杂种小麦品质性状的性状相关和主成分分析

李桂萍，张根生，巴青松，张改生2，∗

（1.淮北师范大学生命科学学院，资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽淮北235000；2.西北农林科技大学 农学院，陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室，陕西杨凌712100）

杂种小麦品质性状的性状相关和主成分分析

李桂萍1，张根生1，巴青松1，张改生2，∗

（1.淮北师范大学生命科学学院，资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽淮北235000；2.西北农林科技大学 农学院，陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室，陕西杨凌712100）

为了探究化杀杂交小麦品质性状在不同世代的表现，以4个品质不同小麦品种组配的4个杂交组合为材料，对杂种F1代（杂交当代种子）和F2代（F1代植株上的自交种子）及其亲本的籽粒品质性状和面团品质性状进行了杂种优势、亲子相关、性状相关和主成分分析。结果表明：（1）杂种小麦F1代品质性状的杂种优势远远大于F2代杂种优势，杂种小麦F2代存在较强的面团品质杂种优势；（2）在小麦品质改良过程中，以籽粒硬度和蛋白质含量作为选择指标，有利于筛选出高面筋含量、高沉淀值以及蛋白质品质和磨粉品质优良的基因型；（3）在杂种早代选择籽粒蛋白质含量时不能忽视低亲的影响，要提高杂种F2代的沉淀值，关键是提高高亲和中亲的水平；（4）通过主成分分析可以将F2代8个品质性状综合成2个主成分因子。

小麦；品质性状；杂种优势；亲子相关；相关分析；主成分分析

杂种优势是生物界的一种普遍现象，利用杂种优势是作物育种发展的必然趋势。由于水稻、玉米、油菜等作物杂交种显著的增产效应，杂交小麦育种是今后小麦产量大幅度提高的首选途径［1-4］。小麦杀雄剂的使用、光温敏不育材料的研究，尤其是K型等新型小麦雄性不育系制种技术的完善，使杂种优势利用技术日趋成熟［5］。近年来，关于杂种小麦品质性状的研究日益增多，但主要针对杂种F2代品质性状的杂种优势和配合力分析［6-9］，而研究品质性状在杂种F1代（杂交当代种子）和F2代（F1植株上的自交种子F2）的杂种优势和性状相关等报道较少。主成分分析是用Jacobi法进行相似变换，把一些错综复杂的因子归结为少数几个综合因子，从而使问题简化、重点突出的一种多元统计方法［10］。小麦品质是一个比较复杂的综合性状，是许多构成因素相互结合、相互作用的结果。通常情况下，评价小麦品质的指标比较多，如果全部测定，不仅费时，也很昂贵。通过主成分分析，可掌握各品质性状对综合性状的贡献大小，进一步筛选出重点指标，在育种过程中可以有针对性地进行选择［11］。本试验以4个杂交组合的杂种F1代和F2代及其亲本为材料，对其品质性状进行了杂种优势、性状相关、亲子相关和主成分分析，以期为高产优质杂种小麦的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选用4个小麦品种，即小偃6号、89150、绵阳19和小偃107（其中小偃6号和89150为强筋小麦品种，绵阳19和小偃107为弱筋小麦品种）组配杂交组合。

1.2 田间试验方法

2002年5月，按强筋×强筋、强筋×弱筋、弱筋×强筋、弱筋×弱筋方式组配杂交组合。同年10月将杂交F1代及其亲本以随机区组种植，重复3次。2003年5月重新配置上年的杂交组合，同年6月收获F1代、F2代及其亲本的籽粒，经过考种、脱粒，将籽粒放置一个月后测定品质性状。田间试验从2002年开始在西北农林科技大学农作一站试验地进行。

1.3 品质性状测定方法

采用近红外谷物品质分析仪（NIR，Perten8620）测定籽粒硬度和蛋白质含量；参照GB5519—88标准测定千粒重；采用AACC手洗法测定干、湿面筋含量；采用常规Zeleny法测定沉淀值；采用德国Brabender粉质仪（827504型）测定吸水率、面团形成时间、稳定时间等粉质参数。

杂种优势采用公式计算：杂种优势 =（F1-MP）/MP×100，其中MP=（P1+P2）/2。

1.4 数据处理

各性状相关分析和主成分分析用SAS软件处理。

2 结果与分析

2.1 供试材料品质性状表现

从表1可以看出，亲本小偃6号（V2）和89150（V3）的大部分品质指标优于绵阳19（V1）和小偃107（V4）。杂交组合V2×V1和V1×V2属于一组正反交，其中亲本V2的大部分品质性状优于亲本V1，以V2为母本的组合（V2×V1）F1代、F2代各品质性状大多优于V1做母本的组合（V1×V2）。这表明沉淀值、蛋白质含量、湿面筋含量的遗传有可能存在细胞质效应。对于籽粒硬度这个性状，在F1代、F2代的表现有偏向于高值亲本的，也有偏向于低值亲本的，表现趋势不一致。

2.2 品质性状杂种优势分析

将杂种F1代和F2代品质性状的杂种优势表现列于表2、表3，可以看出，杂种F1代籽粒品质性状杂种优势大小为：干面筋含量＞湿面筋含量＞蛋白质含量＞沉淀值＞籽粒硬度；杂种F2代籽粒品质和粉质参数杂种优势大小为：稳定时间＞评价值＞形成时间＞籽粒硬度＞吸水率＞蛋白质含量＞沉淀值＞干面筋含量＞湿面筋含量。由表2和表3可以看出，杂种F1代各品质性状的杂种优势远远大于F2代杂种优势。

2.3 杂种F1代、F2代籽粒品质性状与亲本的相关分析

由表4可以看出：F1代蛋白质含量与中亲值、低亲值和高亲值均呈正相关，但不显著，其与低亲值和中亲值的相关系数相对较大，分别为0.841和0.780，而与高亲值的相关系数较小，为0.645。沉淀值与中亲值、低亲值和高亲值均呈正相关但不显著，但与低亲值和中亲值的相关系数相对较大，其基本表现趋势与湿面筋含量相同。

由表4还可以看出，F2代蛋白质含量和湿面筋含量与低亲值呈显著正相关，而与中亲值和高亲值呈正相关但不显著。F2代的沉淀值、干面筋含量和籽粒硬度均与中亲值和高亲值呈显著正相关，与低亲值呈正相关但不显著。说明要改善烘烤品质，应该选用高沉淀值的亲本进行杂交。在F2代对F1代的性状相关中，只有籽粒硬度达到显著水平（r=0.953），其他4个性状的相关系数均未达到显著水平。

表1 杂交组合F1代、F2代及亲本品质性状测定结果Table 1 Value of quality character of 4 crossing combinations and their parents

表2 杂种F1籽粒品质性状杂种优势表现Table 2 Heterosis performance of seed quality characters in hybrids F1

表3 杂种F2籽粒品质和粉质参数杂种优势表现Table 3 Heterosis performance of seed quality and farinograph parameters in hybrids F2

2.4 杂种F2代品质性状相关分析

由表5可以看出，蛋白质含量与籽粒硬度、形成时间呈显著正相关，与稳定时间呈极显著正相关；籽粒硬度与蛋白质含量呈显著正相关，与湿面筋含量呈极显著正相关，与吸水率和评价值呈正相关，未达到显著水平；沉淀值与湿面筋含量、蛋白质含量呈正相关，虽不显著但相关系数接近显著水平，与籽粒硬度、形成时间、稳定时间呈正相关但不显著；湿面筋含量与稳定时间、形成时间呈极显著和不显著负相关。

表4 杂种F1代、F2代籽粒品质性状与亲本的相关性Table 4 Parent-offspring correlation of quality characters of F1and F2

表5 杂种F2代品质性状间的相关分析Table 5 Correlation analysis of quality characters of F2

2.5 F2代品质性状的主成分分析

由表6可以看出，前2个主成分累计方差贡献率达94.07%，可以用这2个主成分较好地代替上述8个品质性状来评价小麦品质。决定第一主成分的主要是沉淀值和蛋白质含量等性状，第一主成分反映原始数据信息量的66.16%，这两个性状主要是反映蛋白质的含量和质量，因此，可以把第一主成分称为蛋白质因子。决定第二主成分大小的主要是形成时间和稳定时间，其贡献率为27.91%，主要反映的是面团的品质，因此，可以称为面团因子（表7）。

表6 F2代品质性状的主成分分析Table 6 Principal component analysis of quality traits of F2generation

表7 各品质性状的贡献率Table 7 Contribution of 8 quality traits

3 讨论

本试验通过对化杀杂交后代F1代和F2代品质性状进行优势分析，发现F1代品质性状的杂种优势很强，远远大于F2代杂种优势。分析其原因是籽粒品质性状和普通植株性状在遗传上的差异，籽粒性状是由胚和胚乳决定的，而胚和胚乳要比植株性状早一个世代。由于双亲是稳定的品种，杂交后的F1代是高度一致的杂合基因型，所以杂种优势最强，而F2代籽粒已发生分离，是一个混合群体，所以杂种优势有所下降。但由于F2代与F1代有紧密联系，而F2代混收的种子又是一个混合均匀的群体，所以F2代品质性状的杂种优势仍然能在生产上得到应用。

小麦的许多品质性状都存在或主要存在于3N的胚乳之中，第n代植株上产生的种子已是第n+1代，在遗传上可能同时受少数主效基因和大量微效修饰基因的控制［12］。何丽香［13］对小麦主要性状母体效应的研究中发现，水分含量、蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和吸水率等5个品质性状的母体效应方差比率均达显著或极显著水平。在本研究中，2个品质表现不同的亲本配置的正反交后代品质性状表现不同，以优质品种为母本的组合表现优于以优质品种为父本的反交组合。这表明优质母本对品质性状有正向影响，在配置杂交组合时，应以优质亲本做母本。而对于籽粒硬度这个性状，在F1代、F2代的表现有偏向于高值亲本的，也有偏向于低值亲本的，表现趋势不一致。已有研究表明，普通小麦籽粒硬度主要由位于5D染色体短臂上的主效基因Pina和Pinb控制，软质对硬质为显性［14］。本研究使用的4个杂交亲本的籽粒硬度值为50～67，没有表现出明显的硬度级差。另外除遗传因素外，籽粒硬度还会受环境的调节［15］。所以本研究中出现的籽粒硬度这个性状在杂交后代表现趋势不一致的原因还有待进一步的研究。

从亲子相关系数可以看到，F2代的籽粒蛋白质含量与低亲值和中亲值关系最密切，说明这个性状的低亲水平在一定程度上决定了它们在F2代群体的表现水平，但中亲也有很大影响，因此在早代选择这个性状时不能忽视低亲的影响；沉淀值与高亲值和中亲值都呈显著正相关，这与王岳光等［16］的研究结果一致。表明F2代籽粒沉降值与高亲关系很密切，要提高F2代的沉淀值，必须注重亲本的选择。本研究通过对杂种F2代品质性状间相关分析可以得出，在小麦品质改良过程中，以籽粒硬度和蛋白质含量作为选择指标，有利于筛选出高面筋含量、高沉淀值以及蛋白质品质和磨粉品质优良的基因型。加之籽粒硬度和蛋白质含量的测定可以用NIR，用量少且快捷，尤其在杂种早代种子量较少时很实用。同时通过提高沉淀值和蛋白质含量可以改良面团品质。这与安浩军等［17］的研究结果基本一致，但与笔者之前选用其他材料所做的研究结果有一些不同［18］。说明对于不同的遗传材料以及在不同环境条件下，各性状的表现并不完全一致，故对试验结果应作具体分析。在本研究分析的8个品质性状中，沉淀值、蛋白质含量、形成时间和稳定时间4个性状对小麦综合品质的贡献值最大，具有代表性。所以在品质改良过程中，可以重点针对上述4个指标进行选择，尤其是沉淀值和蛋白质含量的测定相对方便，种子用量少，可作为首选性状。

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二是鼓励金融创新，充分发挥金融市场风险管理的优势，提高金融对技术进步的支持。鼓励期货、互换、期权等多样化风险管理工具的稳健发展，健全定价机制，既有利于企业的风险管理和市场系统性风险分散，也有利于帮助高风险创新项目的研发和产业化。

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（责任编辑 张 韵）

Correlation analysis and principal component analysis on quality traits in hybrid wheat

LIGui-ping1，ZHANG Gen-sheng1，BA Qing-song1，ZHANG Gai-sheng2，∗
（1.School of Life Science，Huaibei Normal University，Huaibei235000，China；2.Key Laboratory of Crop Heteros is of Shaanxi Province，College of Agronomy，Northwest A&F University，Yangling 712100，China）

In order to explore the performance of quality traits of wheat hybrid in different generations，the heterosis，the characteristics correlation，parent-offspring correlation and principal component analysis of seed quality and dough rheological characteristics of four wheat cultivars and their four hybrids F1，F2were analyzed.The results showed that（1）Heterosis of seed quality characters in F1generation hybrid was far greater than that of F2generation.There was higher heterosis of dough quality in F2generation hybrid seeds.（2）In the process of wheat quality improvement，grain hardness and protein content as an index for selection，is helpful to select superior genotypes of high gluten content，sedimentation value，protein quality and milling quality.（3）When the hybrid grain protein content was selected in the early-generation，low-parent value shouldn't be neglected.And the key to improving Zeleny sedimentation value of hybrid F2was to improve the value of high parent and mid-parent.（4）Through principal component analysis，eight traits of F2generation were consolidated into two principal components.

wheat；quality character；heterosis；parent-offspring correlation；quality correlation；principal component analysis

S512.1

A

1004-1524（2016）09-1447-07

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.09.01

2015-12-04

国家自然科学基金项目（30170576）；陕西省“十五”杂种小麦攻关项目

李桂萍（1977—），女，新疆米泉人，博士，副教授，从事作物遗传育种研究。E-mail：liguipingxxq@163.com

∗通信作者，张改生，E-mail：zhanggsh@public.xa.sn.cn

浙江农业学报Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28（9）：1447-1453 http://www.zjnyxb.cn李桂萍，张根生，巴青松，等.杂种小麦品质性状的性状相关和主成分分析［J］.浙江农业学报，2016，28（9）：1447 -1453.