亚麻种质资源木酚素含量及农艺性状分析与评价

谢冬微，路颖，赵德宝，戴志刚，杨泽茂，粟建光*

(1.中国农业科学院麻类研究所，长沙 410205；2.黑龙江省农业科学院经济作物研究所，哈尔滨 150030)



亚麻种质资源木酚素含量及农艺性状分析与评价

谢冬微1,2，路颖2，赵德宝2，戴志刚1，杨泽茂1，粟建光1*

(1.中国农业科学院麻类研究所，长沙 410205；2.黑龙江省农业科学院经济作物研究所，哈尔滨 150030)

对来自于国内外的 221 份亚麻种质资源的6个主要性状进行了主成分和系统聚类分析与评价，结果表明：1)木酚素含量及主要农艺性状的变异系数为15.32%～54.31%，表明各材料间性状遗传变异丰富，类型广泛；2)主成分分析将主要农艺性状聚为 4 个主成分，分别为“工艺长因子”、“分枝数因子”、“千粒重因子”和“木酚素含量因子”，这 4 个主成分对总变异的贡献率分别为44.17%、22.69%、12.94%和15.59%，累计贡献率为 95.39%；3) 系统聚类分析将221份种质资源聚为6大类群，其中木酚素含量较高的材料主要集中在第I类中，包括47份材料，而综合农艺性状较好的材料主要集中在第IV和第VI类群，包括76份材料，这些材料木酚素含量高，分枝能力强，单株果数多，单株生产力高，综合农艺性状优良，作为优异基因资源可以进一步开发利用。

亚麻；木酚素；农艺性状；主成分

前言

亚麻 (LinumusitatissimumL.) 是人类最早使用的植物天然纤维及油料作物，是重要的经济作物之一。其纤维在纺织、化工、建材、装饰等行业中有广泛应用，具有高经济附加值[1]。亚麻籽富含α-亚麻酸、木酚素和膳食纤维，具有抗癌、预防和治疗高血压、糖尿病、心脑血管疾病等多种功效[2-3]，其营养和保健功能越来越被人们所认识。

种质资源是亚麻育种最重要的物质基础，加强对亚麻种质资源的收集、鉴定筛选和评价，拓宽育种亲本的遗传基础，重视育种亲本材料创新与利用，这是亚麻育种研究的基础工作，也是丰富育种材料，选育高产、优质、多抗新品种的关键。本研究对221份亚麻种质资源的木酚素含量及主要农艺性状进行了鉴定，并进行了初步的分析与评价，为合理高效地应用这些资源选育亚麻新品种及种质资源创新提供参考。

1　材料与方法

1.1试验材料

供试材料为221份多年来从国内外收集来的亚麻种质资源材料，来源于多个国家和地区。按其来源分：国内材料105份，国外材料116份。按用途分：纤用亚麻材料148份，油用材料73份。材料名称及木酚素含量详见结果分析部分表1。

1.2试验方法

每份材料按行种植，3次重复，行长2 m，行距20 cm，条播。管理同大田。成熟后每行取10株用于考种，对5个农艺性状及一个品种性状进行考察：分别为株高、工艺长、分枝数、硕果数、千粒重及木酚素含量。

1.3数据分析

利用EXCEL 2007和DPS软件进行数据分析，在主成分及聚类分析前对各数据进行标准化处理，并采用欧氏距离、离差平方和法进行各性状的聚类分析。

2　结果与分析

2.1主要农艺性状及木酚素含量的变异分析

表1所示为本研究的试验材料及其相应的木酚素含量情况。从试验材料名称可以看出材料中即有育成品种又有稳定品系，即有国内资源又有国外材料，说明本研究所选材料具有一定的代表性。并且木酚素含量等性状差异明显。

表1材料名称及木酚素含量

Tab.1Material name and lignan content

名称木酚素含量/mg·g-1名称木酚素含量/mg·g-1名称木酚素含量/mg·g-1双亚13.30Kreola1.23双11.26双亚46.08Omega0.36717-7-70.67双亚53.12K-53160.52Pin661.50双亚61.95K53131.15Pm2004-72.91双亚73.23Elise0.79P93008-9-51.47双亚82.07Pin441.97y0435-82.47双亚92.36K11940.97y0403-21.59双亚112.37A2991.59M0329-101.04双亚123.33Hlazur1.85y0403-2-22.13双亚141.49LifoRA2.47y0433-16-21.35双亚152.10Pin890.54y0340-2-21.69黑亚161.71K-76490.52y0315-3-62.34黑亚171.53belinka-11.42sxy3032.36黑亚191.52Persei0.89Pin702.63New0.89Alatun1.17y0310-7-32.62阿克塔1.75Selena2.68y0302-4-62.06美若琳1.63Antares2.08y0418-2-171.41戴安娜2.65K-65122.04Pin281.26QS11.07Belinka4.1395021-62.76QS51.43Choresmicum1.74Po2040-2-61.21QS62.26K65312.05y0314-3-24.38QS71.09Olinete3.2190050-6-6-3-32.62QS81.00K-62441.49y0423-1-262.30QS90.79Pekinense1.29y0317-2-46.65QS101.49K-62860.68M0313-33.25QS112.62Ariane1.19y0304-8-114.40陇亚8号0.71ukrainskyi32.39y0426-5-160.75黑亚140.69抗42.08y0322-3-61.65白求恩0.99K6531-20.68M0295-4-10.53New10.40Pin471.26248101.45陇亚102.27N22.07M0228-10.39同亚123.23Verchnevolzhkij2.66M03057-260.532013大庆2.99Pin2383.2290126-6-121.03白花2.26New31.20M0288-41.18俄罗斯小男孩2.91Raisa2.55H99077-7-71.07黑亚232.25Album1.61Po4073-20-103.05黑亚201.70Joe'sTostytrcwels0.670214-2-62.56双亚131.07Modran1.47Po1022-2-132.39

从表2可知，所考察的5个农艺性状和1个品种性状的变异性均较大，变异系数都在15%以上，变异幅度在15.32%～54.31%，其中木酚素含量的变异幅度最大，千粒重的变异幅度最小，各性状的变异幅度大小顺序为木酚素含量>蒴果数>工艺长>分枝数>株高>千粒重。其中木酚素含量的变异系数最大，说明不同地理来源的亚麻种质资源的木酚素含量差异较大。这种表型数据的差异对于挖掘相关基因具有非常重要的意义。

表2主要农艺性状的变异

Tab.2Variations of agronomic characteristics

性状最小值最大值极差平均数标准差变异系数株高/cm42.20109.5067.3081.9414.8218.09工艺长/cm27.6094.8067.2064.3814.2722.19分枝数2.5012.009.504.891.0822.18蒴果数3.5029.5026.009.333.7339.99千粒重/g3.948.914.975.000.7715.32木酚素/mg0.256.656.401.750.9654.31

2.2主成分分析

从表3可以看出，主成分特征根中4个主成分的累计贡献率达95.39%，而理论上只需 85%以上的累计贡献率即可认为其具有较强的信息代表性[4]。本研究提取的4个主成分基本上代表了所考察性状的绝大部分信息，因此可以用这4个主成分对供试种质资源进行分析评价。第1主成分的特征根为2.65，贡献率为44.17%。该主成分特征向量中工艺长的贡献最大，因此可称其为“工艺长因子”。其特征向量间的关系表明，工艺长度大的品种，一般株高较高。而其特征向量中单株分茎数、单株果数和单株千粒重均为负值，表明工艺长的增加不利于这几个性状的提高，即随工艺长的增加，单株分茎数和单株果数减少，造成单株产量降低。第2主成分的特征根为1.36，贡献率为22.69%。该主成分向量中分枝数的贡献率最大，可称为“分枝数因子”。其特征向量关系表明当种质材料分枝数较多，其蒴果数、木酚素含量及株高均相对较大。第3主成分特征根为0.94，贡献率为15.59%。该主成分向量中木酚素含量的贡献率最大，可称其为“木酚素含量因子”。我们发现其特征向量中与其关系最明确的便是千粒重，说明亚麻种质资源的木酚素含量与千粒重呈正相关关系。第4主成分的特征根为0.78，贡献率为12.94%。该主成分特征向量里千粒重贡献率最大，可以称其为“千粒重因子”。千粒重与其它特征向量均呈正相关关系，其中与木酚素含量的相关系最大。

表3各性状主成分特征向量及贡献率

Tab.3Eigenvectors and contribution of principal components

性状第一主成分第二主成分第三主成分第四主成分株高/cm0.52770.3226-0.04260.3559工艺长/cm0.54860.2618-0.02840.3420分枝数-0.38970.57330.03680.2086蒴果数-0.42130.5400-0.03760.1054千粒重/g-0.2298-0.36810.54980.7104木酚素/mg0.19580.26780.83210.4440特征值2.651.360.940.78贡献率/%44.1722.6915.5912.94累计百分比/%44.1766.8582.4495.39

2.3基于各性状的聚类分析

采用欧氏距离，离差平方和法对221份亚麻种质资源木酚素含量和5个主要农艺性状进行系统聚类分析。聚类结果(表4)显示，221份国内外亚麻种质资源可划分为6大类群。

第 I 大类群包括 47 份材料，这一类群的木酚素含量最高，达到 2.17 mg/g，株高和工艺长较高，其它性状相对较低。第II和V大类群分别包括38和30份材料，这些材料的株高和工艺长相对较小，其它各个指标均不突出，这些材料属于综合指标很一般的材料，所以对于后续进行杂交组合的配置及优异基因挖掘等的利用应谨慎选择。第III大类群包括30份材料，该类群的千粒重最大，达到5.66 g，蒴果数相对较高，平均达到9.25个，其它性状表现较好，说明这一类群的材料大部分产量较高，后续若要提高亚麻产量性状可选用该类群材料进行研究。第IV大类群包括35份材料，这一类群的株高和工艺长均达到最高，分别为91.44 cm及72.25 cm，而分枝数、蒴果数及木酚素含量也相对较高，分别为4.94个、9.46个和1.96 mg/g，此类群材料综合性状表现优异。第VI大类群包括41份材料，这一类群株高最低，工艺长度最短，为矮秆型品种，株高和工艺长度分别为 63.1 cm及45.63 cm，且硕果数最多，平均为10.47个，分枝数及千粒重较高，分别为5.29个及5.23 g，这一类群材料均表现出矮杆高产，所以它们在抗倒伏及高产育种上具有一定的利用价值。

表4各类群农艺性状平均值

Tab.4Means of agronomic characteristics for every group by cluster analysis

类群IIIIIIIVVVI数目473830353041株高/cm89.0972.6884.5991.4483.8163.1工艺长/cm71.1555.5564.3872.2567.0745.69分枝数4.424.894.804.944.945.29蒴果数7.789.779.259.4610.0210.47千粒重/g4.754.825.664.744.765.23木酚素/mg2.171.741.841.961.291.54

3　结论与讨论

种质资源是作物育种的重要基础性材料，而农艺性状和品质性状又具有直观，便于识别和测量、易于掌握以及与生产直接相关等特点。因此，对种质资源的农艺性状及品质性状进行分析对于育种及农业生产都具有重要的意义。近些年学者们对纤用和油用亚麻进行了一些农艺性状的分析，其中吴建忠等对210份高世代材料进行农艺性状的相关分析，认为高世代材料中存在一些优异品系[5]。宋军生[6]、王利民[7]、杜刚[8]等均针对油用亚麻的农艺性状进行了主成分和聚类分析，均筛选到了一些农艺性状优良且可以作为优异基因资源的材料。以上研究为本研究提供了一些借鉴。本研究中221份亚麻种质资源材料的6个主要农艺性状的变异系数均在15%以上，变异范围为 15.32%～54.31%，可见这些材料农艺性状变异丰富，类型广泛，具有很好的选择利用前景。本研究应用主成分分析方法，将221份亚麻种质资源6个主要性状简化为彼此互不相关的4个综合指标即主成分，分别为“工艺长因子”、“分枝数因子”、“木酚素含量因子”和“千粒重因子”，这4个主成分对总变异的贡献率分别为44.17%、22.69%、15.59% 和 12.94%，累计贡献率达95.39%，说明这4个主成分能较好地反映供试材料农艺性状的综合特征，并利用这几个主成分对供试种质资源进行分析与评价。采用系统聚类分析，将221份亚麻种质资源聚为6大类群，不同类群材料各具特点。从聚类结果看，木酚素含量最高的材料主要集中在第I类群中，共47份材料，占资源总数的21.27%。综合农艺性状较好的材料基本上都集中在第IV、VI类群，共包括76份材料，占资源总数的34.39%，其中第Ⅳ大类群综合性状表现最好，这与基于主成分的二维排序分析结果基本一致。这些材料木酚素含量较高，株高适中，分枝能力强，单株果数多，单株生产力高，综合农艺性状好，可以作为优异基因资源进行重点开发利用。此外，主成分分析和系统聚类分析方法均可较好地对亚麻种质资源进行科学分析和评价，为其有效利用提供依据。但育种时还要结合田间适应性鉴定等对这些种质资源进行全面评价，才能在亚麻品种改良中发挥重要作用。

[1] Wróbel-Kwiatkowska M, Kulma A, Starzycka E, et al. Improving retting of fiber through genetic modification of flax to express pectinases[J]. Transgenic Research, 2008, 17(1): 133-147.

[2] 赵利，党占海，李毅，等．亚麻籽的保健功能和开发利用[J]．中国油脂，2006，31(3) : 71-73．

[3] 郭永利，范丽娟．亚麻籽的保健功效和药用价值[J]．中国麻业科学，2007，29(3) : 147-149．

[4] 孟庆立，关周博，冯佰利，等．谷子抗旱相关性状的主成分与模糊聚类分析[J]．中国农业科学，2009，42(8) : 2667-2675．

[5] 吴建忠, 姜卫东, 赵茜,等. 亚麻几个农艺性状表现及相关分析[J]. 安徽农业科学, 2013(14):6181-6182.

[6] 宋军生, 党占海, 张建平,等. 油用亚麻品种资源农艺性状的主成分及聚类分析[J]. 西南农业学报, 2015, 28(2):492-497.

[7] 王利民, 张建平, 米君,等. 国外引进油用亚麻品种资源农艺性状分析与评价[J]. 中国油料作物学报, 2011, 33(4):356-361.

[8] 杜刚, 王家银, 杨若菡,等. 外引油用亚麻品种资源农艺性状的多元统计分析[J]. 西南农业学报, 2016(4):770-774.

Lignan Content and Agronomic Traits Analysis and Evaluation of Flax Germplasm

XIE Dongwei1,2, LU Ying2, ZHAO Debao2, DAI Zhigang1,YANG Zemao1, SU Jianguang1*

(1.Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410205, China;2. Institute of Industrial Crops of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150030, China)

Principal components analysis and cluster analysis of 221 flax germplasm were carried out based on lignan content and 6 main agronomic traits. The results showed as follows: 1) The variations of 6 main traits ranged from 15.32% to 54.31%, which indicated that the diversity of materials was significant. 2) The principal components analysis showed that the first four PCs, which might be regarded as technical length factor (44.17%), stems per plant factor (22.69%), lignan content factor (12.94%) and 1000-seeds weight factor (15.59%), and accounted for 95.39% of variation among the cultivars. 3) Through cluster analysis, cultivars were classified into 6 groups. The 47 cultivars with lignan content were higher in the group I, and the 76 cultivars with excellent agronomic traits were mostly in group IV and group VI. These materials can be further developed and utilized as the excellent genetic resources with some fine properties such as lignan content high, branched, fruit number per, single productivity high and excellent agronomic characters.

Flax; lignan; agronomic trait; principal component

1671-3532(2016)04-0145-07

2016-05-09

中国博士后科学基金面上项目(2016M591302);黑龙江省科学基金面上项目(C2015031)

谢冬微(1982-)，女，助理研究员，从事亚麻种质资源工作。E-mail：xiedongwei@163.com。

粟建光(1964-)，男，研究员，从事麻类种质资源研究工作。E-mail：jgsu@vip.126.com。

S563.2

A