作物杂志,2021, 第3期: 19–27 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2021.03.003

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

64份苦荞种质资源农艺性状遗传多样性分析与综合评价

贾瑞玲(), 赵小琴, 南铭, 陈富, 刘彦明, 魏立平, 刘军秀, 马宁()   

  1. 定西市农业科学研究院,743000,甘肃定西
  • 收稿日期:2020-12-11 修回日期:2021-01-25 出版日期:2021-06-15 发布日期:2021-06-22
  • 通讯作者: 马宁
  • 作者简介:贾瑞玲,主要从事作物遗传育种研究,E-mail: jrl101309@163.com
  • 基金资助:
    国家燕麦荞麦农业产业技术体系定西综合试验站建设专项(CARS-08-E-2);甘肃省科技重大专项《甘肃省小杂粮新品种选育与示范》(18ZD2NA008)

Genetic Diversity Analysis and Comprehensive Assessment of Agronomic Traits of 64 Tartary Buckwheat Germplasms

Jia Ruiling(), Zhao Xiaoqin, Nan Ming, Chen Fu, Liu Yanming, Wei Liping, Liu Junxiu, Ma Ning()   

  1. Dingxi Academy of Agriculture Sciences, Dingxi 743000, Gansu, China
  • Received:2020-12-11 Revised:2021-01-25 Online:2021-06-15 Published:2021-06-22
  • Contact: Ma Ning

摘要:

采用Shannon-Wienerˊs多样性指数、主成分分析、综合得分F值及聚类分析等方法对干旱地区64份苦荞种质资源的主要农艺性状进行了遗传多样性分析和综合评价。结果表明,单株粒重的遗传多样性指数最高,为13.630,主茎粗的变异系数最高,为30.6%;主成分分析将苦荞种质的11个农艺性状降维为累计贡献率达87.580%的6个主成分;综合得分F值与生育期、株高、主茎节数、千粒重和单株粒重等具有极显著的相关性,可作为苦荞种质资源综合评价的主要指标;根据综合得分F值和聚类分析结果筛选出7份具有不同育种目标选择潜力的优良材料。

关键词: 苦荞, 种质资源, 遗传多样性, 干旱地区, 综合评价

Abstract:

The Shannon-Wiener’s diversity index, principal component analysis, comprehensive score F-value, and cluster analysis were used to investigate the genetic diversity and comprehensive assessment of tartary buckwheat germplasm resources including 64 accessions through phenotypic analysis of agronomic traits in arid area. The main conclusions were as follows: the genetic diversity index of seed weight per plant was the highest (13.630), and the coefficient of variation of main stem diameter was the highest(30.6%). The principal component analysis transformed 11 traits into six principal components that indicated the accumulation indices of 87.580%. The F-value was significantly correlated with growth period, plant height, number of main stem nodes, 1000-grain weight, and seed weight per plant, so it could be used as an evaluation index of tartary buckwheat germplasm resources. Seven accessions of buckwheat germplasm resources selected based on the comprehensive scores F-value and the results of cluster analysis could be used as excellent breeding parents with different target characters.

Key words: Tartary buckwheat, Germplasm resources, Genetic diversity, Arid area, Comprehensive assessment

表1

参试的64份苦荞种质资源

编号Number 代号Code name 种质材料Germplasm 编号Number 代号Code name 种质材料Germplasm 编号Number 代号Code name 种质材料Germplasm
K1 ZNQ101 额拉 K23 ZNQ123 细苦荞 K45 ZNQ145 灵丘苦荞
K2 ZNQ102 额乌 K24 ZNQ124 白云苦荞 K46 ZNQ146 灵丘苦荞
K3 ZNQ103 大额楚 K25 ZNQ125 苦荞 K47 ZNQ147 柳林苦荞
K4 ZNQ104 82-8-1 K26 ZNQ126 苦荞 K48 ZNQ148 中阳苦荞
K5 ZNQ105 82-4-6 K27 ZNQ127 苦荞 K49 ZNQ149 五台苦荞
K6 ZNQ106 彭泽苦荞 K28 ZNQ128 苦荞 K50 ZNQ150 汾西苦荞
K7 ZNQ107 九江苦荞 K29 ZNQ129 苦荞 K51 GS09-01 黑绿荞
K8 ZNQ108 长尖咀苦荞 K30 ZNQ130 苦荞 K52 GS09-02 黑苦荞
K9 ZNQ109 黑苦荞 K31 ZNQ131 87-23(F6080) K53 GS09-03 华岭黑苦荞
K10 ZNQ110 苦荞 K32 ZNQ132 87-25(F6224) K54 GS09-04 环县黑苦荞
K11 ZNQ111 苦荞 K33 ZNQ133 87-26(F6245) K55 GS09-05 早熟黑苦荞
K12 ZNQ112 毕节黑苦荞 K34 ZNQ134 87-28(F6286) K56 GS09-06 黑苦荞
K13 ZNQ113 刺荞 K35 ZNQ135 87-29(F6378) K57 GS09-07 黑绿荞
K14 ZNQ114 贡山苦荞 K36 ZNQ136 88-23(IV-708) K58 GS09-08 黑圆荞
K15 ZNQ115 中甸苦荞 K37 ZNQ137 88-27(IV-63) K59 GS09-09 麻苦荞
K16 ZNQ116 营盘苦荞 K38 ZNQ138 88-28(IV-51) K60 GS09-12 尖嘴荞
K17 ZNQ117 马衔苦荞 K39 ZNQ139 88-29(IV-136) K61 GS09-13 绿荞
K18 ZNQ118 长咀苦荞 K40 ZNQ140 88-35(IV-121) K62 GS09-14 小龙爪
K19 ZNQ119 米苦荞 K41 ZNQ141 87-16(F3035) K63 GS09-15 麻荞
K20 ZNQ120 田粒荞 K42 ZNQ142 岭东苦荞 K64 GS09-16 大麻荞
K21 ZNQ121 大苦荞 K43 ZNQ143 灵丘苦荞
K22 ZNQ122 扁籽荞 K44 ZNQ144 灵丘苦荞

图1

试验地月均降水量及气温状况

表2

苦荞种质质量性状的遗传多样性

性状
Trait
遗传多样性指数
Genetic diversity index
频率分布Frequency distribution
1 2 3 4 5 6 7
粒色Grain color 2.062 0.347 0.078 0.322 0.322 0.333 0.293 0.367
粒形Kernel shape 1.071 0.364 0.367 0.340
株型Plant type 0.990 0.363 0.336 0.290
熟性Maturity 1.026 0.332 0.352 0.342
抗倒性Lodging resistance 1.086 0.367 0.352 0.367
平均值Mean 1.247

表3

苦荞种质数量性状的遗传多样性

项目
Item
生育期
Period of
duration (d)
株高
Plant
height (cm)
主茎粗
Diameter of
main stem (cm)
主茎节数
Node number of main stem
主茎分枝数
Branch number of main stem
千粒重
1000-grain
weight (g)
单株粒重
Seed weight
per plant (g)
单株粒数
Seeds number
per plant
最大值Maximum 129.0 180.9 1.05 27.9 8.4 24.8 9.5 468.0
最小值Minimum 96.0 90.8 0.30 9.6 4.0 13.1 2.6 120.9
平均值Mean 116.9 133.8 0.58 20.2 6.4 20.4 4.7 235.1
标准偏差SD 11.06 18.22 0.18 5.57 1.11 2.51 1.18 60.53
极差Range 33.0 90.1 0.8 18.3 4.4 11.7 6.9 347.1
显著性Sig. * * ** ** * * ** **
变异系数CV (%) 9.5 13.6 30.6 27.6 17.2 12.3 24.9 25.7
遗传多样性指数
Genetic diversity index
2.807 4.072 3.685 3.739 3.424 3.155 13.630 4.094

表4

苦荞种质主要表型性状间的相关性分析

性状
Trait
生育期
Period of
duration
株高
Plant
height
主茎粗
Diameter of main stem
主茎节数
Node number
of main stem
主茎分枝数
Branch number
of main stem
千粒重
1000-grain
weight
单株粒重
Seeds weight
per plant
单株粒数
Seeds number per plant
粒形
Kernel shape
株型
Plant
type
株高Plant height 0.880**
主茎粗
Diameter of main stem
-0.168 0.0180
主茎节数
Node number of main stem
0.546** 0.536** -0.051
主茎分枝数
Branch number of main stem
0.024 0.190 0.012 0.109
千粒重
1000-grain weight
0.760** 0.416** -0.140 0.682** -0.061
单株粒重
Seed weight per plant
0.206 0.051 0.040 0.193 0.130 0.232*
单株粒数
Seeds number per plant
-0.205 -0.153 0.117 -0.175 0.187 -0.310** 0.842**
粒形Kernel shape 0.052 0.070 0.078 0.043 -0.019 0.025 -0.049 -0.025
株型Plant type 0.059 0.167 -0.169 -0.066 -0.031 -0.016 -0.186 -0.173 -0.338**
抗倒性
Lodging resistance
0.133 -0.294** -0.095 0.037 -0.073 0.190 0.110 0.023 0.048 -0.147

表5

64份参试资源11个农艺性状的主成分分析

性状Trait 主成分因子Principal component factors
1 2 3 4 5 6
生育期Period of duration 0.947 0.039 -0.079 -0.083 -0.008 -0.031
株高Plant height 0. 911 -0.047 0.525 0.248 -0.059 -0.024
主茎粗Diameter of main stem -0.115 0.188 0.299 0.582 -0.503 0.485
主茎节数Node number of stem 0. 678 0.091 0.001 0.044 0.018 0.032
主茎分枝数Branch number of stem 0.078 0.288 0.431 0.047 0.758 0.365
千粒重1000-grain weight 0.860 0.004 -0.225 -0.088 -0.105 0.025
单株粒重Seed weight per plant 0.179 0.916 0.048 -0.249 -0.156 -0.142
单株粒数Seeds number per plant -0.281 0.900 0.167 -0.173 -0.066 -0.145
粒形Kernel shape 0.064 0.099 -0.317 0.705 0.234 -0.381
株型Plant type 0.047 -0.434 0.434 -0.551 -0.102 -0.030
抗倒性Lodging resistance 0.067 0.173 -0.732 -0.209 0.045 0.496
特征值Numerical value 3.066 2.006 1.461 1.356 0.939 0.805
贡献率Contribution rate (%) 27.874 18.240 13.286 12.325 8.535 7.320
累计贡献率Total account (%) 27.874 46.114 59.400 71.725 80.260 87.580

图2

苦荞种质6个主成分的三维空间构象图

表6

20份优异苦荞种质资源的综合得分

编号
Number
代号
Code name
主成分Principal component factor F
F-value
1 2 3 4 5 6
K25 ZNQ125 2.21 1.63 0.016 -0.029 -1.816 -1.816 0.7131
K33 ZNQ133 2.13 1.81 0.018 -0.077 -1.923 -1.923 0.6994
K2 ZNQ102 2.27 1.81 0.018 -0.011 -2.264 -2.264 0.6911
K10 ZNQ110 2.13 1.42 0.014 0.021 -1.661 -1.661 0.6776
K35 ZNQ135 2.07 1.95 0.019 -0.112 -2.071 -2.071 0.6757
K34 ZNQ134 1.95 2.46 0.025 -0.204 -2.419 -2.419 0.6711
K37 ZNQ137 2.23 1.13 0.011 0.023 -1.563 -1.563 0.6684
K48 ZNQ148 2.02 2.26 0.023 -0.113 -2.395 -2.395 0.6663
K13 ZNQ113 2.25 1.30 0.013 0.061 -1.831 -1.831 0.6641
K24 ZNQ124 2.04 1.71 0.017 -0.076 -1.841 -1.841 0.6624
K19 ZNQ119 2.04 2.17 0.022 -0.126 -2.356 -2.356 0.6600
K21 ZNQ121 1.98 2.06 0.021 -0.146 -2.114 -2.114 0.6598
K32 ZNQ132 1.99 1.95 0.020 -0.112 -2.075 -2.075 0.6527
K4 ZNQ104 2.12 1.44 0.014 0.021 -1.848 -1.848 0.6471
K43 ZNQ143 1.91 1.86 0.019 -0.089 -1.883 -1.883 0.6459
K3 ZNQ103 2.06 2.14 0.021 -0.155 -2.408 -2.408 0.6458
K30 ZNQ130 1.92 1.88 0.019 -0.152 -1.866 -1.866 0.6456
K11 ZNQ111 1.82 2.72 0.027 -0.250 -2.581 -2.581 0.6453
K29 ZNQ129 1.87 2.12 0.021 -0.157 -2.064 -2.064 0.6436
K44 ZNQ144 1.94 1.49 0.015 -0.076 -1.563 -1.563 0.6356

表7

表型性状与综合得分(F值)间的相关性

性状Trait FF-value
生育期Period of duration 0.833**
株高Plant height 0.698**
主茎节数Node number of main stem 0.823**
主茎分枝数Branch number of main stem 0.208*
千粒重1000-grain weight 0.670**
单株粒数Seeds number per plant -0.499**

图3

64 份苦荞种质资源的聚类情况

表8

各苦荞种质类群的形态学性状分析

性状Trait 种质群Germplasm group
粒色Grain color 黑,灰黑,
深褐,浅褐
浅灰,灰 灰色,浅灰,
深灰,黑
深灰、黑、
灰黑,浅灰
粒型Kernel shape 长锥,短锥 长锥,心形,短锥 长锥,短锥 长锥,心形,短锥 长锥,心形,短锥
株型Plant type 松散,紧凑,半紧凑 松散,紧凑,半紧凑 松散 松散,紧凑 松散,紧凑,半紧凑
抗倒性Lodging resistance 中抗,抗倒,倒伏 中抗,倒伏 倒伏 抗倒,中抗 中抗,抗倒,倒伏
生育期
Period of
duration (d)
平均值Mean 97.00 99.44 122.00 123.09 122.40
标准偏差SD 0.89 3.50 5.00 3.62 4.67
变异系数CV (%) 0.92 3.52 4.10 2.94 3.81
株高
Plant height
(cm)
平均值Mean 98.77 127.56 172.00 120.35 142.43
标准偏差SD 6.48 10.45 8.12 4.40 9.12
变异系数CV (%) 6.56 8.19 4.72 3.66 6.40
主茎粗
Diameter of main stem
(cm)
平均值Mean 0.55 0.93 1.14 0.44 0.67
标准偏差SD 0.28 0.18 0.23 0.24 0.23
变异系数CV (%) 50.00 19.02 19.76 53.48 34.30
主茎节数
Node number
of main stem
平均值Mean 10.33 12.33 20.07 22.53 23.17
标准偏差SD 0.77 1.59 3.64 3.23 2.92
变异系数CV (%) 7.41 12.92 18.11 14.35 12.59
主茎分枝数
Branch number
of main stem
平均值Mean 5.50 6.94 6.90 6.47 6.38
标准偏差SD 1.07 1.05 0.80 0.84 1.16
变异系数CV (%) 19.48 15.16 11.59 12.96 18.19
千粒重
1000-grain
weight (g)
平均值Mean 17.25 16.66 20.93 21.40 21.47
标准偏差SD 0.91 3.35 0.90 0.83 1.29
变异系数CV (%) 5.26 20.10 4.31 3.89 5.99
单株粒重
Seed weight
per plant (g)
平均值Mean 3.77 4.69 4.17 4.98 4.89
标准偏差SD 0.61 2.03 0.81 1.22 0.93
变异系数CV (%) 16.15 43.22 19.40 24.48 18.90
单株粒数
Seeds number
per plant
平均值Mean 219.41 285.39 199.80 233.63 228.41
标准偏差SD 37.93 105.72 43.98 61.19 43.17
变异系数CV (%) 17.29 37.04 22.01 26.19 18.90
[1] 范昱, 丁梦琦, 张凯旋 , 等. 中国野生荞麦种质资源概况与利用进展. 植物遗传资源学报, 2020,21(6):1395-1406.
[2] 唐宇, 邵继荣, 周美亮 . 中国荞麦属植物分类学的修订. 植物遗传资源学报, 2019,20(3):646-653.
[3] 徐笑宇, 方正武, 杨璞 , 等. 苦荞遗传多样性分析与核心种质筛选. 干旱地区农业研究, 2015,33(1):268-277.
[4] 贾瑞玲, 马宁, 魏立平 , 等. 50份苦荞种质资源农艺性状的遗传多样性分析. 干旱地区农业研究, 2015,33(5):11-16.
[5] 林汝法, . 中国荞麦. 北京: 农业出版社, 1994: 1-12.
[6] 赵钢, 唐宇, 王安虎 . 中国荞麦的育种现状与展望. 种子世界, 2002,7(7):3-4.
[7] 谭玉荣, 陶兵兵, 关郁芳 , 等. 苦荞类黄酮的研究现状及展望. 食品工业科技, 2012,33(18):377-381.
[8] 赵钢, 唐宇, 王安虎 . 苦荞的成分功能研究与开发应用. 四川农业大学学报, 2001,19(4):355-358.
[9] 李成磊, 赵海霞, 温国琴 , 等. 苦荞细胞色素CYP81家族同源基因Ftp450-R4的克隆、分子鉴定及其功能分析. 农业生物技术学报, 2015,23(2):181-192.
[10] 张艳 . 荞麦黄酮代谢合成相关基因的克隆及分析. 杨凌: 西北农林科技大学, 2008.
[11] 马婧 . 金荞麦[Fagopyrum dibotrys (D. Don) Hara]类黄酮生物合成途径重要功能基因的克隆、功能验证及表达特性分析. 重庆: 西南大学, 2012.
[12] Glaszmann J C, Killian B, Upadhyaya H D . Accessing genetic diversity for crop improvement. Current Opinion Plant Biology, 2010,13(3):167-173.
doi: 10.1016/j.pbi.2010.01.004
[13] 李荫藩, 郑敏娜, 梁秀芝 , 等. 苦荞种质资源生物学性状的多元统计分析与综合评价. 中国农学通报, 2016,32(6):40-48.
[14] 梁诗涵, 李境, 周达 , 等. 中国苦荞主产区苦荞种质形态性状的遗传多样性分析. 分子植物育种, 2020,18(21):7254-7266.
[15] 李春花, 尹桂芳, 王艳青 , 等. 云南苦荞种质资源主要性状的遗传多样性分析. 植物遗传资源学报, 2016,17(6):993-999.
[16] 南铭, 赵桂琴, 柴继宽 . 黄土高原半干旱区饲用燕麦种质表型性状遗传多样性分析及综合评价. 草地学报, 2017,25(6):1197-1205.
[17] 余斌, 杨宏羽, 王丽 , 等. 引进马铃薯种质资源在干旱半干旱区的表型性状遗传多样性分析及综合评价. 作物学报, 2018,44(1):63-74.
[18] 张宗文, 林汝法 . 荞麦种质资源描述规范和数据标准. 北京: 中国农业出版社, 2006: 9-24.
[19] 李晶, 南铭 . 俄罗斯和乌克兰引进冬小麦在我国西北地区的农艺性状表现和遗传多样性分析. 作物杂志, 2019(5):9-14.
[20] Shannon C E, Weaver W . The mathematical theory of communication. The University of Illinois,Urbana,Chicago,USA, 1949: 3224-3226.
[21] 南铭, 马宁, 刘彦明 , 等. 燕麦种质资源农艺性状的遗传多样性分析. 干旱地区农业研究, 2015,33(1):262-267.
[22] 胡银岗, 冯佰利, 周济铭 , 等. 荞麦遗传资源利用及其改良研究进展. 西北农业学报, 2005,14(5):101-109.
[23] 汪灿, 胡丹, 杨浩 , 等. 苦荞主要农艺性状与产量关系的多重分析. 作物杂志, 2013(6):18-22.
[24] 胡标林, 万勇, 李霞 , 等. 水稻核心种质表型性状遗传多样性分析及综合评价. 作物学报, 2012,38(5):829-839.
[25] 侯雅君, 张宗文, 吴斌 , 等. 苦荞种质资源AFLP标记遗传多样性分析. 中国农业科学, 2009,42(12):4166-4174.
[26] 李春花, 陈蕤坤, 王艳青 , 等. 利用SSR标记构建云南苦荞种质资源分子身份证. 分子植物育种, 2019,17(5):1575-1582.
[27] 邵美红, 吴伟, 林兵 , 等. ITS序列在苦荞麦种质资源鉴定中的应用. 中国农学通报, 2012,28(6):131-134.
[28] 农业部科技发展中心, 中国水稻研究所. 植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南总则:GB/T 19557.1-2004. 北京: 中国标准出版社, 2004.
[29] 西北农林科技大学, 农业部科技发展中心. 植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南荞麦:NY/T 2493-2013. 北京: 中国农业出版社, 2014.
[30] 要燕杰, 高翔, 吴丹 , 等. 小麦农艺性状与品质特性的多元分析与评价. 植物遗传资源学报, 2014,15(1):38-47.
[31] 高翔, 郝志萍, 吕慧卿 , 等. 荞麦抗倒性研究进展. 中国农学通报, 2019,35(13):6-11.
[1] 翁文凤, 伍小方, 张凯旋, 唐宇, 江燕, 阮景军, 周美亮. 过表达FtbZIP5提高苦荞毛状根黄酮积累及其耐盐性[J]. 作物杂志, 2021, (4): 1–9
[2] 张全芳, 姜明松, 陈峰, 朱文银, 周学标, 杨连群, 徐建第. 山东省水稻品种(系)的遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2021, (4): 26–31
[3] 郭强, 马文清, 秦昌鲜, 施泽升, 彭崇, 闭德金, 何洪良, 梁永检, 唐利球. 甘蔗新品系的DTOPSIS法综合评价[J]. 作物杂志, 2021, (4): 32–37
[4] 杜晓宇, 李楠楠, 邹少奎, 王丽娜, 吕永军, 张倩, 李顺成, 杨光宇, 韩玉林. 黄淮南片新育成小麦品种(系)主要性状的综合性分析[J]. 作物杂志, 2021, (4): 38–45
[5] 冯艳飞, 杨威, 任国鑫, 邓杰, 李文龙, 高树仁. 黑龙江省部分玉米杂交种的综合评价[J]. 作物杂志, 2021, (4): 46–50
[6] 李琼, 常世豪, 武婷婷, 耿臻, 杨青春, 舒文涛, 李金花, 张东辉, 张保亮. 120份大豆种质资源遗传多样性和亲缘关系分析[J]. 作物杂志, 2021, (4): 51–58
[7] 李自林, 陆亚春, 赵磊峰, 范东升, 韦忠, 周文亮, 黄利广, 黄阳, 黄经鹏, 顾新权, 年夫照. 靖西市植烟土壤肥力适宜性综合评价[J]. 作物杂志, 2021, (3): 155–160
[8] 曲祥春, 王鼐, 石贵山, 于淼, 李海青, 高悦, 徐宁, 陈冰嬬. 同异分析法在粒用高粱杂交种评价中的应用[J]. 作物杂志, 2021, (3): 46–50
[9] 项超, 孙素丽, 朱振东, 宗绪晓, 杨涛, 刘荣, 杨梅, 鲜东锋, 杨秀燕. 四川豌豆种质资源白粉病抗性及分子鉴定[J]. 作物杂志, 2021, (3): 51–56
[10] 靳建刚, 田再芳. 山西北部地区引种苦荞品种的灰色关联度分析[J]. 作物杂志, 2021, (2): 52–56
[11] 周启龙. 西藏阿里19个燕麦引进品种的灰色关联度评价[J]. 作物杂志, 2021, (1): 26–31
[12] 马名川, 刘龙龙, 刘璋, 周建萍, 南成虎, 张丽君. 苦荞全基因组SSR位点特征分析与分子标记开发[J]. 作物杂志, 2021, (1): 38–46
[13] 潘晓雪, 胡明瑜, 王忠伟, 吴红, 雷开荣. 不同水稻种质资源重要农艺性状与发芽期耐寒性鉴定研究[J]. 作物杂志, 2021, (1): 47–53
[14] 杨婉君, 潘香逾, 王秀华, 王璐, 赵岩. 119个苜蓿品种(系)产量和农艺性状的遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2020, (6): 17–22
[15] 高杰, 封广才, 李晓荣, 李青风, 彭秋. 贵州不同地区高粱种质资源表型多样性与聚类分析[J]. 作物杂志, 2020, (6): 54–60
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!