甘肃胡麻地方及育成品种农艺性状分析及评价

王 炜 陈 军 叶春雷 陈 琛 罗俊杰 李进京

（甘肃省农业科学院生物技术研究所，兰州 730070）

胡麻是我国北方干旱及半干旱地区的重要经济作物和油料作物。甘肃则是我国胡麻种植面积最大、总产最高的省份[1]。胡麻在甘肃种植历史悠久，汉代就已开始种植。长期的自然演进及人工选择，使得在甘肃形成了一些独特的地方品种资源。20世纪50 年代以来甘肃胡麻育种科研持续开展，育成了以定亚系列、陇亚系列为代表的一批胡麻品种，在甘肃乃至全国的胡麻生产中发挥了重要作用[2-3]。因此，通过对甘肃胡麻地方品种及不同时期育成品种的农艺性状进行鉴定分析，筛选可作为亲本利用的种质资源材料，对于促进胡麻种质创新及遗传改良具有重要作用。本研究对22 份甘肃胡麻地方品种及43 份育成品种进行农艺性状鉴定，采用相关分析、因子分析及系统聚类分析法对其进行了研究，以期筛选出具有高产抗病等优异性状的资源材料，为胡麻品种遗传改良提供优良亲本，进一步为优良品种的选育提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地基本情况供试材料为22 份甘肃胡麻地方品种（表1，编号1～22）及43 份育成品种（编号23～65），共计65 份材料，其中白花材料8份，其余均为蓝花材料，由甘肃省农业科学院作物种质资源研究室及定西市农业科学研究院提供。

表1 供试材料

1.2 试验方法试验于2021 年3 月种植于甘肃省武威市凉州区甘肃省农业科学院黄羊试验场，37°67′N、102°85′E，海拔1732m，年平均气温6.2℃，年平均降水量约290mm，无霜期约150d。试验地为灌漠土，前茬玉米。试验采用随机区组设计，行长1.5m，行距0.2m，每份材料种植2 行，每行270 粒，3 次重复。常规大田管理。参照罗俊杰等[4]的方法进行白粉病抗性鉴定；胡麻成熟后每份材料取15 株，按《亚麻种质资源描述规范和数据标准》[5]对株高、工艺长度、千粒重等主要农艺性状进行调查记载及考种。

1.3 数据统计与分析采用Excel 2013 对原始数据进行统计，计算各农艺性状的基本统计量，如最小值、最大值、平均值、分布频率等；用SPSS19.0 软件进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。参照芮文婧等[6]、郝曦煜等[7]、刘宁涛等[8]的方法，采用Shannon-Wiener 多样性指数（H′，Shannon-Wiener index）进行遗传多样性分析，即首先计算所有供试材料某一农艺性状的平均数（X）和标准差（σ），按照每0.5σ 为1 级，第1 级为Xi＜（X-2σ）、第2 级为（X-2σ）≤Xi＜（X-1.5σ），以此类推，直至第10 级为Xi＞（X+2σ），然后计算在每级中材料数的相对分布频率（Pi），按照以下公式计算Shannon-Wiener 多样性指数：H′=-∑PilnPi，式中ln 为自然对数。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状表现及多样性分析65 份供试材料的9 个农艺性状的调查统计结果表明（表2），除了生育期外，其他性状的变异系数均在10%以上，其中单株产量的变异系数最高，达到66.25%，单株产量分布范围在0.05～2.66g 之间，平均值为0.65g。9 个性状的变异系数排序依次分别为单株产量＞单株粒数＞单株果数＞有效分茎数＞有效分枝数＞千粒重＞工艺长度＞株高＞生育期。供试材料各性状的多样性指数在1.55～2.04 之间，其中工艺长度和株高多样性指数在2.00 以上，其余均在1.50 以上。以上结果表明供试材料的农艺性状变异幅度较大，遗传类型丰富，因而通过进一步分析筛选优异种质资源以供育种应用是很有意义的。

表2 主要农艺性状表现及多样性指数

2.2 不同胡麻品种的主要农艺性状相关性分析

相关性分析的结果表明（表3），生育期与千粒重呈极显著正相关，这说明随着生育期的延长，籽粒灌浆时间得到充分保证，随之带来千粒重的增加。株高与工艺长度、单株果数和单株粒数呈极显著正相关，这些均表明株高越高，工艺长度越长，单株果数及单株粒数也就随之增加。有效分茎数与有效分枝数、单株果数和单株粒数呈极显著正相关，说明有效分茎数与有效分枝数的多少，与亚麻植株上着生蒴果多少的潜力密切相关。单株产量与有效分茎数、有效分枝数呈显著正相关，与单株粒数呈极显著正相关，相关系数为0.71，说明提高单株产量，需要提高与胡麻株型有关的有效分茎数、有效分枝数、单株粒数等性状。

表3 主要农艺性状的相关性分析

2.3 主要农艺性状的因子分析对9 个农艺性状在特征根大于1 的基础上，提取出4 个因子（表4），这4 个因子的累计贡献率达到82.402%，可见这4个因子可代表本研究供试材料农艺性状的绝大部分变异信息，因此采用这4 个因子进行分析评价是较为可靠的。

表4 主要农艺性状的因子分析

第1 因子贡献率为37.704%，其特征根为3.393，单株产量、单株粒数和单株果数的特征向量值较高，分别为0.389、0.362 和0.310，说明这3 个性状在第1 因子中占有较高的载荷量，因此第1 因子主要代表这3 个与产量有关的性状。

第2 因子贡献率为17.958%，其特征根为1.616，有效分茎数和有效分枝数特征向量较高，均为0.567，可见第2 因子主要代表胡麻这2 个株型性状。第3 因子贡献率为15.507%，其特征根为1.396，特征向量值较高的性状为株高和工艺长度，分别为0.506 和0.619，因此该因子主要代表胡麻植株高度相关的性状。第4 因子贡献率为11.233%，其特征根为1.011，生育期与千粒重占有较高载荷量，其特征向量值分别为0.583 和0.574，该因子反映了在供试材料中生育期和千粒重这2 个性状。

2.4 供试材料的聚类分析基于9 个农艺性状，对65 份甘肃地方和育成品种进行了聚类分析，在欧式距离20 处可将供试材料份为3 个类群（图1）。第1 类群包含23 份材料，其中地方品种6份，育成品种17 份；第2 类群包含15 份材料，其中地方品种10 份，育成品种5 份；第3 类群包含27份材料，其中地方品种6 份，育成品种21 份。从主要农艺性状的平均值来看（表5），第1 类群与产量相关的性状比较突出，单株产量、千粒重、单株粒数、单株果数、有效分枝数最高，生育期也最长；第2 类群株高、工艺长度、有效分茎数最高，单株产量居中；第3 类群除了千粒重外，其余性状均为 最低。

图1 甘肃地方和育成胡麻品种的系统聚类图

表5 不同类群胡麻农艺性状的平均值

2.5 供试材料的抗白粉病鉴定及筛选近年来白粉病在胡麻主产区普遍发生，而我国主栽胡麻品种普遍不抗病。从地方品种和早期育成品种中筛选抗病材料是一种有效的途径。在供试的65 份材料中，筛选出抗白粉病材料9 份，包含地方品种5 份，育成品种4 份，其中免疫1 份，高抗5 份，中抗3 份（表6）。这些材料既可作为亲本资源用于抗白粉病品种的培育，也可以用于白粉病抗性基因的挖掘等基础研 究中。

表6 鉴定筛选的抗白粉病胡麻材料

2.6 供试材料的综合评价及优异种质资源筛选参照黎松松等[9]、徐泽俊等[10]的方法，以X1～X9分别代表9 个农艺性状，将表4 中因子分析主要农艺性状标准化的值带入4 个因子中，获得4 个主成分因子（F1～F4）的得分公式如下。

F1=-0.112X1+0.150X2-0.155X3-0.142X4-0.120X5+0.310X6+0.362X7+0.120X8+0.389X9

F2=0.166X1-0.065X2+0.082X3+0.567X4+0.567X5+0.042X6-0.078X7-0.165X8-0.174X9

F3=0.109X1+0.506X2+0.619X3-0.005X4+0.057X5-0.015X6+0.008X7-0.079X8-0.096X9

F4=0.583X1-0.100X2+0.106X3+0.014X4+0.007X5-0.036X6-0.070X7+0.574X8+0.138X9

按照4 个主成分因子的贡献率，获得各供试材料农艺性状的综合得分公式。

F=0.377F1+0.180F2+0.155F3+0.112F4

综合得分越高，其总体农艺性状越优良。根据该公式，从65 份甘肃地方和育成品种中依据得分筛选出了农艺性状综合评价前10 的材料（表7），其中聚类到第1 类群的5 份、第2 类群的3 份、第3 类群的2 份（图1）；综合得分在1 以上的材料有3 份，分别为定亚7 号、陇亚5 号和敦煌白胡麻；且在这10份综合性状优良的材料中，定亚7 号和陇亚5 号为高抗白粉病材料（表6），可见这2 份材料无论是作为杂交亲本还是作为基础研究材料等方面均具有重要的应用价值。

表7 综合得分前10 的胡麻材料

3 讨论与结论

甘肃气候类型复杂多样，多数耕地均属于干旱和半干旱类型区[11]。胡麻由于具有耐旱耐贫瘠等特性，在这些地区长期种植，因此在不同区域内形成了一些在当地综合表现较好的地方品种；此外，早期的育种科研中，过于重视产量的提升而忽视了品种抗病性等特性，因而丢失了一些抗病基因等。目前，在作物育种中亲本资源相对狭窄、品种同质化严重的问题较为突出，选育突破性品种难度较大[12-14]。因此，对这些地方品种和早期育成的品种进行鉴定和评价，挖掘以往育种中忽视的某些特性，筛选综合性状优良且具有良好抗病性的材料，是拓宽杂交亲本资源，提升育种质量的重要途径。本研究中的22份地方品种，分布于甘肃省陇东（如灵台五星、庆阳老等）、陇东南（礼县低脚、天水市老胡麻等）、陇中（通渭老红、临夏大红等）、河西（安西红胡麻、敦煌白胡麻等）地区的不同农业生态环境中；43 份育成品种中，大多数为20 世纪90 年代前育成。这65 份材料的9 个农艺性状多样性分析的结果表明，这些材料变异类型丰富、遗传多样性高，因此进一步对供试材料进行深入分析和挖掘是非常必要的。

相关分析结果表明，生育期与千粒重呈极显著正相关；株高与工艺长度、单株果数和单株粒数呈极显著正相关；单株产量与有效分茎数、有效分枝数、单株粒数呈显著或极显著正相关。这些结果与 陈英[15]、伊六喜等[16]的结果大致相同，部分不一致的原因可能与供试材料的来源、数量及不同年份鉴定等因素有关。采用因子分析法，本研究将9 个农艺性状简化为4 个主成分因子，代表了供试材料农艺性状的绝大部分信息，可较好地反映这些材料的综合性状特征。通过相关分析与因子分析相结合，可以发现，想要提高单株产量，需要选择单株粒数和单株果数多、分枝和分茎能力强的植株，这对于胡麻育种实践具有重要的参考作用。聚类分析将供试材料分为3 个类群，其中第1 类群单株产量、千粒重、单株粒数、有效分枝数等与产量相关的性状比较突出，这与综合评价前10 的材料中有5 份在第1 类群中的结果较为吻合。

白粉病目前已成为胡麻的主要病害之一，由于生产上主要栽培品种均不抗病，因而造成白粉病在胡麻主产区大面积的暴发，严重影响胡麻产量及品质[1，17]。因此，亟需加强抗白粉病胡麻品种的选育工作。而通过对地方品种和早期育成品种资源进行抗白粉病鉴定和筛选，以作为亲本资源应用于抗病育种是一项基础性工作。以往国内这方面的研究工作较少，仅罗俊杰等[4]、乔红霞等[18]鉴定筛选了少量抗病资源，且这些资源大部分农艺性状欠佳，在亲本配制中受到较大限制；而在国外鉴定为抗白粉病的胡麻材料引进到国内后由于白粉病病原菌和生理小种可能有所不同而使得这些材料在国内往往不抗病[4]。本研究鉴定筛选出了9 份抗白粉病胡麻材料，其中定亚7 号和陇亚5 号农艺性状综合评价得分列65 份供试材料的前2 位，因此在胡麻抗白粉病育种中具有重要的应用价值。