Crops ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (6): 54-60.doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2020.06.008

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Phenotypic Diversity and Clustering Analysis of Sorghum Germplasm Resources in Different Regions of Guizhou Province

Gao Jie1(), Feng Guangcai2, Li Xiaorong3, Li Qingfeng1, Peng Qiu1()   

  1. 1Guizhou Institute of Upland Crops, Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006, Guizhou, China
    2Poverty Alleviation and Development Office of Qiandongnan Prefecture, Kaili 556000, Guizhou, China
    3Chuxiong Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences, Chuxiong 675000, Yunnan, China
  • Received:2020-05-09 Revised:2020-06-10 Online:2020-12-15 Published:2020-12-09
  • Contact: Peng Qiu E-mail:gaojie396300520@163.com;p5615@sina.com

Abstract:

A panel of 220 sorghum germplasms were taken from Guizhou Province for disversity analysis and clustering of these germplasms. The results showed that frequency distributions of biological traits such as grain covering, shell color, grain color were dispersed; panicle shape, panicle stem status, panicle type distributed more convergent, most varieties were lateral dispersion (umbrella) type. The whole growth period, effective tillers, internode number, plant height, stem diameter, panicle length, panicle stem length, grain weight per panicle and 1000-grain weight had greater coefficients of variability, ranging from 8.36% to 37.46%. All agronomic traits tested, showed significant diversity indexes, with an average of 2.00. The variation coefficient and diversity index were the highest in southeast Guizhou Province, which were 28.56% and 1.52, respectively. Correlation analysis showed that there were significant correlation among some numerical characteristics. According to the cluster analysis, 220 sorghum germplasm resources in Guizhou were divided into three groups. The groupⅠcontained 211 germplasm resources, which showed lateral dispersion (umbrella shape) panicles, short growth period, strong tillering ability, small panicle length and panicle grain weight, could be used as the basic materials for sorghum early mature breeding. The groupⅡcontained eight germplasm resources, which were mainly characterized by periphery dispersion (umbrella shape) panicles, straight panicle stem, could be used as parent materials for broom sorghum. The groupⅢcontained only one germplasm resource, which was mainly characterized by rod-shaped tight panicle, long growth period, weak tillering ability, large internode number, tall and strong plants, short panicle, long panicle stem, large panicle grain weight that could play an essential role in sorghum germplasm innovation.

Key words: Sorghum, Phenotypic trait, Genetic diversity, Principal component analysis, Cluster analysis

Table 1

The 220 sorghum germplasm resources used in Guizhou"

序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
1 92-Ⅰ-67 黔西南 盘县 40 92-Ⅳ-47 黔西南 望谟 79 92-Ⅳ-18 黔南 独山 118 93-Ⅰ-6 黔东南 榕江
2 92-Ⅱ-280 黔西南 盘县 41 92-Ⅴ-575 黔南 罗甸 80 92-Ⅳ-37 黔南 独山 119 93-Ⅰ-24 黔东南 榕江
3 92-Ⅱ-281 黔西南 盘县 42 92-Ⅴ-585 黔南 罗甸 81 92-Ⅳ-4 黔南 独山 120 93-Ⅰ-9 黔东南 榕江
4 92-Ⅱ-282 黔西南 盘县 43 92-Ⅳ-165 黔南 罗甸 82 92-Ⅳ-5 黔南 独山 121 93-Ⅰ-7 黔东南 榕江
5 92-Ⅱ-453 黔西南 盘县 44 92-Ⅴ-657 黔南 罗甸 83 92-Ⅳ-105 黔南 独山 122 93-Ⅰ-8 黔东南 榕江
6 92-Ⅱ-83 黔西南 盘县 45 92-Ⅳ-39 黔南 罗甸 84 92-Ⅳ-7 黔南 荔波 123 93-Ⅱ-4 黔东南 黎平
7 92-Ⅱ-427 黔西南 盘县 46 92-Ⅴ-12 黔南 罗甸 85 92-Ⅳ-43 黔南 荔波 124 93-Ⅰ-4 黔东南 黎平
8 92-Ⅰ-214 黔西南 盘县 47 92-Ⅴ-678 黔南 罗甸 86 93-Ⅳ-8 黔南 荔波 125 93-Ⅰ-4-1 黔东南 黎平
9 92-Ⅱ-476 黔西南 盘县 48 92-Ⅴ-683 黔南 罗甸 87 93-Ⅳ-41 黔南 荔波 126 93-Ⅰ-3 黔东南 黎平
10 92-Ⅱ-483 黔西南 盘县 49 92-Ⅵ-38 黔南 罗甸 88 93-Ⅳ-9 黔南 荔波 127 93-Ⅱ-5 黔东南 黎平
11 92-Ⅱ-37 黔西南 安龙 50 92-Ⅴ-751 黔南 罗甸 89 92-Ⅳ-40 黔南 荔波 128 93-Ⅱ-7 黔东南 黎平
12 92-Ⅰ-149 黔西南 安龙 51 92-Ⅳ-22 黔南 罗甸 90 93-Ⅳ-38(甜) 黔南 三都 129 93-Ⅱ-7-1 黔东南 黎平
13 92-Ⅱ-398 黔西南 安龙 52 92-Ⅳ-189 黔南 罗甸 91 93-Ⅴ-10 黔南 三都 130 93-Ⅰ-2 黔东南 黎平
14 92-Ⅱ-233 黔西南 安龙 53 92-Ⅵ-60 黔南 罗甸 92 93-Ⅴ-5 黔南 三都 131 93-Ⅰ-23 黔东南 黎平
15 92-Ⅱ-260 黔西南 兴义 54 92-Ⅴ-574 黔南 罗甸 93 93-Ⅴ-7 黔南 三都 132 93-Ⅳ-27 黔东南 锦屏
16 92-Ⅳ-17 黔西南 册亨 55 92-Ⅵ-222 黔南 罗甸 94 93-Ⅳ-39 黔南 三都 133 93-Ⅳ-46 黔东南 锦屏
17 92-Ⅴ-194 黔西南 册亨 56 92-Ⅴ-820 黔南 罗甸 95 93-Ⅴ-9 黔南 三都 134 93-Ⅳ-47 黔东南 锦屏
18 92-Ⅳ-117 黔西南 册亨 57 92-Ⅴ-11 黔南 罗甸 96 93-Ⅳ-21 黔南 三都 135 93-Ⅳ-31 黔东南 锦屏
19 92-Ⅷ-277 黔西南 册亨 58 92-Ⅴ-757 黔南 罗甸 97 93-Ⅱ-23 黔东南 雷山 136 93-Ⅳ-29 黔东南 锦屏
20 92-Ⅴ-193 黔西南 册亨 59 92-Ⅴ-113 黔南 罗甸 98 93-Ⅰ-14 黔东南 雷山 137 93-Ⅳ-30 黔东南 锦屏
21 92-Ⅴ-255 黔西南 册亨 60 92-Ⅴ-638 黔南 罗甸 99 93-Ⅱ-2 黔东南 雷山 138 93-Ⅳ-32 黔东南 锦屏
22 92-Ⅴ-1 黔西南 贞丰 61 92-Ⅳ-188 黔南 罗甸 100 93-Ⅱ-17 黔东南 雷山 139 93-Ⅳ-44 黔东南 锦屏
23 92-Ⅰ-14 黔西南 贞丰 62 92-Ⅳ-48 黔南 平塘 101 93-Ⅱ-19 黔东南 雷山 140 92-Ⅴ-480 黔西 紫云
24 92-Ⅰ-83 黔西南 贞丰 63 92-Ⅳ-55 黔南 平塘 102 93-Ⅰ-18(甜) 黔东南 雷山 141 92-Ⅴ-103 黔西 紫云
25 92-Ⅱ-182 黔西南 贞丰 64 92-Ⅳ-54 黔南 平塘 103 93-Ⅰ-15 黔东南 雷山 142 92-Ⅴ-56 黔西 紫云
26 92-Ⅱ-304 黔西南 贞丰 65 92-Ⅳ-50 黔南 平塘 104 93-Ⅰ-17 黔东南 雷山 143 92-Ⅴ-490 黔西 紫云
27 92-Ⅰ-7 黔西南 贞丰 66 92-Ⅳ-50-1 黔南 平塘 105 93-Ⅱ-20 黔东南 雷山 144 92-Ⅴ-487 黔西 紫云
28 92-Ⅰ-90 黔西南 贞丰 67 92-Ⅳ-57 黔南 平塘 106 93-Ⅰ-22 黔东南 从江 145 92-Ⅴ-506 黔西 紫云
29 92-Ⅱ-134 黔西南 贞丰 68 92-Ⅳ-56 黔南 平塘 107 93-Ⅱ-28 黔东南 从江 146 92-Ⅵ-183 黔西 紫云
30 92-Ⅱ-162 黔西南 贞丰 69 92-Ⅳ-49 黔南 平塘 108 93-Ⅱ-3 黔东南 从江 147 92-Ⅴ-603 黔西 紫云
31 92-Ⅴ-365 黔西南 望谟 70 92-Ⅳ-3 黔南 平塘 109 93-Ⅰ-21 黔东南 从江 148 92-Ⅴ-556 黔西 紫云
32 92-Ⅵ-89 黔西南 望谟 71 92-Ⅳ-36 黔南 独山 110 93-Ⅱ-12 黔东南 剑河 149 92-Ⅴ-555 黔西 紫云
33 92-Ⅵ-148 黔西南 望谟 72 92-Ⅳ-16 黔南 独山 111 93-Ⅱ-13 黔东南 剑河 150 92-Ⅳ-116 黔西 紫云
34 92-Ⅴ-463 黔西南 望谟 73 92-Ⅳ-14 黔南 独山 112 93-Ⅱ-15 黔东南 剑河 151 92-Ⅴ-57 黔西 紫云
35 92-Ⅴ-114 黔西南 望谟 74 92-Ⅴ-4 黔南 独山 113 93-Ⅱ-15-1 黔东南 剑河 152 92-Ⅳ-121 黔西 紫云
36 92-Ⅵ-143 黔西南 望谟 75 92-Ⅴ-3 黔南 独山 114 93-Ⅱ-16 黔东南 剑河 153 92-Ⅵ-171 黔西 紫云
37 92-Ⅴ-124 黔西南 望谟 76 92-Ⅳ-10 黔南 独山 115 93-Ⅱ-10 黔东南 剑河 154 92-Ⅴ-515 黔西 紫云
38 92-Ⅴ-412 黔西南 望谟 77 92-Ⅳ-13 黔南 独山 116 93-Ⅰ-10 黔东南 剑河 155 97-16 黔西 紫云
39 92-Ⅴ-400 黔西南 望谟 78 92-Ⅳ-17 黔南 独山 117 93-Ⅱ-1 黔东南 剑河 156 97-17 黔西 紫云
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
序号
Number
名称
Name
地点
Region
县区
County
157 97-19 黔西 紫云 173 97-45 黔西 平坝 189 97-69 黔中 开阳 205 RH16.1 黔北 仁怀
158 97-23 黔西 关岭 174 97-47 黔西 平坝 190 97-72 黔中 开阳 206 RH17.1 黔北 仁怀
159 97-24 黔西 关岭 175 97-49 黔西 平坝 191 97-76 黔中 开阳 207 RH19.2 黔北 仁怀
160 97-26 黔西 关岭 176 97-53 黔中 修文 192 97-77 黔中 开阳 208 RH22.1 黔北 仁怀
161 97-29 黔西 镇宁 177 97-55 黔中 修文 193 97-78 黔中 开阳 209 RH22.2 黔北 仁怀
162 97-5 黔西 镇宁 178 97-56 黔中 修文 194 97-79 黔中 开阳 210 RH23.2 黔北 仁怀
163 97-28 黔西 镇宁 179 97-57 黔中 修文 195 97-80 黔中 开阳 211 RH24.1 黔北 仁怀
164 97-31 黔西 镇宁 180 97-58 黔中 修文 196 RH5.2 黔北 仁怀 212 RH25.1 黔北 仁怀
165 97-32 黔西 镇宁 181 97-60 黔中 开阳 197 RH7.2 黔北 仁怀 213 RH26.1 黔北 仁怀
166 97-35 黔西 普定 182 97-61 黔中 开阳 198 RH9.4 黔北 仁怀 214 RH28.1 黔北 仁怀
167 97-37 黔西 普定 183 97-62 黔中 开阳 199 RH10.2 黔北 仁怀 215 RH28.2 黔北 仁怀
168 97-38 黔西 普定 184 97-63 黔中 开阳 200 RH12 黔北 仁怀 216 RH29.1 黔北 仁怀
169 97-39 黔西 平坝 185 97-64 黔中 开阳 201 RH12.2 黔北 仁怀 217 RH32.2 黔北 仁怀
170 97-40 黔西 平坝 186 97-66 黔中 开阳 202 RH13.1 黔北 仁怀 218 RH34.1 黔北 仁怀
171 97-41 黔西 平坝 187 97-67 黔中 开阳 203 RH14.1 黔北 仁怀 219 RH黔红糯 黔北 仁怀
172 97-43 黔西 平坝 188 97-68 黔中 开阳 204 RH15.1 黔北 仁怀 220 RH黑壳糯 黔北 仁怀

Table 2

Description standard on six agronomic characteristics of sorghum germplasm resources"

性状Characteristic 描述标准Description standard
穗型Panicle type 1:侧散;2.周散;3.中紧
穗柄状态Panicle stem status 1.弯;2.直
穗形Panicle shape 1.伞;2.帚;3.棒
籽粒包被度
Grain peridium degree
1.全包被;2.包被1/2;3.包被2/3;4.包
被3/4;5.包被4/5;6.全裸
壳色Shell color 1.白;2.黄;3.灰;4.红;5.褐;6.紫;7.黑
粒色Grain color
1.白;2.浅黄;3.黄;4.黄褐;5.褐黄;
6.红褐;7.褐红;8.褐

Table 3

Variations and diversity indexes of numerical characteristics in sorghum germplasms"

数值型性状
Numerical characteristic
极大值
Maximum
极小值
Minimum
平均值
Mean
标准差
Standard deviation
变异系数
Coefficient of variation (%)
多样性指数
H'
生育期Growth period (d) 152.0 95.0 124.5 10.4 8.36 2.01
有效分蘖数Valid tillers 4.5 0.4 1.9 0.6 34.27 2.07
节间数Internode number 15.7 7.1 11.3 1.6 13.98 2.06
株高Plant height (cm) 459.0 142.0 351.9 51.8 14.73 1.87
茎粗Stem diameter (mm) 20.5 10.5 14.2 1.6 10.97 2.01
穗长Panicle length (cm) 57.7 19.2 37.5 4.1 11.03 2.02
主穗柄长Panicle stem length (cm) 111.7 41.4 62.9 10.0 15.97 1.90
穗粒重Grain weight per panicle (g) 88.0 10.5 39.3 14.7 37.46 2.01
千粒重1000-grain weight (g) 26.0 11.5 19.3 2.9 15.21 2.05

Table 4

Diversity indexes and frequency distributions of descriptive characteristics in sorghum germplasms"

描述型性状
Descriptive characteristic
频率Frequency (%) 多样性指数
H'
1 2 3 4 5 6 7 8
穗型Panicle type 侧散 周散 中紧 - - - - - 0.185
0.959 0.036 0.005 - - - - -
穗柄状态 - - - - - - 0.171
Panicle stem status 0.959 0.041 - - - - - -
穗形Panicle shape - - - - - 0.200
0.955 0.041 0.005 - - - - -
籽粒包被度 全包 1/2包被 2/3包被 3/4包被 4/5包被 全裸 - - 0.690
Grain peridium degree 0.027 0.468 0.105 0.182 0.200 0.018 - -
壳色Shell color - 0.796
0.082 0.109 0.000 0.491 0.077 0.055 0.186 -
粒色Grain color 浅黄 黄褐 褐黄 红褐 褐红 0.525
0.018 0.023 0.336 0.145 0.227 0.014 0.005 0.232

Table 5

Changes of agronomic characters of sorghum germplasm in different areas of Guizhou province"

农艺性状
Agronomic characters
黔中 黔西南 黔南 黔东南 黔北 黔西
CV (%) H' CV (%) H' CV (%) H' CV (%) H' CV (%) H' CV (%) H'
生育期Growth period 3.16 1.57 11.08 1.50 6.70 1.99 8.14 1.78 5.99 1.74 7.83 1.91
有效分蘖数Valid tillers 39.31 1.67 35.44 2.05 31.94 1.90 34.68 2.00 30.01 1.85 32.71 1.89
节间数Internode number 7.64 1.73 14.58 1.95 13.78 2.06 15.60 1.99 6.68 1.69 13.77 1.94
株高Plant height 7.98 1.59 11.67 1.92 12.69 1.88 21.79 1.89 7.45 1.58 13.72 1.74
茎粗Stem diameter 8.18 1.92 12.14 1.98 9.67 1.88 13.02 1.86 6.47 1.83 10.33 1.96
穗长Panicle length 7.00 1.89 6.58 2.00 12.56 1.96 13.60 1.94 8.25 1.95 10.32 1.76
主穗柄长Panicle stem length 4.05 1.73 13.54 1.99 16.82 1.60 20.75 1.84 8.34 2.09 12.44 1.82
穗粒重Grain weight per panicle 34.26 1.83 24.68 1.98 32.44 2.03 34.73 1.99 18.24 1.92 34.20 1.76
千粒重1000-grain weight 14.25 1.82 14.58 1.97 16.88 1.97 15.72 1.99 9.36 1.87 15.14 1.93
穗型Panicle type 0.00 0.00 15.43 0.12 0.00 0.00 37.20 0.47 19.23 0.17 16.22 0.13
穗柄状态Panicle stem status 21.30 0.20 0.00 0.00 24.25 0.26 35.02 0.36 0.00 0.00 16.22 0.13
穗形Panicle shape 0.00 0.00 15.43 0.12 0.00 0.00 30.77 0.40 19.23 0.17 16.22 0.13
籽粒包被度Grain peridium degree 36.03 1.24 38.52 1.36 41.13 1.35 47.21 1.62 0.00 0.00 37.06 1.30
壳色Shell color 50.38 1.07 39.09 1.52 40.40 1.53 44.14 1.23 34.02 0.50 35.00 1.32
粒色Grain color 31.35 1.19 37.97 1.28 40.88 1.43 56.08 1.43 35.65 1.63 40.15 1.45

Table 6

Correlation analysis of numerical characteristics in sorghum germplasms"

性状
Characteristic
生育期
Growth
period
有效分蘖数
Valid tillers
节间数
Internode
number
株高
Plant
height
茎粗
Stem
diameter
穗长
Panicle
length
主穗柄长
Panicle
stem length
穗粒重
Grain weight
per panicle
千粒重
1000-grain
weight
生育期Growth period -1.000
有效分蘖数Valid tillers -0.011 1.000
节间数Internode number -0.493** 0.035 -1.000
株高Plant height -0.199** 0.091 -0.409** 1.000
茎粗Stem diameter -0.305** 0.012 -0.579** 0.228** -1.000
穗长Panicle length -0.000 0.070 -0.098 0.124 -0.004 -1.000
主穗柄长Panicle stem length -0.039 0.036 -0.346** 0.187** -0.211** -0.386** 1.000
穗粒重Grain weight per panicle -0.131 0.053 -0.007 0.127 -0.187** -0.079 0.002 1.000
千粒重1000-grain weight -0.084 0.033 -0.192** 0.122 -0.067 -0.048 0.140* 0.342** 1.000

Fig.1

The clustering figure of 220 sorghum germplasms based on phenotypic characters"

Table 7

The mean values of nine numerical characteristics in three groups"

性状
Characteristic
类群Group
生育期Growth period (d) 124.4 127.9 148.0
有效分蘖数Valid tillers 1.9 1.8 1.5
节间数Internode number 11.3 11.6 15.7
株高Plant height (cm) 353.4 313.1 346.0
茎粗Stem diameter (mm) 14.2 16.5 18.3
穗长Panicle length (cm) 37.5 36.0 28.8
主穗柄长Panicle stem length (cm) 62.6 61.7 64.5
穗粒重Grain weight per panicle (g) 39.2 46.4 68.0
千粒重1000-grain weight (g) 19.3 18.3 21.0
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