苦荞农艺性状遗传多样性分析及综合评价

李春花，加央多拉，吴晗，孙墨可，田娟，王春龙，郭来春，魏黎明，贾云峰，任长忠

(白城市农业科学院，吉林 白城 137000)

苦荞[Fagopyrum tataricum(L.) Gaertn.]属蓼科(Polygonaceae)荞麦属(FagopyrumMill)的一年生草本植物[1]。苦荞具有耐瘠、耐旱、生育期短等特点，可作为填闲、救灾作物[2]。另外，苦荞的芦丁含量较高。芦丁是一种苷糖化合物，具有消积化滞、除湿解毒等作用，对高血压及糖尿病等有一定的医疗作用[3]。近年，由于苦荞的营养特性和机能特性方面的优越性，以苦荞为原料加工的健康食品备受关注，苦荞的需要量也日渐增加。

吉林省苦荞研究与生产起步较晚，目前还没有培育适合吉林西部地区种植的苦荞品种。引种是简单易行、迅速有效的一种育种方法[4]，可在短时间内获得优良品种。但是，每个品种都有一定的生态适应性，所以引种不能盲目，需要通过农艺性状的综合评价试验后筛选出适宜当地生态环境的品种。对作物进行表型性状调查及遗传多样性分析是研究种质资源最客观、有效的方法。苦荞的各农艺性状在不同的经纬度、气候条件、地理条件都有不同的表现，因此，农艺性状的综合评价对引种品种的高效利用具有非常重要的作用。

贾瑞玲等[5]对64 份苦荞种质资源农艺性状进行了遗传多样性分析，筛选出具有不同育种目标选择潜力的优良材料。李春花等[6]对苦荞种质资源的12 个主要农艺性状进行遗传多样性分析、主成分及聚类分析，将180 份苦荞种质划分为矮秆特异粒形型、高秆型、高产大粒型三大类。杨玉霞等[7]对苦荞的9 个主要农艺性状及蛋白质进行了主成分和聚类分析，将55 份材料分为低产晚熟型、多分支高蛋白型、早熟粒重型3 大类。李春花等[8]对云南苦荞种质资源的12 个农艺性状进行主成分及聚类分析，将63 份资源划分为生育期较长型、生育期中等型和生育期较短型3 大类群。杨学乐等[9]对苦荞种质资源作为材料进行主要表型性状与产量的统计分析，将26 个苦荞种质资源分为综合性状不突出、高产型、矮秆型3 大类群。然而，前人所制定的评价标准及指标不同，仅限于在试验地区的应用参考。本研究引进20 个不同苦荞品种，通过对其株型、粒型、产量相关性状等农艺性状进行遗传多样性分析及综合评价，为吉林西部地区引进苦荞品种的高效利用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为白城市农业科学院所引进、保存的20 份苦荞品种(表1)。

表1 20 份苦荞品种名称及来源Table 1 20 Tartary buckwheat germplasms and their origins

1.2 试验方法

试验在白城市农业科学院的试验基地内进行。该地海拔为155.4 m，45°37′N，122°47′E，属温带大陆性季风气候，年平均降水量为399.9 mm，无霜期平均为144 d。试验地地势平整，土壤肥力相同，前茬作物为花生。该地土壤类型为淡黑钙土，耕层土壤(0～20 cm)有机质含量22.0 g/kg，矿质氮139.2 mg/kg，有效磷14.1 mg/kg，速效钾682.0 mg/kg，pH值为7.2。试验采用随机区组设计，3 次重复，小区长3 m，行距0.6 m，5 行区，小区面积9 m2。2021 年6月12 日机械开沟人工条播，播种量为20 kg/hm2。

1.3 测定指标及方法

待籽粒70%～80%成熟时收获。每小区随机取10 个单株，参照《荞麦种质资源描述规范和数据标准》[10]测定株高、主茎节数、分枝数、茎粗(电子游标卡尺测定)等株型相关性状后脱粒，经2 周的风干后利用万深SC-G 自动考种分析及千粒质量仪测定株粒数、千粒质量、株粒质量、籽粒面积、籽粒周长、长宽比、籽粒长、籽粒宽、籽粒圆度等产量相关性状和籽粒相关性状。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007 软件进行整理，采用SPSS 21.0 软件进行差异性、主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 苦荞农艺性状的遗传多样性分析

对20 个苦荞品种的13 个农艺性状进行基本统计分析，品种间主要农艺性状变异丰富(表2)，其中株粒质量的变异系数最大，达45.38%，变异幅度为2.89～16.30 g，平均值为8.66 g；株粒数的变异系数较大，达43.29%，变异幅度为213.50～981.20 粒，平均值为525.74 粒；籽粒宽的变异系数最小，为6.19%，变异幅度为2.72～3.36 mm，平均值为3.07 mm。这表明苦荞各品种间主要农艺性状均存在一定的变异。

表2 20 份苦荞品种农艺性状的遗传多样性分析Table 2 Diversity analysis of agronomic traits of 20 Tartary buckwheat varieties

2.2 苦荞各农艺性状间的相关性分析

20 份苦荞品种13 个农艺性状相关分析结果表明(表3)，株高与主茎节数呈极显著正相关，与茎粗呈显著正相关；主茎节数与茎粗呈极显著正相关；籽粒面积与籽粒周长、籽粒长、千粒质量呈极显著正相关，与长宽比呈显著正相关，与籽粒圆度呈显著负相关；籽粒周长与长宽比、籽粒长、千粒质量呈极显著正相关，与籽粒圆度呈极显著负相关；长宽比与籽粒长呈极显著正相关，与籽粒宽和籽粒圆度呈极显著负相关；籽粒长与千粒质量呈显著正相关，与籽粒圆度呈极显著负相关；籽粒宽与籽粒圆度和千粒质量呈极显著正相关，与株粒质量呈显著正相关；株粒数与株粒质量呈极显著正相关；除此以外其他性状间差异性不显著。另外，株高与主茎节数、主茎节数与茎粗、长宽比与籽粒圆度、籽粒长与籽粒周长、籽粒宽与千粒质量、株粒数与株粒质量间存在较高的相关系数，分枝数与其他性状的相关系数都处于低水平。

表3 苦荞农艺性状的相关性分析结果Table 3 Correlation analysis of agronomic traits of Tartary buckwheat

2.3 苦荞农艺性状的主成分分析

对20 份苦荞品种的13 个农艺性状进行主成分分析，结果表明前4 个因子对总方差的贡献最大，累积贡献率为86.919%(表4)。第1 因子特征值为4.786，贡献率为36.814%；第2 因子特征值为3.126，贡献率为24.045%；第3 因子特征值为2.142，贡献率为16.478%；第4 因子特征值为1.246，贡献率为9.583%。特征值＜1 的第5～13 个因子忽略不计，保留前4 个公因子作进一步分析。

表4 苦荞农艺性状的主成分分析结果Table 4 Principal component analysis of agronomic of Tartary buckwheat

由载荷矩阵(表5)可知，籽粒面积、籽粒周长、长宽比、籽粒长、籽粒宽、籽粒圆度是第1 因子的主要指标，其特征向量所表达的生物学信息主要和籽粒形状相关；千粒质量是第2 因子的主要指标，其特征向量所表达的生物学信息主要和籽粒质量相关；株高、主茎节数、分枝数、茎粗是第3 因子的主要指标，其特征向量所表达的生物学信息主要和株型性状相关；株粒数和株粒质量是第4 因子的主要指标，其特征向量表达的生物学信息主要和产量性状相关。

表5 旋转后的因子载荷矩阵Table 5 Rotated component matrix

2.4 苦荞品种农艺性状的聚类分析

将20 份苦荞品种通过13 个数量性状进行聚类分析可将其分为3 个类群(图1)，各类群性状的平均值和变异系数见表6。

表6 苦荞品种各类群性状的特征值Table 6 Characteristics of various traits of Tartary buckwheat varieties

图1 20 份苦荞品种聚类结果Fig.1 Clustering map of 20 Tartary buckwheat varieties

类群I 中包含11 份材料，其主要特征是株高、籽粒周长、长宽比、籽粒长的平均值较大，主茎节数、茎粗、籽粒面积、千粒质量的平均值中等，分枝数、籽粒宽、籽粒圆度、株粒数、株粒质量的平均值较小。综合各性状，该类群为株高较高，株粒数和株粒质量较低的长粒形苦荞品种。类群Ⅱ中包含4 份材料，其主要特征是株粒数和株粒质量的平均值较大，分枝数、长宽比、籽粒长、籽粒宽、籽粒圆度的平均值中等，株高、主茎节数、茎粗、籽粒面积、籽粒周长、千粒质量的平均值较小。综合各性状，该类群为株高较矮，株粒数和株粒质量较高的苦荞品种。类群Ⅲ中包含5 份材料，其主要特征是主茎节数、分枝数、茎粗、籽粒面积、籽粒宽、籽粒圆度、千粒质量的平均值较大，株高、籽粒周长、株粒数、株粒质量的平均值中等，长宽比和籽粒长较小。综合各性状，该类群为茎秆较粗、千粒质量大、株粒数和株粒质量较大的短粒形苦荞品种。

3 讨论

苦荞的生长发育受耕作制度、生产条件、气候等因素的影响，特别是株粒数、结实率、千粒质量等产量相关因素受气候条件影响较大，因此，从稳产、高产、种性安全的角度出发，在引种地区开展荞麦新品种农艺性状的综合评价非常必要。本研究结果表明，在白城地区，苦荞不同品种在同一性状间存在较大差异，主要农艺性状的变异系数为6.19%～45.38%，其中株高、主茎节数、分枝数、茎粗、籽粒面积、长宽比、籽粒长、籽粒圆度、千粒质量、株粒数、株粒质量的变异系数均高于10%。白史且等[11]和董博文等[12]认为，变异系数高于10%则个体间差异较大，说明这些性状遗传多样性丰富，种质间差异较大。而籽粒周长、籽粒宽的变异系数低于10%，说明粒形相关性状变异小，遗传稳定性较高。

前人研究表明，当2 个性状呈极显著相关时，改良其中一个性状时另一个性状也会受到影响[13]，尤其是2 个性状间的相关系数＞0.707 时，可用其中一个性状描述另一个性状，也可推测另一个性状变异情况[14]。本研究结果表明，籽粒面积与籽粒周长(0.967)、籽粒长(0.833)、千粒质量(0.814)，籽粒周长与籽粒长(0.914)、千粒质量(0.814)，长宽比与籽粒长(0.907)，株粒数与株粒质量(0.906)呈极显著正相关，推测改良其中一个性状时可同时改良另一个性状，选育效率会大幅度提高。而籽粒圆度与长宽比(-0.996)、籽粒长(-0.910)呈极显著负相关，因此，改良其中一个性状时应考虑另一个性状的变化。李春花等[15]认为，株型相关性状中株高与主茎节数和茎粗存在显著正相关，而与分枝数不存在显著性相关。这与本研究结果一致，也表明这些性状在不同环境和品种间也依然存在密切的相关性。

本研究利用主成分分析法将20 份苦荞的13 个农艺性状指标转化为4 个综合指标，累计贡献率达86.919%，根据主成分表型性状的特征向量，可分别将其称为粒型因子、籽粒质量因子、株型因子、产量因子。李春花等[15]研究发现，株粒数和株粒质量是影响苦荞籽粒产量的主要因素，与本结果一致。以上结果表明，这两个性状与苦荞籽粒产量密切相关，是影响籽粒产量的主要因素。在主成分分析的基础上进行了聚类分析，将20 份苦荞品种划分为3 类，第Ⅰ类为株高较高，株粒数和株粒质量较小的长粒形苦荞品种，不适合在当地直接利用，需要进行改良；第Ⅱ类为株高较矮，株粒数和株粒质量较高的苦荞品种，可作为矮秆高产品种在生产上直接利用；第Ⅲ类为茎秆较粗、千粒质量大、株粒数和株粒质量较大的短粒形苦荞品种，可作为粗秆、大粒亲本材料。

4 结论

20 份苦荞品种株粒质量的变异系数最大，籽粒宽的变异系数最小，株粒质量与籽粒宽显著正相关，与株粒数极显著正相关。20 份苦荞品种中，发现了高秆、矮秆、高产、大粒、粗秆、长粒形、短粒形的育种亲本材料以及在生产上可以直接利用的定苦1 号、苦荞1307-893、通荞1 号、云荞1 号等4 份矮秆高产苦荞品种。