苦荞品种系类分析.docx

苦荞品种系类分析.docx

《苦荞品种系类分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苦荞品种系类分析.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

苦荞品种系类分析

苦荞品种（系）类分析

————————————————————————————————作者：

————————————————————————————————日期：

苦荞品种（系）聚类分析-农学论文

苦荞品种（系）聚类分析

赵建栋1,2，李秀莲2，史兴海2，陈稳良2，高伟2

（1山西省农业科学院农作物品种资源研究所，太原030031；2农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，太原030031）

摘要：

为了直观地揭示苦荞品种（系）间的遗传差异和类群农艺性状特点，并发掘其中的良好资源，避免杂交育种过程中选配亲本的盲目性。

对来自全国11个荞麦育种单位的45个苦荞品种（系）的6个主要农艺性状，进行主成分和聚类分析。

结果表明：

应用主成分分析将6个性状简化为3个主成分，其累计贡献率为83%。

采用聚类分析，将45个苦荞品种（系）在2.76水平上聚为4大类：

髙秆、中产、小粒型；中秆、高产、大粒型；中秆、低产、小粒型和髙秆、中产、中粒型。

其中第2类综合性状表现较好，是良好的品种或良好的育种材料。

苦荞品种（系）间遗传差异与原产地和地理距离无任何必然的联系，杂交育种选配亲本时，除考虑性状互补、地理距离等因素外，还应考虑其遗传差异（不同类群）。

关键词：

苦荞；品种（系）；农艺性状；聚类分析

中图分类号：

S517文献标志码：

A论文编号：

cjas16030019

基金项目：

国家燕麦荞麦产业技术体系“分子育种岗位专项资金”（CARS-08-A-1-3）；山西农科院“十三五”育种工程项目“适于机械收获的荞麦新品种选育”（16yzgc035）。

第一作者简介：

赵建栋，男，1966年出生，山西平遥人，副研究员，本科，主要从事荞麦资源与育种研究工作。

通信地址：

030031山西省太原市小店区龙城大街81号，E-mail：

[emailprotected]。

通讯作者：

李秀莲，女，1964年出生，山西山阴人，研究员，本科，学士，主要从事荞麦育种和栽培研究工作。

通信地址：

030031太原市龙城大街81号

山西农科院作物科学研究所，E-mail：

[emailprotected]。

收稿日期：

2016-03-22，修回日期：

2016-06-22。

0引言

苦荞[Fagopyrumtataricum（L.）Gaerth]译为鞑靼荞麦，属蓼科（Polygonaceae）荞麦属（FagopyrumGaerth），英文名tartarybuckwheat，为荞麦属中仅有的两个栽培种之一[1]。

苦荞子粒富含其他粮食作物子粒中所缺如的功能因子—芦丁和叶绿素，具有明显的降血脂、降血糖、降尿糖作用，对糖尿病有特效，对高血脂、脑血管硬化、心血管病、高血压有很好的预防和治疗作用[2]；还具有增强机体免疫力、防癌、抗癌作用。

因此中国非常重视苦荞新品种选育工作并取得了很大成就。

20世纪末至2015年底，全国共育成通过国家、省（区）鉴（审、认）的苦荞品种38个，其中利用引种、单株选择、株系集团选择、理化诱变方法育成36个品种，占育成品种总数的94.7%。

这些品种遗传背景狭窄，没有大的突破。

利用广泛应用于其他作物育种中的杂交方法育成2个品种，仅占育成品种的5.3%。

究其原因，除苦荞花器小、雄蕊多、茎秆脆难去雄的原因外，杂交亲本选配失当和杂交后代选择不准确也是主要原因。

能直观地反映作物品种资源间的遗传差异及类群性状特点的、对育种工作有很大意义的主成分和聚类分析研究，已广泛应于粮食作物的水稻[3]、小麦[4-5]、玉米[6-7]、高粱[8]和经济作物的棉花[9-10]、大豆[11-12]、向日葵[13]、亚麻[14]、芝麻[15]、甘蔗[16]、香蕉[17]以及蔬菜作物中的芥菜[18]、黄瓜[19]、花椰菜[20]和扁豆[21]中，在粮药兼用作物的薏苡[22]和苦荞中的应用也有报道。

高金峰等[23]利用相关分析、主成分分析和聚类分析等方法对西藏80份苦荞资源的7个主要农艺性状进行了分析，表明西藏苦荞资源可以分为株高较矮大粒型、株高中等小粒型、植株矮小大粒型和植株高大茎秆粗壮型4个大类。

李春花等[24]利用主成分分析和聚类分析法，表明云南苦荞资源可分为生育期长型、生育期中等和生育期短型3大类，其中第2类综合性状表现较好。

但对来自全国苦荞主产区的栽培资源进行聚类分析的报道还很少。

本研究对来自全国11个苦荞育种单位的45个苦荞品种（系）的6个农艺性状进行主成分和聚类分析，以了解品种（系）间的遗传差异和类群特点，为合理利用苦荞资源、筛选苦荞杂交亲本、合理选择育种后代提供科学依据。

1材料和方法

1.1试验材料

试验材料系全国11个荞麦育种单位提供的45个苦荞品种（系）（表1）。

1.2试验地点与方法

试验在山西省农业科学院农作物品种资源研究所榆次东阳基地进行，于2014年6月15日播种，随机区组排列，3次重复，小区面积（长2.5m×宽2.0m）5.0m2。

收获时每小区随机取样10株，考察6个主要农艺性状：

株高、主茎节数、主茎分枝、二级分枝、单株粒重和千粒重。

用DPS统计软件分析主成分，用欧氏距离计算遗传距离，用最短距离法进行聚类。

1.3计算公式

遗传相关系数[25]、遗传相关矩阵[26]、遗传距离[27]的计算公式分别见公式

（1）、

（2）、（3）。

2结果和分析

2.1方差分析

对45个苦荞品种（系）6个性状进行方差分析，结果表明，株高、主茎节数、一级分枝、二级分枝和单株粒重差异均达到极显著水平，千粒重达显著水平（表2），说明45个苦荞品种（系）间农艺性状差异明显、类型多样。

2.2性状间的遗传相关

对45个苦荞品种（系）6个性状进行相关分析，结果表明，苦荞一级分枝与单株粒重间存在显著正相关，二级分枝与单株粒重间存在极显著正相关，株高也与单株粒重间存在微弱的正相关。

主茎节数、千粒重都与单株粒重间存在微弱的负相关（表3）。

说明可以通过一级分枝、二级分枝对单株粒重进行间接选择。

2.3主成分分析

对苦荞6个数量性状进行主成分分析，选取λ≥0.9的3个特征根作为苦荞的主成分（表4），3个入选的主成分的累计贡献率为83.0%，已经包含了大部分信息。

结果表明，苦荞第一主成分的特征向量值为2.4265，方差贡献率为40%，其对应的特征向量主要为0.5051（主茎节数）、0.4510（株高）和0.3443（千粒重），其他性状皆为负值。

因此，第一主成分是以主茎节数为主的丰产株型因子。

苦荞第二主成分的特征向量值为1.6548，方差贡献率为28%，其对应的特征向量主要为0.5583（单株粒重）和0.5361（二级分枝），其他性状皆为较小的正值。

苦荞第三主成分的特征向量值为0.9289，方差贡献率为15%，其对应的特征向量主要为0.5954（千粒重）。

综观上述分析，在进行苦荞新品种选育时，应以第一主成分的主茎节数为主的丰产株型为主导,兼顾单株粒重和千粒重，对于其他性状将不宜苛求。

2.4品种间的遗传距离

在主成分分析的基础上，计算出45个苦荞品种两两间的遗传距离（欧氏距离）。

其中系统间最短距离平方根为：

2.5聚类分析

用最短距离法进行系统聚类，在距离值2.76处截取分类界限，得到45个苦荞品种（系）的聚类结果（图1、表5、表6）。

聚类分析结果表明，45个苦荞品种（系）可分为4大类，第1类包括29个品种（系），属髙秆、多节位、少分枝、中产、小粒型，遍布全国11个苦荞育种单位，南方北方都有，分布范围最广；第2类包括7个品种（系），属中秆、多节位、中分枝、高产、大粒型，除‘榆6-21’外，主要分布在南方；第3类包括4个品种（系），属中秆、中节位、多分枝、低产、小粒型，除‘蜜蜂头1号’外，主要分布在南方；第4类包括4个品种（系），属高秆、多节位、少分枝、中产、中粒型，全部分布在南方。

3讨论与结论

本研究利用主成分分析，将45个苦荞品种（系）的6个性状简化为3个综合指标，苦荞新品种选育时，应以主茎节数（株高）、单株粒重和千粒重为主要依据。

与李秀莲等[28]推荐的标准相一致。

在主成分分析的基础上，将45个苦荞品种（系）聚为4类：

第1类平均株高121.2cm、单株粒重3.3、千粒重17.9g，属髙秆、中产、小粒型；第2类平均株高102.6cm、单株粒重7.6g、千粒重21.6g，属中秆、高产、大粒型，是优良品种或选育优良品种的理想资源。

事实上7个品种（系）中的2个品种‘榆6-21’和‘凤凰苦荞’分别通过青海省和国家审定，也证明了这一点。

第3类平均株高89.6cm、单株粒重1.3g、千粒重18.1g，属中秆、低产、小粒型；第4类平均株高136.7cm、单株粒重3.6g、千粒重19.9g，属高秆、中产、中粒型。

研究结果还表明，从品种原产地看，来源于同一地区的不同品种，存在着遗传差异。

例如‘榆5-7’（5号）和‘榆6-21’（6号），同产于陕西省榆林，但分属两个类群2和3。

从地理远近看，来自陕西省的‘79-22’（7号）与来自四川省的‘额曲’（40号）间的地理距离，远远超过同样来自贵州省的‘90-2’（19号）与‘赫章黑苦荞’（21号）之间的地理距离，但前两者都属1个类群

（1），后两者则分数2个类群2和3。

可见品种间的遗传差异与地理距离间并无必然的联系。

与李秀莲等[29]的研究结论一致。

选配杂交亲本时除考虑性状互补、地理距离外，还应考虑其遗传差异（不同类群）。

本研究只分析了45个苦荞品种（系）的6个农艺性状，对其重要的生育期性状未作分析，若要更加深入了解苦荞品种（系）及其亲缘关系，需增加生育期、单株粒数、有效花序数等性状并结合现代分子生物技术鉴定，对其做出更加客观准确地评价。

主成分和聚类分析，不仅应用于直观揭示苦荞品种（系）间的遗传差异和类群农艺性状特点及发掘有益基因，而且能够应用于苦荞资源遗传多样性、苦荞资源整理与归类及苦荞起源中心学说方面的研究，但必须结合原产地、植物学性状、生物学特性并利用现代分子生物技术鉴定多个方面，应用于起源学说方面的研究，还应该考虑苦荞资源（包括野生资源）收集的相对全面，结合古文字记载和荞食文化等其它方面的研究。

参考文献

[1]王永红,白瑞繁.大寨苦荞引种试验研究[J].现代农业科技,2014

（2）:

62-63.

[2]林汝法.苦荞举要[M].北京:

中国农业科学技术出版社,2013:

11-12.

[3]游书梅,曹应江,郑家奎,等.73份亚洲水稻恢复系农艺性状的主成分和聚类分析[J].植物遗传资源学报,2015,16

（2）:

250-256.

[4]李伯群,余国东,石有明,等.两系杂交小麦杂种优势、配合力及遗传距离分析[J].麦类作物学报,2003,23（3）:

17-21.

[5]周吉,徐萍,李国强,等.不同水旱地小麦品种聚类分析及其利用模式研究[J].麦类作物学报,2009,29（5）:

809-813.

[6]蔚荣海,韩蕾,王玉兰,等.糯玉米自交系的遗传距离分析及类群鉴定[J].玉米科学,2006,14（3）:

10-12,16.

[7]丰光,李妍妍,景希强,等.中国不同时期玉米自交系聚类及杂优模式分析[J].杂粮作物,2010,30

（2）:

63-67.

[8]邵初阳,何晓兰,徐照龙,等.甜高粱种质资源多样性及主要农艺参数聚类分析[J].江苏农业学报,2015,31（5）:

984-994.

[9]苏亚蕊,刘新浩,李锁平.棉花种质资源多样性的ISSR聚类分析及主成分分析[J].河南大学学报:

自然科学版,2012,42（4）:

401-406.

[10]徐海明,邱英雄,胡晋,等.不同遗传距离聚类和抽样方法构建作物核心种质的比较[J].作物学报,2004,30（9）:

932-936.

[11]罗瑞萍,赵志刚,姬月梅,等.春大豆新品种（系）的聚类分析及主成分分析研究[J].宁夏农林科技,2012,53（8）:

21-23.

[12]李清华,林海峰,刘金文,等.南方春大豆品种秋播条件下的综合评及聚类分析[J].安徽农学通报,2014（8）:

52-54.

[13]朱东旭,关中波,徐桂真,等.油用向日葵品种农艺性状的主成分分析和聚类分析[J].中国农学通报,2015（12）:

152-156.

[14]宋军生,党占海,张建平,等.油用亚麻品种资源农艺性状的主成分及聚类分析[J].西南农业学报,2015,28

（2）:

492-797.

[15]赵应忠,刘红艳.芝麻雄性不育系与核心种质间的遗传距离[J].中国油料作物学报,2005,27

（1）:

36-40.

[16]周会,杨荣仲,方锋学,等.桂糖系列甘蔗种质资源数量性状的主成分分析和聚类分析[J].西南农业学报,2012,25

（2）:

390-395.

[17]张俊,王静毅,陈友,等.基于模型的香蕉种质资源群体结构聚类分析及其亲缘关系分析[J].热带作物学报,2014,35

（2）:

232-238.

[18]张加强,骆霞虹,陈常理,等.叶用芥菜种质表型性状的遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报,2015,16（3）:

535-540.

[19]杨瑞环,陈德富,闵徽,等.利用SSR标记分析种质资源的遗传多样性[J].南开大学学报:

自然科学版,2012,

（2）:

17-21.

[20]朱世杨,张小玲,刘庆,等.花椰菜自交系主要形态性的主成分分析和聚类分析[J].植物遗传资源学报,2012,13

（1）:

77-82.

[21]姜永平,邱海荣,章洪娟,等.南通扁豆品种主要农艺性状的主成分和聚类分析[J].中国蔬菜,2015（6）:

53-57.

[22]李春花,王艳青,卢文洁,等.云南薏苡种质资源农艺性状的主成分和聚类分析[J].植物遗传资源学报,2015,16

（2）:

277-281.

[23]高金峰,张慧成,高小丽,等.西藏苦荞种质资源主要农艺性状分析[J].河北农业大学学报,2008,3

（2）:

1-5.

[24]李春花,卢文洁,王艳青,等.云南苦荞资源农艺性状的主成分和聚类分析[J].江苏农业大学学报,2015（4）:

612-617.

[25]高之仁.数量遗传[M].成都:

四川大学出版社,1986:

236-253.

[26]马育华.植物育种的数量遗传学基础）[M].南京:

江苏科学技术出版社,1982:

203-237.

[27]刘来福.作物数量性状遗传距离的测定[J].遗传学报,1979,6（3）:

349-355.

[28]李秀莲,史兴海,高伟,等.主成分分析在苦荞育种中的应用[J].现代农业科技,2012（16）:

54-56.

[29]李秀莲,张耀文,赵雪英,等.苦荞数量性状遗传距离的测定[J].国外农学-杂粮作物,1998,18

（2）:

27-29.