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作物杂志,2018, 第5期: 45–53 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2018.05.008

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

高粱种质材料光合特性和水分利用效率鉴定及聚类分析

张一中1,2,周福平1,张晓娟1,邵强1,杨彬1,柳青山1   

  1. 1 山西省农业科学院高粱研究所/高粱遗传与种质创新山西省重点实验室,030600,山西榆次
    2 山西农业大学农学院,030801,山西太谷
  • 收稿日期:2018-03-28 修回日期:2018-07-31 出版日期:2018-10-15 发布日期:2018-10-12
  • 通讯作者: 柳青山
  • 作者简介:张一中,助理研究员,主要从事高粱遗传育种研究
  • 基金资助:
    山西省重点研发计划重点项目(201703D211010);山西省农业科学院生物育种工程项目(16yzgc030);山西省农业科学院特色农业技术攻关项目(YGG17016)

Identification and Cluster Analysis of Photosynthetic Characters and WUE in Sorghum Germplasm

Zhang Yizhong1,2,Zhou Fuping1,Zhang Xiaojuan1,Shao Qiang1,Yang Bin1,Liu Qingshan1   

  1. 1 Sorghum Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences/Shanxi Key Laboratory of Sorghum Genetic and Germplasm Innovation, Yuci 030600, Shanxi, China
    2 Agronomy College, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China
  • Received:2018-03-28 Revised:2018-07-31 Online:2018-10-15 Published:2018-10-12
  • Contact: Qingshan Liu

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4

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259

摘要：

以101份高粱种质为试验材料,在自然条件下利用LI-6400光合仪测定其叶片的光合参数并进行相关性分析,运用聚类分析和判别分析对不同高粱种质的光合特性和水分利用效率进行分类及综合评价。结果表明：高粱种质材料间叶片的光合参数（Pn、Tr、Gs、Ci）及水分利用效率（WUE）差异极显著（P<0.01）,其中净光合速率（Pn）的变幅为12.04~49.32μmolCO2/(m 2·s)。相关分析表明,Pn与Tr（r=0.745）、Pn与Gs（r=0.654）、Tr与Gs（r=0.771）呈极显著正相关;Pn与Ci（r=-0.493）、Tr与WUE（r=-0.400）、Ci与WUE（r=-0.341）呈极显著负相关。通过对Pn、Tr和WUE等3个参数的测定结果进行聚类分析,101份种质材料划分为6个类群,其中A2类群和C类群的17份材料Pn和WUE均较高,可作为高粱高光效生理育种的亲本或改良材料加以利用;在聚类分析基础上运用判别分析对3个光合参数（Pn、Tr和WUE）建立了8个判别能力较高的判别模型。

关键词: 高粱, 种质材料, 光合特性, 聚类分析, 判别分析

Abstract:

101 sorghum germplasms were selected as test materials in this study. The photosynthetic parameters in leaves were determined by LI-6400 photosynthesis instrument under field conditions, and correlation analysis was carried out. Photosynthetic characters and water use efficiency (WUE) of different sorghum germplasm were evaluated by cluster and discrimination analysis. The results showed there were significant differences (P<0.01) in photosynthetic parameters (Pn, Tr, Gs, Ci) and water use efficiency (WUE) among the test germplasm, with Pn ranging from 12.04 to 49.32μmolCO2/(m 2?s). Correlation analysis indicated that the highly significant positive correlations were between Pn and Tr (r=0.745), Pn and Gs (r=0.654), Tr and Gs (r=0.771). The highly significant negative correlations were between Pn and Ci (r=-0.493), Tr and WUE (r=-0.400), Ci and WUE (r=-0.341). 101 sorghum germplasms were clustered into six groups based on Pn, Tr and WUE. The group A2 and C including 17 sorghum breeding materials with high photosynthesis rate and high water use efficiency could be utilized as high photosynthetic efficiency breeding parent or materials. Based on cluster analysis, that established eight discriminant models which were of high discriminative ability by discriminant analysis for three photosynthetic parameters (Pn, Tr and WUE).

Key words: Sorghum, Germplasm, Photosynthetic characters, Cluster analysis, Discriminant analysis

表1

供试高粱种质材料"

编号
No.		 材料名称
Name		 类型
Type		 编号
No.		 材料名称
Name		 类型
Type		 编号
No.		 材料名称
Name		 类型
Type
1 优0-30 R 35 L9137 R 69 01B B
2 R111 R 36 张辽父 R 70 29B B
3 J7645早 R 37 0-30 R 71 AGR1B B
4 0-30红粒变 R 38 晋粱5号 R 72 8808B B
5 R09305 R 39 晋辐1号 R 73 88021B B
6 3560R R 40 1383-2 R 74 0122B B
7 锦Y15 R 41 三尺三 R 75 泸45B B
8 LNR-4 R 42 4003 R 76 10337-1B B
9 L17 R 43 93943/157 R 77 7B大粒TB B
10 LR233 R 44 5-27 R 78 053005B B
11 吉R105 R 45 J3 R 79 Y60B B
12 铁10612 B 46 gd1697-2 R 80 LgB/R5M874B-Ⅰ B
13 R09279 R 47 ESB25B R 81 LgB/R5M874B-Ⅲ B
14 忻粱7号 R 48 邵R R 82 气死糜子/原8801B B
15 泸恢1 R 49 R09274 R 83 67B B
16 恢1变 R 50 R09277 R 84 T239B/2087B B
17 L2R R 51 R09304 R 85 黑3022B B
18 R07221 R 52 R09309 R 86 黑3035B B
19 657-1 R 53 R09313 R 87 黑3038B B
20 60R R 54 R072185 R 88 黑3016B B
21 大红粒 R 55 H02029 R 89 黑3110B B
22 R072194 R 56 H02073 R 90 吉2055B B
23 R072198 R 57 H02079 R 91 Y23B B
24 黑2001 R 58 锦R R 92 3765红B B
25 黑R R 59 叶上冲 R 93 3765白B B
26 741324 R 60 112020 R 94 L407B B
27 363C R 61 黑高粱 R 95 11480B B
28 忻粱52 R 62 非洲高粱-1 B 96 11486B B
29 L早615 R 63 非洲高粱-2 B 97 11494B B
30 南133 R 64 A2V4B B 98 11506B B
31 吉9 R 65 Tx623B B 99 72B/DORADO双 B
32 吉12 R 66 72B B 100 72B/054178双 B
33 吉13 R 67 8801B B 101 GB103 B
34 L22 R 68 18B B

表2

高粱种质材料光合特性和WUE的方差分析结果"

参数
Parameter		 变异来源
Source of variance		 自由度
df		 平方和
Sum of square		 均方
Mean square		 F值
F value		 平均值
Mean		 标准差
SD		 变异系数(%)
CV		 变幅
Range
Pn 材料间Among materials 100 23 389.755 233.898 114.334** 32.10 8.83 27.51 12.04~49.32
[μmolCO2/(m2·s)] 误差Error 202 413.239 2.046
总和Total 302 23 802.993
Tr 材料间Among materials 100 995.289 9.953 72.133** 6.58 1.82 27.68 2.32~10.69
[mmolH2O/(m2·s)] 误差Error 202 27.872 0.138
总和Total 302 1 023.161
Gs 材料间Among materials 100 5.549 0.056 40.318** 0.34 0.14 39.28 0.08~0.73
[molH2O/(m2·s)] 误差Error 202 0.278 0.001
总和Total 302 5.827
Ci 材料间Among materials 100 846 411.254 8 464.113 32.472** 119.24 53.09 44.52 42.67~284.00
(μmolCO2/mol) 误差Error 202 52 652.667 260.657
总和Total 302 899 063.921
WUE 材料间Among materials 100 389.930 3.899 21.641** 5.00 1.23 22.56 1.95~7.95
(μmolCO2/mmolH2O) 误差Error 202 36.397 0.180
总和Total 302 426.327

图1

基于净光合速率测定值的高粱种质聚类"

表3

高粱种质净光合速率的聚类分析结果"

类群
Cluster		 材料代号
Code of germplasm		 个数
Number		 频率(%)
Frequency		 类平均Mean of cluster
[μmolCO2/(m2·s)]		 变幅Range
[μmolCO2/(m2·s)]
Ⅰ 50,55,70,81,86 5 4.95 47.74±1.03a 46.55~49.32
Ⅱ 1,2,4,8,10,12,15,21,23,25,28,29,32,35,40,43,44,49,51,54,60,62,64,67,68,72,83,87,89,90,91,92,93,95,96,99,101 37
 36.63
 39.54±3.14b
 34.68~44.61
Ⅲ 6,7,13,16,18,19,22,30,31,33,37,38,41,42,46,47,48,52,56,58,59,61,63,65,71,73,74,75,76,82,85,88,94,97 34
 33.66
 30.37±2.35c
 26.69~34.14
Ⅳ 3,5,9,11,17,20,26,27,34,36,39,53,69,77,78,79,80,84,98,100 20 19.80 21.97±2.43d 17.29~25.92
Ⅴ 14,24,45,57,66 5 4.95 13.60±1.21e 12.04~15.09

表4

高粱种质水分利用效率的聚类分析结果"

类群
Cluster		 材料代号
Code of germplasm		 个数
Number		 频率(%)
Frequency		 类平均Mean of cluster
(μmolCO2/mmolH2O)		 变幅Range
(μmolCO2/mmolH2O)
Ⅰ 7,12,13,17,84 5 4.95 7.77±0.13a 7.95~7.61
Ⅱ 6,8,9,10,29,75,80,92,93 9 8.91 6.75±0.17b 7.00~6.51
Ⅲ 2,4,15,16,18,23,25,32,46,58,72,74,82,95 14 13.86 5.76±0.29c 6.31~5.40
Ⅳ

 1,5,11,19,20,21,22,24,26,27,28,30,31,33,35,36,37,38,39,40,41,42,43,
44,45,47,48,49,50,51,52,54,55,56,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,70,
71,73,76,77,78,79,81,83,85,86,87,88,89,90,91,94,96,97,98,99,100,101		 67

 66.34

 4.59±0.43d

 5.32~3.73
Ⅴ 3,14,34,53,69 5 4.95 3.04±0.21e 3.25~2.75
Ⅵ 57 1 0.99 1.95f 1.95

表5

光合参数与WUE的相关性分析结果"

性状Trait Pn Tr Gs Ci WUE
Pn 1.000
Tr 0.745** 1.000
Gs 0.654** 0.771** 1.000
Ci -0.493** -0.189 0.178 1.000
WUE 0.277** -0.400** -0.164 -0.341** 1.000

表6

高粱种质材料Pn和WUE的聚类分析和判别结果"

类群
Cluster		 材料代号
Code of germplasm		 个数
Number		 频率(%)
Frequency		 判别模型
Discrimination mode		 类平均Mean of cluster
Pn
[μmolCO2/(m2·s)]		 WUE
(μmolCO2/mmolH2O)
A1 43,50,51,55,60,70,81,86,89,90,91,101 12 11.88 Y=5.13Pn+27.43WUE-178.00 44.48±3.18a 4.65±0.23d
A2 2,23,25,32,40,72,95 7 6.93 Y=4.93Pn+32.82WUE-196.69 42.64±1.94a 5.58±0.28c
B1 1,21,28,31,35,44,49,54,56,59,62,64,67,68,83,87,96,99 18 17.82 Y=4.22Pn+27.89WUE-143.35 36.55±2.14b 4.74±0.41d
B2
 4,16,19,22,26,30,33,38,41,42,46,47,48,61,63,65,71,73,74,
76,82,88,94		 23
 22.77
 Y=3.50Pn+29.43WUE-126.66
 30.20±2.47c
 5.02±0.43d
C 3,5,11,20,27,36,37,39,52,53,69,77,78,79,85,97,98,100 18 17.82 Y=2.77Pn+23.03WUE-78.25 23.89±3.24d 3.93±0.52e
D 14,24,34,45,66 5 4.95 Y=1.70Pn+21.69WUE-52.57 14.56±2.78e 3.71±0.52e
E 57 1 0.99 Y=1.65Pn+11.46WUE-22.93 14.26e 1.95f
F 6,7,8,10,12,15,29,75,92,93 10 9.90 Y=4.38Pn+40.47WUE-222.45 37.77±3.77b 6.90±0.45b
G 9,18,58,80 4 3.96 Y=2.77Pn+37.32WUE-151.95 23.76±4.70d 6.38±0.32b
H 13,17,84 3 2.97 Y=2.64Pn+45.82WUE-209.44 22.52±4.71d 7.84±0.09a

表7

高粱种质材料Pn、Tr和WUE的聚类和判别结果"

类群
Cluster		 材料代号
Code of germplasm		 个数
Number		 频率(%)
Frequency		 判别模型
Discrimination mode		 类平均Mean of cluster
Pn
[μmolCO2/(m2·s)]		 Tr
[mmolH2O/(m2·s)]		 WUE
(μmolCO2/mmolH2O)
A1
 43,50,51,55,60,70,81,86,89,90,91,101 12
 11.88
 Y=-22.97Pn+133.00Tr+165.55WUE-510.49
 44.48±3.18a
 9.57±0.64a
 4.65±0.23d
A2 2,23,25,32,40,72,95 7 6.93 Y=-21.23Pn+122.17Tr+158.91WUE-458.87 42.64±1.94a 7.66±0.59b 5.58±0.28c
B1


 1,4,21,28,31,35,37,41,42,44,47,48,49,52,54,56,59,61,62,64,67,68,71,79,83,85,87,88,94,96,97,99 32

 31.68

 Y=-23.1Pn+129.08Tr+163.27WUE-460.66

 33.97±3.73c

 7.38±0.72b

 4.62±0.46d
B2
 9,16,18,19,22,26,30,33,38,
46,58,63,65,73,74,76,82		 17
 16.83
 Y=-23.32Pn+126.71Tr+166.16WUE-453.86
 28.45±2.51d
 5.32±0.69c
 5.40±0.53c
C 6,7,8,10,12,15,29,75,92,93 10 9.90 Y=-23.08Pn+127.98Tr+173.86WUE-515.98 37.77±3.77b 5.50±0.69c 6.90±0.45b
D 3,53,57 3 2.97 Y=-27.77Pn+149.38Tr+177.49WUE-541.59 20.74±5.86e 8.10±0.78b 2.53±0.51f
E
 5,11,14,20,24,27,34,36,39,
45,66,69,77,78,98,100		 16
 15.84
 Y=-22.7Pn+121.38Tr+154.25WUE-384.52
 19.65±4.08e
 4.96±1.02c
 3.98±0.46e
F 13,17,80,84 4 3.96 Y=-29.93Pn+154.98Tr+211.51WUE-698.21 21.22±4.65e 2.80±0.51d 7.55±0.59a
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