寒带小麦种质资源农艺性状综合评价

刘宁涛 张志成，2 邵立刚 车京玉 李长辉 马 勇 张起昌 田 超 尹雪巍 邹东月

（1 黑龙江省农业科学院克山分院，齐齐哈尔 161005；2 齐齐哈尔大学生命科学与生物技术学院，齐齐哈尔 161006）

作物种质资源范畴包括品种、品系、遗传材料和作物的野生近缘植物的变种、变型[1]，作物种质资源是支撑农业科技原始创新和作物育种的物质基础，也是保障粮食安全、生态安全、种业安全的战略性资源，与农业供给侧结构性改革密切相关，具有基础性、公益性、长期性等显著特点。目前对种质资源保护的力度越来越大，呈现出从一般保护到依法保护、从单一方式保护到多种方式配套保护、从种质资源主权保护到基因资源产权保护的发展态势，并对农民、环境与作物种质资源协同进化规律和有效保护机制，以及种质资源保存（护）的数量与质量同步提升规律开展相关研究[2]。

物种的多样性是指在某一特定区域内，生长的不同物种的数量，也可以指地球上生长物种的丰富性[3]。中国作物种质资源的多样性是自人类定居以来，经过漫长的自然选择和人工选择而形成的[4]，是在中国地域内用于农业生产和粮食作物及其野生近缘植物变异的总和，主要包括物种多样性和遗传多样性2 个层次，种质资源的物种多样性十分丰富，在全球生物多样性中占有十分重要的地位[5]。黑龙江省处于高寒黑土生态区，种质资源的区域特征特性十分突出，在农作物育种工作中，外来种质资源直接利用的局限性相对较大，对自有种质资源依赖性强[6]。本研究通过对寒带农作物种质资源库中部分小麦资源农艺性状进行综合评价，旨在发掘可利用的小麦育种亲本资源，发挥寒带农作物种质资源库中小麦种质资源的作用，为本地小麦新品种选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料材料为寒带农作物种质资源库提供的春小麦种质资源177 份，小麦品种统一采用国编号，详见表1。该套材料于2018-2019 年在黑龙江省农业科学院克山分院试验基地种植，行长6m，行间距15cm，每品种种植2 行，每行种植240 粒，其他管理条件同当地栽培管理。

1.2 农艺性状调查小麦种质资源生长期间按照农作物品种资源信息处理规范（http：//www.cgris.net/查看规范.asp）标准（表2）调查幼苗习性、穗型、芒型、植株整齐度，在材料成熟收获前每份种质材料随机取10 株测量株高，全区收获后取样进行室内考种，收获晒干后称重计产，测量籽粒千粒重、粒色。

1.3 数据分析利用Excel 2010 和SPSS 19.0 软件对种质材料农艺性状数据进行整理分析，对各农艺性状数据进行标准化处理，计算各性状的极差（Range）、极值（Extremum）、总体平均数（X）、标准差（s）、变异系数（CV）等。并根据计算结果将所有材料分为10 级，按第1 级[Xi＜（X-2s）]到第10 级[Xi＞（X+2s）]排列，每0.5s为一级，每一级的相对频率（Pi）用来计算遗传多样性指数，即Shannon-Weiner Index（H′）[7]，公式为：H′=-∑Pi×lnPi。

表1 种质资源编号

表2 小麦种质资源质量性状分级和赋值

公式中Pi为某性状第i 级别内材料数占总数的百分比，Xi为第i 级中的数据。利用SPSS 19.0 软件计算供试材料间的遗传距离并进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 小麦种质资源性状遗传多样性分析由表3统计结果可知，种质资源各性状的变异情况存在较大的差异，幼苗习性变异系数（100%）最大，由匍匐到直立，而生育日数变异系数（4.28%）最小，变异幅度在79～94d 之间；各性状变异系数大小依次为幼苗习性＞芒型＞穗型＞产量＞植株整齐度＞田间出苗率＞株高＞灌浆日数＞千粒重＞粒色＞生育日数。农艺性状遗传多样性指数以千粒重最高，粒色最低；农艺性状遗传多样性指数依次为千粒重＞产量=灌浆日数＞株高＞生育日数＞植株整齐度＞幼苗习性＞芒型＞穗型＞粒色。另外，本批小麦种质资源田间出苗率在10%～90%之间，变幅较大，这可能与资源库中小麦种质资源长期未进行繁殖更新，造成发芽率较低有关。

2.2 小麦种质资源各类群农艺性状特征及变异情况以177 份寒带小麦种质资源为基础，10 个农艺性状为指标，利用SPSS 19.0 软件进行聚类分析，以欧式距离为遗传距离，采用Ward 聚类法，在遗传距离为10 时将材料分为3 类（图1），各类群主要农艺性状特征及变异情况见表4。

表3 小麦种质资源农艺性状变异情况及质量性状多样性指数

表4 小麦种质资源各类群农艺性状特征及变异情况

图1 遗传性状聚类分析树状图

第I 类群共包含157 份小麦种质资源，各农艺性状在3 个类群中表现相比较而言属于中间类型。第Ⅱ类群含17 份资源，其主要特征是灌浆期长（34.24d），相对应的生育日数（88.24d）也最长，生育日数变异系数为3.57%，说明这个类群以晚熟材料为主，可以利用该类群材料作为亲本组配晚熟材料。第Ⅲ类群包含3 份资源，其主要特征是千粒重（34.07g）最高，种质粒色全部是红色，灌浆期（30d）最短，变异系数为6.67%，生育日数（85.67d）最短，产量（6185.49kg/hm2）也是3 个类群中最高的，产量变异系数仅为3.74%，反映出该类群种质资源灌浆快、高产稳产性好，但是该类群株高偏高，在育种中可以根据育种目标有目的地选择亲本材料。

3 结论与讨论

小麦种质资源对于新品种选育具有重要的作用。在种质资源的研究上，农艺性状的描述与鉴定仍是最基本的方法与途径[7-8]。变异系数反映农艺性状的多样性水平[9]，通过对寒带农作物种质基因库中177 份小麦种质资源10 个性状的分析，只有生育日数变异系数小于5%，其他性状变异系数均在5%以上，其中幼苗习性变异最高，实际种植中有一部分种质资源表现出很强的匍匐性，也有部分种质对光温反应不敏感，表明该批种质资源幼苗习性多样性水平较高。另外，在2018 年田间种植过程中各种质出苗率差异很大，出苗率差异大的原因可能与长期未更新资源库有关，是否与种质自身特性有关，需要进一步明确。粒色性状主要与种质抗穗发芽能力有关，在试验过程中白粒小麦种质极易发生穗发芽，有的种质在成熟期遇一次降水就出现了穗发芽，造成种质发芽率过低，因此根据本地生态气候特点，在亲本选择和品种选育方面应注意种质粒色的选择，尽可能选择抗穗发芽能力强的小麦种质。

遗传多样性指数主要反映遗传变异的大小，本研究中的小麦种质资源遗传多样性指数大于2.00的有千粒重、灌浆日数、生育日数、株高及产量，说明本批寒带小麦种质资源在这几个性状方面遗传多样性水平较高。对种质材料进行聚类后，第I 类群种质材料数据达到157 份，占总种质材料的88.7%，表明该批种质资源整体遗传多样性水平较低，遗传背景较近；第Ⅲ类群种质材料仅3 份，主要在灌浆期、穗型、芒型、粒色、产量方面特征明显，可以作为育种亲本材料加以利用。

总体而言，从本批小麦种质资源2 年的农艺性状表现来看，遗传多样性水平相对较低，要利用种质资源库的材料，最好对其抗性方面进行多年多点鉴定，发掘一些可利用的抗性亲本材料。