定未来的育种策略具有重要意义。研究表明35份东北大豆资源生育期、株高、主茎有效节数等与产量相关的数量性状变异丰富，遗传多样性指数较高，遗传基础较广。其中单株有效节数、主茎有效节数、单株荚数、单株粒数4个产量构成因子尤为重要。4者皆优种质衍生的后代丰产性较好，如金元截止到2005年已经衍生577个大豆新品种，核遗传贡献值高达65.65%；铁荚四粒黄已衍生281个大豆新品种，核遗传贡献值达29.63%[6]。

从主成分分析看，研究供试种质的产量及株型构成因子的贡献率较大，表明利用这些种质更容易使后代材料的产量提高及株型改变[8]。我国拥有丰富的大豆种质资源，在育种程序中，可参考祖先亲本主成分信息选配亲本，提高育种效率。从聚类结果看，同类群种质具有相类似的农艺性状，表明控制考核性状的遗传物质较相近，遗传距离较小，亲缘关系近。因此，在亲本选配时，可根据育种目标选择类群间性状互补的材料，这与李文霞等和赵银月等的研究结果一致[9-10]。大豆资源在产量相关性状鉴定的基础上，应用主成分及聚类分析，将更有效地为大豆育种提供亲本材料，加快育种进程。

［1］盖钧镒,崔章林.中国大豆育成品种的亲本分析[J].南京农业大学学报,1994,17(3):19-23.

［2］盖钧镒,赵团结,崔章林,等.中国大豆育成品种中不同地理来源种质的遗传贡献[J].中国农业科学,1998(5):35-43.

［3］孙志强,田佩占,王继安.东北地区大豆品种血缘组成分析[J].大豆科学,1990,9(2):112-120.

［4］杨棋.大豆遗传基础拓宽问题[J].大豆科学,1993,12(1):75-80.

［5］庄巧生.中国小麦品种改良及系谱分析[M].北京:中国农业出版社,2003.

［6］熊冬金,赵团结,盖钧镒.1923～2005年中国大豆育成品种的核心祖先亲本分析[J].大豆科学,2007(5):641-647.

［7］胡建斌,马双武,简在海,等.中国甜瓜种质资源形态性状遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报,2013,14(4):612-619.

［8］李向华,常汝镇.中国春大豆品种聚类分析及主成分分析[J].作物学报,1998(3):325-332.

［9］李文霞,李柏云,薛红,等.黑龙江省不同生态区大豆品种育种性状的主成分分析[J].大豆科学,2013,32(6):731-734.

［10］赵银月,耿智德,保丽萍,等.云南省大豆地方品种资源的主成分分析及聚类分析[J].湖南农业大学学报,2007,33(S1):120-122.

Phenotype Identification and Cluster Analysis on Collections of Soybean in Northeast of China

Gao Shuqin,Hou Yunlong,Qiu Hongmei,Sun Xingmiao,Wang Yueqiang
（Soybean Research Institute,Jilin Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Soybean,Changchun 130033,Jilin,China）

12 agronomic traits was measured in 35 collections of soybean in 3 provinces of the northeast of China.Phenotypes and genotypes were identified and classified by genetic diversity,principle components and cluster analysis.The results showed that there were rich genetic variation and diversity for 12 agronomic traits in 35 soybean collections.According to the principle components analysis,4 principle components were screened.10 elite germplasms were identified by 4 principle components.35 germplasms were divided into 4 genetic groups by clustering analysis.

Soybean resources;Genetic diversity;Cluster analysis

S324

B

1674-3547(2014)05-0006-06

2014-09-14

高淑芹，助理研究员，主要从事大豆种质资源研究，E-mail:qhm2001-2005@163.com

国家自然科学基金（31401404）；转基因生物新品种培育重大专项（2014ZX0800929B）；吉林省自然基金（20140101142JC）

**通讯作者：王跃强，研究员，主要从事大豆种质资源研究，E-mail:825164949@qq.com