近年来，为了提高豌豆产量，主要针对播期[9⇓-11]、不同物种间作[12⇓-14]和施肥量[15⇓-17]等栽培措施进行了大量研究，但关于高产优质豌豆资源的筛选方面研究较少。朱旭等[18]对22份豌豆品种（系）的9个农艺性状进行了分析和评价，结果表明，百粒重是影响豌豆产量的最主要、最直接的因子。李艳兰等[19]对云豌18号播期和产量的多重分析表明，播期是影响作物生产的主要因素之一，而播期一定时，单株生产力、有效荚数、有效株数和全生育期是影响产量的主要因素。万述伟等[20]以271份豌豆资源为材料，基于2个质量性状和7个数量性状的遗传变异水平筛选出高秆、大粒、高产材料。本研究对青海省农林科学院作物育种栽培研究所保存的327份豌豆资源进行农艺性状的调查，通过表型性状综合评价豌豆种质资源的遗传多样性，筛选出性状优异的豌豆种质资源，为青海特色豌豆新品种选育和产业发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以327份豌豆种质资源为供试材料，其中53份来自国外，其中亚洲9份、欧洲36份、北美洲4份、非洲3份、大洋洲1份；274份来自国内，其中贵州18份、西藏30份、云南8份、山西1份、中国农业科学院纯化材料217份。
1.2 试验方法
327份豌豆材料于2021年3月种植在青海省农林科学院作物育种栽培研究所试验基地，每份材料种植4行，每行30株，行距30cm，株距10cm，行长5m。田间管理按当地常规方法进行。
1.3 测定指标与方法
待全株70%~80%成熟时收获，每个小区随机选取5个单株，参考《豌豆种质资源描述规范和数据标准》[21]测量株高、每果节荚数、分枝数、荚数、荚长、荚粒数、单株产量及百粒重。
1.4 数据处理
用Microsoft Excel2010软件整理数据，用SPSS 26进行差异显著性、相关性及主成分分析。用Rstudio和R 4.1.3软件中的ggtree[22]做聚类分析。
2 结果与分析
2.1 豌豆种质资源表型性状的遗传多样性分析
327份豌豆种质资源的8个农艺性状的变异系数范围为14.41%~35.01%（表1）。其中，荚数和单株产量变异系数均高于30%，株高、分枝数、荚长和百粒重的变异系数均在20%~30%之间，荚粒数的变异系数为16.80%，每果节荚数的变异系数为14.41%。以上结果表明，327份豌豆种质资源间的性状差异较大，说明具有非常丰富的遗传多样性，有利于在其中筛选优异种质。
表1 豌豆种质资源农艺性状的多样性分析
Table 1
| 项目 Item | 株高 Plant height (cm) | 每果节荚数 Number of pods perfruit node | 分枝数 Number of branches | 荚长 Pod length (cm) | 荚粒数 Number of pod seeds | 荚数 Number of pods | 单株产量 Yield per plant (g) | 百粒重 100-kernel weight (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最小值Minimum | 27.60 | 1.00 | 1.00 | 3.74 | 2.80 | 7.60 | 4.10 | 1.36 |
| 最大值Maximum | 153.80 | 4.00 | 3.00 | 16.42 | 8.20 | 65.00 | 30.04 | 35.22 |
| 平均值Mean | 89.35 | 2.21 | 1.78 | 6.07 | 5.49 | 26.53 | 14.17 | 17.48 |
| 标准偏差SD | 22.95 | 0.32 | 0.42 | 1.42 | 0.92 | 9.29 | 4.85 | 4.83 |
| 变异系数Coefficient of variation(%) | 25.68 | 14.41 | 23.84 | 23.37 | 16.80 | 35.01 | 34.21 | 27.64 |
2.2 豌豆种质资源各农艺性状间的相关性分析
327份豌豆种质资源8个农艺性状相关分析结果（表2）表明，单株产量与株高、分枝数、荚长、百粒重和荚数呈极显著正相关，其中与荚数、百粒重相关性处于较高水平；百粒重与荚长、单株产量呈极显著正相关，与荚数和每果节荚数呈极显著负相关，其中与荚长正相关水平较高，与荚数负相关水平较高；荚数与株高、每果节荚数、分枝数、单株产量呈极显著正相关，与荚长、荚粒数呈极显著负相关。
表2 主要农艺性状的相关性分析
Table 2
| 性状 Trait | 株高 Plant height | 每果节荚数 Number of pods perfruit node | 分枝数 Number of branches | 荚长 Pod length | 荚粒数 Number of pod seeds | 荚数 Number ofpods | 单株产量 Yield per plant | 百粒重 100-kernel weight |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 株高Plant height | 1.000 | |||||||
| 每果节荚数Number of pods per fruit node | 0.050 | 1.000 | ||||||
| 分枝数Number of branches | 0.080 | 0.115* | 1.000 | |||||
| 荚长Pod length | -0.125* | -0.224** | -0.049 | 1.000 | ||||
| 荚粒数Number ofpod seeds | -0.195** | -0.020 | -0.234** | 0.246** | 1.000 | |||
| 荚数Number ofpods | 0.237** | 0.299** | 0.298** | -0.326** | -0.182** | 1.000 | ||
| 单株产量Yield per plant | 0.157** | 0.039 | 0.178** | 0.178** | 0.031 | 0.506** | 1.000 | |
| 百粒重100-kernel weight | -0.063 | -0.339** | -0.021 | 0.484** | -0.147** | -0.353** | 0.362** | 1.000 |
“*”表示在P<0.05相关性显著，“**”表示在P<0.01相关性极显著
“*”representssignificant correlation at P<0.05 level,“**”represents extremely significant correlation at P<0.01 level
2.3 豌豆种质资源农艺性状的主成分分析
不同性状在对应主成分中特征向量的绝对值决定了其在豌豆种质资源农艺性状中的作用。由表3可知，8个农艺性状的主要信息集中在前3个主成分中，累计贡献率达63.290%，其特征值均大于1，可作为豌豆农艺性状评价的综合指标。第1主成分特征值为2.197，贡献率为27.460%，其中荚数、百粒重和荚长特征向量绝对值较高；第2主成分特征值为1.691，贡献率为21.140%，其中单株产量、百粒重和荚长特征向量绝对值较高；第3主成分特征值为1.175，贡献率为14.690%，其中每果节荚数、荚粒数和单株产量特征向量绝对值较高，这3个主成分均反映产量因子。
表3 豌豆主要农艺性状的主成分分析
Table3
| 性状 Trait | 主成分Principal component | ||
|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | |
| 株高Plant height | 0.387 | 0.266 | -0.258 |
| 每果节荚数 Number of pods per fruit node | 0.558 | -0.173 | 0.344 |
| 分枝数Number of branches | 0.408 | 0.389 | -0.156 |
| 荚长Pod length | -0.660 | 0.409 | 0.255 |
| 荚粒数Numberofpod seeds | -0.332 | -0.244 | 0.794 |
| 荚数Number of pods | 0.800 | 0.326 | 0.257 |
| 单株产量Yield per plant | 0.182 | 0.825 | 0.401 |
| 百粒重100-kernelweight | -0.592 | 0.653 | -0.209 |
| 特征值Eigenvalue | 2.197 | 1.691 | 1.175 |
| 贡献率Contribution rate (%) | 27.460 | 21.140 | 14.690 |
| 累计贡献率 Cumulative contribution rate (%) | 27.460 | 48.600 | 63.290 |
2.4 豌豆种质资源农艺性状的聚类分析
图1
图1
豌豆种质资源聚类图数字表示豌豆品种
Fig.1
Clus ter diagram of Pisum sativum L. germplasm resources
The numbers represent the varieties of Pisum sativum L.
表4 豌豆种质资源各类群性状的特征
Table 4
| 类群 Group | 统计参数 Statistical Parameter | 株高 Plant height (cm) | 每果节荚数 Number of pods perfruit node | 分枝数 Number of branches | 荚长 Pod length (cm) | 荚粒数 Number of pod seeds | 荚数 Number ofpods | 单株产量 Yield per plant (g) | 百粒重 100-kernel weight (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 平均值 | 50.52 | 2.16 | 1.73 | 6.53 | 5.70 | 22.58 | 13.42 | 18.57 |
| 变异系数 (%) | 18.58 | 15.76 | 24.97 | 16.68 | 20.47 | 32.45 | 34.55 | 31.83 | |
| B | 平均值 | 83.53 | 2.26 | 1.74 | 5.86 | 5.59 | 25.06 | 13.11 | 16.87 |
| 变异系数 (%) | 9.49 | 30.58 | 26.41 | 21.10 | 16.46 | 37.18 | 34.05 | 28.43 | |
| C | 平均值 | 136.87 | 2.10 | 1.67 | 5.44 | 4.87 | 31.37 | 15.46 | 16.82 |
| 变异系数 (%) | 6.95 | 19.75 | 30.98 | 4.98 | 25.82 | 10.08 | 21.12 | 7.85 | |
| D | 平均值 | 104.47 | 2.22 | 1.82 | 6.06 | 5.39 | 28.57 | 14.99 | 17.47 |
| 变异系数 (%) | 9.92 | 12.55 | 21.73 | 26.39 | 14.71 | 33.06 | 33.66 | 25.57 |
类群A中共有58份材料，其主要特征是株高最低、荚长最长、荚粒数最多、百粒重最大。这一类群的豌豆种质可以作为选育矮秆、大粒的优良亲本。类群B中共有96份材料，其主要特征是每果节荚数最多、单株产量最低。类群C中共有6份材料，其主要特征是株高最高、每果节荚最少、分枝数最少、荚数最多、荚长最短、荚粒数最少、单株产量最高、百粒重最少。这一类群的豌豆种质可以作为选育高秆、高产的优良亲本。类群D中共有167份材料，其主要特征是分枝数最多。在农艺性状方面，类群A内材料表型变异比较丰富，其中株高、单株产量和百粒重的变异系数分别为18.58%、34.55%和31.83%，均为4个类群中的最高值。
2.5 豌豆优异种质的筛选
综合考察各性状和4个类群主要特征，从高秆、高产、大粒3个方面考虑，从327份豌豆资源中筛选出12份优异豌豆种质资源（表5）。
表5 豌豆优异种质筛选
Table 5
| 性状 Trait | 品种序号 Variety code | 株高 Plant height (cm) | 每果节荚数 Number of pods per fruit node | 分枝数 Number of branches | 荚长 Pod length (cm) | 荚粒数 Number of pod seeds | 荚数 Number of pods | 单株产量 Yield per plant (g) | 百粒重 100-kernel weight (g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 高秆Longstalk | 87 | 132.0 | 2.4 | 2.0 | 5.42 | 5.2 | 33.2 | 18.102 | 15.21 |
| 148 | 136.2 | 2.4 | 2.0 | 5.38 | 4.0 | 36.4 | 14.742 | 16.70 | |
| 307 | 141.0 | 1.4 | 1.0 | 5.28 | 3.4 | 28.0 | 10.074 | 16.63 | |
| 220 | 153.8 | 2.2 | 2.0 | 5.28 | 4.4 | 28.4 | 17.334 | 17.01 | |
| 高产High yield | 82 | 127.6 | 2.0 | 2.0 | 6.18 | 5.2 | 41.8 | 27.676 | 20.27 |
| 145 | 110.8 | 2.0 | 2.0 | 5.36 | 5.2 | 53.4 | 28.364 | 17.65 | |
| 46 | 100.0 | 2.2 | 1.8 | 7.22 | 7.0 | 36.2 | 29.532 | 22.32 | |
| 114 | 110.6 | 2.2 | 2.0 | 7.06 | 4.4 | 25.8 | 30.044 | 24.12 | |
| 大粒Large grain | 303 | 104.6 | 1.6 | 2.0 | 7.82 | 6.0 | 14.4 | 18.876 | 30.84 |
| 276 | 42.8 | 2.0 | 1.8 | 6.60 | 2.8 | 31.4 | 17.100 | 32.33 | |
| 250 | 37.8 | 2.0 | 2.0 | 6.18 | 2.8 | 15.6 | 9.496 | 34.97 | |
| 317 | 43.8 | 1.6 | 2.0 | 7.28 | 4.4 | 11.2 | 10.962 | 35.22 | |
| 群体平均值Population average | 89.35 | 2.22 | 1.78 | 6.07 | 5.49 | 26.53 | 14.17 | 17.48 | |
高秆材料4份，分别为87号、148号、307号和220号，株高均大于130cm（群体平均值为89.35cm）。其中，220号属于类群C，株高153.8cm，株高为最高，每果节荚数2.2，分枝数2.0，荚长5.28cm，荚粒数4.4，荚数28.4，单株产量17.334g，百粒重17.01g，为特高秆材料，可以作为选育高秆材料的亲本。
高产材料4份，分别为82号、145号、46号和114号，单株产量均大于25g（群体平均值为14.17g）。其中，114号属于类群D，株高110.6cm，每果节荚数2.2，分枝数2.0，荚长7.06cm，荚粒数4.4，荚数25.8，单株产量30.044g，百粒重24.12g，为特高产材料，可以作为选育高产小粒材料的亲本。
大粒材料4份，分别为303号、276号、250号和317号，百粒重均大于30g（群体平均值为17.48g）。其中，317号属于类群A，株高43.8，每果节荚数1.6，分枝数2.0，荚长7.28cm，荚粒数4.4，荚数11.2，单株产量10.962g，百粒重35.22g，为特大粒材料，可以作为选育矮秆大粒材料的亲本。
3 讨论
豌豆种质资源的选育基础是种质资源多样性的充分利用，农艺性状的鉴定和描述是了解不同种质资源特征简单直观的方式，简单直接地将株高、荚长、荚粒数等表型性状记录后，便可以通过数据对比将不同种质资源充分发掘出来，进而为优质种质资源的筛选和实现育种目标打下坚实的基础[23]。从本研究结果可以看出，327份豌豆种质在不同性状上均表现出了不同程度的多样性，根据吕伟等[24]和董博文等[25]的研究，当农艺性状的变异系数>10%时，可说明种质资源之间的农艺性状存在显著差异，即存在丰富的多样性。本研究中豌豆种质资源8个农艺性状的变异系数范围是14.41%~35.01%，其中变异系数最高的是荚数（35.01%），其次是单株产量（34.21%），最低的是每果节荚数（14.41%），说明327份豌豆资源在调查的农艺性状中均有丰富的遗传多样性。从李玲等[26]的研究可知，单株产量可以直接体现群体产量高低，单株产量的多样性有利于选育出具有高产潜力的优良亲本，在本研究中，单株产量的变异系数仅次于荚数，说明这327份豌豆资源为实现豌豆高产育种目标的高产亲本提供了广阔的资源空间。
主成分分析主要是通过较少的指标反映较多的指标，可以更加方便直观地看出样本信息，进而实现筛选的目的[27]。本研究中通过主成分分析得知，前3个主成分可以反映出8个性状的全部信息，累计贡献率为63.290%，根据这3个主成分的绝对特征向量大小进行归纳总结，第1个主成分中荚数的特征向量绝对值最大，主要反映了荚的特征，与产量有间接关系，且单株产量的特征向量为较小的正值，说明荚数对产量的影响较小。第2个主成分中单株产量的特征向量的绝对值最大，且同时百粒重、荚长的特征向量为较大的正值，主要反映种质的产量。第3个主成分中荚粒数的特征向量的绝对值最大，同时单株产量的特征向量为较大的正值，百粒重的特征向量为较大的负值，间接反映了产量的关系，也说明在高产育种中，过分追求百粒重去提高产量并不可取。这3个主成分所包含的性状之间具有一定的相关性，第1、3主成分间接反映产量，第2主成分直接反映产量。在万述伟等[20]的研究中也得出相似的结论，分枝数和荚数对产量影响较小，百粒重的增大并不一定会导致产量的增加。我们用这两类主成分和3个具有代表性的性状对豌豆种质的产量进行综合评价。
本研究通过聚类分析将327份豌豆种质资源划分为4个类群，每个类群之间存在明显差异，其中类群C为高秆、高产、大粒种质，荚数也属于最高水平，具有很高的丰产潜力，在龙珏臣等[28]对重庆地区区县食用品种的筛选中也选育出此类品种。类群A多为秆长最矮、荚粒数最多、百粒重最大的豌豆资源，可以作为选育矮秆、大粒的优良亲本。类群B为株高偏低（低于平均值），每果节荚数最高，荚粒数较多，但其他农艺性状均偏低，其中单株产量为4个类群里面最低，与实现高产的实验目标相悖，但是可以考虑作为选育食嫩荚类型的优良亲本。类群D材料分枝数最多，其余表型性状均属于中等偏上，也可以作为选育高产豌豆的优良亲本，实现育种目标。
4 结论
通过分析327份豌豆种质资源8个农艺性状的表型变异，从株高、产量和粒型3个方面筛选出编号87、148、307、220、82、145、46、114、303、276、250、317这12份优异豌豆种质资源，可以作为后续遗传改良的亲本材料加以利用。但是产量是一个数量性状，且受到基因和环境两方面的共同影响，因此应该将表型性状与分子标记技术相结合，对豌豆种质资源关于产量方面进行更加深入的研究，同时结合常规育种手段，及时发掘优良品种的育种潜力，为改良农艺性状和实现育种目标提供可靠的依据。
参考文献
豌豆及其野生近缘种种质资源研究进展
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20200629002
[本文引用: 1]
豌豆是最早驯化的作物之一，它不仅是全球广泛种植的重要经济和粮菜饲兼用作物，还在农业可持续发展方面具有显著生态优势。本文从豌豆起源驯化、豌豆属的系统分类、豌豆及其野生近缘种质资源的保存现状和研究利用几个方面，回顾了过去几十年的重要研究进展。尽管已有诸多研究，然而豌豆的起源驯化过程尚不清楚，豌豆属的系统分类也长期存在争议。综合以往不同的分类观点和系统发育研究结果，结合我们现有的研究结果，本文提出了关于豌豆属的一个综合分类建议，以明确人们对豌豆野生近缘种的认识，从而为更好的理解豌豆起源驯化过程和利用豌豆野生近缘种质资源奠定基础。此外，针对豌豆野生近缘种目前的研究现状，本文还对其未来的研究提出了相关建议，以期充分发挥其在豌豆育种改良方面的巨大潜力。
Genomic tools in pea breeding programs: status and perspectives
The role of grain legumes in the prevention of hypercholesterolemia and hypertension
DOI:10.1080/07352689.2014.897895 URL [本文引用: 1]
Genotypic abundance of carotenoids and polyphenolics in the hull of field pea (Pisum sativum L.)
Potential of rhizobia in improving nitrogen fixation and yields of legumes
玉米产量对间作和施氮水平的响应
DOI:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0708
[本文引用: 1]
研究不同施氮水平下箭筈豌豆、玉米产量对单作和间作的响应,对于优化栽培措施、提高作物产量具有重要意义。本试验于2017年在甘肃河西绿洲灌溉区进行,重点研究是不同施氮水平下箭筈豌豆、玉米在单作及间作模式中干物质累积、产量构成、产量表现。结果表明,间作箭筈豌豆干物质累积量与单作相比在不施氮(N0)、减量施氮(N1)和常规施氮(N2)处理下分别提高44.0%、36.7%和37.2%;施氮水平间,间作模式下N1比N2和N0提高9.1%和25.5%,单作模式下提高9.4%和32.1%。间作玉米干物质累积量与单作相比在N0、N1和N2处理下分别提高23.3%、22.5%和23.0%;施氮水平间,间作模式下N1比N2和N0提高9.3%和19.8%,单作模式下提高9.9%和20.7%。间作模式下箭筈豌豆豆荚数和玉米穗数较相应单作分别增加7.6%和14.5%,两者的产量较单作分别提高34.9%和27.0%。由通径分析可知,箭筈豌豆产量决定次序是豆荚数>粒重>单荚粒数,玉米产量决定次序是穗数>粒重>穗粒数。间作结合施氮量240 kg/hm<sup>2</sup>能获得较高干物质积累量和产量,是河西灌溉区玉米间作箭筈豌豆适宜的施氮水平。
271份豌豆种质资源农艺性状遗传多样性分析
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.2017.01.002
[本文引用: 2]
以来自五大洲57个国家的271份豌豆资源为材料，利用主成分分析和聚类分析的方法，评价其2个质量性状和7个数量性状的遗传变异水平。结果表明，参试资源的农艺性状具有丰富的遗传多样性。其中遗传多样性指数最高的是始荚节位（2.0590），其次是主茎节数（2.0421）;性状变异系数最大的是小区产量（64.874%），其次是百粒重（61.870%）。采用SPSS 22.0软件对参试资源7个数量性状的主成分分析结果表明，前3个主成分因子累计贡献率达66.022%，Ward法聚类将参试的271份豌豆资源划分为4大类群，其中第Ⅱ类群属于高秆、大粒、高产种质，具有很高的丰产潜力，为我国杂交育种亲本选择提供了原材料。对取材数大于等于5的来自于四大洲17个国家的参试资源进一步分析发现，不同地理区域资源间遗传变异显著，其中印度的遗传多样性指数最高（1.7533），巴基斯坦的最低（0.9685），波兰的变异系数和遗传多样性都较高。综合分析国外种质资源的农艺性状，有助于我国豌豆育种项目亲本选配。
Using ggtree to visualize data on tree-like structures
豌豆种质资源形态标记遗传多样性分析
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.2011.01.007
[本文引用: 1]
本研究通过对国内外不同地理来源624份豌豆资源20个形态性状的评价，初步了解其遗传多样性特点，为解决种质创新与品种改良遗传基础狭窄问题提供思路。对性状表现平均值、变异系数、遗传多样性指数研究结果表明，国内外不同地理来源豌豆资源群间的遗传变异大；三维主成分分析探测到参试资源由国内、外两大基因库构成；资源群体间遗传距离的UPGMA聚类分析结果也表明，国内、外豌豆资源聚成2大不同类群，印证了三维主成分分析得到的豌豆资源2大基因库构成的结论。本研究证明基于形态性状评价的遗传多样性分析结果同样可靠。
不同来源芝麻种质资源的表型多样性分析
DOI:10.13430/j.cnki.jpgr.20191026001
[本文引用: 1]
以 246 份我国不同来源芝麻种质资源为参试材料，对其 14 个表型性状进行遗传变异分析，结果表明，参试材料的14 个表型性状中，遗传多样性指数以株高和单株蒴果数两个性状最高，均为 2.06，变异系数以蒴果棱数最高，为 60.73%。对参试材料 14 个表型性状进行主成分分析，结果表明，前 5 个主成分因子累计贡献率达 67.527%，分别为产量因子、蒴果因子、株型因子、茸毛因子、蜜腺因子。通过系统聚类，在遗传距离为 8.0 时，将参试芝麻种质资源分为 5 个类群，其中类群Ⅰ各性状中等，具有一定增产潜力，类群Ⅱ综合性状均较好，属于高秆、高产芝麻优异材料，类群Ⅲ为高产、分枝芝麻材料，类群Ⅳ为高秆、多蒴粒芝麻特异材料，类群Ⅴ为矮秆、短节间芝麻特异材料。同时对不同来源芝麻群体进行分析，将 6 个芝麻群体分为 4 大组群，组群 I 为河南、湖北、河北芝麻群体，组群Ⅱ为山西芝麻群体，组群Ⅲ为陕西芝麻群体，组群Ⅳ为重庆芝麻群体，其中山西芝麻群体平均变异系数和遗传多样性指数均最高。本研究为我国芝麻种质资源高效利用、亲本选择、品种改良提供理论基础。
