六棱大麦品种(系)主要农艺性状分析

郜战宁, 王树杰, 冯 辉, 薛正刚, 杨永乾

(驻马店市农业科学院, 河南 驻马店 463000)

大麦(青稞)是世界上分布范围广、种植面积较大的禾谷类作物，可作为食用、饲用及酿造原料[1]。大麦分为六棱大麦和二棱大麦，六棱大麦与二棱大麦籽粒性状具有较大差异[2]。与二棱大麦比较，六棱大麦宜用作畜牧养殖业的优质饲料[3]。合理分析六棱大麦材料的相关性状，利于发现六棱大麦中的特异种质，充分利用优良基因，加快育种进程[4]。

关于大麦主要性状与产量的关系，已有相关研究[5,6,7]，但目前河南省相关研究较少。因此，笔者研究对27份参试材料的相关性状进行分析，以探讨六棱大麦品种(系)间的遗传多样性，为下一步大麦育种工作提供借鉴[4]。

1 试验材料和方法

1.1 供试材料

研究选用安徽省、云南省、甘肃省、河南省等的27份六棱大麦材料作为参试品种(系)(表1)。

表1 参试材料名称及来源

1.2 试验设计

试验于2018-2019年度，2019-2020年度在河南省驿城区驻马店市农业科学试验站进行，随机区组排列，重复3次，每小区种植6行，9 m行长，0.25 m行距，每小区面积13.5 m2，区间距30 cm，试验两边各留1个小区作为保护行。试验重复间间距1.5 m。试验地前茬作物为大豆。

1.3 性状调查

参试品种(系)相关性状参照《大麦种质资源精准鉴定调查记载项目及标准》调查登记。大麦腊熟期分别调查株高、穗长、穗粒数及不孕粒，株高、穗长、穗粒数及不孕粒均调查10个数据；随机选1 m统计每小区有效穗数；腊熟末期统一收获，测千粒重和产量[4]。

1.4 数据分析

试验数据以所调查统计数据平均数为指标，用Excel 2007换算基础数据，表格制作及数据绘图；用DPS7.05进行主成分分析及相关分析，用SPSS18.0进行聚类分析。

通过换算参试品种(系)的平均数(μ)、标准差(σ)，将目标性状均划分为10级，从第1级[xi<(μ-2σ)]至第10级[xi>(μ+2σ)]，每间隔0.5 σ为一级，换算出各级相对频率Pi，从而算出遗传多样性指数[3](H')。H'=-∑PilnPi，公式中Pi是其主要农艺性状第i级别内品种个数占总品种各数的百分数，ln为自然对数。

2 试验结果与分析

2.1 六棱大麦品种(系)主要性状表现及遗传多样性

通过对参试品种(系)的各性状的平均数、变异范围、标准差及遗传多样性指数(详见表2)分析，结果显示，各主要农艺性状的遗传多样性指数和变异范围均有较大差异。

表2 六棱大麦品种(系)主要农艺性状表现及多样性指数

参试材料不孕粒的变异系数最大，为52.07%；籽粒产量、穗长及有效穗的变异系数均较大，分别为22.44%，21.51%，14.76；而株高、千粒重、穗粒数在参试材料中变异范围较小，变异系数为8.15%～12.74%，株高的变异系数最小为8.15。方差分析(表3)表明，27份六棱大麦品种(系)在株高、穗长、千粒重、穗粒数、有效穗、产量及不孕粒等7个主要农艺性状之间存在明显差异，且达显著水平。在六棱大麦不同性状中，多样性指数介于1.2428～1.8159之间，穗长的遗传多样性指数最高，为1.8159；有效穗的遗传多样性指数最低，为1.2428，说明六棱大麦品种(系)主要性状存在一定的遗传变异。

表3 六棱大麦品种(系)主要农艺性状方差分析

根据遗传多样性，将六棱大麦品种(系)的主要农艺性状分为10级(见图1)。其中，株高、穗长、穗粒数集中分布在第4～7级：株高集中分布范围为84.07～94.77 cm，穗长集中分布范围为5.16～7.02 cm，穗粒数集中分布范围为49.64～59.77粒，三个性状集中分布范围的材料份数分别占总份数的81.48%、77.78%、81.48%；千粒重、有效穗、产量及不孕粒集中分布在第3～8级：千粒重集中分布范围为25.61～31.93 g，有效穗集中分布范围为597.36万～855.92万/hm2，籽粒产量集中分布范围为5 737.13～9 886.73 kg/hm2，不孕粒集中分布范围为3.71～13.77粒，四个性状主要集中分布范围的材料份数均占总份数的92.59%。六棱大麦品种(系)主要性状10个级别均有分布，这说明参试六棱大麦品种(系)性状分布较为合理，布局较为均匀。

PH：株高；SL：穗长；TKW：千粒重；GNPs：穗粒数；SN：有效穗；GY：籽粒产量；IGN：不孕粒。1～10不同图例表示10个分组级别。

2.2 六棱大麦品种(系)主要性状的相关分析

由表4可知：有效穗与籽粒产量呈极显著正相关，其偏相关系数也达极显著水平；籽粒产量与千粒重显著正相关，偏相关系数极显著，穗长和籽粒产量呈极显著负相关。这表明有效穗对六棱大麦品种(系)籽粒产量的影响较大；其次是千粒重。在产量三因素协调的情况下，籽粒产量随着有效穗及千粒重的增加而增加；随着穗长的增加而降低。所以，六棱大麦育种时，适当增加有效穗及千粒重，兼顾穗粒数及其他性状，从而获得更高的产量[4]。

表4 六棱大麦品种(系)主要农艺性状的相关系数

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，其偏相关系数也呈极显著正相关，说明随着株高的增加有利于穗长的增加；千粒重和株高显著负相关；不孕粒和穗粒数达极显著负相关，其偏相关系数呈极显著负相关，说明在六棱大麦品种(系)中随着穗粒数的增加，会导致不孕粒的增多。所以，六棱大麦品种(系)主要性状间相互影响，相互制约，单纯考虑某一因素的提高，会导致其他性状的降低[4]，从而影响产量的提高，这与前人[5,6,7]的研究结果一致。

2.3 六棱大麦品种(系)主要性状的主成分分析

主成分分析(PCA)是通过降低数据维数，把多个指标转化为少数几个指标的一种多元分析方法[8～11]。笔者研究将供试六棱大麦品种(系)的株主要性状进行降维因子分析，使其累计贡献率≥85%[3,10](表5)。

表5 六棱大麦品种(系)各农艺性状的主成分分析

从表5可看出，前4个主成分反映了总信息量的87.3413%，概况了大部分主要信息。第一主成分主要贡献率为36.3564%，综合了穗粒数和有效穗的信息；穗粒数和有效穗均是产量构成重要因素，对产量有很大的贡献，因此第一主成分以大为好。第二主成分主要贡献率为28.4481%，代表了不孕粒、株高的信息，不孕粒为正值，株高为负值，因此第二主成分适宜为好；第三主成分主要贡献率为13.6273%，综合了穗粒数、株高等信息。第四主成分主要贡献率为8.9094，代表了籽粒产量、千粒重和穗长的信息。

2.4 六棱大麦品种(系)主要性状的聚类分析

采用系统聚类法对27份六棱大麦品种(系)进行聚类分析，以欧式距离作为品种间距离，以离差平方和法进行聚类分析[11,12](图2)。从图2可知，品种间距离最短的是驻3-765(7)和驻5-75(18)，差异也最少。27份六棱大麦品种(系)间距离的长短不同，表明其遗传上的差异大小。

注:1～27为品种(系)编号

由图2可知，27份六棱大麦的品种(系)在遗传距离10水平上可聚为三大类：第一类包括17份材料；第二类包括2份材料；第三类包括8份材料。

由表5可知，三大类品种(系)中第一类材料表现为矮秆，多穗，穗粒数多，产量高，为矮秆多穗型；第二类材料表现为高秆，大穗，千粒重低，穗粒数、有效穗居中，产量低，为高秆大穗型；第三类材料表现为中秆，中穗，千粒重中等，穗粒数和有效穗少，产量居中，为中秆中穗型。这与相关分析结果一致。所以，在今后的新品种选育工作中，可依据目标性状，从不同类群的种质资源进行选择[4，10,11,13]。

表6 六棱大麦品种(系)各类农艺性状平均值

3 讨论

种质资源是育种的基础[3,12,13]，评价种质资源的一种很重要的方法是进行种质资源遗传多样性分析，可为创制优异种质及选择亲本提供参考，使组合配制富有较强的针对性，可进一步缩短育种年限[14]。周启龙等[13]认为遗传多样性越大，提高产量潜力越大。高艳等[15]认为对作物品种资源进行研究，对育种中父母本选择具有重要意义。吕国锋等[16]认为研究种质资源的遗传多样性是遗传改良的重要方法。刘亚楠等[10]认为种质资源蕴藏的产量基因、品质基因、抗性基因等多样性，是作物育种的基础。周伟等[17]认为进行大麦种质资源的合理分析评价是进行高效利用的基础。

笔者研究对27份六棱大麦的主要农艺性状分析表明，27份参试材料中，不孕粒、籽粒产量、穗长及有效穗的变异范围较大，而千粒重、株高和穗粒数变异范围相对较小，说明六棱大麦品种(系)的株高、穗粒数和千粒重较为稳定，是品种选育的基础，育种的关键突破在有效穗数和穗长适度增加，这与刘亚楠[3]的研究一致，与刘朝辉[18]，高翔[19]等对小麦的研究结果相一致。

遗传多样性研究是遗传改良和育种创新的主要手段之一[8]，目前已被广泛应用于燕麦[20]，小麦[21]，豇豆[22]等作物。研究27份六棱大麦品种(系)各性状的遗传多样性指数排序为穗长>株高>籽粒产量>千粒重>穗粒数>不孕粒>有效穗，其多样性指数略低于刘亚楠[3]的研究结果，与李守明[23]的研究结果较一致。

相关分析揭示了有效穗是影响六棱大麦籽粒产量的主要性状，这与危文波等[6]，张亚静等[5]的研究结果一致。危文波等[6]认为三因素中穗数是主导因素，粒重在很大程度上决定着作物的产量。张亚静等[5]的研究指出穗数与产量呈极显著正相关，保证单位面积足够的穗数是青稞获得高产的基础；与田纪春等[24]对小麦的研究结果一致。

通过对27份参试材料的相关性状进行聚类分析，将六棱大麦品种(系)聚为三大类，类群的划分与千粒重、穗粒数、有效穗等主要产量性状联系紧密，这与刘亚楠等[3,4,10]的研究相一致。张亚静等[5]认为，产量的提高是大麦青稞新品种选育的主要目标。聚类分析可知高产育种可从第一类群入手，选择父母本亲缘关系较远的矮秆多穗的六棱大麦(青稞)材料[4]。

主成分分析目前广泛应用于小麦、大豆、燕麦等作物[20]。研究将27份供试材料进行主成分分析，前4个主成分累计贡献率为87.3413%，代表了全部信息的绝大部分信息，揭示了各主成分包含的性状是相互联系的，因此在育种工作中应充分考虑各农艺性状之间的相互关系。这与刘亚楠[3,10]等的分析相一致，与贾志峰等[20]对燕麦的研究结果一致。

综上所述，根据育种方向，结合六棱大麦品种(系)的主要农艺性状分析进行综合评价，合理选配杂交组合，可有效地加快育种进程，及早选育出适合河南省及周边区域种植的高产大麦(青稞)新品种。