二棱大麦品种（系）的综合评价

2022-02-18郜战宁王树杰薛正刚杨永乾宋晓朋介元芬

作物杂志 2022年1期

郜战宁王树杰冯辉薛正刚杨永乾宋晓朋介元芬

（1驻马店市农业科学院，463000，河南驻马店；2河南农业职业学院食品工程学院，450000，河南郑州）

大麦（Hordeum vulgareL.）是我国及世界上分布及种植面积较大的作物，资源极其丰富。大麦被广泛应用于粮食、啤酒、饲料及保健品原料[1]。除大麦的啤用农艺性状和品质性状外，近年来大麦的营养及食用价值日益受到人们的重视[2]，随着畜牧业及饲养业的迅速发展，大麦饲用农艺性状及青饲、青贮价值也受到人们的重视。依据棱型，大麦分为二棱大麦和六棱大麦，二棱大麦与六棱大麦籽粒性状具有较大差异[3]。相比六棱大麦，二棱大麦籽粒品质更适合用作酿造啤酒的原料[4]。本文对38份不同来源和用途的二棱大麦品种（系）综合性状进行比较分析及评价，为不同用途二棱大麦品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以38份不同来源和用途的二棱大麦品种（系）为材料，材料名称及来源见表1。

表1 参试材料名称及来源Table 1 The names and origins of materials tested

1.2 试验设计

试验于2018-2019和2019-2020年度在河南省驻马店市农业科学院试验站进行，6行区，行距0.25m，行长9m，小区面积13.5m2，小区间距30cm，随机区组排列，3次重复，试验地四周设保护行。前茬作物为大豆，参试材料统一种植并进行田间管理。

1.3 指标调查及方法

1.3.1 农艺性状 38份供试品种（系）的农艺性状均按照《大麦种质资源数据质量控制规范》进行统一调查记录。调查指标包括株高、穗长、千粒重、穗粒数、有效穗数、产量及不孕粒数等。于大麦腊熟期，每小区随机选取10株，调查株高；每小区随机选取 10穗，调查穗长、不孕粒数和穗粒数；每小区选取长势均匀一致的植株1m行长调查有效穗数，折算成单位面积有效穗数；腊熟末期统一收获、晾晒，测定小区产量及千粒重。

1.3.2 蛋白质含量使用DA7200型近红外谷物品质分析仪[波通瑞华科学仪器（北京）有限公司生产]测定供试品种（系）蛋白质含量。

1.4 数据处理

采用Excel 2007进行基础数据的处理及制表绘图；采用 DPS 7.05软件进行相关性分析和主成分分析，用SPSS 18.0进行聚类分析，采用系统聚类法，以欧式距离作为品种（系）间距离，Ward’s method进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 二棱大麦品种（系）主要性状表现及多样性

38份二棱大麦品种（系）主要农艺性状结果（表2和图1）显示，各性状的变异程度和遗传多样性指数存在较大差异。

表2 二棱大麦品种（系）主要农艺性状、蛋白质含量及多样性指数Table 2 The main agronomic traits, protein contents and diversity indexes of two-rowed barley varieties (lines)

图1 二棱大麦品种（系）主要农艺性状Fig.1 The main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

38份二棱大麦品种（系）中，株高的变化范围为74.22～113.94cm，变异系数为9.59%，多样性指数为1.9018。株高主要集中分布在79.07～100.03cm，表明参试材料大多为中高秆品种（系），矮秆品种（系）较少。

穗长变异系数为 11.90%，多样性指数为2.0209，表明参试品种（系）穗长存在明显差异，穗长主要集中分布范围为 5.05～7.61cm，穗长最长为K09-4，最短为8-33。千粒重主要集中在38.04～45.99g，千粒重最高的为鄂单215，最低的为驻5-63。穗粒数主要集中分布范围为 23.32～29.06粒，穗粒数最高的为K09-4，最低的为盐黑1号。有效穗数主要集中分布范围为 607.86～979.19万/hm2。有效穗数最高的品种（系）为K09-4，最低的品种（系）为苏啤3号。籽粒产量主要集中在5873.35～8068.91kg/hm2，产量最高的品种（系）为K09-4，最低为驻大麦 6号。蛋白质含量主要集中分布在7.92%～12.55%，蛋白质含量最高为驻大麦5号，最低为盐黑1号。

综上所述，二棱大麦品种（系）中不孕粒数的变异系数最大，为41.94%；有效穗数、籽粒产量及穗长的变异系数均较大，变异系数为 11.90%～13.83%；而株高、穗粒数和千粒重在二棱大麦品种（系）中变异范围较小，变异系数为7.71%～9.59%，千粒重的变异系数最小，为7.71；蛋白质含量的变异系数为13.37%。在二棱大麦不同性状中，多样性指数介于1.8519～2.0518，穗粒数的遗传多样性指数最高，为2.0518；千粒重的遗传多样性指数最低，为1.8519，说明二棱大麦品种（系）主要性状存在丰富的遗传变异。

2.2 二棱大麦品种（系）主要性状的相关性分析

由表3可知，有效穗数与籽粒产量呈极显著正相关，其偏相关系数也达极显著正相关水平，株高与籽粒产量呈极显著负相关，穗粒数与籽粒产量偏相关系数呈显著正相关，穗长与籽粒产量偏相关系数呈显著负相关。这说明对二棱大麦品种（系）籽粒产量影响最大的因素是有效穗数；在产量三因素协调的情况下，籽粒产量随着株高的增加而降低；穗粒数对二棱大麦品种（系）籽粒产量影响较大，在产量三因素协调的情况下，籽粒产量随着穗粒数的增加而增加。因此，在二棱大麦新品种选育工作中，适当增加有效穗数，兼顾穗粒数及其他性状，可获得更高的产量。

表3 二棱大麦品种（系）主要农艺性状的相关性分析Table 3 The correlation analysis of main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

其他性状之间的相关关系表现为株高与穗长呈极显著正相关，其偏相关系数也达极显著正相关水平，说明株高的增加有利于穗长的增加；千粒重与有效穗数呈极显著负相关，其偏相关系数呈显著负相关，说明有效穗数的增加会导致千粒重的下降；穗粒数与穗长呈极显著正相关，说明穗长的增加有利于穗粒数的增加；穗粒数与有效穗数偏相关系数呈显著负相关，说明有效穗数的增加会造成穗粒数的下降。由此说明，大麦各性状之间存在此消彼长的关系，简单考虑某一性状的提高，会造成其他性状的下降，从而影响产量提高，这与前人[5-10]的研究结果一致。

2.3 二棱大麦品种（系）主要性状的聚类分析

采用系统聚类法对 38份二棱大麦品种（系）进行聚类分析，将各农艺性状原始数据标准化处理，以欧式距离作为品种（系）间距离，以离差平方和法进行聚类分析[11-12]。品种特异性的判定是至少有一个性状明显不同于已知的近似品种，即可认为其具有特异性[12]。从图2可知，品种（系）间距离最短的是驻大麦7号和盐99175，差异也最小。38份大麦品种（系）间遗传距离的大小表明其遗传差异的大小。图2中各品种（系）合并的先后次序不同，反映了品种（系）间的近似程度及亲缘关系的远近。先合并的品种（系）间遗传距离小，说明品种（系）间差异少；合并的越晚，品种（系）间遗传距离越大，说明差异越大。

由图2可知，38份二棱大麦品种（系）在遗传距离10时可以聚为2大类：类群Ⅰ包括21份材料，编号为4、8、1、10、15、9、14、11、19、27、28、6、2、22、7、21、23、12、13、20、3；类群Ⅱ包括17份材料，编号为30、37、26、24、16、36、32、34、17、5、25、35、31、33、18、29、38。

图2 二棱大麦品种（系）农艺性状聚类图Fig.2 Clustering scheme of main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

由表4可知，类群Ⅰ材料平均株高较高，穗长较长，千粒重较大，穗粒数较多，为中秆大粒型。类群Ⅱ材料平均株高较矮，穗粒数较少，有效穗数较高，籽粒产量较高，为矮秆多穗型，这与相关分析结果一致。同一类中的材料各性状表现较为相近，因此，在大麦育种中，应根据目标性状，选择不同类群中的种质材料[12-13]。

表4 二棱大麦品种（系）各类农艺性状平均值Table 4 Average of agronomic traits in every cluster

2.4 主成分分析

主成分分析是通过降低数据维数排除众多信息中相互重叠的信息，把多个指标转化为少数几个综合指标的一种多元分析方法[14-19]。

2.4.1 二棱大麦品种（系）主要性状的主成分分析

本研究将供试品种（系）的株高、穗长、千粒重、穗粒数、有效穗数、籽粒产量和不孕粒数等数量性状进行降维因子分析，并计算出相关矩阵的特征值、特征向量及特征值的累计贡献率，使其累计贡献率≥85%[4,14]。

由表5可知，前4个主成分的信息量为总信息量的85.5807%，反映了绝大部分信息。根据特征值和各主成分的贡献率可以看出，第1主成分贡献率为33.5353%，综合了千粒重、株高和籽粒产量等信息；在一定范围内，千粒重随着株高的增加而增加，千粒重是产量构成因素之一，对产量有很大的贡献，因此第1主成分以大为好。第2主成分贡献率为24.6861%，代表了穗长的信息，穗长的增加有利于穗粒数的增加和产量的提高[20]；第3主成分贡献率为17.7681%，综合了穗粒数和有效穗数的信息，穗粒数和有效穗数是影响作物产量的重要因素，可概括为产量因子，因此第3主成分偏大为好。第4主成分贡献率为9.5912%，代表了不孕粒数和穗长的信息，说明随着穗长的增加会导致不孕粒数增加，从而影响产量的提高，因此第4主成分以偏小为好。

表5 二棱大麦品种（系）各农艺性状的主成分分析Table 5 Principal component analysis of main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

2.4.2 基于主成分的二维排序分析基于二棱大麦品种（系）主要性状的主成分分析结果，以前4个主成分得分值为指标，以第1主成分为横坐标，分别以第2、3、4主成分为纵坐标，绘制二维排序图[4,20]（图 3）。

图3 二棱大麦品种（系）主成分二维排序图Fig.3 Scatterplot based on PCA of two-rowed barley varieties (lines)

由第1主成分株高、千粒重因子与第2主成分穗长因子的二维排序图（图 3a）可知，参试的 38份材料中，中国河南的部分品种（系）、中国上海及其他地方的品种（系）布局比较分散，尤其是中国上海及其他地方的品种（系），说明这些品种（系）差异较大，因此在株高、穗长、千粒重等性状选择时，可优选这些品种（系）作为亲本材料。由第1主成分株高、千粒重因子与第3主成分穗粒数、有效穗数因子二维排序图（图3b）可知，中国河南的一些品种（系）、中国浙江、中国上海及其他地方的一些品种（系）布局较为分散，说明这些品种（系）在千粒重、穗粒数及有效穗数因子等方面差异较大，选择范围广，因此在千粒重、穗粒数及有效穗数等性状选择时，可选择这些品种（系）为亲本材料。由第1主成分株高、千粒重因子与第4主成分不孕粒数因子二维排序图（图3c）可知，中国河南的一些品种（系）及中国湖北的品种（系）布局较为分散，说明这些品种（系）在千粒重及不孕粒数因子等方面差异较大，在性状选择时，可根据这些性状优选中国湖北及中国河南的一些品种（系）为亲本材料。

3 讨论

我国有丰富的大麦（青稞）种质资源，但目前对河南省大麦（青稞）的系统深入研究还较少。孟霞等[6]认为对青稞农艺性状的研究，可有效发掘优异的亲本材料，对西藏青稞高产高效栽培提供依据。高彩婷[20]认为作物育种成效在很大程度上取决于掌握种质资源数量的多少和对其性状遗传规律研究的深浅。周伟[11]认为对作物品种资源正确合理的分析和评价是对其合理利用的前提。

3.1 二棱大麦品种（系）主要性状表现

本研究的38份二棱大麦品种（系）的主要农艺性状分析表明，38份二棱大麦材料的变异系数在不同性状上表现不同，有效穗数、籽粒产量、穗长、不孕粒数及蛋白质含量变异丰富，株高、千粒重及穗粒数变异相对较小，说明二棱大麦品种（系）的株高、千粒重及穗粒数相对稳定，是育种的基础，育种的关键突破在有效穗数和穗长适度增加，这与刘亚楠等[4]的研究一致，与张中州等[21]、刘朝辉等[22]和高翔等[23]对小麦的研究结果一致。

3.2 二棱大麦品种（系）的综合评价

陈丽华等[5]认为，利用相关性分析研究作物各性状间的相互关系及其对目标性状的相对重要性，对作物育种有重要的意义。张亚静等[9]对青稞研究认为，穗数与产量极显著正相关，认为单位面积足够的穗数是获得高产的基础。本研究通过对38份二棱大麦品种（系）的相关分析，揭示了有效穗数是影响大麦产量的主要性状，这与赵倩等[24]和田纪春等[25]对小麦的研究结果一致。赵倩等[24]认为，通过增加穗数比通过提高穗粒数和千粒重提高产量更有效。田纪春等[25]认为，不仅多穗型品种首先必须依靠穗数，而且大穗型品种也必须在一定穗数基础上才能有更大的突破。

聚类分析的可靠性和准确性在一定程度上取决于聚类性状的选择，李洁等[12]研究认为，品种（系）间遗传距离的不同，揭示了其遗传上的差异。本研究通过对主要农艺性状进行聚类分析，将38份二棱大麦聚为2大类，类群的划分与有效穗数、穗粒数、千粒重、株高和穗长等产量性状密切相关，这与刘亚楠等[4]和李洁等[12]的聚类分析结果一致。张亚静等[9]认为，产量育种是青稞育种的主攻方向。本研究认为高产育种应从类群Ⅱ选择，同时根据来源创制核心种质，尽可能选择亲缘关系较远的矮秆多穗型二棱大麦品种（系）。

主成分分析揭示了38份二棱大麦的产量性状，各主成分包含的性状有一定的相关性，表明各性状是相互联系的，因此在利用种质资源时应考虑各农艺性状之间的相互关系。这与刘亚楠等[4]和孟霞等[6]的分析相一致。荆瑞勇等[14]对水稻的研究认为，利用主成分分析进行性状评价时，可根据各性状的内在联系，从众多影响因素中解析主要因素，从而简化评价过程，使分析更准确。主成分二维排序是基于前4个主成分得分绘制的散点图，以第1主成分为横坐标，分别以第2、3、4主成分为纵坐标，依据各主成分特性筛选相应的二棱大麦品种（系）。二维排序分析从 38份二棱大麦品种（系）贡献较大的主成分相关的主要性状入手，分析了各性状在二维图中的布局及各性状间的差异大小，为二棱大麦亲本选择及创制优异种质提供依据。这与刘亚楠等[4]分析结果一致。种质资源的综合评价与育种的利用直接相关，如何对大麦品种（系）进行合理、全面的评价显得尤为重要[26]。