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作物杂志,2022, 第6期: 61–69 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.06.008

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

120份谷子种质资源的农艺性状表现和遗传多样性分析

赵小琴(), 贾瑞玲, 刘军秀, 刘彦明, 文殷花, 师丽丽, 张娟宁, 马宁()   

  1. 定西市农业科学研究院，743000，甘肃定西
  • 收稿日期:2022-05-25 修回日期:2022-06-21 出版日期:2022-12-15 发布日期:2022-12-21
  • 通讯作者: 马宁
  • 作者简介:赵小琴，主要从事荞麦、谷子遗传育种研究，E-mail：zxq1234561210@126.com
  • 基金资助:
    定西市科技计划项目(DX2021AN02);定西市重点技术攻关专项(DX2022AZ01);定西市重点技术攻关专项(DX2022BZ35)

Agronomic Traits and Genetic Diversity Analysis of 120 Foxtail Millet Germplasms

Zhao Xiaoqin(), Jia Ruiling, Liu Junxiu, Liu Yanming, Wen Yinhua, Shi Lili, Zhang Juanning, Ma Ning()   

  1. Dingxi Academy of Agricultural Sciences, Dingxi 743000, Gansu, China
  • Received:2022-05-25 Revised:2022-06-21 Online:2022-12-15 Published:2022-12-21
  • Contact: Ma Ning

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5

PDF (PC)

164

摘要：

对120份谷子种质资源的21个主要农艺性状进行遗传多样性、主成分以及聚类分析。结果表明，遗传多样性指数以主穗重和主穗粒重最高，均为2.02；变异系数以单株干草重最高，为64.12%。根据谷子种质性状间的遗传差异，对21个主要农艺性状进行主成分分析，得到10个主成分因子的累计贡献率达81.777%。通过聚类分析，将谷子种质资源分为6个类群，各类群在生育期、株高、分蘖性、籽粒产量和干草产量等性状间有明显的形态学特征，从早熟、高产和单株干草重3个方面筛选出11份优异谷子种质资源。本研究结果可为甘肃干旱高寒农业区谷子种质资源高效利用和亲本选择提供科学依据。

关键词: 谷子种质, 遗传多样性, 主成分分析, 聚类分析, 种质筛选

Abstract:

Genetic diversity, principal component and cluster analysis were performed on 120 foxtail millet germplasms to investigate genetic diversity of agronomic traits. The results showed that the highest genetic diversity index (2.02) of main panicle weight and grain weight of main panicle were detected, while the coefficient variation of hay weight per plant was ranking first with 64.12% in 21 phenotypic traits. The principal component analysis on 21 agronomic traits showed that the accumulative contribution rate of the first ten principal components accounted for 81.777% of the total variation. Cluster analysis assigned six groups of the millet germplasm resources, these groups had obvious morphological characteristics in growth period, plant height, tillering ability, grain yield and hay yield. Based on three aspects of early-maturity, high-yield, and hay weight per plant, a total of 11 excellent millet germplasm resources were selected. This study provided a theoretical basis for efficient utilization of millet germplasm resources, parental selection in the arid and high-cold agricultural region of Gansu province.

Key words: Foxtail millet germplasm, Genetic diversity, Principal component analysis, Cluster analysis, Germplasm screening

表1

供试的120份谷子种质

图1

谷子种质生育期间降水量及气温状况

表2

谷子种质资源8个质量性状的描述标准

性状
Trait		 描述标准
Description standard
幼苗叶色LC 1.绿色，2.黄绿，3.紫绿
叶鞘色LSC 1.绿色，2.红色，3.紫色
幼苗叶姿SL 1.上举，2.半上举，3.平展，4.下披
开花期叶姿SLF 1.上举，2.半上举，3.平展，4.下披
穗颈形状SPN 1.直立，2.中弯，3.弯曲，4.勾形
穗形PT
 1.鸡嘴形，2.纺锤形，3.圆筒形，4.棍棒形，5.鸭嘴形，6.猫爪形，7佛手形
穗松紧度CS 1.松，2.中，3.紧
谷粒色HC
 1.白色，2.黄色，3.橙色，4.红色，5.青色，6.褐色，7.黑色

表3

参试材料8个质量性状的遗传变异及遗传多样性

性状
Trait		 遗传多样性指数
H′		 变异系数
CV (%)		 频率分布Frequency distribution
1 2 3 4 5 6 7
幼苗叶色LC 0.32 34.46 0.908 0.051 0.041 － － － －
叶鞘色LSC 0.39 53.68 0.725 0.141 0.134 － － － －
幼苗叶姿SL 0.96 25.28 0.075 0.416 0.425 0.084 － － －
开花期叶姿SLF 1.03 42.61 0.134 0.391 0.167 0.308 － － －
穗颈形状SPN 1.08 23.99 0.033 0.108 0.384 0.475 － － －
穗形PT 1.26 58.20 0.267 0.317 0.116 0.250 0.017 0.025 0.008
穗松紧度CS 1.01 30.99 0.150 0.464 0.383 － － － －
谷粒色HC 1.11 55.85 0.084 0.716 0.034 0.041 0.050 0.041 0.034

表4

参试材料13个数量性状的变异分析及遗传多样性分析

性状
Trait		 生育期
GP (d)		 株高
PH
(cm)		 主茎长
MSL
(cm)		 主穗长
MPL
(cm)		 主穗直径
MPD
(cm)		 主穗重
MPW
(g)		 分蘖穗重
TPW
(g)		 主穗粒重
GWMP
(g)		 分蘖粒重
GWTP
(g)		 千粒重
TGW
(g)		 单株干草重
HWP
(g)		 主穗
粒数
NSMP		 出谷率
MMP
(%)
最小值Minimum 109.00 90.67 70.17 12.33 1.40 8.33 0.00 5.00 0.00 1.60 13.33 1960.78 50.00
最大值Maximum 165.00 179.67 154.33 28.33 4.50 46.67 70.00 40.00 53.33 4.75 213.33 1 3725.49 91.00
极差Range 56.00 89.00 84.17 16.00 3.10 38.33 70.00 35.00 53.33 3.15 200.00 1 1764.71 41.00
平均值Mean 139.74 138.15 115.75 23.27 2.96 27.03 13.66 20.89 9.82 3.11 49.72 6754.67 76.00
标准差SD 10.68 15.95 15.29 10.94 0.62 8.85 8.54 7.72 6.17 0.58 31.88 2303.66 9.00
变异系数CV (%) 7.64 11.55 13.21 47.03 20.89 32.75 62.51 36.96 62.83 18.74 64.12 34.10 12.19
遗传多样性指数H′ 1.78 1.74 1.83 0.63 1.79 2.02 1.41 2.02 1.43 1.80 1.45 1.87 1.97

表5

谷子种质资源各性状的相关性

性状
Trait		 生育期
GP		 幼苗
叶色
LC		 叶鞘色
LSC		 幼苗
叶姿
SL		 开花期
叶姿
SLF		 穗姿
SPN		 穗型
PT		 穗松
紧度
CS		 谷粒
色
HC		 株高
PH		 主茎
长
MSL		 主穗
长
MPL		 主穗
粗
MPD		 主穗
重
MPW		 分蘖
穗重
TPW		 主穗
粒重
GWMP		 分蘖
粒重
GWTP		 千粒
重
TGW		 单株
干草重
HWP		 主穗
粒数
NSMP		 出谷
率
MMP
生育期
GP		 1.00
幼苗叶色
LC		 0.03 1.00
叶鞘色
LSC		 -0.29** 0.38** 1.00
幼苗叶姿
SL		 -0.01 -0.11 -0.01 1.00
开花期
叶姿
SLF		 -0.22* 0.00 -0.07 0.07 1.00
穗姿SPN -0.36** 0.00 0.16 -0.06 0.32** 1.00
穗型PT 0.05 -0.04 -0.15 0.15 0.09 0.14 1.00
穗松紧度
CS		 -0.11 -0.03 -0.06 -0.12 0.07 -0.04 -0.01 1.00
谷粒色HC 0.06 -0.02 0.13 0.14 0.01 0.02 -0.04 -0.04 1.00
株高PH -0.03 -0.03 0.04 0.17 0.05 0.20* 0.08 -0.11 0.02 1.00
主茎长
MSL		 -0.03 -0.04 0.05 0.16 0.03 0.12 0.09 -0.04 0.06 0.96* 1.00
主穗长
MPL		 0.06 -0.02 0.03 0.05 0.04 0.11 0.14 -0.08 0.04 0.22 0.07 1.00
主穗粗
MPD		 -0.03 0.05 0.05 0.08 0.08 0.19* 0.24** -0.10** -0.02 0.03 0.01 0.10 1.00
主穗重
MPW		 -0.22* -0.07 -0.01 -0.01 0.14 0.30** 0.22* 0.07* -0.12 0.03 -0.06 0.13 0.58** 1.00
分蘖穗重
TPW		 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.12 -0.02 -0.10 -0.03 -0.04 0.02 0.09 -0.07 -0.35** -0.46** 1.00
主穗粒重
GWMP		 -0.32** -0.10 -0.01 -0.01 0.14 0.31** 0.22** 0.14* -0.15 0.10 0.03 0.08 0.54** 0.95** -0.41** 1.00
分蘖粒重
GWTP		 -0.05 -0.07 -0.01 -0.04 -0.12 -0.04 -0.13 0.02 -0.07 0.03 0.11 -0.08 -0.39** -0.50** 0.98** -0.43** 1.00
千粒重
TGW		 -0.23* -0.13 -0.14 -0.11 0.13 0.21* 0.09* 0.16 -0.11 0.01 -0.05 0.04 0.11 0.38** -0.21* 0.41** -0.21* 1.00
单株
干草重
HWP		 0.50** -0.05 -0.16 0.01 -0.10 -0.19* -0.04* 0.02 0.00 0.07 0.09 0.12 -0.20* -0.30** 0.51** -0.35** 0.50** -0.23* 1.00
主穗粒数
NSMP		 -0.23* -0.03 0.09 0.06 0.08 0.22* 0.17* 0.05 -0.09 0.11 0.07 0.06 0.54** 0.82** -0.33** 0.86** -0.35** -0.09 -0.26** 1.00
出谷率
MMP		 -0.39** -0.21* -0.04 -0.04 0.08 0.16 0.09 0.26** -0.16 0.19* 0.21* -0.09 0.11 0.26** 0.06 0.53** 0.09 0.23* -0.25** 0.47** 1.00

表6

谷子种质资源主要农艺性状的主成分分析

性状
Trait		 主成分Principal component
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
生育期GP -0.210 -0.235 0.332 -0.233 0.000 0.000 -0.134 0.000 0.000 -0.161
幼苗叶色LC 0.000 -0.102 0.000 0.392 -0.313 -0.150 -0.345 -0.175 -0.351 0.135
叶鞘色LSC 0.000 0.000 0.000 0.527 -0.337 0.000 0.000 -0.104 0.120 0.233
幼苗叶姿SL 0.000 0.000 0.278 0.000 0.150 0.125 0.561 -0.132 -0.181 0.287
开花期叶姿SLF 0.120 0.000 0.000 0.000 0.314 -0.395 0.103 -0.379 -0.330 -0.464
穗姿SPN 0.196 0.218 0.000 0.143 0.000 -0.493 0.000 0.000 0.000 -0.169
穗形PT 0.122 0.000 0.225 -0.201 0.000 -0.260 0.131 0.000 -0.403 0.542
穗松紧度CS 0.000 0.000 -0.240 -0.217 0.000 0.145 -0.271 -0.729 0.000 0.199
谷粒色HC 0.000 0.000 0.143 0.256 0.157 0.000 0.332 -0.370 0.538 0.000
株高PH 0.000 0.387 0.440 0.000 0.101 0.146 -0.283 0.000 0.000 0.000
主茎长MSL 0.000 0.413 0.402 0.000 0.000 0.231 -0.243 0.000 0.000 0.000
主穗长MPL 0.000 0.000 0.300 0.000 0.000 -0.404 -0.161 0.000 0.431 0.313
主穗粗MPD 0.277 -0.136 0.195 0.000 -0.224 -0.113 0.113 0.000 0.000 0.000
主穗重MPW 0.403 -0.103 0.000 -0.141 -0.150 0.000 0.000 0.000 0.130 0.000
分蘖穗重TPW -0.271 0.332 -0.118 -0.196 -0.271 -0.211 0.150 0.000 0.000 0.000
主茎粒重GWMP 0.423 0.000 0.000 -0.183 -0.158 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
分蘖粒重GWTP -0.278 0.35 -0.139 -0.188 -0.254 -0.171 0.117 0.000 0.000 0.000
千粒重TGW 0.189 0.000 -0.206 -0.146 0.403 -0.151 -0.282 0.190 0.160 0.244
单株干草重HWP -0.262 0.000 0.212 -0.306 -0.196 -0.220 0.000 -0.180 0.125 -0.144
主穗粒数NSMP 0.360 0.000 0.000 -0.101 -0.400 0.105 0.150 -0.110 0.000 -0.160
出谷率MMP 0.220 0.287 -0.186 -0.237 -0.104 0.236 0.000 -0.105 0.000 0.110
特征值Eigen value 2.180 1.661 1.425 1.344 1.188 1.120 1.080 1.001 0.975 0.926
贡献率Contribution rate (%) 21.600 12.544 9.227 8.217 6.411 5.701 5.306 4.552 4.322 3.897
累计贡献率Cumulative contribution rate (%) 21.600 34.144 43.371 51.588 57.999 63.700 69.006 73.557 77.879 81.777

图2

谷子种质资源聚类图

表7

6个谷子类群表型性状的平均值及特征

性状
Trait		 种质群Germplasm group
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
幼苗叶色LC 绿 绿，紫绿，黄绿 绿，黄绿 绿，紫绿，黄绿 绿 绿
叶鞘色LSC 绿 绿，紫 绿，紫 绿，紫 绿，紫 绿，紫
幼苗叶姿SL 平展，半上举 平展，半上举 半上举，平展 半上举，平展 半上举，平展 半上举，平展
开花期叶姿SLF 半上举，上举 半上举，下披 下披，半上举 半上举，下披 半上举，下披 半上举，下披
穗姿SPN 弯曲，中弯，勾形 弯曲，勾形 勾形，弯曲，中弯 勾形，弯曲，中弯 弯曲，勾形，直立 勾形，弯曲，中弯
穗形PT 棍棒形，鸡嘴形 鸡嘴形，纺锤形 鸡嘴形，棍棒形 棍棒形，纺锤形 棍棒形，鸡嘴形 棍棒形，鸡嘴形
穗松紧度CS 紧，中 紧，中 紧，中 中，紧 中，紧 中，松
谷粒色HC 黄，青，红 黄，青，红，黑 黄，白，红，青 黄，橙，褐，黑 黄，青，褐 黄，黑，褐
生育期GP (d) 137.53 135.33 141.64 141.81 136.65 144.24
株高PH (cm) 145.39 140.86 136.65 133.16 136.31 139.45
主茎长MSL (cm) 122.33 117.25 116.39 110.59 114.63 115.90
主穗长MPL (cm) 22.78 24.04 20.16 27.34 21.18 22.48
主穗粗MPD (cm) 3.42 3.21 2.43 2.90 3.13 2.82
主穗重MPW (g) 36.67 33.71 14.91 27.10 30.10 22.06
分蘖穗重TPW (g) 7.55 0.92 18.47 9.69 3.73 8.63
主茎粒重GWMP (g) 29.86 27.37 10.30 19.69 24.12 16.69
分蘖粒重GWTP (g) 4.90 0.83 14.00 6.66 2.55 6.41
千粒重TGW (g) 2.94 3.12 3.07 3.06 3.19 3.34
单株干草重HWP (g) 51.96 33.08 69.55 51.85 36.08 51.67
主穗粒数NSMP 10 199.17 8790.41 3368.84 6440.34 7549.91 5000.83
出谷率MMP (%) 82.00 82.00 69.00 74.00 80.00 76.00

表8

优异谷子种质筛选

特性
Trait		 编号
Number		 生育期
GP
(d)		 株高
PH
(cm)		 主茎长
MSL
(cm)		 主穗长
MPL
(cm)		 主穗粗
MPD
(cm)		 主穗重
MPW
(g)		 分蘖穗重
TPW
(g)		 主穗粒重
GWMP
(g)		 分蘖粒重
GWTP
(g)		 千粒重
TGW
(g)		 单株干草重
HWP
(g)		 出谷率
MMP
(%)
早熟
Early ripen		 G27 114 139.00 105.67 32.33 2.50 33.33 0.00 30.00 0.00 3.30 16.67 90
G34 123 104.33 89.00 17.83 3.00 23.33 5.00 20.00 6.67 2.35 20.00 86
G67 124 137.33 117.00 21.67 3.00 25.00 15.00 18.33 11.67 3.75 33.33 73
G68 119 149.67 125.00 23.67 2.50 30.00 15.00 26.67 10.00 2.95 93.33 89
高产
High yield		 G4 129 146.67 125.00 20.67 3.67 16.67 50.00 13.33 26.67 3.20 73.33 80
G23 155 141.00 126.00 17.67 1.67 13.33 70.00 10.00 53.33 2.70 213.33 75
G66 126 130.67 110.00 19.00 2.00 13.33 50.00 10.00 36.67 3.35 60.00 75
干草重
HWP		 G1 140 154.33 127.67 24.00 2.50 33.33 30.00 23.33 20.00 2.40 160.00 70
G31 155 154.67 125.67 28.33 3.50 28.33 8.33 20.00 6.67 2.95 118.33 71
G106 147 135.67 121.00 21.33 2.33 20.00 66.67 16.67 43.33 2.80 100.00 83
G113 152 161.00 128.33 128.33 3.17 30.00 8.33 20.00 5.00 3.05 115.00 67
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