41份非洲地区和我国湖北蚕豆种质资源产量性状的鉴定与评价

吕春雨 廖芳丽 陈宏伟 李莉 万正煌 朱珍珍 沙爱华 焦春海

摘要：【目的】鑒定评价41份非洲地区和我国湖北蚕豆种质资源的产量性状，筛选出产量性状综合表现优良的蚕豆种质资源，为蚕豆种质资源保护及其新品种选育提供理论参考。【方法】从非洲和我国湖北共收集41份蚕豆种质资源，通过相关分析、主成分分析、聚类分析等方法对蚕豆10个产量性状进行综合鉴定及评价。【结果】41份蚕豆种质资源的10个产量性状变异系数均较高，从高到低排序为：单株实荚数（58.09%）>单株重（36.06%）>单株总荚数（33.82%）>百粒重（32.79%）>单果节荚数（31.60%）>荚宽（18.00%）>株高（16.75%）>单株分枝数（16.54%）>荚长（13.20%）>生育日数（2.18%）。相关性分析结果表明，百粒重与单株分枝数、荚宽和荚长呈极显著正相关（P<0.01，下同），单株总荚数与单株实荚数、单果节荚数和单株重呈极显著正相关，与荚宽和百粒重分别呈极显著和显著（P<0.05）负相关。主成分分析结果显示，前5个主成分覆盖所有蚕豆资源产量性状，总贡献率达86.753%，综合前5个主成分对应的产量性状，在10个产量性状中，除荚宽外，其余9个产量性状均可作为蚕豆产量鉴定与评价的重要指标。聚类分析结果表明，41份蚕豆种质资源可分为三大类群，其中第I类群以湖北蚕豆为主，包括12份湖北种质和1份埃塞俄比亚种质，占供试种质资源的31.71%;第Ⅱ类群包含8份苏丹种质、5份湖北种质、4份埃及种质和3份埃塞俄比亚种质，占供试种质资源的48.78%;第Ⅲ类群含7份种质包括3份苏丹种质、1份埃塞俄比亚种质和3份埃及种质，占供试种质资源的19.51%。【结论】非洲地区和我国湖北蚕豆种质资源具有丰富的遗传多样性，筛选出的高产种质资源CDAS106、CDSD102和P422823026可应用于高产蚕豆育种。

关键词： 蚕豆;种质资源;产量性状;相关分析;主成分分析;聚类分析;非洲;湖北

中图分类号： S643.602.9                       文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2018）12-2356-08

Identification and evaluation of yield traits of 41 Vicia faba germplasm resources from African areas and Hubei， China

LYU Chun-yu1， LIAO Fang-li2， CHEN Hong-wei3， LI Li3， WAN Zheng-huang3，

ZHU Zhen-zhen1， SHA Ai-hua1*， JIAO Chun-hai3*

（1School of Agriculture，Yangtze University， Jingzhou，Hubei  434025， China; 2Jingzhou Seed Administration Bureau， Jingzhou，Hubei  434020， China; 3Institute of Food Crops， Hubei Academy of Agricultural Sciences，

Wuhan  430064， China）

Abstract：【Objective】The yield characters of 41 Vicia faba germplasm resources from African areas and Hubei， China were identified and evaluated to screen potential V. faba varieties with fine yield traits performance， in order to providetheoretical reference for the protection and breeding of V. faba germplasm resources. 【Method】A total of 41 V. faba germplasm resources were collected from Africa and Hubei，China. Ten yield characters of V. faba were comprehensively identified and evaluated by using correlation analysis， principal component analysis and cluster analysis. 【Result】The variation coefficients of 10 yield-related characters of 41 V. faba germplasm resources were relatively high and the order from high to low was： number of single plant pods（58.09%）>single plant weight（36.06%）>total number of pod per plant（33.82%）>100-grain weight（32.79%）>number of pod per fruit（31.60%）>pod width（18.00）>plant height（16.75%）>number of branch per plant（16.54%）>pod length（13.20%）>number of growing days（2.18%）. The results of correlation analysis showed that 100-grain weight was extremely significantly correlated with the number of branch per plant，pod width and pod length（P<0.01，the same below）. Total number of pod per plant had significantly positive correlations with the number of single plant pod，the number of pod per fruit and the single plant weight，and had extremely significant and significant negative correlation with pod width and 100-grain weight respectively（P<0.05）. The results of principal component analysis showed that the first five principal components covered all yield traits of V. faba resources， and the total contribution rate was 86.753%. Related yield characters of the previous five principal components were synthesized. Among the 10 yield characters，except pod width， other nine yield characters could be used as important indicators for identification and evaluation of V. faba yield. The results of cluster analysis showed that 41 V. faba germplasm resources from African areas and Hubei， China could be divided into three groups. Group I mainly consisted of V. faba from Hubei，including twelve germplasms from Hubei and one germplasm from Ethiopia， accounting for 31.71% of the tested resources. Group II consisted of eightgermplasms from Sudan and five germplasms from Hubei， four germplasms from Egypt and three germplasms from Ethiopia， accounting for 48.78% of the tested germplasm resources. Group III contained seven germplasms， including three germplasms from Sudan，one germplasm from Ethiopia and three germplasms from Egypt，accounting for 19.51% of the tested germplasm resources. 【Conclusion】The V. faba germplasm resources from African areas and Hubei， China have abundant genetic diversity. The selected high-yield germplasm resources such as CDAS106，CDSD102 and P422823026 can be used in high-yield V. faba breeding.

Key words：Vicia faba; germplasm resource; yield trait; correlation analysis; principal component analysis; cluster analysis; Africa; Hubei

0 引言

【研究意义】蚕豆（Vicia faba L.）又称罗汉豆、胡豆等，是野豌豆属一年生草本植物，起源于亚洲西南部和非洲北部，营养价值丰富，可食用，也可作饲料、绿肥和蜜源植物种植（王海飞和宗绪晓，2011）。蚕豆是世界上第七大食用豆类作物，在我国已有2000余年栽培历史（马钰，2012）。湖北省作为我国五大蚕豆生产省份之一，蚕豆资源丰富（康智明等，2015）。因此，从我国湖北省和非洲地区搜集蚕豆种质资源，并进行性状评价，对拓宽我国蚕豆种质资源遗传多样性，促进蚕豆种质资源材料间的交换利用，加快优异种质创新和利用具有重大的现实意义。【前人研究进展】目前，国内外有关蚕豆种质资源性状鉴定评价及遗传多样性研究的报道较多。刘玉皎和宗绪晓（2008）对153份青海蚕豆种质资源的形态多样性进行分析，结果表明，青海蚕豆种质资源具有丰富的形态多样性，平均多样性指数为0.8033，153份蚕豆种质资源可聚为三大组群。王晓娟等（2009）对194份甘肃省新征集蚕豆种质资源的35个主要性状进行遗传多样性分析，发现新征集的蚕豆种质资源具有丰富的遗传多样性。徐东旭等（2010）对国内外不同地理来源的637份蚕豆种质资源的18个形态性状进行评价，并分析其遗传多样性，结果表明，我国春冬性蚕豆种质资源间及国外蚕豆种质资源间的遗传变异均较大。王海飞等（2011）利用ISSR标记对来自全球35个国家的383份蚕豆种质资源的遗传相似性进行分析，探索其遗传相似性和遗传结构，结果表明，我国春播区蚕豆种质资源的遗传变异丰富，遗传多样性较高，美洲蚕豆种质资源的遗传基础相对狭窄，蚕豆种质资源群体遗传多样性差异和遗传相似性与其地理来源、生长习性和生态分布密切相关。李莉等（2013）对10份埃塞俄比亚蚕豆种质资源的籽粒形态特征、质量性状及数量性状等进行研究，结果表明，这些种质资源变异系数较大（8.01%～55.80%），其中在4个质量性状中以种皮光滑度和百粒重的变异系数最大，以主茎节数和株高的变异系数较小。康智明等（2015）对我国主栽秋蚕豆和国外主产区蚕豆品种的农艺和品质性状进行遗传多样性研究，结果表明，品种间亲缘关系与地理来源无明显相关性，12个来自国内外的蚕豆品种具有丰富的遗传多样性。余莉等（2015）对从2012—2013年度体系秋播蚕豆品种评价试验中筛选出的12个秋播蚕豆品种的8个农艺性状进行相关分析和主成分分析，结果表明，除生育日数外，其余性状变异系数均较大，各农艺性状间存在复杂的相关性，筛选获得3个综合表现优异的品种。陈宏伟等（2016）对129份湖北蚕豆地方种质的外观特性和品质特性进行调查分析，根据品质性状可将129个地方品种分为四大类，第Ⅰ类和第Ⅲ类为高蛋白质品种，第Ⅳ类为高脂肪和高淀粉品种，第Ⅱ类为蛋白质、脂肪、淀粉含量适中品种。欧阳裕元等（2016）对蚕豆不同品种（系）的生育日数、株高、有效分枝数、结荚节数等11个农艺性状进行相关分析，认为蚕豆高产品种选育应从百粒重、每荚粒数、单株荚数和单株粒数入手，兼顾结荚节数、株高、生育日数等性状。陈宏伟等（2017）对湖北省211份蚕豆地方品种的8个产量性状进行测定，并研究其遗传变异情况，结果表明，211份地方品种可聚为三大類，且不同地方品种产量性状变异程度较大。Li等（2017）通过田间观察和室内分析对湖北省中期库所保存的207份蚕豆种质材料进行株高、分枝数等13个农艺性状测定及评价，并对部分种质资源进行抗病性和品质鉴定，结果表明，湖北蚕豆种质资源丰富，生育日期、株高、百粒重等农艺性状变异程度较大。李艳花等（2018）通过相关分析和通径分析对2014—2015年385个重庆地区蚕豆高代纯合品系的主要农艺性状进行测定分析，结果表明，单株粒数对单株产量贡献最大，其次是有效荚数，在重庆地区蚕豆高产育种和高产栽培中，应以选育和选用多粒型品种为主，同时兼顾百粒重、有效分枝数、有效荚数和株高等性状。【本研究切入点】非洲是蚕豆的起源中心，蕴藏着大量的原生态资源，这些资源是特异性蚕豆资源育种研究的优良材料。充分利用非洲优异种质资源可缓解我国蚕豆育种的资源难题（丁自立，2014）。近年来，鲜见有关综合分析非洲地区和我国湖北蚕豆种质资源产量性状的研究报道。【拟解决的关键问题】对41份非洲地区和我国湖北蚕豆的产量性状进行鉴定评价和遗传多样性分析，以期筛选出产量性状综合表现优良的蚕豆种质资源，为蚕豆产量性状的综合评价及品种筛选提供技术参考，为我国蚕豆新品种的选育提供优良基础材料。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

41份供试材料中非洲蚕豆种质资源共25份，其中来自埃塞尔比亚6份、埃及7份、苏丹12份;我国湖北省蚕豆种质资源共16份，由湖北省农业科学院杂粮研究工程中心提供（表1）。

1. 2 试验方法

试验于2016—2017年在湖北省长江大学农学院试验田（东经112°08′，北纬30°21′）进行。试验地为粘质土壤，地力均匀，地势平坦，无病，防旱涝，向阳无荫蔽。采用随机区组排列，设3次重复，点播，行间距为50 cm。蚕豆成熟收获前每小区随机取样10株，考察单株分枝数（X1）、单株总荚数（X2）、单株实荚数（X3）、单果节荚数（X4）、荚长（X5）、荚宽（X6）、百粒重（X7）、单株重（X8）、株高（X9）和生育日数（X10）10个产量性状。对蚕豆种质资源性状的观察、测定、记载及考种参照统一标准《蚕豆种质资源描述规范和数据标准》（宗绪晓，2006）。

1. 3 统计分析

采用Excel 2016计算各产量性状的标准差、平均值和变异系数;应用SPSS 19.0对数据进行相关性分析、主成分分析和聚类分析，其中聚类分析采用Ward法。

2 结果与分析

2. 1 蚕豆种质资源产量性状的变异分析结果

由表2可知，41份蚕豆种质资源间10个产量性状均存在明显差异，其变异系数从大至小依次为：单株实荚数（58.09%）>单株重（36.06%）>单株总荚数（33.82%）>百粒重（32.79%）>单果节荚数（31.60%）>荚宽（18.00%）>株高（16.75%）>单株分枝数（16.54%）>荚长（13.20%）>生育日数（2.18%）。由此可看出，不同品种间单株实荚数的差异较大，而生育日数差异较小。可见，41份蚕豆种质资源表现出不同程度的遗传多样性。

2. 2 蚕豆种质资源产量性状的相关性分析结果

41份蚕豆种质资源产量性状的相关性分析结果如表3所示。单株分枝数与百粒重和荚宽分别呈极显著（P<0.01，下同）和显著（P<0.05，下同）正相关。单株总荚数与单株实荚数、单果节荚数和单株重呈极显著正相关，与荚宽和百粒重分别呈极显著和显著负相关。单株实荚数与株高呈极显著正相关。单果节荚数与单株重呈极显著正相关，与荚宽和百粒重呈极显著负相关。荚长与荚宽和百粒重呈极显著正相关。荚宽与百粒重呈极显著正相关。

2. 3 蚕豆种质资源产量性状的主成分分析结果

为研究蚕豆种质资源产量性状变异的主要来源，对41份蚕豆种质资源的10个产量性状进行主成分分析，并计算出相关特征值的累计贡献率，结果如表4所示。前5个主成分的总贡献率达86.753%（>85%），可覆盖所有蚕豆资源产量性状。

对前5个主成分与相应产量性状的关系进行分析，结果如表4所示。主成分1与单株总荚数、单株实荚数和单果节荚数的相关系数较大;主成分2与百粒重、株高和单株分枝数的相关系数较大;主成分3与单株重和荚长的相关系数较大;主成分4与单株分枝数和生育日数的相关系数较大;主成分5与生育日数和株高的相关系数较大。

综合分析5个主成分对应的产量性状，结果发现，在10个产量性状中，除荚宽外，株高、单株分枝数、单果节荚数、单株总荚数、单株实荚数、百粒重、单株重、荚长和生育日数9个产量性状均可作为蚕豆产量鉴定与评价的重要指标。

2. 4 蚕豆种质资源产量评价结果

根据不同种质资源在每一主成分因子及综合5个主成分因子的得分及排名情况对41份蚕豆种质资源的产量性状进行评价，结果如表5所示。分值越高，则该材料在相应因子中的表现越好。主成分1因子（Z1）得分前三的种质资源是CDAS106、CDSD103和P421023010，表明其单株总荚数、单株实荚数和单果节荚数表现较好。主成分2因子（Z2）得分前三的种质资源是P422823026、CDAJ106和CDAJ102，表明其百粒重和株高表现较好。主成分3因子（Z3）得分前三的种质资源是CDAJ106、P422823026和CDSD102，表明其单株重和荚长表现较好。主成分4因子（Z4）得分前三的种质资源是CDAS104、CDAS110和CDAJ102，表明其单株分枝数和生育日数表现较好。主成分5因子（Z5）得分前三的种质资源是CDAJ106、CDSD114和CDSD102，表明其生育日数和株高表现较好。综合5个主成分因子得分，平均主成分（Z）得分前三的种质资源是CDAS106、CDSD102和P422823026，表明这3个种质资源的10个产量性状在41份蚕豆资源中综合表现较好。

2. 5 蚕豆种质资源产量性状的聚类分析及类群间差异比较

聚类分析结果（图1）表明，在欧式距离D2为15时可将41份蚕豆种质资源划分为三大类群：第I类群以湖北蚕豆为主，包括12份湖北种质（2015422026、2016421042、2015422010、2016421113、P420624142、P420222023、2015421035、2015421193、CDAS108、2015422006、P422823026和P421023010）和1份埃塞俄比亞种质（CDAS106），占供试种质资源的31.71%;第Ⅱ类群包括8份苏丹种质（CDSD102、CDSD103、CDSD104、CDSD106、CDSD108、CDSD110、CDSD111和CDSD112）、5份湖北种质（P420684008、2015422365、2016422063、2016421014和2015422397）、3份埃塞俄比亚种质（CDAS105、CDAS102和CDAS110）和4份埃及种质（CDAJ101、CDAJ105、CDAJ110和CDAJ111），占供试种质资源的48.78%;第Ⅲ类群最小，包括4份苏丹种质（CDSD113、CDSD114、CDSD107和CDSD115）、1份埃塞俄比亚种质（CDAS104）和3份埃及种质（CDAJ102、CDAJ104和CDSD113），占供试种质资源的19.51%。

由表6可看出，第I类群的百粒重平均值为57.54 g，较其他两个类群小，但单株总荚数、单株实荚数和株高较高，说明这些品种的产量主要由结荚数决定。第Ⅱ类群荚长、荚宽、百粒重和单株重平均数较其他两个类群大，说明这些品种的产量主要由籽粒大小决定。第III类群生育日数平均值较其他两类群长，说明这些品种主要通过延长或缩短生育日数影响产量。

3 讨论

蚕豆起源于亚洲西南部和非洲北部，种质资源较丰富（徐东旭等，2010），但我国对非洲蚕豆种质遗传多样性研究较少，而针对国内蚕豆种质资源遗传多样性的研究较多（康智明等，2015;余莉等，2015;陈宏伟等，2016;Li et al.，2017）。徐东旭等（2010）对国内外蚕豆种质资源进行遗传多样性分析，结果发现，国外种质资源中以非洲的遗传多样性指数最高（1.24）。因此，综合分析非洲地区和我国蚕豆的遗传多样性对发掘优质蚕豆种质资源具有重要意义。本研究通过分析41份蚕豆种质资源产量性状变异情况，结果表明单株实荚数、单株重和单株总荚数变异程度较大，与崔世友和缪亚梅等（2004）的研究结果相似，说明不同蚕豆种质资源在这些性状方面存在明显差异，可通过亲本性状选择进行品种改良和新品种选育。相关性分析结果表明，蚕豆各产量性状间存在较复杂的相关性，说明其产量受多个性状的共同影响。因此，选育高产蚕豆品种时应综合考虑多个性状，不应单一追求某一性状。本研究中单株重与单株总荚数和单果节荚数呈极显著正相关，表明结荚数量可能对产量影响较大，因此，单株总荚数和单果节荚数可作为蚕豆育种选择的重要指标。

作物各性状间复杂的相关关系为传统评价分析带来很大困难，而将原始的多个相互关联的性状通过降维后转换为少数几个互相独立的主成分进行分析，可去除冗余信息，提取主要变异，分析不同性状对变异的相对贡献，分析结果更科学（杨生华等，2016）。本研究基于产量性状对蚕豆资源进行聚类分析及主成分分析，结果显示，聚类分析中第I类群蚕豆的单株实荚数性状表现较佳，而通过主成分分析筛选出的综合排名前3的优质种质资源中CDAS106（第1名）和P422823026（第3名）也均来自于第I类群，说明聚类分析结果与遗传多样性分析结果相近，均揭示单株实荚数变异对产量的影响较大，对精准筛选优质种质资源具有相辅相成的作用，从而为确定育种目标及制定方案提供理论参考。今后，还应通过SSR标记与产量性状鉴定结果进行比较分析，以更准确地鉴定优质种质资源。

4 结论

非洲地区和我国湖北蚕豆种质资源具有丰富的遗传多样性，筛选出的高产种质资源CDAS106、CDSD102和P422823026可应用于高产蚕豆新品种育种。

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