120份谷子种质资源的农艺性状表现和遗传多样性分析

doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.06.008

Abstract

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

Zhao Xiaoqin, Jia Ruiling, Liu Junxiu, Liu Yanming, Wen Yinhua, Shi Lili, Zhang Juanning, Ma Ning. Agronomic Traits and Genetic Diversity Analysis of 120 Foxtail Millet Germplasms[J].Crops, 2022, 38(6): 61-69.

Figures/Tables 10

Table 1

Fig.1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

The correlation between the traits of millet germplasm resources"

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

Table 5

Table 6

Principal component analysis of main agronomic traits of millet germplasm resources"

性状 Trait	主成分Principal component
性状 Trait	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

Table 6

Fig.2

Table 7

Table 8

References 42

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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

性状 Trait	遗传多样性指数 H′	变异系数 CV (%)	频率分布Frequency distribution
性状 Trait	遗传多样性指数 H′	变异系数 CV (%)	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

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

性状 Trait	种质群Germplasm group
性状 Trait	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

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
早熟 Early ripen	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
高产 High yield	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
干草重 HWP	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

Agronomic Traits and Genetic Diversity Analysis of 120 Foxtail Millet Germplasms

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