276份中亚大麦种质资源表型性状的遗传多样性分析

摘 要：【目的】分析引进中亚大麦种质资源遗传多样性，提高大麦种质资源利用效率，为我国新疆大麦品种选育和品种改良提供参考依据。

【方法】以引进于塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦的276份大麦种质资源为材料，对其幼苗生长习性、分蘖力、穗密度、芒性、侧小穗、穗轴茸毛、棱型、株高、穗长、单株穗数、每穗粒数、千粒重等12个主要农艺性状，分析与评价水分、粗蛋白、粗纤维以及粗淀粉等4个品质性状的遗传多样性，采用聚类分析对株高、穗长、单株穗数、每穗粒数和千粒重等5个数量性状和4个品质性状。

【结果】7个质量性状的遗传多样性指数变幅为0.39～0.79，遗传多样性指数变异幅度最高的是幼苗生长习性；5个数量性状的遗传多样性指数变幅为1.57～2.03，变异系数为0.75%～4.26%，变异范围较小。

【结论】基于数量性状和品质性状聚类分析将276份中亚大麦种质资源材料分成4大类群，获得2份优异大麦品种资源，分别为2013-7-DM073和吉引2013-7-DM-105。

关键词：大麦种质；农艺性状；遗传多样性；聚类分析

中图分类号：S512.1；S330 ""文献标志码：A ""文章编号：1001-4330（2024）08-1888-10

收稿日期（Received）：2024-01-09

基金项目：新疆维吾尔自治区公益性科研院所基本科研业务费专项（KY2022026）； 国家大麦青稞产业技术体系（CARS-05-20B）

作者简介：苗雨（1978-），男，新疆奇台人，高级农艺师，研究方向为大麦遗传育种与栽培，（E-mail） 13653542@qq.com

通讯作者：向莉（1984-），女，新疆福海人，高级农艺师，硕士，研究方向为大麦遗传育种与栽培，（E-mail） 44340471@qq.com

王仙（1984-），女，河北吴桥人，副研究员，硕士，研究方向为豆类杂粮作物遗传育种与栽培，（E-mail） wx0327@126.com

0 引 言

【研究意义】大麦在世界谷类作物中的种植面积和产量仅次于小麦，水稻和玉米，位居第四位［1-2］。大麦也是我国干旱、半干旱地区和气候偏冷凉地区重要的种植作物［3］，大麦籽粒兼具食用、饲用、酿酒等用途，大麦秸秆是优质的禾谷类饲草［4］。大麦具有生育期相对较短、熟期早、耐贫瘠、适应性广及抗逆性强等特点［5-6］。我国大麦生产自给率尚不高［7-8］，而新疆牲畜养殖业以及啤酒、白酒等酿造产业的发展对大麦的需求旺盛，另外新疆高海拔以及冷凉气候也决定了其成为我国优质大麦的主产区之一［9］。培育高产、优质、多抗性新品种是稳定和发展大麦产业的重要前提，育种材料遗传基础狭窄，制约了大麦品种选育。从国外引进大麦种质资源能够丰富我国的大麦育种基础，有利于选育出优良的后代材料。【前人研究进展】对引进种质资源材料进行正确合理的鉴定和评价是进行有效利用的基础［10-11］。对大麦种质资源的表型性状多样性分析与评价是一项关键的工作［12］，新品种的选育及其生产发展取决于对优异资源研究的深度，大麦种质资源的鉴定评价是对其进行合理利用的前提［13-14］。了解优异大麦种质可加快育种进程，有助于丰富大麦育种亲本类型，加强优异基因的挖掘与利用，为大麦杂交育种和良种选育提供重要的依据［15-16］。【本研究切入点】目前，针对新疆大麦农艺性状遗传多样性的分析报道较少，且各研究所用的大麦种质资源材料来源不同，种植区域也不同，生态环境差异较大，因此表现出不同的遗传多样性［9］。【拟解决的关键问题】引自塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦和哈萨克斯坦的276份中亚大麦种质资源为材料，对其在我国新疆的农艺及品质性状进行综合评价，分析引进的中亚大麦种质资源的遗传多样性，筛选出性状优良的大麦资源材料作为育种亲本，为我国新疆大麦育种改良和生产中品种的选择提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

以引进于塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦的276份大麦种质为供试材料，其中塔吉克斯坦占9.4%，吉尔吉斯斯坦占60%，哈萨克斯坦占30.6%。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2021年4月在新疆农业科学院奇台麦类试验站（平均海拔823 m，N 44°13′，E 89°12′）进行，试验地土壤为黑壤土（肥力中等），前茬作物为小麦。采用随机区组设计，每份材料播种4行，行长2 m，行宽1.2 m，行距30 cm，株距2 cm，3次重复。田间管理与大田常规管理相同。

根据《大麦种质资源描述规范和数据标准》中的规定［17］田间调查记载幼苗生长习性、分蘖力、穗密度、芒性、侧小穗、穗轴茸毛、棱型等项目，成熟期随机选取长势一致，株型一致的10株植株进行室内考种，考察株高、穗长、单株穗数、每穗粒数、千粒重5个数量性状。

1.2.2 测定指标

遗传多样性指数（Shannon- Wiener diversity index，H′）的计算采用 Shannon-weaver。H′=-∑Piln Pi

式中，Pi为某一性状第i个级别出现的频率。

对数量性状进行分级，对质量性状予以赋值，多样性指数的分级方法：先计算参试材料总体平均数（X）和标准差（d），然后划分为10级，从第1级［Xilt;（X-2d）］ 到第10级 ［Xigt;（X+2d）］，每0.5d为1级，每一级的相对频率用于计算多样性指数［18］。

1.3 数据处理

使用 Microsoft Excel 软件对数据进行初步整理，计算各性状的最大值、最小值、平均值、极差、标准差和变异系数。

利用 Origin软件采用系统聚类分析方法，以平均数进行聚类。

2 结果与分析

2.1 大麦种质资源质量性状遗传多样性

研究表明，276份大麦种质资源7个质量性状在不同材料间表现出不同程度的多样性。供试的大麦材料幼苗生长习性多为半直立型，占参试材料的57%；其次为直立型，占40%；匍匐型最少仅占3%。分蘖力以中等为主，占比为87%；穗密度以稀疏型为主，占比为82%；芒性以齿为主，占比为69%；侧小穗以无居多，占比为79%；穗轴茸毛以长为主，占比为87%；棱型以二棱大麦为主，占比为73%，其次是多棱大麦，占比为27%。

供试大麦7个质量性状之间的遗传多样性指数变幅为0.39～0.79，其中幼苗生长习性的遗传多样性指数最高（0.79），其余6个性状的遗传多样性指数从大到小依次为芒性（0.62）、棱型（0.58）、侧小穗（0.51）、分蘖力（0.48）、小穗密度（0.47）、穗轴茸毛（0.39）。表1

2.2 数量性状遗传多样性

研究表明，数量性状的变异系数为0.75%～4.26%，其中每穗粒数的变异系数最大（4.26%），千粒重的变异系数最小（0.75%）。一般变异系数大于10%表示样本间差异比较大，参试材料的5个数量性状变异范围较小。

参试大麦材料5个数量性状的遗传多样性指数范围为1.57～2.03，从大到小依次为 株高（2.03）gt;千粒重（2.02）gt;穗长（1.99）gt;单株穗数（1.98）gt;每穗粒数（1.57），数量性状的遗传多样性指数高于质量性状，5个数量性状在不同材料间表现出丰富的遗传多样性。表2

2.3 大麦种质资源数量性状聚类

研究表明，第Ⅰ类群包含80份材料，占供试材料的29.0%，该类群主要特征为株高较高，单株穗数最多，在四大类群中位居第1位，穗长居中，每穗粒数最少，千粒重最低，多为多穗少粒型种质资源。

第Ⅱ类群包含35份材料，占供试材料的12.7%，该类群主要特征为株高最低，单株穗数较多，每穗粒数较低，千粒重较高，穗长较长，多为矮杆大粒型种质资源。

第Ⅲ类群包含78份材料，占供试材料的28.3%，该类群主要特征为株高和千粒重最高，穗长最长，在四大类群中位居第1位，单株穗数较少，每穗粒数居中，多为高杆高千粒重型种质资源。

第Ⅳ类群包含83份材料，占供试材料的30.1%，该类群主要特征为株高和千粒重居中，穗长最短，单株穗数最少，每穗粒数最多，在四大类群中位居第1位，多为少穗多粒型种质资源。表3，图1

2.4 大麦种质资源品质性状聚类

研究表明，第Ⅰ类群包含144份材料，占供试材料的52.17%，该类群主要特征为水分和淀粉含量最高，在三大类群中位居第1位，粗蛋白和粗纤维含量最低。

第Ⅱ类群包含98份材料，占供试材料的35.51%，该类群主要特征为粗纤维含量最高，淀粉含量最低，水分和粗蛋白含量居中。

第Ⅲ类群包含34份材料，占供试材料的12.32%，该类群主要特征为粗蛋白含量最高，水分含量最低，粗纤维和淀粉含量居中。表4，图2

2.5 基于数量性状和品质性状的大麦种质资源聚类

研究表明，数量性状第Ⅳ类群为高产群体，品质性状第Ⅲ类群为优质群体。

数量性状第Ⅰ类群包含80份材料，其中对应的品质性状第Ⅰ类群、第Ⅱ类群、第Ⅲ类群分别为41、26、13份种质材料。

数量性状第Ⅱ类群包含35份材料，其中对应的品质性状第Ⅰ类群、第Ⅱ类群、第Ⅲ类群分别为24、3、8份种质材料。

数量性状第Ⅲ类群包含78份材料，其中对应的品质性状第Ⅰ类群、第Ⅱ类群、第Ⅲ类群分别为49、18、11份种质材料。

数量性状第Ⅳ类群包含83份材料，其中对应的品质性状第Ⅰ类群、第Ⅱ类群、分别为30、51份种质材料。

第Ⅲ类群高产群体中品质性状为优质的种质材料仅有2份，分别为2013-7-DM073和吉引2013-7-DM-105。表5

3 讨 论

遗传多样性是开展基因挖掘和品质改良的前提，对广泛收集的种质进行遗传多样性分析，对资源各农艺性状进行全面的鉴定和评价［17］。大麦的品种选育方式以种间杂交选育为主，收集和筛选丰富的大麦种质资源是提高大麦产量、品质和抗性的必要前提［18］。农艺性状是作物评价的直观依据，与作物的产量和品质相关，对其遗传多样性的分析是丰富作物种质资源类型、指导作物亲本选配、进行作物育种的基础［19］。徐肖等［20］对86份青藏裸大麦的主要农艺性状的表型多样性进行分析，发现8个质量性状和4个数量性状均存在着丰富的多样性，并且数量性状遗传多样性高于质量性状。夏腾飞等［21］对267份青稞种质的9个数量性状进行研究表明，各性状的遗传多样性指数相近，平均值为2.03，存在丰富的表型多样性。田朋佳等［22］对西藏不同地区的140 份大麦13个农艺性状进行遗传多样性分析发现，数量性状的遗传多样性普遍较高，变幅是1.96～3，农艺性状变异较大，其中分蘖数的遗传多样性指数最大为3，变异系数（ 29.8% ）。蔡羽等［3］对来源于全国不同地区的102份库存高秆大麦的15 个表型性状的表型多样性进行分析，发现来源于不同生态区的种质表型多样性不同，结果表明中国库存大麦种质资源具有丰富的表型多样性，为后续开展遗传多样性分析和优异种质挖掘奠定了基础。试验研究对大麦的7个质量性状进行分析，发现存在较为广泛的遗传多样性，5个数量性

状遗传多样性指数较接近，平均值为1.92，并且数量性状的遗传多样性高于质量性状。研究结果同上述结果相一致，说明供试大麦资源具有较高的丰富度和均匀度，遗传多样性广泛，并且数量性状的变异较质量性状更为丰富，可能与研究材料来源于不同的生源地、且不同地区生态环境差异大有关。

聚类分析在作物品种资源上的应用已逐步深入，虽然其分析结果因分析的样本数及方法等不同有所不同，但其在一定程度上反映品种间的差异，为品种资源的分析研究及育种亲本的选择提供重要的理论依据［23］。

4 结 论

将供试大麦276份种质划分为4大类群，第Ⅰ类群（包括80份材料）表现为每穗粒数少、千粒重较低、单株穗数较多资源；第Ⅱ类群（包括35份材料）属于矮杆大粒型资源；第Ⅲ类群（包括78份材料）属于高杆多穗长穗型资源；第Ⅳ类群（包括83份材料）属于少穗多粒型资源。各类群大麦的农艺性状表现各有优势。第Ⅲ类群高产群体中品质性状为优质的种质材料仅有2份，分别为2013-7-DM073和吉引2013-7-DM-105。

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Genetic diversity analysis of phenotypic traits of 276 Central

Asian barley germplasm resources

MIAO Yu1，" CHEN Cuixia2， MA Yanming3， XING Guofang4， DONG Yusheng1， CHEN Zhijun1，

WANG Xian2，" XIANG Li1

（1. Qitai Triticeae Crops Experiment Station， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Qitai Xinjiang 831800， China; 2. Institute of Food Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China; 3. Institute of Crop Germplasm Resources， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China; 4. College of Agriculture， Shanxi Agricultural University， Jinzhong Shanxi 030801， China）

Abstract：【Objective】 To study the genetic diversity of barley germplasm resources， improve the utilization efficiency of barley germplasm resources， and provide reference for the breeding and improvement of barley varieties in Xinjiang.

【Methods】 276 barley germplasm resources from Tajikistan， Kyrgyzstan and Kazakhstan were used as materials in this study. The genetic diversity of 12 main agronomic traits （growth habit， tillering ability， spike density， awniness， lateral spikelet， spike hairs， edge type， plant height， spike length， spike number per plant， grain number per spike， 1000-grain weight） and 4 quality traits （water， crude protein， crude fiber and crude starch） were analyzed and evaluated. Five quantitative characters and four quality characters， including plant height， spike length， spike number per plant， grain number per spike and 1000-grain weight， were analyzed by cluster analysis.

【Results】 The variation range of genetic diversity index of 7 quality traits was 0.39-0.79， and the highest variation range of genetic diversity index was seedling growth habit. The genetic diversity index of the five quantitative traits ranged from 1.57 to 2.03， the coefficient of variation ranged from 0.75% to 4.26%， and the variation range was quiet small.

【Conclusion】 276 Central Asian barley germplasm resources are divided into 4 groups based on quantitative and quality traits cluster analysis. After comprehensive evaluation， two excellent barley variety resources are obtained， which are as follows： 2013-7-DM073 and 2013-7-DM-105， respectively.

Key words：barley germplasm; agronomic traits; genetic diversity; cluster analysis

Fund projects：The Earmarked Fund for Public Welfare Research Institutions of Xinjiang Uygur Autonomous Region（KY2022026）;National Technical System of Barley and Highland Barley Industry （CARS-05-20B）

Correspondence author：XIANG Li（1984-）， female， from Xinjiang， senior agronomist， master， research direction：genetic breeding and cultivation of barley， （E-mail）44340471@qq.com

WANG Xian（1984-）， female， from Hebei， associate research fellow， master， research direction：genetic breeding and cultivation of legume multigrain crops， （E-mail）wx0327@126.com.