56份谷子品种(系)表型性状比较分析

陈茜午，张永虎，温 蕊

(内蒙古农牧业科学院，呼和浩特 010031)

谷子原产于中国，是一种古老的粮食作物，具有“百谷之长”的称号。谷子具许多优良的品种特性，适宜在干旱、半干旱地区种植。此外，谷子也有较高的营养价值，其蛋白质含量较高，富含多种矿物质元素，不饱和脂肪酸占脂肪含量的85%以上，对动脉硬化等有一定的疗效，具有良好的保健作用[2-4]。近年来，随着谷子育种工作的进一步推进、栽培水平的进一步提高，高产、抗病、抗倒伏的品种不断育成，提高了谷子的种植优势，谷子的种植面积也迅速提高。大量生产实践证明，谷子不是低产作物，而是高产稳产作物。谷子的种植无论从营养膳食角度还是农业结构调整角度都具有重要的意义[5]。

谷子种植面积的不断扩大与优良品种的育成有着重要的关系，育种工作的不断推进与谷子资源的收集和筛选息息相关，具有优势性状的谷子亲本有助于优良品种的育成，其中最基本的筛选方法就是对收集品种进行表型性状的筛选，所以对谷子资源的表型性状进行分析是判断资源特性的基本途径之一[6-7]。我国学者对谷子资源进行了大量的研究分析[8-13]，在不同谷子资源间的遗传亲缘关系的组成、表型性状间的差异和关联方面起到了重要的拓展作用，为谷子育种提供了重要的理论基础。除谷子之外，其他作物在种质资源的分析上也有较多研究，郜战宁等[14]对28份大麦品种(系)进行了主要农艺性状的分析；徐静等[15]对紫苏主要农艺性状与产量构成相关性分析；董承光等[16]对陆地棉种质资源的表型性状进行了遗传多样性分析。基于表型性状的遗传分析是重要的种质资源筛选手段之一，本试验从不同地区收集的材料中筛选了56份材料进行表型分析，以期为实际育种工作选择优良亲本提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料名称与来源详见表1。

1.2 试验设计

试验在内蒙古农科院试验田进行，每试验小区按随机区组排列，每个小区3行，行长6.0 m，行宽50 cm，小区间距50 cm，每个小区面积9 m2。试验小区全部统一播种、管理、收获。在成熟期对各材料进行株高、穗长、穗粗、主茎节数的测量记录，收获后对单穗重、穗粒重和千粒重进行考种记录。

1.3 数据处理

使用Excel软件进行数据整理及分析，使用SPSS软件对数据进行相关分析、主成分分析和聚类分析。采用 Shannon-Wiener’s 多样性指数(H′)进行遗传多样性评价[16-17]。

表1 供试材料名称与来源

表3 参试材料主要农艺性状相关系数

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状分析

参试材料的主要农艺性状表现、变异系数及多样性指数如表2所示。变异系数由大到小依次为：穗粒重>单穗重>穗粗>穗长>株高>千粒重>主茎节数，其中穗粒重的变异系数最大，为33.77%，平均值为14.07，变幅为4.51～26.72，来自山西的晋谷60穗粒重最大，为26.72 g；主茎节数的变异系数最小，为9.72%，平均值为15.79，变幅为13.00～19.00，来自国家种质资源库的昭和糯主茎节数最多，为19；株高的变异系数为16.56%，平均值为161.52 cm，变幅为85.70～203.40，来自山西的晋谷36株高最高为203.40 cm；穗长的变异系数为17.98%，平均值为22.16 cm，变幅为15.20～35.20，来自山西的晋谷34穗长最长，为35.2 cm；穗粗的变异系数为28.04%，平均值为2.00 cm，变幅为0.98～2.85，来自山西的晋谷60穗粗最大，为2.85 cm；单穗重的变异系数为29.09%，平均值为22.69，变幅为9.30～44.02，来自山西的晋谷60单穗重最高，为44.02 g；千粒重的变异系数为12.44%，平均值为2.91 g，变幅为1.93～3.71，来自国家种质资源库的延夏谷1号千粒重最高，为3.71 g。在多样性指数方面，49份材料的7种表型的性状多样性指数的变化范围在3.968 0～4.020 7之间，多样性指数最大的为主茎节数4.020 7，多样性指数最小的为穗粒重3.968 0，所有表型性状的多样性指数平均值为3.999 5，表现出较高的表型遗传多样性。

表2 参试材料主要农艺性状表现及多样性指数

2.2 相关性分析

参试材料主要农艺性状的相关性如表3所示，株高与穗长呈极显著正相关，与主茎节数呈显著正相关，说明株高的增加有利于穗长和主茎节数的增加，但当前育种目标为缩小株高、减少倒伏、增加产量从而适应机械化生产，所以品种的改良还要不断的进行研究；穗长与单穗重呈极显著正相关，与穗粒重也呈极显著正相关，说明穗长增加可以有效增加单穗重和穗粒重，单穗重和穗粒重有利于产量的增加，故选择穗长品种作为杂交亲本或将穗长增加作为育种目标；主茎节数与千粒重呈极显著负相关，说明主茎节数的增加不利于千粒重的增加，育种时应把减少主茎节数作为育种目标或选择亲本特征；单穗重与穗粒重呈极显著正相关，说明单穗重的增加可提高穗粒重，有助于产量的提高，可作为育种亲本或育种目标；穗粒重与千粒重呈显著正相关，说明穗粒重有助于千粒重的增加，可将穗粒重的品种(系)作为亲本材料。

图1 参试材料各农艺性状聚类图

2.3 主成分分析

参试材料的主成分分析结果如表4所示，前三类主成分的累计贡献率为75.43%，可以反映全部信息中的大部分信息。根据特征值和主成分的贡献率可知，第一主成分主要包含了单穗重和穗粒重的信息，说明在一定范围内，单穗重和穗粒重的变化与主茎节数变化呈反比，这与相关性分析的结果一致；第二主成分主要包含了株高和主茎节数的信息，说明株高和主茎节数的变化呈正比，株高和主茎节数的增加不利于单穗重和千粒重的增加；第三主成分主要代表了穗粗的信息。

2.4 聚类分析

对参试品种的7个性状进行系统聚类分析，分析结果如图1所示。各类群农艺性状平均值统计情况如表5所示。当欧式距离在9.0时，可分为四类，第一类群包含31个品种(系)，分别为晋谷59、赤谷10号、峰红2号、峰红谷、长农44、小乌谷子、赤62-26、龙谷31、毛爪子谷子、大乌谷、黄金苗、红粘谷、昭和糯、衡谷19、陇谷13、晋谷36、峰红5号、晋谷34、黄壳狗尾粟(糯粟)、黔南农家种、龙谷29、锦谷5号、衡谷20、晋谷52、晋谷21、长农36、一窝蚕谷子、长农38、赤79-19、狗尾粟、长农35，它们主要是穗粗和穗粒重较小；第二类群包含1个品种(系)，为晋谷60，它主要是穗长、穗粗、单穗重和穗粒重较大，具有增产潜力，但株高和主茎节数也较大，有增加倒伏的风险，可以对其进行改良，降低其株高和主茎节数；第三类群包含20个品种(系)，分别为冀谷35、冀谷39、长农40、峰红4号、衡谷21、龙谷25、公矮5号、龙谷38、赤优抗谷2号、16 K 791、16 K 2555、豫谷18、赤优抗谷1号、16 K 3524、1475、203、16 K 2831、中谷9号、冀谷41、延夏谷1号，它们主要是千粒重较大；第四类群包含4个品种(系)，分别为17 H 412、糜子亮、龙谷39、公矮2号，它们主要是株高、主茎节数较小，具有抗倒伏的潜力，可以作为杂交亲本。

表4 参试材料各农艺性状的主成分分析

表5 参试材料各类农艺性状平均值

3 结论与讨论

通过对56份引进谷子资源进行表型性状的分析，研究了谷子种质资源的表型多样性。在变异系数方面，几种表型性状的变异系数大小依次为：穗粒重>单穗重>穗粗>穗长>株高>千粒重>主茎节数，其中穗粒重、单穗重变异系数较大，穗粗、穗长、株高变异系数中等，千粒重、主茎节数的变异系数较小，这与闫峰等[19]、陈晓敏等[20]的研究结果相似。在收集的56份材料中，多样性指数全部较高，说明收集的资源多样性较丰富，在遗传育种中也有较好的利用价值[21]。各表型在相关性方面也表现出了相互影响关系，其中主茎节数和株高的增加会对穗粒重和千粒重产生消极影响，而穗粒重的减小会对单穗重产生消极影响，千粒重的减少也会对单穗重和穗粒重产生消极影响，这些表型性状都会对产量产生较大的影响，刘斌等[22]对谷子主要农艺性状进行了分析，株高变化与穗粒重和穗重变化呈负相关，本研究结果与之一致。从所有参试品种的主成分分析来看，前3个主成分的贡献率较大，累计达到75.43%，从各表型性状对各类主成分的贡献率来看，提高种子的穗粒重、千粒重，降低株高、主茎节数都可以作为提高产量的可行指标[23]。供试材料通过聚类分析主要分为三大类，第一类的穗粗和穗粒重较小，不适于作为亲本育种材料；第二类的特点是与增产相关的表型指标都较大，具有增产潜力，但株高和主茎节数也较大，有增加倒伏的风险，可以作为杂交亲本对其进行降高改良；第三类的千粒重较大，可作为亲本育种材料；第四类的株高和主茎节数较小，适合作为以缩小株高为育种目标的杂交亲本。

通过供试谷子材料进行基于表型的农艺性状分析，可以更好的确定收集谷子资源的各种特性，合理的对收集的谷子资源进行分类。除此之外，还可以根据不同地区对谷子资源进行分析，得出各地区谷子资源的品种特性[8,10,24-25]。随着对种质资源研究的深入，对种质资源的分析已经不仅仅停留在表型分析上，生化标记、分子标记等手段对种质资源进行分析也逐步完善，可从不同的角度更全面的探索种质资源的遗传特性。