黄淮麦区263份小麦种质材料的聚类分析

张 婷，逯腊虎，袁 凯，杨 斌，张 伟，史晓芳

(山西省农业科学院 小麦研究所，山西 临汾 041000)

小麦是我国人民的主要口粮，每年我国小麦的生产总量和消费总量分别占世界总量的17%和16%[1]，而黄淮麦区是我国小麦最大的主产区，其小麦面积和总产分别占全国小麦的55%和64%[2]，对我国小麦的生产发挥着重要的作用。当前，我国小麦育种技术仍然以品种间常规杂交育种为主[1,3-5]，小麦种质资源丰富的遗传多样性对小麦育种工作的创新和突破尤为关键，因此，深入了解小麦黄淮麦区小麦种质资源主要农艺性状的遗传差异和特征特性有利于高效选配亲本组合、创制优异新品种、提高育种水平。

目前，国内外有关小麦种质资源性状鉴定评价及遗传多样性研究的报道较多[6,7]，张广旭[8]等对46份澳大利亚小麦种质的8个主要农艺性状进行了聚类分析，发现在欧氏距离6.50处供试材料被分为6大类群，可为进一步配置杂交组合提供选择基础；孙允超[9]等以9个主要农艺性状为指标对2015年引入的51份美国小麦种质进行了聚类分析，发现第1类群10份种质的千粒重、有效穗数、产量是4个类群中最高的，可作为重点亲本利用，其余种质可依据类群特征作为改良某一性状的中间材料利用；张彬[10]等以6个农艺性状为指标，对南阳市农业科学院小麦育种研究室近年来选育的18个高代品系进行了聚类分析，发现被聚为4个类群，并依据各类群的特点提出了不同的改良目标。

这些研究表明，对重要农艺性状的考察和分析是研究小麦种质遗传多样性最简单有效的方法[11]。近年来，有关综合分析我国黄淮麦区小麦种质资源产量性状的研究鲜见报道，笔者研究拟通过株高、穗长、小穗数、穗粒数、千粒重5个主要农艺性状对来自黄淮麦区的263份小麦种质进行聚类分析，了解不同种质间亲缘关系的远近，明确品种个体间遗传差异，为杂交亲本选配提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

263份优良小麦品种(系)来自黄淮麦区，其中包括河北省120份，河南省38份，山东省72份，山西省33份，详见表1。

表1 试验材料名称及来源

续表1 试验材料名称及来源

1.2 试验设计

试验于山西省农业科学院小麦研究所试验基地进行，试验采用随机区组设计，3次重复，双行区种植，行长2 m，行距20 cm，株距5 cm。田间管理措施同大田。小麦成熟后取样进行室内考种，每份材料选取代表性植株5株，调查株高、穗长、小穗数、穗粒数及千粒重5个农艺性状。

1.3 数据分析

利用Excel和DPS软件进行数据整理和分析；利用Popgene 软件采用类平均法构建个体的聚类树状图进行聚类分析。由于各指标性状具有不同的量纲，因此在聚类分析前需要对数值型性状的值进行无量纲的标准化处理，即对5个农艺性状做10级分类处理：1级

2 结果与分析

2.1 聚类结果

以5个农艺性状为指标，利用Popgene软件采用类平均法对263份材料进行聚类分析，构建树状聚类图(图1)。从图中可以看出，材料被聚为6个类群。

图1 黄淮麦区263份小麦材料的聚类

2.2 各类群的分布与特点

根据聚类结果对各类群材料分布情况进行归纳整理(表2)，利用DPS软件计各类群5个农艺性状的基本参数，并对6类群进行方差分析(表3)，总结各类群农艺性状表现的主要特征和变异特点，结果如下：

表2 263份小麦种质在6个类群的分布

注：表中百分比表示本省内占比。

表3 各类群农艺性状的主要特征和变异情况

注：不同字母“a, b, c,d”表示材料间达到显著水平(P=0.05)。

第1类群：包含21份材料，占供试材料的7.98%。从表2可以看出，河南的材料在该类群分布最多，其余依次是山东、河北、山西。其主要特征是平均株高最低(64.63 cm)，显著低于其它类群；穗粒数较多(50.67粒)，显著高于第4类群，与其它类群无显著差异；穗长、小穗数和千粒重3个性状类群间无显著差异。其中，株高的变异系数在6个类群中最大(10.84%)，千粒重的变异系数最小(0.62%)。

第2类群：有35份材料，占供试材料的13.31%，从表2可以看出，山西材料在这一类群的占比最高，其次是山东、河北、河南。其主要特征是平均株高最高(72.73 cm)，显著高于其它类群；穗粒数较多(48.89粒)，显著高于第4类群，与其它类群无显著差异；其它性状与其它类群无显著差异。

第3类群：有35份材料，占供试材料的13.31%。从表2可以看出，来自山东的小麦种质在本群占比最高。该类群小麦株高较高(71.10 cm)，与株高最高的第2类群无显著差异；穗粒数(47.92粒)与其它类群之间无显著差异；其它性状类群间无显著差异。其中，株高、穗粒数的变异系数在6个类群中最小，分别为5.79%、7.35%。

第4类群：包含50份材料，占供试材料的19.01%。从表2可以看出，来自河南、河北两省的小麦种质较多地被聚在了这一类该类群。该类群小麦株高偏矮，与第6类群无显著差异，显著低于第2，3类群；穗粒数与第3、5、6类群无显著差异，均显著低于第1、2类群；其它性状类群间无显著差异。其中，穗粒数的变异系数在6个类群中最大(9.53%)。

第5类群：包含36份材料，占供试材料的13.69%。从表2可以看出，该类群中来自河南的小麦种质材料最少，其余三省材料所占比例相当。其小麦种质平均株高较矮，与株高最矮的第1类群无显著性差异；穗粒数与第3、4、6类群无显著差异，均显著低于第1、2类群；其它性状类群间无显著差异。

第6类群：包含86份材料，占供试材料的32.70%，占比最高。从表2可以看出，这一类群聚集的河南小麦种质最多，山西的最少，但四个省所占的材料比例与前几类群相比均较高。该类群小麦平均株高偏矮，与第4类群株高无显著差异，显著高于第1、5类群；穗粒数与第1、2、3、5类群无显著差异，显著高于第4类群；其它性状类群间无显著差异。

综上所述，6个类群只在株高和穗粒数两个性状上差异显著，在其它性状上类群间差异不显著；各类群株高、穗粒数和千粒重性状的变异系数也有其特点，可根据特定育种目标筛选出符合目标性状的亲本。

3 讨论

种质资源的遗传多样性是品种选育的基础[12]，利用好优异的种质资源配置组合可以大幅缩短育种周期，提高育种效率。笔者研究聚类分析结果表明，6个类群只在株高和穗粒数两个性状上差异显著，在其它性状上类群间差异不显著，可见黄淮麦区供试材料个体间遗传多样性不高。分析发现:①同一类群内均分布有4个省份的小麦种质，并且同一类群内来自同一省份的材料并没有很集中地聚集在一起。这说明小麦种质资源在地理来源上的差异并不绝对代表其在遗传上的差异。王秀芹[13]等认为不同的地理来源对小麦种质的遗传差异有一定程度的影响，但两者之间并不存在必然的联系，与本研究结果一致。而任欣欣[14]、李鲜花[15]等学者认为各品种间的亲缘关系与其地理来源有很大的相关性，研究结果不太一致的原因可能是不同省份的育种工作者在亲本选择时选择了相同相近的在生产上大面积推广的品种作为骨干育种亲本，因而导致各省份间种质资源的遗传差异变小，亲缘关系变近；②同一省份的材料被分别聚在不同的类群。这表明各省份内供试材料的遗传变异比较丰富，这可能是由不同育种工作者在亲本选择上的主观差异造成的。因此，可以认为地理来源上的差异并不代表其在遗传上的差异。

综上所述，黄淮麦区小麦种质资源个体间遗传多样性不高。刘志勇、傅晓艺[1,16-18]等学者在研究中也发现我国及黄淮麦区培育的新品种(系)间遗传相似度不断增加、原创型突破性的小麦种质越来越少，究其原因是育种工作者越来越多地在部分大面积高产品种间进行杂交组合选配。因而在今后的育种实践中，要不断地征集新资源、拓展种质基因库，加强新品种(系)的遗传多样性研究，为小麦育种工作提供理论支撑。