2005—2020年河南主推中筋小麦遗传多样性及聚类分析

张会芳，冯 晓，冯丽丽，刘桂珍，韩琳琳，齐学礼，段俊枝，卓文飞，陈海燕，燕照玲

(1.河南省农业科学院农业经济与信息研究所，郑州 450002；2.河南省种子管理站，郑州 450003；3.河南秋乐种业科技股份有限公司，郑州 450002；4.河南省作物分子育种研究院，郑州 450003)

素有“中原粮仓”之称的河南地处中部平原，自然环境优越，是我国农业大省，也是我国小麦主产区。自2009年河南省实施粮食生产核心区建设规划以来，河南省小麦产量逐年提高[1]。据2021年《中国统计年鉴》[2]数据，2020年河南省小麦总产量为3 753.1万t，占全国小麦总产量(13 425.4万t)的28.0%，河南小麦生产对保障我国粮食安全至关重要。我国小麦主要有强筋小麦、中强筋小麦、中筋小麦和弱筋小麦等4种类型[3]。其中，中筋小麦适合制作馒头、面条等传统主食[4-5]。在农业农村部(原农业部)2001 年发布的《小麦品质区划方案(试行)》中优化了小麦品种布局，将北方强筋中筋冬小麦区规划为三大麦区之一；蒋赟等[6]根据各地的自然资源禀赋和气候条件，建议在黄淮南部、长江中下游、四川盆地、云贵高原发展中筋小麦。可见，中筋小麦在北方麦区有广泛种植。河南处于从强筋到中筋、再到弱筋的生态过渡带上，其中小麦中筋生产区域占比在50%以上[1,7-8]，最高达到54.5%[7]。

20世纪90年代后期，为适应市场需求，河南以优质强筋、弱筋小麦品种选育及规模化种植为重点，大力发展专用小麦，并以发展专用优质小麦为引领，推动农业结构调整，取得了显著成效，但存在优质小麦发展只注重强筋、弱筋小麦，对占比较大的中筋麦区结构优化调整重视不足、缺少明确政策支持等问题[7]。关于河南主推中筋小麦品种的相关研究较少，且研究不够系统[9-15]。刘万代等[9]分析了2007—2016年河南小麦生产主推品种的来源(育种单位)、审定情况等；孙苗苗等[10]探讨了河南省12个主推小麦品种对春季低温胁迫的响应。但关于主推品种，尤其是占比较大的中筋小麦主推品种，其数量、类型在年度间的变化、遗传多样性以及品种综合评价方面，尚未有相关报道。在河南省粮食总产增速放缓、稳产能力渐强[16]及供给侧结构性改革适当增加强筋、弱筋小麦推广的背景下，也应注意中筋小麦的选育和推广。鉴于此，理清历年来河南小麦主推品种中中筋品种数量、类型、遗传多样性以及不同品种的综合表现，对于组配亲本、选育中筋优质小麦，推动农业高质量发展意义重大。

1 材料和方法

1.1 材料数据来源

选择2005—2020年河南省大面积推广的中筋品种(表1)，统计其生育期、株高、穗数、穗粒数、千粒重、产量、基本苗、容重、吸水率、蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、稳定时间等性状。数据来源于河南省种子管理站编著的《河南省小麦品种统一试验总结》。

1.2 数据分析

利用Excel 2013软件对数据进行初步整理，参考胡标林等[17]、汤翠凤等[18]的方法计算Shannon-Wiener多样性指数(H′)，利用SPSS 26.0软件进行相关性分析，并基于平方欧式距离(Square Euclidean distance)进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 主推中筋小麦品种及数量统计分析

2005—2020年16年间，大面积推广应用中筋小麦品种46个，合计172品次，平均主推品种为11个/年。年主推品种数最多的是2014、2015年，均为21个；最少的是2020年，为4个。从每年主推品种数量变化趋势看，2005—2013年主推品种数量呈缓慢下降后趋于平稳趋势，在2014、2015年异常拔高后急速下降。

表1 2005—2020年河南主推中筋小麦品种及数量Table 1 Varieties and quantities of medium gluten wheat mainly promoted in He’nan from 2005 to 2020

2.2 主推中筋小麦品种的审定情况及类型

由表2可见，2005—2020年河南省小麦主推中筋品种中，国审品种的占比较大，46个主推品种中，国审品种30个(占比65.2%)；省审品种16个(占比34.8%)。最早审定的是豫麦18，审定年份为1991年；随后是豫麦49，审定年份为1998年；最新审定的品种是百农4199，审定年份为2017年。半冬性品种33个，占比71.7%；弱春性品种11个，占比23.9%；弱冬性品种2个，占比4.3%。

2.3 主推中筋小麦品种的主推年限分析

46个主推品种中主推年限最长的是矮抗58(14年)；其次是周麦16(12年)；再次是众麦1号和豫麦49-198，主推年限均为10年；周麦18、偃展4110、中麦175、中麦895、百农207主推年限均为8年；衡观35主推年限为6年；其余品种主推年限在5年或5年以下。

2.4 主推中筋小麦品种性状多样性分析

46个主推品种中，豫麦18于1991年审定，豫麦49于1998年审定，审定年份久远数据不全，以下数据分析中针对其余44个品种的数据进行。由表3可知，2005—2020年主推小麦品种13个性状的变异系数(CV)为1.76%～71.64%，平均为15.22%。其中，稳定时间的CV最大，其次是沉降值，然后依次是基本苗、产量等性状；容重的CV最小，其次是生育期。

主推品种13个性状的H′为1.07～3.75，平均为2.64。其中，产量的H′最大，蛋白质含量的H′最小。蛋白质含量、稳定时间、湿面筋含量、千粒重、吸水率、穗粒数、生育期、株高的H′均在平均值以下，但除蛋白质含量的H′明显偏低，稳定时间、湿面筋含量的H′较低外，千粒重、吸水率、穗粒数、生育期、株高之间的H′差别较小；产量、穗数、容重、沉降值、基本苗的H′均在平均值以上。

表2 2005—2020年河南主推中筋小麦品种审定及主推情况Table 2 Approval and main promotion situation of medium gluten wheat varieties mainly promoted in He’nan from 2005 to 2020

表3 2005—2020年河南主推中筋小麦性状变异及H′Table 3 Trait variation and H′ of medium gluten wheat varieties mainly promoted in He’nan from 2005 to 2020

表4 2005—2020年河南主推中筋小麦13个性状的相关性分析Table 4 Correlation analysis of 13 traits of medium gluten wheat varieties mainly promoted in He’nan from 2005 to 2020

WGC为湿面筋含量；SW为沉降值； WA为吸水率；ST为稳定时间；“*”表示显著相关(p<0.05)；“**”表示极显著相关(p<0.01)。

2.5 主推中筋小麦品种聚类分析

利用13个性状对主推品种进行聚类分析，结果(图1)发现，在平方欧氏距离3.0处，可将小麦品种聚为四大类。类群Ⅰ包括豫农416、开麦21、焦麦266、周麦22等32个品种(占比72.7%)，该类群穗粒数、产量、株高、蛋白质含量、湿面筋含量在四大类群中均为最高。类群Ⅱ包括偃展4110、周麦16、先麦10号、豫麦70等9个品种(占比20.5%)，该类群穗数、稳定时间均最高，容重、产量、基本苗、蛋白质含量较高，湿面筋含量、吸水率均最低。该类群中中麦175为弱冬性品种，穗数、穗粒数、容重、产量相对较低。类群Ⅲ只有洛旱6号、先麦8号2个品种(占比4.5%)，其千粒重、基本苗、沉降值最高，穗数、容重、生育期、蛋白质含量、稳定时间均最低，产量较低。类群Ⅳ只有洛旱2号1个品种(占比2.3%)，该类群容重、生育期、吸水率最高，穗粒数、千粒重、产量、基本苗、株高、沉降值均最低。

2.6 主推中筋小麦品种各性状间的相关性

2.6.1主推品种13个性状间的相关性分析

由表4可知，河南小麦生产主推品种的13个性状间存在不同程度的相关性。其中，穗数与容重呈极显著正相关，与产量呈显著正相关，与穗粒数呈极显著负相关，与千粒重呈显著负相关；穗粒数与产量呈极显著正相关，与穗数呈极显著负相关，与容重呈显著负相关；千粒重与产量呈显著正相关，与穗数呈显著负相关；容重与穗数呈极显著正相关，与株高呈极显著负相关，与穗粒数呈显著负相关；蛋白质含量与湿面筋含量、沉降值呈极显著正相关，与稳定时间呈显著正相关；湿面筋含量与沉降值、蛋白质含量呈极显著正相关，与吸水率呈显著正相关；沉降值与蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间呈极显著正相关。

图1 2005—2020年河南省主推中筋小麦品种聚类结果Fig.1 Clustering results of medium gluten wheat varieties mainly promoted in He’nan from 2005 to 2020

2.6.2品种推广年限、审定时间及聚类间的关系分析

推广年限前十的品种有7个属类群Ⅰ(占比70%)，分别是矮抗58、豫麦49-198、众麦1号、周麦22、周麦18、中麦895和百农207；有3个属类群Ⅱ(占比30%)，分别是周麦16、偃展4110和中麦175。不同类群13个性状统计结果表明，类群Ⅰ产量最高，蛋白质含量也最高，整体表现为高产优质；类群Ⅱ产量、蛋白质含量仅次于类群Ⅰ，产量、品质均较优。推广年限较长的品种集中在类群Ⅰ和类群Ⅱ中，与类群Ⅰ、Ⅱ中品种产量、蛋白质含量高的统计结果相互印证，表明类群Ⅰ、类群Ⅱ中的品种在适应性、抗逆性、丰产性、品质方面，尤其稳产性方面综合表现较优。类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的平均审定年份分别是2009、2005、2009、2003年；截至2020年，类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的平均审定时长分别为11、15、12、17年。比较不同类群小麦品种数量占比、推广年限前十的品种数量占比，以及不同类群小麦平均审定时长，认为类群Ⅰ、Ⅱ中的品种综合实力较优，且类群Ⅰ的综合实力更强于类群Ⅱ，在河南省2005—2020年的小麦生产主推品种中处于高度活跃状态。

3 结论与讨论

2005—2020年河南主推中筋小麦品种46个，累计172品次。主推品种数最多的年份是2014、2015年，均为21个；最少的是2020年，为4个。从每年主推品种数量变化趋势看，2005—2013年主推品种数量呈缓慢下降后趋于平稳趋势，在2014、2015年异常拔高后急速下降，这与每年审定的品种数量有关。新的《中华人民共和国种子法》实施后，除了原有的国家级和省级审定，育繁推一体化种子企业也可自行开展品种试验，试验渠道扩宽，通过审定品种数量倍增，致使品种“井喷”“海啸”[19-21]，仅2019 年国家授予植物新品种权的数量就达2 749 个，居世界第一位。统计河南省审小麦品种官方数据[21]，2000—2009年、2010—2017年河南省审定小麦品种分别为121个、138个，每年平均分别为12、17个；2018年参加河南省小麦生产试验的品种70余个，加上 2016年启动的联合体试验进入审定程序，2019年河南省审定品种继续增加[20]，2018—2020年河南省审定小麦品种为178个，每年平均59个；2021年省审小麦品种数量达到了历史新高，为118个，数量几乎是2000—2009年10年的总和。品种数量激增，显著提升了种业发展的市场竞争力[22]，后续应及时做好政府相关部门决策，指导新型农业主体选种用种。

46个品种中，半冬性品种33个，占比71.7%；国审品种30个，占比65.2%。可见在河南主推小麦品种中，半冬性、国审品种占较大份额。2005—2020年16年间主推小麦品种13个性状的变异系数(CV)为1.76%～71.64%，平均为15.22%。其中，稳定时间的变异系数(CV)最大；沉降值、基本苗、产量等性状的CV较大；容重、生育期的CV较小。以上结果表明，稳定时间、沉降值、基本苗、产量等性状的离散程度较大，作为育种材料可选择的范围较宽；容重、生育期等性状的离散程度较小，作为育种材料可选择的范围较窄。13个性状的H′范围为1.07～3.75，平均为2.64。其中，产量的H′最大，产量、穗数、容重、沉降值、基本苗的H′均在平均值以上；蛋白质含量的H′最小，蛋白质含量、稳定时间、湿面筋含量、千粒重、吸水率、穗粒数、生育期、株高的H′均在平均值以下。表明16年间的主推小麦品种性状遗传多样性受产量、穗数、容重、沉降值、基本苗的影响较大，受蛋白质含量、稳定时间、湿面筋含量、千粒重、吸水率、穗粒数、生育期、株高的影响较小。小麦种质资源的遗传多样性是遗传改良的基础[18,20]。相对而言，2005—2020年主推小麦品种的产量等农艺性状遗传基础较宽，蛋白质含量等遗传基础相对较弱，在愈来愈注重优质、高产、专用的生产需求背景下，品种培育在注重高产的同时，应注意拓宽品质遗传基础。

审定年份较早的品种是豫麦18、豫麦49，审定年份分别为1991年、1998年，在河南前期小麦生产中做出了较大贡献。审定年份最近的品种是百农4199，2017年通过审定，2018年即成为主推品种，之后一直处于主推品种之列。主推年限最长的品种是矮抗58，作为主要品种被推广14年，审定年份是2005年；其次是周麦16，作为主要品种被推广12年，审定年份是2003年；再次是众麦1号和豫麦49-198，作为主要品种均被推广10年，审定年份分别是2004、2005年；周麦18主推年限为8年；偃展4110、中麦175、中麦895、百农207主推年限均为8年；衡观35主推年限是6年；其余品种主推年限均在5年及以下。可见，不同品种主推年限差别较大，这与品种特征特性有关，也与审定年份等有关。主推年限较长的品种，产量品质较优，但不意味着主推年限短的品种综合表现不如主推年限长的品种。如百农4199，虽然主推年份较短，但审定后第二年(2018年)即作为主要品种被推广至今，发展潜力巨大。

在平方欧氏距离3.0处，主推品种被聚为四大类。不同类群小麦数量占比差别较大，类群Ⅰ包括72.7%的小麦品种，遗传距离均较小[23]，下一步育种时应注意突破。推广年限前十的品种有7个属类群Ⅰ(占比70%)，有3个属类群Ⅱ(占比30%)。不同类群13个性状统计结果表明，类群Ⅰ产量和蛋白质含量最高，整体表现为高产优质；类群Ⅱ产量、蛋白质含量仅次于类群Ⅰ。聚类结果与13个性状分类统计结果相互印证：推广年限较长的品种集中在类群Ⅰ和类群Ⅱ中。截至2020年，类群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的平均审定时长分别为11、15、12、17年。不同类群小麦推广年限前十的品种数量占比、平均审定时长及性状统计结果表明，类群Ⅰ、Ⅱ中的品种综合实力较优，且类群Ⅰ的综合实力强于类群Ⅱ，在河南省2005—2020年的小麦生产主推品种中处于高度活跃状态。