鷹嘴豆種質(zhì)資源多樣性評(píng)價(jià)

鷹嘴豆種質(zhì)資源多樣性評(píng)價(jià)邵千順;關(guān)耀兵;程炳文;撒金東;周麗蕾;牛永岐;趙永峰;李玉蓮【摘要】Thegeneticdiversityoffivephenotypictraitsandfiveyield-relatedfactorswereanalyzedbymeansofprincipalcomponentanalysis,correlationanalysisandclusteranalysisbasedon151chickpeasgermplasmresources.Theresultsshowedthatthediversityindexof100-grainmasswasthehighest,followedbygraintype.Thecoefficientofvariationofplanttypewasthelargest,followedbythenumberofgrainperplant.Theprincipalcomponentanalysisshowedthatthehighproportionofthemaininformationwasconcentratedinsixprincipalcomponents,withthecumulativecontributionrateof84.48％.Therewereseveralkindsofsignificantorextremelysignificantcorrelationsinthe10traits,amongwhichthenumberofpodsperplantwaspositivelycorrelatedwiththechangesinplantheight,graincolor,planttypeand100-grainmass.Accordingtotheresultsofclusteranalysis,151materialscanbeclustedfourgroupsatEuclideandistanceof1.0592.Thefirstgrouphadthehighest100-grainmass,thesecondgrouphadthehighestplantheightandhigheryield.Thefourthgrouphadthelowestplantheight,andthemostnumbersofpodsandseedsperplant.Theseresultswillbeusefulinchickpeabreedingforhybridcombinations,parentselectionandheterosisutilization.%以151份鷹嘴豆種質(zhì)資源為材料，采用主成分分析、相關(guān)分析及聚類(lèi)分析方法,對(duì)151份材料5個(gè)表型性狀和5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)因子的遺傳多樣性進(jìn)行分析.結(jié)果表明,多樣性指數(shù)最高的是百粒質(zhì)量,其次是粒型;性狀變異系數(shù)最大的是株型,其次是單株粒數(shù).主成分分析表明,主要信息集中在6個(gè)主成分,其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.48％;10個(gè)性狀兩兩之間存在顯著或極顯著相關(guān),其中單株莢數(shù)與株高、粒色、株型及百粒質(zhì)量4個(gè)性狀間呈顯著或極顯著相關(guān);聚類(lèi)分析結(jié)果表明,151份材料在歐氏距離1.0592處劃分為4類(lèi),第1類(lèi)百粒質(zhì)量最大,即籽粒較大;第2類(lèi)株高最高,產(chǎn)量居中;第3類(lèi)各性狀都相對(duì)居中;第4類(lèi)株高最低,單株莢數(shù)和單株粒數(shù)最大.本研究結(jié)果將為育種人員選配雜交組合,親本選配、雜種優(yōu)勢(shì)利用等提供親緣關(guān)系遠(yuǎn)近數(shù)據(jù)支撐.期刊名稱(chēng)】《西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)》年(卷),期】2017(026)012【總頁(yè)數(shù)】10頁(yè)(P1803-1812)【關(guān)鍵詞】鷹嘴豆;種質(zhì)資源;多樣性【作者】邵千順;關(guān)耀兵;程炳文;撒金東;周麗蕾;牛永岐;趙永峰;李玉蓮【作者單位】寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200;寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院,寧夏固原756200【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】S529鷹嘴豆(Cicerarietinum)起源于亞洲西部和近東地區(qū)，是世界上種植面積較廣的第二大食用豆類(lèi)［1］，也是重要藥食同源作物，其營(yíng)養(yǎng)成分豐富，含豐富的蛋白質(zhì)和人體必需氨基酸及多種微量元素。鷹嘴豆在中國(guó)種植區(qū)域狹窄，主要分布于新疆、甘肅、青海和寧夏等地［2］。目前對(duì)鷹嘴豆的營(yíng)養(yǎng)成分及其耐旱［3-4］、耐鹽堿［5］、抗病和抗蟲(chóng)等抗性方面的研究較多，而對(duì)其種質(zhì)資源的遺傳多樣性及其開(kāi)發(fā)利用的研究較少。主成分分析和聚類(lèi)分析是遺傳育種和品種資源研究中普遍采用的方法［6］，該方法已在花生［7］、蠶豆［8］、小麥［9］、甜瓜［10］、燕麥［11］、青稞［12］等多種作物種質(zhì)資源中得到廣泛應(yīng)用。韓文革等［13］利用聚類(lèi)分析方法研究8個(gè)鷹嘴豆品種的親緣關(guān)系，將8個(gè)品種聚為3類(lèi)。張金波等［14］利用主成分分析、聚類(lèi)分析等分析方法對(duì)新疆引進(jìn)的部分鷹嘴豆資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行遺傳多樣性分析發(fā)現(xiàn)，鷹嘴豆資源各性狀遺傳多樣性指數(shù)變異較大，單株生物學(xué)產(chǎn)量的多樣性指數(shù)最高，但是不同材料間變異系數(shù)存在很大差別。這是由于農(nóng)藝性狀受環(huán)境影響較大，同一品種同一性狀在不同地區(qū)表現(xiàn)可能不同。鷹嘴豆系寧夏地區(qū)首次引進(jìn)種植，在栽培、育種方面的研究還處于空白狀態(tài)。本研究以寧夏農(nóng)林科學(xué)院引進(jìn)保存的151份鷹嘴豆種質(zhì)資源為研究對(duì)象，利用主成分分析、相關(guān)性分析、聚類(lèi)分析等方法對(duì)鷹嘴豆主要農(nóng)藝性狀間的遺傳關(guān)系及多樣性進(jìn)行分析，為深入開(kāi)展鷹嘴豆資源新基因的挖掘與創(chuàng)新利用以及在寧夏開(kāi)展鷹嘴豆育種研究提供理論基礎(chǔ)。151份鷹嘴豆種質(zhì)資源均引自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)，供試材料的名稱(chēng)及編號(hào)詳見(jiàn)表1。2016年在寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院頭營(yíng)試驗(yàn)基地進(jìn)行。該試驗(yàn)基地位于北緯36。16‘，東經(jīng)106。44‘；海拔1550m,年降雨量420mm,>10°C積溫為2691.9°C，年平均氣溫7.6C，年日照時(shí)數(shù)2200-3000h，生育期日照時(shí)數(shù)1030~1120h。川旱地，地勢(shì)平坦，土質(zhì)緗黃土，前茬谷子，肥力較低，茬口一致，肥效均勻，四周無(wú)遮擋，通風(fēng)透光良好。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)；每品種為1個(gè)小區(qū)，每小區(qū)3行，行長(zhǎng)6m,行距50cm，株距8~10cm。4月15日人工用手提式穴播器點(diǎn)播，每穴3粒，播深為5~7cm,出苗后達(dá)2片復(fù)葉時(shí)定苗并防治潛葉蠅，整個(gè)生育期中耕鋤草3次，初花期和盛花期各灌水1次，現(xiàn)蕾期開(kāi)始每10d防治1次豌豆象。田間性狀調(diào)查參照《鷹嘴豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［15］進(jìn)行。田間考查每種資源的生長(zhǎng)習(xí)性,生育期等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),收獲時(shí)每種資源取樣10株進(jìn)行考種。本研究主要考查種皮、粒型、粒色、花色、株型、株高、百粒質(zhì)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量10個(gè)農(nóng)藝性狀,且將種皮、粒型、粒色、花色、株型這5個(gè)定義為表型質(zhì)量性狀,株高、百粒質(zhì)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量這5個(gè)定義為產(chǎn)量相關(guān)因子。田間目測(cè)觀察株型、花色2個(gè)質(zhì)量性狀；待植株成熟時(shí)每小區(qū)取10株考種樣于室內(nèi)調(diào)查株高、種皮、粒型、粒色、百粒質(zhì)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量8個(gè)性狀。性狀描述中各性狀差異用阿拉伯?dāng)?shù)字表示,株型：1=直立,2=半直立,3=半披散,4=披散,5=匍匐;花色：1=白,2=白底粉紅脈紋,3=粉紅,4=紅,5=紫紅,6=淺藍(lán),7=紫;粒型：1=羊頭,2=鷹頭,3=球型；粒色：1=黑色,2=褐色,3=淺褐色,4=黑褐,5=紅褐,6=灰褐,7=肉褐,8=灰,9=灰黃,10=米色,11=黃色,12=淺黃,13=黃褐,14=橘黃,15=橘紅,16=米黃,17=象牙白,18=綠,19=淺綠,20=色彩斑駁,21=黑褐馬賽克；種皮：1=光滑,2=粗糙,3=凹凸不平。采用Excel2010統(tǒng)計(jì)處理基本數(shù)據(jù)，求性狀的平均值、最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)差(SD)、變異系數(shù)(CV)；不同品種間性狀的差異用變異系數(shù)表示，遺傳多樣性指數(shù)(H‘)的計(jì)算采用Shannon-Weaver信息指數(shù)表示。計(jì)算公式:H'=-〈PilnPi,其中Pi為某一性狀第i個(gè)級(jí)別出現(xiàn)的概率。為便于數(shù)量化和統(tǒng)計(jì)分析，將數(shù)量性狀進(jìn)行分級(jí),質(zhì)量性狀予以賦值。計(jì)算多樣性指數(shù)時(shí)的劃級(jí)方法如下：先計(jì)算參試材料總體平均數(shù)(X)和標(biāo)準(zhǔn)差(。)，然后劃分為10級(jí)，從第1級(jí)［Xiv(X-2。)］到第10級(jí)[Xi>(X+26],每0.5。為一級(jí)。每一級(jí)的相對(duì)頻率用于計(jì)算多樣性指數(shù)。多樣性指數(shù)H=-JPilnPi,式中Pi為某性狀第i級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比。禾U用DPS9.50數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行鷹嘴豆品種的株高、種皮、粒型、粒色、花色、株型、百粒質(zhì)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量10個(gè)性狀的相關(guān)分析及主成分分析；利用SAS8.2軟件對(duì)151份鷹嘴豆種質(zhì)資源進(jìn)行聚類(lèi)分析。在聚類(lèi)過(guò)程中，種質(zhì)間遺傳距離為歐氏距離，聚類(lèi)方法采用離差平方和法。本研究分別分析151份鷹嘴豆資源的5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)因子的多樣性(表2)及5個(gè)表型質(zhì)量性狀指標(biāo)多樣性(表3)。2.1.1151份參試資源5個(gè)主要產(chǎn)量相關(guān)因子的分布參試資源5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)因子多樣性指數(shù)最高的是百粒質(zhì)量(7.7504)，其次是單株莢數(shù)(7.3871)；變異系數(shù)最大的是單株粒數(shù)(58.8%)，其次是單株粒質(zhì)量(57.9%)。株高[14]作為產(chǎn)量相關(guān)因子，其平均值為44.7cm，變幅28.0~69.2cm，主要分布在35~50cm。單株粒質(zhì)量平均11.6g，變幅2.3~24.8g，主要分布在10-15g,超過(guò)20g的資源數(shù)占參試資源總數(shù)的4.00%。單株粒數(shù)平均46.7個(gè)，變幅7.0~104.0個(gè)，主要分布30-45個(gè),占參試資源的25.20%,超過(guò)75個(gè)的品種僅占參試資源的6.70%。百粒質(zhì)量平均24.5g，變幅15.9~36.5g，主要分布在20-30g,超過(guò)30g的種占參試資源的11.92%。單株莢數(shù)平均56.4個(gè),變幅2.3-113.3,主要分布在45-75個(gè),占參試資源總數(shù)的61.00%,超過(guò)90個(gè)的品種占參試資源的4.60%。2.1.2鷹嘴豆種質(zhì)資源5個(gè)表型質(zhì)量性狀多樣性分析種皮、粒型、粒色、花色和株型5個(gè)表型質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)最高的是粒型(7.4485),其次是種皮(7.3977)。5個(gè)表型質(zhì)量性狀中,種皮以粗糙型為主,其次是凹凸不平型。粒型以鷹頭型為主,少數(shù)為羊頭型和球型。粒色以淺黃色為主,其次是肉褐色?；ㄉ饕獮榘咨?個(gè)別資源為白底粉紅脈紋。株型以直立型為主,披散型次之。對(duì)鷹嘴豆10個(gè)性狀的相關(guān)分析(表4)表明,植株株高與株型呈負(fù)相關(guān),與單株莢數(shù)呈極顯著正相關(guān)。這表明，植株越高，植株越呈現(xiàn)披散型；植株越高，所結(jié)莢數(shù)越多。株高、百粒質(zhì)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒質(zhì)量5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。百粒質(zhì)量與單株莢數(shù)和單株粒數(shù)存在極顯著負(fù)相關(guān)，與單株粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)。這表明單株鷹嘴豆所結(jié)莢數(shù)越多，或單株上所產(chǎn)粒數(shù)越多，鷹嘴豆顆粒越小，百粒質(zhì)量越低。相反，籽粒越大，百粒質(zhì)量越高，單株所產(chǎn)粒質(zhì)量越大。單株莢數(shù)與單株粒數(shù)呈顯著正相關(guān)。單株粒數(shù)與單株粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，表明單株粒數(shù)越多，單株產(chǎn)量越高。2.3.1主成分特征值利用DPS9.50計(jì)算出鷹嘴豆10個(gè)主要農(nóng)藝性狀的特征向量及貢獻(xiàn)率（表5）。根據(jù)向量的絕對(duì)值將不同性狀指標(biāo)劃分到不同的主成分中，同一指標(biāo)在各因子中的最大絕對(duì)值所在位置即為其所屬主成分。由表5可以看出，在所有主成分構(gòu)成中，主要信息集中在6個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.48%。第1主成分特征值為2.57，累計(jì)貢獻(xiàn)率為25.74%。第2主成分特征值為1.58，累計(jì)貢獻(xiàn)率為41.50%。第3主成分特征值為1.36，累計(jì)貢獻(xiàn)率為50.07%。第4主成分特征值分別為1.14，累計(jì)貢獻(xiàn)率為66.44%。第5主成分特征值為0.97，累計(jì)貢獻(xiàn)率為76.10%。第6主成分特征值為0.84，累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.48%。2.3.2主成分分析6個(gè)主要成分因子對(duì)10個(gè)農(nóng)藝性狀的影響見(jiàn)表6。第1主成分主要影響產(chǎn)量性狀，單株粒數(shù)和單株粒質(zhì)量是主要指標(biāo)，向量值均為0.61。第2主成分主要影響植株形態(tài)，株型和百粒質(zhì)量是主要指標(biāo)，向量值分別為0.44和-0.63。第3主成分影響粒型和花色，向量值分別為-0.65和0.65。第4主成分主要影響株高和株型，向量值分別為0.49和0.55。第5主成分主要影響株型，向量值為-0.47。第6主成分主要影響種皮，向量值為0.95。由圖1、表7可知，151份鷹嘴豆種質(zhì)資源在歐氏距離1.0592處聚為4類(lèi)。第1類(lèi)包含105份材料，種皮以表面粗糙型為主，凸凹不平型次之，個(gè)別為光滑型。粒型以鷹頭型為主，羊頭型次之。粒色淺黃色為主，肉褐色次之?；ㄒ园咨珵橹?，株型以直立型為主，披散型次之。株高、單株粒數(shù)和單株粒質(zhì)量的平均值較高，相應(yīng)的變異系數(shù)較低，分別為14%、29%、34%，百粒質(zhì)量平均值最高，相應(yīng)的變異系數(shù)較低，為17%。第2類(lèi)包含25份材料，種皮以凸凹不平型為主，光滑型次之，粒型以鷹頭型為主，羊頭型次之。粒色以淺綠色為主，肉褐色次之。花色全為白色，株型以直立為主，披散和半披散次之。株高最高，變異系數(shù)最低，百粒質(zhì)量平均值和第一類(lèi)相近，但變異系數(shù)最低。單株粒數(shù)和單株粒質(zhì)量平均值最低，相應(yīng)變異系數(shù)最高。第3類(lèi)包含13份材料，種皮以凸凹不平為主，粗糙型次之，粒型鷹頭，粒色多以灰黃色為主，淺黃色次之，花色為白色，株型為直立型。株高和單株莢數(shù)平均值最低，相應(yīng)變異系數(shù)最高。單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量次低，相應(yīng)變異系數(shù)次高。第4類(lèi)包含8份材料，種皮以粗糙型為主，粒型以鷹頭型為主，羊頭型次之。粒色為灰黃和淺黃色為主，花色為白色。株型以直立、半直立型為主，百粒質(zhì)量平均值最低，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒質(zhì)量平均值最高，相應(yīng)變異系數(shù)最低。鷹嘴豆在中國(guó)的種植歷史較久［16］，但中國(guó)在鷹嘴豆收集、開(kāi)發(fā)利用及新品種選育方面的研究較少，在生產(chǎn)方面大面積推廣種植的自育品種少之又少［17］。寧夏在鷹嘴豆種植和研究方面基本處于空白。本研究從中國(guó)農(nóng)科院引進(jìn)151份鷹嘴豆資源在寧夏進(jìn)行研究試種，從5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)因子的分析結(jié)果可知，單株粒質(zhì)量平均值為11.6g,超過(guò)20g的資源數(shù)占參試資源總數(shù)的4.00%;單株莢數(shù)平均值56.4個(gè)，超過(guò)90個(gè)的資源占參試材料的4.60%。初步認(rèn)為寧夏南部旱地適宜種植鷹嘴豆。按照楊忠芳［18啲研究結(jié)果，鷹嘴豆每667m2種植1.8萬(wàn)~2萬(wàn)株計(jì)算，每667m2產(chǎn)量可達(dá)209~232kg，而寧南地區(qū)旱地小麥每667m2產(chǎn)量100~2500kg，且鷹嘴豆市場(chǎng)價(jià)比小麥高出近2元/kg，由此可見(jiàn)，在寧夏南部山區(qū)種植鷹嘴豆比種植小麥經(jīng)濟(jì)效益更高，并且鷹嘴豆抗旱性較高，生育期短，適宜在寧南山區(qū)旱地栽培，可作為經(jīng)濟(jì)作物單獨(dú)種植，也可跟其他作物套種或間作。充分利用現(xiàn)有資源，對(duì)鷹嘴豆有效開(kāi)發(fā)利用是本研究的另一重要目的。然而充分利用資源首先需要對(duì)資源本身的特征特性充分了解。本研究通過(guò)10個(gè)農(nóng)藝性狀的多樣性分析結(jié)果看出，參試151份鷹嘴豆資源多樣性豐富，遺傳背景廣泛，改良潛力較大，這可為寧夏在鷹嘴豆新品種的選育，親本選配等方面提供優(yōu)異的種質(zhì)基礎(chǔ)通過(guò)聚類(lèi)分析將151份資源聚為4類(lèi)，而這4類(lèi)都有其特點(diǎn)，第1類(lèi)百粒質(zhì)量最大，即籽粒較大；第2類(lèi)株高最高，產(chǎn)量居中；第3類(lèi)各性狀居中；第4類(lèi)株高最低，單株莢數(shù)和單株粒數(shù)最大；從平均值和變異系數(shù)綜合考慮，第1類(lèi)適合選育大粒型品種，第2類(lèi)適合選育高桿兼高產(chǎn)型，第4類(lèi)適合選育矮桿高產(chǎn)型。這一研究結(jié)果將為這151份鷹嘴豆資源的雜交組合選配、新品種的定向選育等提供理論依據(jù)?？梢愿鶕?jù)不同的栽培方式或機(jī)械化程度，利用不同的類(lèi)型，構(gòu)建不同的雜交組合，定向選育不同類(lèi)型的鷹嘴豆品種。遺傳多樣性反映的是生物種類(lèi)遺傳信息的變化，可以表現(xiàn)在分子、細(xì)胞和個(gè)體等多個(gè)方面[19]。本研究?jī)H從10個(gè)農(nóng)藝性狀方面研究鷹嘴豆多樣性，其結(jié)果顯示鷹嘴豆種質(zhì)資源遺傳多樣性豐富，但這一結(jié)果只是說(shuō)明鷹嘴豆在農(nóng)藝性狀層面存在豐富的多樣性，存在一定局限性，為更準(zhǔn)確地揭示鷹嘴豆遺傳多樣性，還需從細(xì)胞學(xué)水平、生理生化水平及分子水平，多角度的深入研究，才能充分鑒定鷹嘴豆的遺傳多樣性?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】RAJEEVKV,MAHENDART,SPURTHINN,etal.Geneticdissectionofdroughttoleranceinchickpea(CicerarietinumL.)[J].TheorApplGenet,2014,127(11):445-462.聶石輝，彭琳，王仙，等?鷹嘴豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析[幾植物遺傳資源學(xué)報(bào),2015,16(1):64-70.NIESHH,PENGL,WANGX,etal.Geneticdiversityofagronomictraitsinchickpea(CicerarietinumL.)germplasmresources[J].JournalofPlantGeneticResources,2015,16(1):64-70(inChinesewithEnglishabstract).BHATTARAIT,FETTIGS.IsolationandcharacterizationofadehydringenefromCicerpinnatifiduma,drought-resis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