143份大麦种质资源主要农艺性状遗传多样性分析

蒋莹 常蕾 王安 吴薇 焦庆清

摘要：为加强大麦种质资源的开发和利用，了解主要农艺性状之间的相互关系，以143份大麦种质资源为试验材料，对其15个主要农艺性状进行表型差异分析、相关分析、主成分分析和聚类分析。结果表明，各农艺性状的变异系数介于3.09%～36.74%之间;每个农艺性状至少和1个其他性状呈显著或极显著相关关系;选取前3个特征值的主成分进行分析，累计贡献率达84.13%;供试材料可划分为两大类，第1类可作为选育高产且株高较高、适宜机械收获的多穗型大麦种质资源;第2类能作为选育高产且抗倒伏的矮杆多粒型种质资源。

关键词：大麦;农艺性状;表型差异分析;相关分析;主成分分析;聚類分析

中图分类号：S512.302   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）14-0094-05

大麦（Hordeum vulgare L.）属禾本科大麦属，是位于小麦、水稻和玉米之后的第4种最重要的禾谷类作物[1]，在我国各地都有栽培，但主产区相对集中，主要分布在长江流域、黄河流域和青藏高原，江苏省是我国大麦的主要产区之一。

遗传资源是育种和基因工程的基础，对大麦种质资源进行正确合理的分析和评价，是对其进行合理利用的前提。因此，对大麦主要农艺性状进行鉴定评价研究可以为大麦杂交育种和良种选育提供重要的依据[2-5]。本研究对143份大麦种质资源的主要农艺性状进行表型差异分析、相关分析、主成分分析和聚类分析，综合分析大麦种质资源主要农艺性状的遗传多样性，对大麦种质资源的评价和新品种培育具有指导意义[6-8]。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验地点位于江苏省农业科学院泰州农科所试验基地，选取143份近2年从外科研单位引进筛选保存的大麦种质资源作为试验材料（表1）。

试验采用顺序排列，不设重复，每个品种种植3行，行长1.5 m，行距0.3 m，于2017年11月9日播种，田间管理与大田管理一致，田间观测鉴定及室内考种所需的描述规范、表格、数据标准和数据质量控制规范等系列标准规范以《大麦种质资源描述规范和数据标准》中的规定[9]为准，进行15个主要农艺性状（表2）的数据采集。

1.2 数据采集与统计分析

调查记载所有参试材料的生育期、幼苗相关性状植株相关性状各2个以及穗部相关性状4个;成熟期收获10株植株进行室内考种，考察其株高、单株穗数、穗长、穗粒数、千粒质量等产量性状。

试验数据采用Excel进行处理和制表绘图，采用DPS软件进行数据相关分析、主成分分析，采用SPSS软件进行遗传变异分析和聚类分析[10]。

2 结果与分析

2.1 大麦种质资源形态多样性分析

对143份大麦种质资源的主要农艺性状进行分析，结果表明，同一性状在不同供试材料间存在明显的差异，不同性状在不同供试材料之间的差异程度也不尽相同。

2.1.1 幼苗形态特征

参试材料中幼苗习性以半直立型为主，半匍匐材料共计81份，占参试材料总数的56.6%;其次为匍匐型材料（54份），直立型材料最少，只有8份。叶色以浅绿色为主，共计104份材料，占参试材料总数的72.7%，32份材料叶色为绿色，仅7份材料叶色为深绿色。

2.1.2 植株形态特征

植株株型以半紧凑型为主，143份材料中有95份半紧凑材料，占参试材料总数的66.4%;有30份松散型材料，只有18份紧凑材料。

从株高来看，所选材料株高差异很大，范围为66～123 cm。从表3可以看出，多数引进材料的株高小于等于90 cm，共计94份，占总材料数的 65.73%;其中，株高比较适中（75～90 cm），可以结合农艺性状直接利用作为亲本材料的资源有84份，占58.74%;有10份材料株高小于75 cm，可作为矮秆材料利用。

2.1.3 穗部形态特征

引进材料的穗型有二棱型、中间型和六棱型3种，主要以二棱型为主，占参试材料的比例高达86.71%，六棱型和中间型分别只有11份和8份;穗姿以水平型为主，占比高达 7832%，下垂和直立材料分别只有25份和6份（表4）。

参试材料的穗芒色有4种，其中黄色最为常见，占比高达95.80%，紫色、灰色、黑色分别有1、3、2份;芒型有3种，其中以长芒材料为主，共计140份，占参试材料总数的97.90%，短芒和无芒材料较少（表5）。

结果表明，143份大麦种质资源的各农艺性状间差异较大，综合分析结果可以看出，供试材料的遗传背景丰富，具有较大的改良潜力，能够为我国大麦新品种的选育提供优良的育种材料。

2.2 表型差异分析

对参试材料的7个数量性状进行变异分析，结果（表6）显示，这7个主要农艺性状存在丰富的遗传变异，变异系数介于3.09%～36.74%之间。结果表明，选取的143份材料的主要农艺性状变异较大，具有较丰富的遗传多样性。

其中，变异系数较小的是生育期，穗粒数的变异系数最大，为36.74%。因此，穗粒数更能反映品种间的差异。在这143份供试材料中，穗粒数在60粒以上的材料有6个（2004-日引2号、南通66、510001-1、南通198、南通199和驻97023）。

2.3 表型相关分析

对143份供试材料的7个主要数量性状进行相关性分析，结果（表7）表明，单株穗数、穗粒数与单株产量呈极显著正相关关系（P<0.01）;穗长与单株产量呈显著正相关关系（P<0.05），千粒质量与单株产量呈极显著负相关关系，说明对产量影响最大的因素是单株穗数和穗粒数。因此，在大麦新品种选育工作中，适当增加单株穗数和穗粒数，并兼顾优化其他农艺性状是提高大麦产量的有效途径。这与余青兰等的研究结果[11-12]一致。

穗长与株高、千粒质量呈极显著正相关关系，说明株高的增加利于穗长的增长，穗长的增长有利于千粒质量的提高;单株穗数与千粒质量呈显著正相关关系，与穗粒数呈显著负相关关系，穗粒数与单株穗数、千粒质量呈极显著或显著负相关关系，说明各产量性状之间相互影响。由此说明，各农艺性状之间可能会存在此消彼长的关系，提高某一性状并不一定就能促进产量的提高。

2.4 表型主成分分析

对143份大麦种质资源的7个数量性状进行主成分分析，结果（表8）表明，前3个主成分所构成的信息量占总信息量的84.127%，反映了绝大部分信息。根据各主成分的特征值和贡献率可以看出，第1主成分代表了单株穗数、穗粒数和单株产量的信息，其中单株穗数和穗粒数是影响作物产量的重要因素;第2主成分主要综合了株高、穗长和千粒质量等信息，在一定范围内，千粒质量随着株高的增加而增加;第3主成分主要代表了生育期的信息。

2.5 表型聚类分析

采用系统聚类法对143份供试材料进行聚类分析。由图1可知，143个大麦品种可以聚为二大类，第1类以二棱大麦为主，平均单株有效穗较多，穗粒数较少，单株产量较低，其他几个性状较高，多为高秆多穗型;第2类全部是中间型和六棱大麦，平均穗粒数较多，单株产量较高，有效穗数较少，平均株高、千粒质量较低，多为中矮秆多粒型[13]。同一类材料的各农艺性状间表现较为相近。

3 小结与讨论

本研究发现，143份大麦种质资源的主要农艺性状间存在较为丰富的遗传变异，农艺性状变异范围较大，说明种质资源创新范围大，品种改良潜力较大，为大麦种质资源的利用和遗传改良奠定了良好的基础。在今后的大麦育种工作中，可以充分挖掘品种间、亲缘种质间的关系，提高育种基础材料的遗传多样性，扩大遗传范围，拓展大麦的遗传改良途径，进而促进遗传改良研究进展。

相关分析表明，影响大麦产量的主要农艺性状是单株穗数和穗粒数，在育种工作中，特别是在性状选择时，应该充分考虑各性状间的相互制约关系，只有各性状间相互协调，才能够选育出高产品种。大麦高产育种目标应以多穗多粒型为主，同时兼顾其他农艺性状，根据各性状的协调关系来选育品种，尽可能选育单株穗数和穗粒数较多的品种。主成分分析是遗传改良育种中较为常用的一种分析方法， 通过对143份大麦种质资源进行主成分分析，归纳为3个主成分，第1主成分贡献率高达 48.149%，综合考虑要想获得高产、综合性状优良的品种，应着重加强对单株穗数和穗粒数的选择，这对大麦种质资源的评价和新品种的选育具有指导意义。

通过对143份大麦材料进行聚类分析，将143份资源聚为两大类，类群的划分与单株穗数、穗粒数、千粒质量、株高等产量性状密切相关。第1类有129份材料，这类材料单株生产力较低，可作为选育多穗型品种的亲本;第2类有14份材料，穗粒数较多，单株产量较高，可作为选育中矮秆多粒型品种的材料。高产稳产仍然是大麦育种的主要方向之一，本研究认为，高产育种材料应从第2类群中选择，同时利用具有目标性状的重要核心种质或骨干亲本，尽可能选择亲缘关系较远的多穗多粒型大麦品种作为育种材料。

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收稿日期：2019-04-15

基金项目：泰州市科技支撑计划（农业）项目（编号：TN201804）;泰州地区若叶大麦新品种（系）引进及配套栽培技术研究。

作者简介：蒋 莹（1990—），女，江苏泰兴人，硕士，助理研究员，主要从事特色粮经作物新品种新技术研究与示范工作。E-mail：yjiang813245@163.com。

通信作者：焦庆清，硕士，研究员，主要从事农作物新品种新技术研究及示范应用。E-mail：mtjqq@163.com。