22个冬小麦品种主要农艺和品质性状遗传多样性分析

刘鸿燕，王 娜，张耀辉，王 伟，汪石俊，南 海，魏志平，岳维云，宋建荣，周喜旺

（甘肃省天水市农业科学研究所，甘肃 天水 741001）

小麦是主要粮食作物之一，在农业生产中具有重要地位[1]。天水地区是甘肃省冬小麦主要产区，常年种植面积14万hm2左右，为甘肃省的粮食安全发挥了重要作用。由于受特殊地理位置和生态条件的限制，多年来天水地区的小麦育种主要以抗条锈为主[2]，在产量和品质方面没有较大突破，其主要原因是所用亲本材料遗传基础狭窄，骨干亲本少，成为限制育种工作的主要瓶颈。针对甘肃小麦品种的农艺性状遗传多样性，仅有张雪婷等[3-4]对甘肃省近年审定的冬小麦品种从农艺性状鉴定和分子水平两个层次进行了研究，余明寨等[5]对陇东地区的冬小麦从分子水平进行了遗传多样性研究，但涉及天水地区育成品种较少。我们对天水地区近年审定的22个冬小麦品种进行了相关农艺性状和品质性状的遗传多样性分析，旨在为这些品种在今后育种中合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为甘肃天水地区近年审定的22个冬小麦品种，均由天水农业科学研究所小麦中心提供，详见表1。

表1 供试冬小麦品种

1.2 试验地概况

试验设在天水市农业科学研究所中梁试验站小麦育种基地。属典型旱地雨养农业区，海拔1 650 m，年降水量500～600 mm，年平均气温11.5℃，无霜期185 d。试验地土壤为黄绵土，前茬作物为马铃薯。

1.3 试验方法

试验采取完全随机区组设计，3次重复，露地点播。每个品种播种2行，行长1 m，行距33 cm，株距5 cm，每行20粒，试验区周围设保护行。成熟期每个小区随机选取10株，对株高、穗长、穗粒数、千粒重等4个农艺性状进行测定，并取平均值。性状调查参照《国家区试试验田间调查记载标准》的有关方法进行。品质性状采用品种审定时的数据，主要包括容重、粗蛋白含量、湿面筋含量、沉降值。

1.4 数据分析

利用Excel 2007软件计算供试品种试验数据的最大值、最小值、平均值X、标准差s和变异系数CV（Variation Coefficient），并根据平均值和标准差的计算结果将供试材料划分为10级，按第1级[Xi＜（X-2s）]到第 10 级[Xi＞（X+2s）]，每 0.5 s为1级，每1级相对频率Pi计算遗传多样性指数（Shannon Weiner Index，H'）[6]。多样性指数的计算公式为H'=－∑Pi×Ln Pi，式中Pi为某性状第i级别内品种数占总平均数的百分比。利用DPS 3.01软件进行主成分分析和聚类分析，聚类分析采用类平均法，品种间遗传距离为欧式距离。

2 结果与分析

2.1 农艺性状的遗传多样性分析

对供试22个冬小麦品种的4个农艺性状的遗传多样性分析结果（表2）表明，穗粒数的变异系数最大（11.5%），变异幅度为25.8～42.8粒；其次为穗长（10.4%），变异幅度为6.7～9.2 cm；株高的变异系数最小（7.8%），变异幅度为79.4～106.3 cm；变异系数从大到小依次为穗粒数、穗长、千粒重、株高。在遗传多样性指数方面，千粒重最高（1.75），穗长最低（1.46），遗传多样性指数从大到小依次为千粒重、穗粒数、株高、穗长。

表2 供试冬小麦品种8个性状的遗传多样性分析

2.2 品质性状的遗传多样性分析

对供试22个冬小麦品种的4个品质性状的遗传多样性分析结果（表2）表明，沉降值的变异系数最高（31.3%），变异幅度为21.3～69.0 mL；其次是粗蛋白含量和湿面筋含量，容重的变异系数最小（4.1%）；变异系数从大到小依次为沉降值、湿面筋含量、粗蛋白含量、容重。在遗传多样性指数方面，容重最高（1.87），粗蛋白最低（1.53），遗传多样性指数从大到小依次为容重、湿面筋含量、沉降值、粗蛋白含量。

2.3 主成分分析

以累计贡献率大于80%为标准提取主成分，结果见表3。表3表明，在8个主成分中，前4个主成分累计贡献率达82.636%，足以代表原始因子所代表的的大部分信息。第1主成分的特征值为2.897，贡献率为36.213%，作用最大的性状为容重（0.413）、穗粒数（0.379）、千粒重（0.359）、穗长（0.320）和株高（0.291），包括1项品质性状和4项农艺性状。第2主成分的特征值为1.422，贡献率为17.779%，作用最大的性状为沉降值（0.695）、千粒重（0.436）和粗蛋白含量（0.433），主要包括2项品质性状和1项农艺性状。第3主成分的特征值为1.382，贡献率为17.271%，作用最大的性状为穗长（0.276）和穗粒数（0.599），主要包括2项农艺性状。第4主成分的特征值为0.910，贡献率为11.372%，作用最大的性状为穗长（0.688）、湿面筋含量（0.515）和粗蛋白含量（0.370），包括1项农艺性状和2项品质性状。

表3 供试冬小麦品种8个性状的主成分分析

2.4 聚类分析

采用UPGMA法对供试的22个冬小麦品种依据8个性状的欧式距离进行聚类分析，并构建树状图（图1），各类群性状平均值见表4。在欧式距离43处，将22份材料聚为五大类群：第Ⅰ类群仅有中梁24号1个品种，该类群的主要特点是农艺性状株高、穗长、穗粒数和千粒重均低于其他4个类群，品质性状粗蛋白含量和湿面筋含量均高于其他4个类群，沉降值低于第Ⅳ类群，高于其他3个类群。综合分析，此类群可作为抗倒伏和提高品质材料供育种者使用，与产量有关的穗粒数和千粒重表现不好，可利用价值不大。第Ⅱ类群包括7个品种，农艺性状中株高均高于其他4个类群，品质性状中籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量和沉降值均低于其他4个类群，该类群在品质性状利用方面需谨慎使用。第Ⅲ类群包括10个品种，该类群农艺性状中穗长和千粒重均高于其他4个类群，穗粒数低于第Ⅴ类群，但高于其他3个类群；品质性状中容重属最高类群。第Ⅳ类群包括中梁28号1个品种，该类群的农艺性状一般，品质性状中沉降值均高于其他4个类群。第Ⅴ类群包括3个品种，该类群的穗长低于第Ⅲ类群，高于其他3个类群；穗粒数均高于其他4个类群，千粒重低于第Ⅲ类群，品质性状一般。综合来看，第Ⅴ类群可作增产材料使用。

图1 22份供试冬小麦材料农艺性状与品质性状的聚类

表4 5个类群8项性状的平均值

3 小结与讨论

丰富的遗传多样性是品种选育的物质基础[7]。本研究对供试材料的8个性状进行了遗传多样性分析，结果表明，农艺性状中的穗粒数变异系数最高（11.5%），株高的变异系数最低（7.8%），千粒重的遗传多样性指数最高（1.75），穗长的遗传多样性指数最低（1.46）。品质性状中的沉降值变异系数最高（31.3%），容重的变异系数最小（4.1%），容重的遗传多样性指数最高（1.87），粗蛋白含量的遗传多样性指数最低（1.53），8个性状的平均变异系数为12.6%，平均遗传多样性指数为1.68，说明天水地区育成品种的遗传多样性较丰富。以上结果还说明，变异系数的高低与遗传多样性指数的大小不具有统一性，变异系数高的性状不一定具有较大的遗传多样性指数。

对供试品种的8个性状进行主成分分析，其中前4个主成分的累计贡献率为82.636%，反应了8个性状的主要信息，其第1主成分以容重、穗粒数、千粒重、穗长和株高为主要因子，且涵盖了4个农艺性状指标；第2主成分以沉降值、千粒重和粗蛋白含量为主要因子；第3主成分以穗长和穗粒数为主要因子，主要包括2项农艺性状；第4主成分以穗长、湿面筋含量和粗蛋白含量为主要因子。综合以上可知，主成分分析将较多的性状简化为几个具有代表性的因子，数值直观，可为小麦亲本选配提供科学依据。

聚类分析，22个供试材料可划分为5个类群。第Ⅰ类群包括1个品种，为中梁24号。第Ⅱ类群包括7个品种，第Ⅲ类群包括10个品种。第Ⅳ类群包括1个品种，为中梁28号，第Ⅴ类群包括3个品种。第Ⅰ类群和第Ⅳ类群各包括一个品种，可能与品种复杂的遗传背景有关，2个品种都属由多个亲本复合杂交选育而成，特别是中梁28号，由8个亲本复合杂交选育而成。

小麦的农艺性状和品质性状受基因型和环境的共同影响[8]。本试验中取得的田间数据受环境和人为因素影响较大，品质信息也采用审定时的官方数据。仅凭表型数据难以真实客观地反映品种之间的遗传关系，还需结合分子标记来做深入研究。