甜荞品种(系)表型遗传多样性分析及综合评价

李春花，加央多拉，吴晗，黄金亮，王春龙，郭来春，魏黎明，任长忠

(1.吉林省白城市农业科学院，吉林 白城 137000；2.敦化市马铃薯开发繁育中心，吉林 敦化 133700)

甜荞(Fagopyrum esculentumMoench)属蓼科(Polygonaceace)荞麦属(FagopyrumGaerth)，是我国栽培种之一[1]，具有营养丰富、经济价值高、生育期短、适应性强等特点，是药食同源植物，也是很好的救灾填闲作物和重要的蜜源作物[2－6]。甜荞含有较高的蛋白质、矿物质、维生素和膳食纤维以及其他粮食作物不具备或稀缺的特殊营养素和药用成分[7]，具有抗过敏、降血脂、降血压、降血糖等功效，已成为一种值得加快开发利用的营养源和药用源绿色食品[8，9]。甜荞是自交不亲和作物，依赖虫媒和风媒实现授粉结实，这就导致品种纯合性不足[10，11]，天然结实率低，仅为4%～20%，进而导致甜荞产量不稳定且偏低[11－13]。因此，提高产量仍是当前甜荞育种的主要任务之一。

种质资源是改良品种的重要基础，其拥有的丰富的遗传变异是实现物种遗传改良的物质基础。遗传多样性很大程度上决定种质资源的丰富度，可用于发现新的基因资源和改良现有品种，因此，开展种质资源遗传多样性研究对于优良基因挖掘、种质创新和利用以及种质资源的遗传改良具有重要意义。表型性状调查及遗传多样性分析是研究作物种质资源最客观、有效的方法。王慧[14]、刘迎春[15]、尹春[16]等已采用主成分分析和聚类分析法对晋北、内蒙古等地区多个甜荞品种的农艺性状进行了遗传多样性分析，但不同甜荞品种的表型特征受基因型和地域环境影响较大。为了筛选适合吉林省白城地区种植的甜荞品种，本研究将43份从国内外引进的甜荞品种(系)种植于吉林省白城市农业科学院试验基地，并对其植株、籽粒、产量等表型性状进行了主成分分析和聚类分析，以期综合评价引进甜荞品种在白城的生育适应性，为其高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试43份甜荞种质材料及其来源见表1。

表1 供试甜荞品种(系)名称及来源

1.2 试验方法

试验在吉林省白城市农业科学院试验基地进行，该地位于45°37′N、122°47′E，海拔155.4 m，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，前茬作物为花生，土壤类型为淡黑钙土；耕层土壤(0～20 cm)有机质含量2.2%，碱解氮139.2 mg/kg，速效磷14.1 mg/kg，速效钾682 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0.60 m，5行区，小区面积9 m2。2020年5月22日机械开沟人工条播，播种量为30 kg/hm2。

1.3 测定指标及方法

待籽粒70%～80%成熟时收获，每小区随机选取10个单株，参照«荞麦种质资源描述规范和数据标准»[17]测量株高、主茎节数、分枝数、茎粗(电子游标卡尺测定)等株型相关性状，然后单株脱粒，风干晾晒2周后利用万深SC－G自动考种分析及千粒重仪测量株粒数、千粒重、株粒重等产量相关性状及籽粒长、宽、长宽比、投影面积、周长、直径、圆度等籽粒相关性状。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007软件进行整理，采用SPSS 21.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 甜荞品种(系)表型性状的多样性分析

由表2可见，43份甜荞品种(系)的14个表型性状的变异系数范围为4.61%～43.59%。其中，株粒数和株粒重的变异系数较高，分别为43.13%和43.59%，表现出丰富的多样性，遗传改良潜力较大；株高、主茎节数、分枝数、茎粗、籽粒投影面积的变异系数在10%～30%之间，籽粒长、宽、长宽比、周长、直径、圆度及千粒重的变异系数低于10%。综合表明，43份甜荞品种(系)间表型性状差异较大，具有较为丰富的遗传多样性，适宜筛选优异种质。

表2 甜荞品种(系)表型性状的多样性分析

2.2 甜荞品种(系)表型性状间的相关性分析

结果(表3)表明，株高、主茎节数、分枝数、茎粗4个植株性状间呈极显著正相关关系，另外，分枝数与籽粒投影面积、茎粗与籽粒圆度呈显著负相关，茎粗与籽粒长宽比呈显著正相关。籽粒性状中，籽粒的长、宽、直径、周长间极显著正相关，籽粒长宽比与籽粒宽、直径、周长、圆度极显著负相关，籽粒投影面积与籽粒宽、直径、周长呈显著正相关，籽粒圆度与籽粒宽、直径、周长呈极显著正相关。产量性状中，千粒重与籽粒的宽、直径、周长呈极显著正相关，与籽粒长和圆度呈显著正相关；株粒数与株粒重呈极显著正相关。

表3 甜荞品种(系)表型性状的相关性分析

2.3 甜荞品种(系)表型性状的主成分分析

由表4可知，第5～14个因子的初始特征值<1，可忽略不计；而前4个因子的初始特征值在1.220～5.325，累积贡献率为79.642%，对总方差的贡献最大。因此，仅保留前4个公因子做进一步分析。

表4 甜荞品种(系)表型性状的主成分分析结果

由载荷矩阵(表5)可知，籽粒的宽、直径、周长、圆度、长宽比、长及千粒重是第1主成分的主要指标，籽粒投影面积是第4主成分的主要指标，第1主成分和第4主成分特征向量所表达的生物学信息主要与籽粒性状相关；株高、主茎节数、茎粗、分枝数是第2主成分的主要指标，其特征向量所表达的生物学信息主要与植株性状相关；株粒数和株粒重是第3主成分的主要指标，其特征向量所表达的生物学信息主要与产量性状相关。

表5 旋转后的因子载荷矩阵

2.4 甜荞品种(系)农艺性状的聚类分析

根据主成分分析结果，对43份甜荞品种(系)进行聚类分析，结果将43份甜荞品种(系)划分为4大类群(图1)，各类群的性状平均值和变异系数见表6。

表6 4大类群甜荞品种(系)种质特征统计结果

类群Ⅰ包含9份材料，其主要特征是植株性状的平均值为中等，籽粒周长、籽粒宽、籽粒直径、千粒重的平均值较小，籽粒长宽比、株粒数、株粒重的平均值较大；这一类群的甜荞品种(系)可以作为高产品种在生产上直接利用。类群Ⅱ包含9份材料，其主要特征是株高、主茎节数、籽粒宽、籽粒直径、籽粒圆度的平均值较小，籽粒长宽比的平均值较大，其他性状的平均值为中等；这一类群可作为矮秆亲本材料利用。类群Ⅲ包含3份材料，其主要特征是株高、主茎节数、分枝数、茎粗、籽粒周长、籽粒长、籽粒宽、籽粒直径、千粒重的平均值较大，籽粒投影面积、籽粒圆度、株粒数、株粒重的平均值较小，其他性状的平均值为中等；这一类群可作为青贮饲料品种在生产上直接利用或作为大粒亲本材料利用。类群Ⅳ包含22份材料，其主要特征是分枝数、茎粗、籽粒长宽比、籽粒长的平均值较小，籽粒投影面积和籽粒圆度的平均值较大，其他性状的平均值为中等；这一类群可作为圆粒型或粗秆亲本材料利用。

3 讨论与结论

种质资源的遗传多样性分析是作物育种、科研、生产以及优异材料筛选过程中的基础工作，直接影响新品种选育及品种改良的效果，而基于农艺性状的描述和评价是研究种质表型特征的最基本方法和途径[18]。本研究选用的甜荞品种(系)来自于中国的7个省及加拿大、俄罗斯，地理分布较广，其表型性状的变异系数分布在4.61%～43.59%，其中株高、主茎节数、分枝数、茎粗、籽粒投影面积、株粒数和株粒重的变异系数高于10%，说明这些性状遗传多样性丰富，种质间差异较大[19，20]；而籽粒的周长、长宽比、长、宽、直径、圆度及千粒重的变异系数低于10%，说明这些性状变异小，遗传稳定性较高。

前人研究表明，当两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[21]，尤其是当两个性状间的相关系数>0.707时，可用其中一个性状描述或推测另一个性状的变异情况[22]。本研究结果表明，供试甜荞品种(系)的株高与主茎节数相关系数为0.826，籽粒周长与籽粒的长、宽和直径的相关系数分别为0.854、0.911和0.986，籽粒长与籽粒直径的相关系数为0.774，籽粒宽与籽粒直径和圆度的相关系数分别为0.955和0.821，株粒数与株粒重的相关系数为0.942，均呈极显著正相关，意味着可通过改良相关性状之一使另一性状得到改良，从而达到选育目标，大幅度提高选育效率。王慧等[14]认为甜荞的主茎节数与株高和一级分枝数、单株粒数与单株粒重间呈极显著正相关，这与本研究结果一致。

主成分分析能通过降维将较多性状综合为几个因子，以达到利用少数综合因子来反映原来众多变量的目的，使数值更直观、易分析[23]。本研究利用主成分分析法将甜荞的14个表型性状指标转化为4个综合指标，累计贡献率达79.642%，第1主成分和第4主成分可称为籽粒性状因子，第2主成分可称为株型因子，第3主成分可称为产量因子，其中产量因子中株粒数和株粒重的特征向量均大于其他表型性状。吕丹[24]和李春花[25]等研究发现，株粒数和株粒重是影响苦荞籽粒产量的主要因素。表明，株粒数和株粒重是影响荞麦籽粒产量的主要因素。

本研究在主成分分析的基础上进行聚类分析，将43份甜荞品种(系)划分为4大类群，第Ⅰ类为株粒数、株粒重的平均值较大，可以作为高产品种生产上直接利用；第Ⅱ类为株高、主茎节数、籽粒宽、籽粒直径、籽粒圆度的平均值较小，可作为矮秆亲本材料利用；第Ⅲ类为株高、主茎节数、分枝数、茎粗、籽粒周长、直径长、籽粒宽、籽粒直径、千粒重的平均值较大，可作为青贮饲料品种在生产上直接利用或大粒亲本材料利用；第Ⅳ类为分枝数、茎粗、长宽比、籽粒长较小，可作为圆粒型或粗秆亲本材料利用。另外，从43份甜荞品种(系)的聚类结果发现类群划分与材料的来源地没有密切联系，这表明仅根据种质资源的地理分布进行遗传多样性分析可能会存在一定的偏差，需要在考虑地域因素的基础上结合遗传距离，才能更好地选出适合的育种目标材料。

综合上述分析，本研究发现了高产、矮秆、大粒、粗秆的育种亲本材料、生产上可直接利用的高产品种以及青贮饲料用甜荞品种，这在今后甜荞遗传育种及利用中可作为优异基因资源重点研究，也为白城当地甜荞品种选育提供了参考。