研究种质资源的遗传多样性是进行遗传改良的重要基础[11]，加强种质资源的筛选、利用与评价对促进糜子品种改良和产业化发展具有十分重要的意义。内蒙古是糜子主要栽培区之一，因其独特的地理环境优势形成了遗传多样性丰富的糜子种质资源。本研究以连续2年在东北平原生态区种植的127份不同类型糜子种质资源为材料，进行了表型性状鉴定分析，进一步丰富完善了现有研究结论，旨在明确种质资源间的差异性和相关性，为糜子种质资源保护和创新利用提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
127份供试材料为国家糜子联合区域试验参试品种（系），均由国家谷子高粱产业技术体系提供，包括地方品种（系）110份、野生种6份、育成品种4份、国外引进品种7份。详见表1。
表1 糜子种质资源名称及类型
Table 1
| 序号Number | 种质Germplasm | 类型Type | 序号Number | 种质Germplasm | 类型Type | 序号Number | 种质Germplasm | 类型Type |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 黍子 | 地方品种 | 44 | 金黍 | 地方品种 | 87 | 太原1036 | 地方品种 |
| 2 | 黄黍子 | 地方品种 | 45 | 糯黍 | 地方品种 | 88 | 嫩黍23 | 地方品种 |
| 3 | A85-29 | 地方品种 | 46 | 小红黍 | 地方品种 | 89 | 单尾巴糯 | 地方品种 |
| 4 | 皋兰鸭蛋青 | 地方品种 | 47 | 小黍子 | 地方品种 | 90 | 白壳糜 | 地方品种 |
| 5 | 靖远中堡青糜 | 地方品种 | 48 | 五咀子 | 地方品种 | 91 | 黎糜子 | 地方品种 |
| 6 | 泾川小白糜 | 地方品种 | 49 | 骨都白 | 地方品种 | 92 | 黄糜子 | 地方品种 |
| 7 | 灵合红粘糜 | 地方品种 | 50 | 黑糜子 | 地方品种 | 93 | 黑糜子 | 地方品种 |
| 8 | 平凉大红糜 | 地方品种 | 51 | 黑黍子 | 地方品种 | 94 | 红壳粘糜子 | 地方品种 |
| 9 | 华亭糯糜子 | 地方品种 | 52 | 粘黍子 | 地方品种 | 95 | 黑糜子 | 地方品种 |
| 10 | 静宁红然糜 | 地方品种 | 53 | 高粱黍 | 地方品种 | 96 | 黑糜子（黍） | 地方品种 |
| 11 | 清水粘糜子 | 地方品种 | 54 | 小红黍 | 地方品种 | 97 | 西北天糜子（黍） | 地方品种 |
| 12 | 甘谷黑蝉背 | 地方品种 | 55 | 黍子 | 地方品种 | 98 | 扶余白糜子 | 地方品种 |
| 13 | 永静黑糜子 | 地方品种 | 56 | 蚂蚱眼 | 地方品种 | 99 | 翰章黄糜子 | 地方品种 |
| 14 | 高台乌糜子 | 地方品种 | 57 | 大黄黍 | 地方品种 | 100 | 千沟黄糜子 | 地方品种 |
| 15 | 张掖老黄糜子 | 地方品种 | 58 | 大紫秆 | 地方品种 | 101 | 眼皮薄 | 地方品种 |
| 16 | 民乐红糜子 | 地方品种 | 59 | 河间白黍子 | 地方品种 | 102 | 吉林黍 | 地方品种 |
| 17 | 景泰疙瘩红 | 地方品种 | 60 | 小红黍 | 地方品种 | 103 | 黄稷子 | 地方品种 |
| 18 | 永登小黑糜 | 地方品种 | 61 | 黍子 | 地方品种 | 104 | 狸黍子 | 地方品种 |
| 19 | 皋兰半脸红 | 地方品种 | 62 | 青龙黄黍子 | 地方品种 | 105 | 散尾儿 | 地方品种 |
| 20 | 靖远紫秆红 | 地方品种 | 63 | 紫秸白 | 地方品种 | 106 | 平头儿 | 地方品种 |
| 21 | 会宁保安红 | 地方品种 | 64 | 黍米（糜） | 地方品种 | 107 | 黄稷 | 地方品种 |
| 22 | 60天紫秆红小糜 | 地方品种 | 65 | 白黍子 | 地方品种 | 108 | 棱子黍 | 地方品种 |
| 23 | 华池黄草红糜子 | 地方品种 | 66 | 白黍子 | 地方品种 | 109 | 农石3号黑糜 | 地方品种 |
| 24 | 宁县竹叶青黄硬糜 | 地方品种 | 67 | 大粒糜子 | 地方品种 | 110 | 白稷子 | 地方品种 |
| 25 | 宁县大黄粘糜子 | 地方品种 | 68 | 鹅头糜子 | 地方品种 | 111 | 赤糜2号 | 野生种 |
| 26 | 崇信鸡蛋皮 | 地方品种 | 69 | 黄糜子 | 地方品种 | 112 | 赤黍9号 | 野生种 |
| 27 | 东乡朵麻糜 | 地方品种 | 70 | 笊篱头 | 地方品种 | 113 | 赤黍2号 | 野生种 |
| 28 | 广河黄糜 | 地方品种 | 71 | 白糜子 | 地方品种 | 114 | 蒙粳糜7号 | 野生种 |
| 29 | 正宁红粘糜（黍） | 地方品种 | 72 | 黑鹅头 | 地方品种 | 115 | 内糜5号 | 野生种 |
| 30 | 庆阳饿死牛 | 地方品种 | 73 | 红鹌鹑尾 | 地方品种 | 116 | 内糜7号 | 野生种 |
| 31 | 张川麻糜子 | 地方品种 | 74 | 鹌鹑尾 | 地方品种 | 117 | 3163 | 育成品种 |
| 32 | 古浪半个红 | 地方品种 | 75 | 麦糜子 | 地方品种 | 118 | 3179 | 育成品种 |
| 33 | 鼓鼓头糜 | 地方品种 | 76 | 小麦糜子 | 地方品种 | 119 | 6766 | 育成品种 |
| 34 | A75-45 | 地方品种 | 77 | 大红袍 | 地方品种 | 120 | PI 207501 | 育成品种 |
| 35 | E75-30 | 地方品种 | 78 | 黑糜子 | 地方品种 | 121 | PAN 99 | 国外品种 |
| 36 | A85-70 | 地方品种 | 79 | 粘糜子 | 地方品种 | 122 | PI 531402 | 国外品种 |
| 37 | A85-75 | 地方品种 | 80 | 葡萄青 | 地方品种 | 123 | PI 531406 | 国外品种 |
| 38 | 黄壳大粒黍 | 地方品种 | 81 | 熟谷 | 地方品种 | 124 | PAN 60 | 国外品种 |
| 39 | 金守黍 | 地方品种 | 82 | 034-2 | 地方品种 | 125 | Romarrria 10133 40 | 国外品种 |
| 40 | 金色黍 | 地方品种 | 83 | 2048 | 地方品种 | 126 | PAN 19 | 国外品种 |
| 41 | S02036 | 地方品种 | 84 | 2096 | 地方品种 | 127 | PAN 21 | 国外品种 |
| 42 | 金黍 | 地方品种 | 85 | 2275 | 地方品种 | |||
| 43 | 金黍 | 地方品种 | 86 | 2228 | 地方品种 |
1.2 试验地概况
试验于2022-2023年连续2年在赤峰市农牧科学研究所试验基地进行，该地属干旱、半干旱大陆性季风气候，海拔700 m，年均降水量375 mm，雨热同季，年日照时数2700~3100 h，年蒸发量1600~ 2500 mm，无霜期120~145 d。试验地土壤为黄栗钙土，肥力均匀，试验地0~20 cm土层土壤含全氮0.65 g/kg、碱解氮50.6 mg/kg、有效磷10.8 mg/kg、速效钾107.0 mg/kg、有机质12.8 g/kg，pH 8.11。
1.3 试验设计
试验采用随机区组设计，设3次重复，小区面积6.75 m²。各试验材料顺序种植，2行区，行长2.5 m，行距0.6 m，3叶期间苗，5叶期定苗，田间管理同当地大田一致。按照《国家糜子品种区域试验调查记载项目及标准》进行表型性状调查，记录田间生育期，成熟后取样10株进行室内考种。
1.4 数据处理
2 结果与分析
2.1 糜子种质资源表型性状表现
由表2可见，127份糜子种质资源中穗长最长为86.50 cm，最短为17.60 cm；株高最高为197.00 cm，最低为62.67 cm；穗重最大为134.90 g，最小为24.10 g；株粒重最大为147.22 g，最小为26.17 g；株草重最重为157.20 g，最小为37.46 g；千粒重最大为8.91 g，最小为3.77 g；生育期最长为118.00 d，最短为70.00 d。各表型性状中变异系数最大的是株粒重，为31.79%，最小的是生育期，为10.27%，平均变异系数23.14%，说明株粒重和株草重变异程度较大，穗长、株高、穗重、千粒重和生育期的变异程度较小。
表2 糜子种质资源农艺性状表型值
Table 2
| 统计参数 Statistic parameter | 穗长 Panicle length (cm) | 株高 Plant height (cm) | 穗重 Panicle weight (g) | 株粒重 Grain weight per plant (g) | 株草重 Grass weight per plant (g) | 千粒重 1000-grain weight (g) | 生育期 Growth stage (d) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最大值Maximum | 86.50 | 197.00 | 134.90 | 147.22 | 157.20 | 8.91 | 118.00 |
| 最小值Minimum | 17.60 | 62.67 | 24.10 | 26.17 | 37.46 | 3.77 | 70.00 |
| 平均值Mean value | 40.95 | 138.77 | 57.37 | 54.75 | 78.63 | 6.43 | 90.74 |
| 标准差Standard deviation | 10.40 | 27.07 | 14.71 | 17.41 | 24.68 | 1.15 | 9.32 |
| 变异系数CV (%) | 25.39 | 19.51 | 25.64 | 31.79 | 31.39 | 17.96 | 10.27 |
2.2 糜子种质资源表型性状遗传多样性分析
对糜子5个质量性状的遗传多样性分析（表3）表明，粒色H′最大，为2.55，其次为穗型、叶相、粒型及花序密度，H′分别为1.70、1.57、1.31和1.09，平均H′为1.64。叶相以上举为主，穗型以侧穗为主，花序密度以稍密为主，粒色以黄色为主，粒型以卵形为主。
表3 糜子种质资源质量性状遗传多样性分析
Table 3
| 性状 Trait | 频率分布Frequency distribution | H′ | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| 叶相Leaf phase | 0.39 | 0.32 | 0.28 | － | － | － | － | － | － | － | 1.57 |
| 穗型Panicle type | 0.61 | 0.06 | 0.20 | 0.01 | 0.06 | 0.06 | － | － | － | － | 1.70 |
| 花序密度Inflorescence density | 0.06 | 0.69 | 0.01 | 0.17 | － | － | － | － | － | － | 1.09 |
| 粒色Grain color | 0.19 | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.01 | 0.12 | 0.03 | 0.12 | 0.35 | 0.06 | 2.55 |
| 粒型Grain shape | 0.62 | 0.13 | 0.25 | － | － | － | － | － | － | － | 1.31 |
叶相：1=上举，2=中间，3=下垂；穗型：1=侧穗，2=侧密，3=侧散，4=密散，5=密穗，6=散穗；花序密度：1=密，2=稍密，3=疏，4=中；粒色：1=白色，2=白褐复色，3=白红复色，4=白黄复色，5=白灰复色，6=褐色，7=黑色，8=红色，9=黄色，10=灰色；粒型：1=卵形，2=球形，3=长圆形。
Leaf phase: 1=Upthrow, 2=Medium, 3=Sag; Panicle type: 1=Lateral spike, 2=Side dense, 3=Side scatter, 4=Dense dispersion, 5=Compact, 6=Loose; Inflorescence density: 1=Dense, 2=Slightly dense, 3=Sparse, 4=Middle; Grain color: 1=White, 2=White brown complex color, 3=White red complex color, 4=White yellow complex color, 5=White gray complex color, 6=Brown, 7=Black, 8=Red, 9=Yellow, 10=Gray; Grain shape: 1=Oval, 2= Globular, 3=Oblong.
6个数量性状遗传多样性分析（表4）表明，千粒重的H′最大，为6.97，其次为株高、穗重、穗长、株粒重、株草重，分别为6.96、6.94、6.94、6.93、6.92，平均H′为6.94。
表4 糜子种质资源数量性状遗传多样性分析
Table 4
| 项目 Item | 穗长 Panicle length | 株高 Plant height | 穗重 Panicle weight | 株粒重 Grain weight per plant | 株草重 Grass weight per plant | 千粒重 1000-grain weight |
|---|---|---|---|---|---|---|
| H′ | 6.94 | 6.96 | 6.94 | 6.93 | 6.92 | 6.97 |
综合分析127份种质资源各表型性状的遗传多样性可知，各种质资源间遗传变异比较丰富，能够为糜子新品种选育提供丰富的亲本材料，为筛选出优异资源创造有利条件。
2.3 糜子种质资源表型性状相关性分析
对127份糜子种质资源表型性状进行相关性分析（表5）发现，穗长与株高、穗重、株草重、千粒重间呈极显著正相关，与株粒重呈显著正相关，与生育期呈正相关。其中穗长与千粒重相关系数最大，为0.51，说明在糜子实际育种过程中，可通过改变穗长提高产量。株高与穗重呈正相关，与株粒重、千粒重呈显著正相关，与株草重和生育期呈极显著正相关；穗重与株粒重、株草重、千粒重呈极显著正相关，与生育期呈负相关；株粒重与株草重、千粒重呈极显著正相关，与生育期呈正相关；株草重与千粒重呈显著正相关，与生育期呈极显著正相关；千粒重与生育期呈负相关。说明通过改良穗长、株高、穗重、株粒重、株草重等性状有利于提高糜子产量。
表5 糜子种质资源表型性状相关性分析
Table 5
| 性状 Trait | 穗长 Panicle length | 株高 Plant height | 穗重 Panicle weight | 株粒重 Grain weight per plant | 株草重 Grass weight per plant | 千粒重 1000-grain weight | 生育期 Growth stage |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 穗长Panicle length | 1.00 | ||||||
| 株高Plant height | 0.37** | 1.00 | |||||
| 穗重Panicle weight | 0.23** | 0.04 | 1.00 | ||||
| 株粒重Grain weight per plant | 0.20* | 0.20* | 0.62** | 1.00 | |||
| 株草重Grass weight per plant | 0.23** | 0.54** | 0.36** | 0.49** | 1.00 | ||
| 千粒重1000-grain weight | 0.51** | 0.20* | 0.31** | 0.23** | 0.23* | 1.00 | |
| 生育期Growth stage | 0.06 | 0.74** | -0.09 | 0.10 | 0.40** | -0.10 | 1.00 |
“*”表示在P < 0.05水平上显著相关，“**”表示在P < 0.01水平上极显著相关。
“*”indicates significant correlation at P < 0.05 level,“**”indicates extremely significant correlation at P < 0.01 level.
2.4 糜子种质资源表型性状聚类分析
对127份糜子种质资源进行聚类分析（图1）。在欧氏距离为25时将127份供试材料划分为3个类群。类群Ⅰ包含52份种质资源，占比40.94%，地方品种大多归于此类。此类群各品种（系）涉及植株性状均最高，千粒重和生育期居中。特早熟、早熟、中熟及晚熟品种（系）均有分布，其中特早熟品种（系）占比40.38%、早熟品种（系）占比42.31%、中熟品种（系）占比7.69%、晚熟品种（系）占比9.62%。类群Ⅱ包含25份种质资源，占比19.69%，野生种大多归于此类。此类群各品种（系）千粒重和生育期最高，其他性状均最低。特早熟、早熟、及晚熟品种（系）均有分布，其中特早熟品种（系）占比40.00%、早熟品种（系）占比56.00%、晚熟品种（系）占比4.00%。类群Ⅲ包含50份种质资源，占比39.37%，育成品种和国外引进品种均归于此类。此类群各品种（系）涉及植株性状均适中，千粒重和生育期最低。特早熟、早熟品种（系）归于此类，其中特早熟品种（系）占比62.00%、早熟品种（系）占比38.00%。由图1可知，相同类型种质资源基本归为同一类群，说明遗传聚类能够反映出不同品种（系）的遗传差异；同一类型种质资源可分为不同类群，不同类型种质资源也可归为同一类群，表明种质资源的遗传差异与来源间不存在必然联系。
图1
2.5 糜子种质资源表型性状主成分分析
以特征值大于1为标准提取主成分，对127份糜子种质资源的7个表型性状进行主成分分析（表6）。结果表明，前3个主成分累计贡献率达到79.53%。第1主成分贡献率最大，为39.01%，第2、3主成分的贡献率分别为23.99%和16.53%。
表6 糜子种质资源表型性状主成分分析
Table 6
| 性状Trait | PC1 | PC2 | PC3 |
|---|---|---|---|
| 穗长Panicle length | 0.57 | 0.21 | 0.63 |
| 株高Plant height | 0.72 | -0.58 | 0.17 |
| 穗重Panicle weight | 0.56 | 0.58 | -0.37 |
| 株粒重Grain weight per plant | 0.67 | 0.36 | -0.48 |
| 株草重Grass weight per plant | 0.79 | -0.14 | -0.25 |
| 千粒重1000-grain weight | 0.52 | 0.45 | 0.55 |
| 生育期Growth stage | 0.49 | -0.79 | -0.09 |
| 特征值Eigenvalue value | 2.73 | 1.68 | 1.16 |
| 贡献率Contribution rate (%) | 39.01 | 23.99 | 16.53 |
| 累计贡献率Cumulative contribution rate (%) | 39.01 | 63.00 | 79.53 |
PC1特征值为2.73，贡献率为39.01%，载荷较高的性状为株高和株草重，此类性状与生物产量形成有关。说明在高产育种目标下，第1主成分越高越好。
PC2特征值为1.68，贡献率为23.99%，载荷较高的性状为穗重和千粒重，此类性状与粒重形成有关，在育种实践中要适度进行调整。
PC3特征值为1.16，贡献率为16.53%，载荷较高的性状为穗长，此类性状与穗发育有关。由于穗发育对产量有一定影响，因此在育种实践中应予以重视。
3 讨论
3.1 表型多样性分析
表型性状是育种实践的重要依据和基础，能够反映出个体和群体间的差异，因此，对表型性状进行分析是研究糜子种质资源遗传变异最直接、最简单的方法[17-18]。李星聪等[19]对15份糜子材料的农艺和产量性状进行遗传多样性分析和相关性分析发现，单穗重、千粒重和穗粒重的变异较为丰富，穗粒重、单穗重变异较大，产量选择潜力较大。闫锋等[20]对149份糜子种质资源的11个农艺性状进行评价分析发现，供试糜子种质资源间存在较大差异，资源类型丰富，有利于特异种质资源的筛选。董俊丽等[21]对96份糜子主要育成品种和农家种的骨干种质资源进行遗传多样性分析评价，认为糜子遗传变异较为丰富，遗传多样性高。王涛等[22]以40份糜子种质资源为材料进行适应性评价及分析认为，有效分蘖数变异最大，千粒重变异最小，可以通过改变有效分蘖数、主茎节数等因素来提高产量。本研究表明，各性状变异系数区间为10.27%~31.79%，各品种（系）的变异较为丰富，其中株粒重和株草重变异程度较大，而穗长、株高、穗重、千粒重和生育期的变异程度较小，说明株粒重和株草重性状难以稳定，需要持续进行改良，而穗长、株高、穗重、千粒重和生育期等性状较为稳定，研究结论与前人[19⇓⇓-22]试验结论类似。表型多样性研究受环境等因素影响，所以试验结果难以完全相同。
3.2 相关性分析
3.3 主成分分析
主成分分析将多个性状指标简化为少量综合指标，目前已广泛应用于多种种质资源表型性状的研究评价。本研究将不同糜子种质资源的各表型性状指标转化为3个主成分，3个主成分包含的性状信息具有一定相关性且各性状差异性较大。3个主成分的累计贡献率达79.53%，基本能够代表各表型性状的变异。各表型性状中，株高、株草重、穗重、千粒重和穗长是引起表型变异的主要性状，且以上表型性状与产量关系密切，研究结论与胡兴雨等[23]的研究结论类似，说明可将株高、株草重、穗重、千粒重和穗长作为选育高产新糜子品种（系）的性状指标。
3.4 聚类分析
利用聚类分析方法对种质资源进行分类研究，能够清晰解释不同种质资源类群的亲缘关系和不同种质资源的差异，但因表型性状指标受自然环境、地理条件及人为因素等影响较大，且因产量为多种性状指标综合作用的结果，本研究对东北平原生态区127份糜子种质11个表型性状进行统计分析，今后将在多个生态区域对更多性状指标分析的基础上进行深入研究。
4 结论
127份糜子种质资源遗传变异较为丰富，在其中筛选出目标种质资源及优异组配的概率较大。各表型性状间存在不同程度相关性，糜子种质资源产量为多个表型性状共同作用的结果。在欧氏距离为25时，供试材料可划分为3个类群。提取前3个主成分能够反映出种质资源大部分性状信息，在育种实践中为达到高产目标，应对前3个主成分所涉及的表型性状予以关注。
参考文献
Agricultural origins and frontiers in South Asia: A working synthesis
Earliest domestication of common millet (Panicum miliaceum) in East Asia extended to 10 000 years ago
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,
Genetic diversity and phylogeography of broom corn millet (Panicum miliaceum L.) across Eurasia
糜子骨干种质资源遗传多样性和遗传结构分析
DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2015.16.003
[本文引用: 2]
【目的】糜子生育期短、耐干旱、耐瘠薄、水分利用效率高，了解糜子资源的遗传多样性和遗传结构，为今后糜子杂交育种、种质创新、挖掘抗旱基因及资源的高效利用提供理论依据。【方法】采用表型鉴定和SSR分子标记对糜子资源进行遗传多样性检测。利用模糊隶属函数法分析糜子种质的株高、主穗长、叶片长、叶片宽、主茎节数、主茎粗、单株穗重、单株粒重和千粒重9个表型性状的分布情况。利用DPS7.05软件进行表型性状的遗传多样性分析、相关性分析和主成分分析，综合评价糜子种质资源的优劣。利用CTAB法提取糜子嫩叶基因组DNA，并利用SSR分子标记技术对不同地区的96份糜子种质资源的基因组DNA进行PCR扩增，后经8%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，银染后显色。利用PowerMaker 3.25软件计算每对引物的等位基因数（A）、主要等位基因频率（M）、基因多样性指数（He）和多态性信息含量指数（PIC），并进行N-J遗传距离的统计分析；利用Structure 2.3.1分析群体遗传结构。【结果】糜子表型遗传多样性分析表明：9个表型性状分布集中，且绝大部分呈极显著相关；单株粒重和单株穗重遗传变异最丰富，不同省份的资源在表型性状上表现出不同的遗传多样性，山西资源表型遗传多样性最丰富。采用主成分分析法和综合评价法表明，内糜1号的综合性状表现最差，宁糜15号的综合性状表现最好。采用19对SSR引物对96份糜子种质资源进行遗传多样性分析，共检测出112个等位变异；每个位点的等位变异数为3—9个，平均5.9个；平均主要等位基因频率为0.7045；平均基因多样性指数为0.4097；平均多态性信息含量位点百分数为39.2%。不同地理来源糜子种质资源的遗传多样性分析表明，各省份间糜子资源的亲缘关系均较近；山西省资源的基因多样性指数及多态性信息含量百分数最高，分别为0.357和33.01%。基于模型的遗传结构分析和基于遗传距离的聚类分析将试验材料划分为3个类群，两种分类结果有一定相似性，皆与生态环境密切相关。【结论】糜子遗传变异较为丰富，遗传多样性高，尤其是山西糜子资源的遗传多样性最丰富；不同地理来源的糜子种质资源亲缘关系均较近，且其遗传多样性与生态环境密切相关。
