基于DUS测试性状的亚麻测试品种遗传多样性分析

左振兴，纪军建，付国庆，王 瑶，霍阿红，寇淑君

（张家口市农业科学院/农业农村部植物新品种测试张家口分中心，河北张家口075000）

0 引言

亚麻(Linum usitatissimumL.)是亚麻科亚麻属一年或多年生草本植物[1]，可分为油用型、纤维用型和油纤兼用型三种类型[2]。亚麻主要分布在甘肃、内蒙古、山西、河北、宁夏、新疆、黑龙江等省（自治区）[3]。亚麻的综合利用价值极高，亚麻纤维具有吸湿、透气、防腐、耐磨、抑菌防霉等优良性能[4]，亚麻籽富含α-亚麻酸、膳食纤维及木酚素等保健成分[5]，市场对优质亚麻品种的需求越来越大。

为保护育种者的合法权利，推动亚麻育种创新，促进亚麻新品种产业的发展，2005年5月20日农业部植物新品种保护办公室将亚麻列入第六批植物新品种保护名录[6]。由此开始了亚麻新品种权的受理和审查测试工作。2017年3月，农业部公布了第一批非主要农作物登记目录，亚麻也包含在内，《中华人民共和国种子法》明确要求申请保护和登记的植物品种应当具备特异性(D)、一致性(U)和稳定性(S)[7]，DUS测试是植物新品种管理和授权的科学依据[8]。DUS测试性状是开展DUS测试的基础，由特定的基因型或基因型组合决定的，在特定环境条件下充分一致和可重复的，在品种间表现出足够的差异[9]，这就要求选取的测试性状能够稳定的、可重复的表达，并且便于区分品种，测试性状的选择对DUS测试工作起着关键性的作用。

王永行等[10]利用DUS测试性状对普通小麦测试品种进行了遗传多样性分析，褚云霞等[11]利用DUS性状对22个非洲菊品种进行了多样性分析，黄志城等[12]利用水稻DUS测试指南中的52个基本测试性状对上海粳稻地方品种进行了遗传多样性分析，陈海荣等[13]利用DUS测试性状对玉米标准品种进行了形态多样性分析，而利用DUS测试性状对亚麻品种进行形态多样性评价的研究还少见报道。

本研究利用《农业植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南亚麻》[14]中的19个基本测试性状对亚麻测试品种进行多样性研究，依据测试性状相应的代码对其进行形态多样性分析、相关分析和聚类分析，以进一步评价和优化测试指南性状的选取和应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用30份亚麻测试品种，申请品种保护的品种由农业农村部植物新品种保护办公室提供，申请委托测试的品种由育种单位提供（表1，A为测试品种，B为近似品种）。

表1 亚麻测试材料清单

1.2 试验设计

供试的30份材料种植于张家口市农业科学院坝上试验基地，随机区组设计，2次重复，每小区6行，行长5 m，行距20 cm，四周种植保护行，田间管理与当地大田生产管理方式相同。按照《植物品种特异性、一致性和稳定性测试指南亚麻》[14]的要求，对指南中的19个测试性状进行观测（表2），性状观测的时间、部位、方法和数量严格按照测试指南的要求执行。

表2 性状调查表及类型

1.3 数据分析

1.3.1 数量性状的相关性分析 用Excel计算出各数量性状的最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数，用SPSS20计算各数量性状间的相关系数。

1.3.2 多样性分析 依据亚麻DUS测试指南对亚麻测试品种的每个性状给出相应的代码，对于每个具体品种的每个性状，将其相应性状表达的级别记为1，未表达的其他级别记为0，由此构成形态性状的原始数据矩阵。每个性状的不同代码视为该性状的等位变异，利用PopGen32软件[15]分析不同性状的等位变异数目(na)、有效等位变异数目(ne)和Shannon's多样性指数(H)。Shannon's多样性指数的计算见公式(1)[16]。

式中Pi为某个性状第i个代码出现的概率。

1.3.3 聚类分析 采用PowerMarker3.25[17]统计软件中的Nei1983法计算遗传距离，然后根据遗传距离利用非加权算数平均法(unweighted pair group method with arithmetic mean,UPGMA)在 MEGA 6.06[18]中构建遗传聚类图。

2 结果与分析

2.1 数量性状的变异系数及相关性分析

根据对30份测试品种的变异系数分析（表3），亚麻指南中数量性状变异系数存在较大差异，单株蒴果数(Chr.14)的变异系数最大为65.31%，变幅为7.45～59.5个，其次为植株的工艺长度(Chr.10)、单株分枝数(Chr.11)、株高(Chr.9)，变异系数分别为26.73%，19.43%，17.54%，种子的含油率变异系数最小为4.05%。

表3 数量性状变异统计

由表4可以看出，植株的高度(Chr.9)与工艺长度(Chr.10)呈极显著正相关，相关系数为0.946，与单株蒴果数(Chr.14)呈极显著负相关，相关系数为-0.554。植株的单株蒴果数(Chr.14)与单株分枝数(Chr.11)呈极显著正相关，相关系数为0.610，千粒重(Chr.16)与全麻率(Chr.18)呈显著负相关，相关系数为-0.481。

表4 数量性状相关性分析

2.2 亚麻测试品种的形态多样性分析

本研究利用亚麻DUS测试指南中的19个基本测试性状对30个测试品种进行观测，共检测到62个等位变异，平均每个性状可以检测到3.2632个，变幅介于2～6，其中等位变异数目大于等于5的性状有6个；平均有效等位变异数目为2.3716，变幅为1.2195～5.2941个；Shannon's多样性指数平均为0.8720，变幅为0.2449～1.7160。

性状植株高度(Chr.9)的多样性最高，达到6个等位变异，多样性指数为1.7160，其次为植株工艺长度(Chr.10)，达到了7个等位变异，多样性指数为1.566。这两个性状在特异性测试中可以充分加以利用。总的来看，19个测试性状中有31.6%的性状存在5个及以上的等位变异，说明测试品种的多样性比较丰富。

2.3 聚类分析

利用UPGMA法对30个亚麻测试品种进行了聚类分析（图1）。

基于UPGMA对30份亚麻材料进行聚类分析（图1），30份糜子材料聚为3个组群。组群Ⅰ和组群Ⅱ主要为油用品种，主要表现为株高、工艺长度低，分枝数和蒴果数多等特征。组群Ⅰ有5份材料，其中4份为油用品种，1份为油纤兼用品种，花丝颜色(Chr.6)都是白色，花柱颜色(Chr.7)都是白色，蒴果大小(Chr.12)都是中，蒴果隔膜纤毛(Chr.13)都是有。组群Ⅱ有7份材料，都是油用品种，花：花冠颜色(Chr.3)都是中等蓝色，花药颜色(Chr.5)都是蓝色，蒴果隔膜纤毛(Chr.13)都是有。组群Ш有18份材料，主要是纤维用品种，主要表现为株高、工艺长度高、分枝数和蒴果数少等特征。

图1 基于形态性状的30份亚麻测试品种的聚类结果

表5 30份亚麻测试品种19个形态性状的多样性分析

3 讨论与结论

3.1 数量性状的相关分析在DUS测试上的应用

随着新种子法的颁布实施，育种者对DUS测试的认识不断深入，测试的作物种类和数量逐年激增，而中国DUS测试工作起步较晚，测试人员严重不足，因此，科学精简测试过程尤为重要。王永行等[10]通过19个小麦品种数量性状的变异系数分析和相关分析，建议在小麦测试指南中用穗长代替旗叶长、用穗粒数代替不育小穗数，取消旗叶宽作为测试性状，前人对亚麻DUS测试指南中性状的研究还未见报道，本研究通过对亚麻数量性状的相关分析，发现植株的高度与工艺长度呈极显著正相关，与单株蒴果数呈极显著负相关，单株蒴果数与分枝数存在极显著正相关，与张丽丽等[5]的研究结果一致，建议用株高代替工艺长度，用单株蒴果数代替分枝数，删除植株的工艺长度和分枝数两个性状，减轻测试工作量。

3.2 多样性分析和聚类分析在DUS测试上的应用

《植物新品种特异性、一致性和稳定性审查及性状描述总则》要求DUS测试性状在品种间表现出足够的差异，能够用于确定特异性[19]，本研究中性状植株高度(Chr.9)的多样性最高，达到6个等位变异，多样性指数为1.7160，其次为植株工艺长度(Chr.10)，达到了7个等位变异，多样性指数为1.5661。这2个性状在DUS测试区分不同品种的过程中可以充分加以利用。

通过聚类分析发现，组群Ⅰ和组群Ⅱ主要为油用品种，主要表现为植株的高度(Chr.9)、工艺长度(Chr.10)低，分枝数(Chr.11)和蒴果数(Chr.14)多等特征。组群Ш主要是纤维用品种，主要表现为植株的高度(Chr.9)、工艺长度(Chr.10)高、分枝数(Chr.11)和蒴果数(Chr.14)少等特征，这4个性状可以用于对油用品种和纤维用品种进行分组。单株蒴果数(Chr.14)的变异系数最大为65.31%，植株的工艺长度(Chr.10)、单株分枝数(Chr.11)、高度(Chr.9)，变异系数也较高，分别为26.73%，19.43%，17.54%，说明这4个性状在DUS三性判定中区分效果明显。但是基于相关分析结果，建议用单株蒴果数(Chr.14)和植株的高度(Chr.9)有效区分品种。

本研究的测试品种中，2016-2225B是2016-2225A的近似品种，两者在聚类时分在同一小枝，说明2016-2225A选择2016-2225B做近似品种是非常合适的，而20205250235B和20205250235A遗传距离比较远，选择20205250235B作为20205250235A的近似品种明显不合适。从聚类图上来看，20205250235A选择ZJK20193008A做近似品种，更为合适。因此，在测试第一生长周期结束后，可利用品种性状描述数据进行聚类分析，并结合形态性状聚类分析结果，筛选出最相似的近似品种。但是本研究中选用的品种较少，而且分布不平衡，尤其是油纤兼用亚麻的品种较少，在后续的研究中，选材需更加丰富。

综合本研究的结果，建议删除植株的工艺长度和单株分枝数这两个性状，植株的高度、单株分枝数的遗传多样性指数和变异系数较高，在不同的品种间差异显著，可以有效区分品种。为了更加准确、快速地区分不同的品种，测试人员在测试过程中还需不断地对测试指南进行修正，优化测试技术，以期更好地为亚麻DUS测试工作服务。