作物杂志, 2026, 42(1): 60-71 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2026.01.009

遗传育种·种质资源·生物技术

亚麻种质资源遗传多样性分析

高凤云,1, 伊六喜2, 周宇1, 斯钦巴特尔1, 何瑞超1, 贾霄云,1

1内蒙古自治区农牧业科学院,010031,内蒙古呼和浩特

2内蒙古农业大学农学院,010018,内蒙古呼和浩特

Analysis of Genetic Diversity of Flax Germplasm Resources

Gao Fengyun,1, Yi Liuxi2, Zhou Yu1, Siqinbateer 1, He Ruichao1, Jia Xiaoyun,1

1Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry Sciences, Hohhot 010031, Inner Mongolia, China

2Institute of Agronomy, Inner Mongolia Agriculture University, Huhhot 010018, Inner Mongolia, China

通讯作者: 贾霄云,主要从事胡麻遗传育种研究,E-mail:nmgnkyjiaxy@163.com

收稿日期: 2024-08-27   修回日期: 2024-12-2   网络出版日期: 2025-02-17

基金资助: 国家现代农业产业技术体系(CARS-14-1-07)

Received: 2024-08-27   Revised: 2024-12-2   Online: 2025-02-17

作者简介 About authors

高凤云,主要从事胡麻遗传育种研究,E-mail:gaofengyunnm@163.com

摘要

为了解亚麻种质资源遗传背景,选育优质亚麻新品种,利用表型性状和分子标记(SSR)对387份亚麻种质资源的9个农艺性状及6个品质性状进行遗传多样性分析、聚类分析、主成分分析以及群体结构分析。农艺性状遗传多样性指数为0.70~2.08,变异系数在5.55%~129.18%。品质性状遗传多样性指数在1.83~2.08,变异系数在0.07%~1.38%。试验共扩增出320个SSR位点,平均每对引物11.81个;有效等位基因数为1.1991~1.8230,引物PIC为0.2489~0.6257;在遗传相似系数为0.66处可以将387份亚麻种质资源分为5个类群,农艺性状以及品质聚类分析同样各分为5个类群。

关键词: 亚麻; 遗传多样性; 农艺性状; 品质性状; SSR

Abstract

In order to understand the genetic background of flax germplasm resources and breed high-quality flax varieties, genetic diversity analysis, cluster analysis, principal component analysis and population structure were conducted on nine agronomic traits and six quality traits of 387 flax germplasm resources by phenotypic traits and molecular markers (SSR). The genetic diversity index of agronomic traits was between 0.70 and 2.08, and the coefficient of variation was between 5.55% and 129.18%. The genetic diversity index of quality traits ranged from 1.83 to 2.08, and the coefficient of variation ranged between 0.07% and 1.38%. A total of 320 SSR loci were amplified with an average of 11.81 loci per primer pair; the effective allele number was 1.1991-1.8230, PIC of primers varied from 0.2489 to 0.6257; at the genetic similarity coefficient of 0.66, the 387 flax germplasm resources could be divided into five groups, and cluster analysis based on agronomic traits and quality cluster analysis could also be divided the germplasm resources into five groups.

Keywords: Flax; Genetic diversity; Agronomic trait; Quality trait; SSR

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本文引用格式

高凤云, 伊六喜, 周宇, 斯钦巴特尔, 何瑞超, 贾霄云. 亚麻种质资源遗传多样性分析. 作物杂志, 2026, 42(1): 60-71 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2026.01.009

Gao Fengyun, Yi Liuxi, Zhou Yu, Siqinbateer , He Ruichao, Jia Xiaoyun. Analysis of Genetic Diversity of Flax Germplasm Resources. Crops, 2026, 42(1): 60-71 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2026.01.009

亚麻(Linum usitatissimum L.)栽培历史悠久,早在7000年前的新石器时代就有驯化栽培的记载[1],3万年前的旧石器时期人类就开始利用亚麻[2]。亚麻籽富含人体必需的亚麻酸和木酚素,同时还提供人体必需的食用纤维和蛋白质,是广受人们喜爱的功能食品[3]。长期单一的传统育种方式使亚麻遗传基础越来越狭窄,不利于产量和品质的提高[4],因此需要充分研究亚麻种质资源的遗传多样性和群体结构,以此扩大杂交亲本的选择范围和多样性,提高选育水平,选育出产量高、品质好且抗性强的优良品系。

遗传多样性代表作物进化过程中适应环境改变的能力[5],最初鉴定亚麻遗传多样性的方法是采用形态指标[6]和同工酶标记[7]。基于DNA分子标记技术来研究亚麻多样性的方法首先由Oh等[8]提出,标记的方式主要有RAPD、AFLP、ISSR和SSR等[9-15]。SSR是串联重复的短序列,具有多态性丰富、拷贝多、覆盖面广和完全显性遗传等特点,更适合用于植物遗传变异研究[15]。内蒙古农牧业科学院亚麻课题组“十二五”期间收集保存亚麻种质资源材料1078份,其中国外200份,国内878份(内蒙古呼和浩特、鄂尔多斯、锡林郭勒和乌兰察布等盟市共503份,黑龙江40份,甘肃兰州、定西、张掖和平凉共97份,青海58份,山西大同86份,宁夏固原23份,新疆伊犁58份,河北张家口13份)[16]。高凤云等[17]对这1078份亚麻种质资源材料进行了粗脂肪及脂肪酸组成成分的SSR关联分析;伊六喜[18]对其中161份进行了SRAP多样性分析。本研究在前期研究的基础上,从收集保存的资源材料中,根据引种地区、生态类型及表型特征等筛选出符合育种目标的387份材料,利用表型性状和SSR分子标记进行种质资源遗传多样性及群体结构分析,并对其进行主成分分析和聚类分析,根据亚麻种质资源基因型及表型变异范围,构建亚麻核心种质群体,为亚麻育种提供优质亲本材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2019年4月下旬在内蒙古农牧业科学院试验田(40°46′22″ N,111°39′47″ E)种植供试种质资源材料,共计387份(表1),每份材料种植在2 m2小区,5行区种植,行长1 m,行距20 cm,2次重复。

表1   387份亚麻种质资源信息

Table 1  Information of 387 flax germplasm resources

编号
Number
材料
Material
来源
Source
编号
Number
材料
Material
来源
Source
编号
Number
材料
Material
来源
Source
1坝亚15号中国河北56CALAR奥地利111陇亚1号(J)中国甘肃
2宁亚21中国甘肃57张亚1号中国河北112陇亚13号(J)中国甘肃
3轮选2号中国内蒙古58CHAURRAOLA匈牙利113后旗普通中国内蒙古
4晋亚2号中国山西59MOROCCO摩洛哥114华德小胡麻中国内蒙古
5定西17中国甘肃60陇杂1号中国甘肃115喀拉沁中国内蒙古
6天水市老胡麻中国甘肃61清亚1号中国甘肃116乌拉特中后旗3号中国内蒙古
7黄胡麻加拿大62CRISTA FIBER加拿大117集宁1号中国内蒙古
8CH-89中国内蒙古63东乡红2号中国甘肃118伊尖44-53中国新疆
9线胡麻中国甘肃64VIRING法国119克山1号中国内蒙古
10同亚9号中国山西65定亚9号中国甘肃120May-11加拿大
11BGOLDXREDWING44X3美国66沙县中国甘肃121晋亚5号中国山西
12坝亚7号中国河北67内蒙红中国内蒙古122多伦小胡麻中国内蒙古
13同亚8号中国山西68天水渭南中国甘肃1232号罗马尼亚罗马尼亚
14TY58巴基斯坦69礼县中国甘肃124多伦大胡麻中国内蒙古
15西礼白中国甘肃70天亚1号中国甘肃125内亚7号中国内蒙古
16TY21巴基斯坦71MACBETH加拿大126陇亚11号中国甘肃
17坝亚13号中国河北72雁杂10号中国山西12715-566加拿大加拿大
18同亚11号中国山西73定西红中国甘肃128轮选1号中国内蒙古
19灵台五星中国甘肃74黑亚12号中国黑龙江129陇亚6号中国甘肃
20伊亚3中国新疆75临汾白胡麻中国甘肃13015-507LILA波兰
21张亚2中国河北76雁农1号中国山西13115-508SUMPERSKYZDAR波兰
22晋亚8中国山西77PALE美国132天亚9号中国甘肃
23康乐1中国甘肃78OTTAWA美国133坝亚6号中国河北
24定亚15中国甘肃79宁亚17号中国甘肃134定亚18号中国甘肃
25BLVE美国80KENYA C.1.709波兰135庆阳老中国甘肃
26H919中国内蒙古81临泽白中国甘肃13615-519匈牙利
27H920中国内蒙古82天亚5号中国甘肃137新18号中国新疆
28NO 841乌拉圭83JWS摩洛哥13815-510俄罗斯
29H922中国内蒙古84KOREAN阿富汗139宁亚11号中国甘肃
30伊亚4号中国新疆85ARTEN TINE美国140宁亚7号中国甘肃
31内亚六号中国内蒙古86LINAGRDSSES法国141庆阳中国甘肃
32PI177451土耳其87皋兰白中国甘肃142NORTHDAK510美国
33BLANC加拿大88民勤胡麻中国甘肃143NORTHDAK517美国
34PI1181058土耳其89宁亚19号中国甘肃144NORTHDAK507美国
35山丹白中国甘肃90内亚油一号中国内蒙古145NORTHDAK514美国
36礼县底脚中国甘肃91DEHISLINTLCRE PIIAN俄罗斯146NORTHDAK512美国
37坝810中国河北92AC EMERSON加拿大147NORTHDAK518美国
38尧甸白胡麻中国甘肃93崇礼小中国河北148NORTHDAK505美国
39天亚6号中国甘肃94晋亚4号中国山西149NORTHDAK509美国
40坝亚11号中国河北95VIMY加拿大150NORTHDAK108美国
41陇亚8号中国甘肃96陇亚10号中国甘肃151CFRESBR115荷兰
4215F-565加拿大97轮选3号中国内蒙古152CFRESBR106荷兰
43G-89-21德国98晋亚7号中国山西153CFRESBR95荷兰
44宁亚14中国甘肃99坝选3号中国河北154CFRESBR91荷兰
45MIMI B15美国100沙车早熟种红中国新疆155CFRESBR105荷兰
46宁亚6号中国甘肃101平罗红中国甘肃156CFRESBR96荷兰
47尚义洋中国河北102NO 547摩洛哥157CFRESBR107荷兰
48宁亚15号中国甘肃103定亚5号中国甘肃158CFRESBR94荷兰
49宁亚2号中国甘肃104晋亚1号中国山西159CFRESBR111荷兰
50库车中国新疆105晋亚11号中国山西160CFRESBR103荷兰
51东乡白中国甘肃106莎车亚麻中国新疆161CFRESBR99荷兰
52Drane法国107集宁2号中国内蒙古162CFRESBR1088荷兰
53坝亚1号中国河北108华德大粒高杆中国内蒙古163CFRESBR1077荷兰
54静宁选2号中国甘肃109坝68-1-542中国河北164CFRESBR1076荷兰
55天水线中国甘肃110雁北7532-4中国山西165CFRESBR1067荷兰
166CFRESBR1091荷兰222MONTANA16美国278线胡麻中国新疆
167CFRESBR21101荷兰223RUSSIA6俄罗斯279武威红胡麻中国新疆
168CFRESBR1082荷兰224RUSSIA5俄罗斯280BCANC中国新疆
169CFRESBR1089荷兰225INDIA69印度281榆中红胡麻中国新疆
170CFRESBR1095荷兰226INDIA68印度2820216-16-8中国新疆
171Hungary 140匈牙利227EGYPT66埃及2838513中国新疆
172Hungary 138匈牙利228EGYPT65埃及284869中国新疆
173Hungary 145匈牙利229EGYPT64埃及285安西红胡麻中国新疆
174Hungary 137匈牙利230EGYPT62埃及286天水市老胡麻中国新疆
175Hungary 146匈牙利231MINNESOTA8美国287AC Emerson中国新疆
176Hungary 141匈牙利232MINNESOTA9美国2881989-10-2中国新疆
177Hungary 147匈牙利233MINNESOTA61美国289P.I.177451中国新疆
178Hungary 150匈牙利234乌19号中国内蒙古290西礼红胡麻中国新疆
179Hungary 249匈牙利235临河17号中国内蒙古291陇西白胡麻中国新疆
180Hungary 244匈牙利236乌25号中国内蒙古292庆阳胡麻中国新疆
181Hungary 250匈牙利237乌402号中国内蒙古293陇西红胡麻中国新疆
182Hungary 240匈牙利238河北大粒6号中国河北294灵台转哪中国新疆
183Hungary 248匈牙利239乌17号中国内蒙古2959B中国新疆
184Hungary 247匈牙利240乌13号中国内蒙古296灵台五星中国新疆
185Hungary 245匈牙利241乌44号中国内蒙古29788(887-1-10)中国新疆
186Hungary 243匈牙利242乌53号中国内蒙古298庆阳老中国新疆
187Hungary 241匈牙利243乌33号中国内蒙古29978-28-1-34-1-2中国新疆
188IRAN191伊朗244乌41号中国内蒙古300民勤胡麻中国新疆
189IRAN184伊朗245乌19号中国内蒙古301NO.547中国新疆
190IRAN157伊朗246安西红胡麻中国甘肃302LINA GRDSSSES中国新疆
191IRAN185伊朗247灵台转那中国甘肃3032014外引6中国新疆
192IRAN187伊朗248AC Lightning加拿大304861中国新疆
193IRAN159伊朗249ACEMERSON加拿大305礼县低脚中国新疆
194A589阿根廷250AC Carnduff加拿大306R99中国甘肃
195A592阿根廷251AC Linora加拿大307MH619中国甘肃
196A597阿根廷252CI637PI91037 RUSSIA俄罗斯308索尼尔中国河北
197A594阿根廷253ACMACBETH加拿大309MH626中国甘肃
198A591阿根廷254AC HANLEY加拿大3100719-H中国山西
199A595阿根廷255AC MCDUFF加拿大311NM-19-7中国内蒙古
200A600阿根廷256CI2824USSR-1俄罗斯312俄36中国河北
201PAKISTAN161巴基斯坦257CI2786SP2271新西兰3132049中国山西
202PAKISTAN177巴基斯坦25894000美国314R205中国甘肃
203PAKISTAN160巴基斯坦259CDC ARRAS加拿大315乌亚七号中国内蒙古
204PAKISTAN169巴基斯坦260NOR MAN加拿大316NM-19-5中国内蒙古
205PAKISTAN172巴基斯坦261CDC BETHIMC加拿大3172009-3J-5中国甘肃
206PAKISTAN166巴基斯坦262静宁红胡麻中国甘肃3180724-18中国甘肃
207PAKISTAN181巴基斯坦26310446146阿根廷3190914-1中国甘肃
208PAKISTAN170巴基斯坦264晋亚6号中国山西3200918-3中国山西
209PAKISTAN164巴基斯坦265G7中国新疆321坝亚20号中国河北
210PAKISTAN165巴基斯坦266临夏白中国甘肃3220805-7-6-2-3中国甘肃
211FRANCE313法国267R43中国内蒙古3231301-74中国河北
212FRANCE308法国268坝亚12号中国河北324CHLH-99中国甘肃
213FRANCE316法国269FIECD NO.17中国新疆325H2017中国甘肃
214FRANCE314法国270P.I.1181058中国新疆326R161中国甘肃
215FRANCE293法国271伊亚2号中国新疆32708006-375中国新疆
216FRANCE319法国272陇亚5号中国新疆328GFWK-01中国甘肃
217FRANCE317法国273定亚18号中国新疆329GFWK-02中国甘肃
218FRANCE295法国274定西17号中国新疆3302012-55-11-1-1中国甘肃
219FRANCE291法国275定亚21号中国新疆3312012-14-6-4-2中国甘肃
220MONTANA7美国27688(125-1)中国新疆3322014-102-5中国甘肃
221MONTANA19美国277BEHISCINT中国新疆33310287中国甘肃
3342013-10-6-1中国甘肃352OTT7703×ARGCB×ARXC19中国甘肃370♂14加拿大
3352015-44-8中国甘肃353加拿大材料中国甘肃371A1美国
3362014-103-3-1中国甘肃354天水胡麻中国内蒙古372A2美国
33710441中国甘肃355塞盖地(新疆)中国内蒙古373A3美国
338黄金一号中国内蒙古356谢烈浪(苏联)中国内蒙古374U-4中国内蒙古
339双亚19号中国黑龙江357德国二号中国内蒙古375U-5中国内蒙古
340双亚20号中国黑龙江358加拿大红木65中国内蒙古376U-6中国内蒙古
341双油麻2号中国黑龙江359匈牙利6号中国内蒙古377U-7中国内蒙古
342双油麻3号中国黑龙江3607511-5中国内蒙古378俄罗斯1俄罗斯
343太旗白胡麻中国内蒙古361♂1加拿大379俄罗斯2俄罗斯
344美国一号美国362♂2加拿大380Aflax美国
345E.E.P.608AH588中国甘肃363♂3加拿大381Cbrown加拿大
346NO.1051PI289090中国甘肃364♂4加拿大38247中国河北
347CRYDRUS中国甘肃365♂5加拿大38334中国河北
34889-21中国甘肃366♂6加拿大3841110中国河北
349ROSSIANINTRO中国甘肃367♂9加拿大385CFY加拿大
350莎车早熟种红中国甘肃368♂10加拿大386NM-HM-133中国内蒙古
351内亚5号中国内蒙古369♂12加拿大38721ELS中国黑龙江

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1.2 农艺性状及品质数据采集

根据《亚麻种质资源描述规范和数据标准》[19]调查并统计生育期,成熟后每小区随机选取20株考察株高、工艺长度、主茎分枝数、单株果数、每蒴果粒数、千粒重和单株粒重等农艺性状,并记录小区总产量。采用DA7200型近红外分析仪(瑞典波通)测定品质数据。

1.3 亚麻基因组DNA的提取及检测

用CTAB法[17]提取DNA。采用1%的琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度计法检测DNA的纯度和浓度。

1.4 引物设计及PCR扩增

本试验所使用的248对引物序列是根据已有亚麻SSR标记设计所得,最终委托金斯瑞生物科技有限公司合成。PCR扩增产物经6%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离、银染、显色后运用人工读带的方式记录电泳图谱的多态性条带,同一位置出现清晰重复条带记为“1”,未出现条带记为“0”,从而生成由“1”和“0”组成的原始矩阵,据此计算多态性位点数、多态性位点百分率等遗传系数。

1.5 数据处理

采用Excel计算各性状最大值、最小值、平均值和变异系数。利用R语言对试验数据进行方差分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析;利用POPGENE 1.32软件进行基于Nei(1973)遗传距离的非加权组平均法(UPGMA)聚类分析;采用STRUCTURE 2.2软件进行群体结构分析。采用Shannon-Weaver法计算遗传多样性指数:H′=-i=1n(PilnPi),式中,n表示材料总数,Pi表示第i级别内材料份数占总份数的百分比。对数量性状进行分级处理。其中1级<X-2δ,10级≥X+2δ,中间每0.5δ间隔一级,X为平均值,δ为标准差。

2 结果与分析

2.1 亚麻种质资源农艺性状的变异分析

对亚麻种质资源的9个农艺性状进行遗传多样性分析,结果(表2)表明,各农艺性状的遗传多样性指数在0.70~2.08,平均为1.84,其中生育期、株高和单株果数的遗传多样性指数最高,均达到2.08,产量最低,说明387份亚麻种质资源的生育期、株高和单株果数遗传丰富度较高,产量的遗传丰富度较低。产量的变异系数最大,为129.18%,生育期变异系数最小,为5.55%,农艺性状平均变异系数为30.61%。由此说明,亚麻种质资源间的遗传差异明显,变异幅度大,遗传丰富度高。

表2   387份亚麻种质资源农艺性状的差异统计

Table 2  Statistical analysis of agronomic trait differences among 387 flax germplasm resources

农艺性状Agronomic trait最大值Max.最小值Min.平均值Mean方差 σ²变异系数CV (%)遗传多样性指数H′
生育期Growing period (d)110.0070.0096.1028.465.552.08
株高Plant height (cm)94.6538.5560.8962.0612.942.08
工艺长度Process length (cm)59.6913.4730.5638.3220.261.61
分枝数Number of branches15.852.103.460.6323.002.03
单株果数Number of fruits per plant23.109.3116.405.3214.062.08
每蒴果粒数Number of seeds per capsule10.692.836.071.5020.172.03
千粒重1000-seed weight (g)9.602.605.760.9717.101.94
单株粒重Grain weight per plant (g)1.190.160.570.0433.222.06
产量Yield (kg/hm2)2625.13345.301013.351 713 697.27129.180.70
平均Average327.7753.81137.02190 426.0630.611.84

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2.2 亚麻种质资源农艺性状相关性分析

对亚麻种质资源的9个农艺性状进行相关性分析(图1),36对相关性状中有13对极显著,3对显著,20对不显著。其中株高与工艺长度呈极显著正相关,与千粒重呈极显著负相关。株高与每蒴果粒数及单株粒重呈负相关。工艺长度与分枝数、单株果数、每蒴果粒数以及单株粒重呈极显著正相关。分枝数与每蒴果粒数和单株粒重呈极显著正相关,与千粒重呈显著相关。综上所述,工艺长度、分枝数、单株果数、每蒴果粒数以及千粒重是影响产量的主要因素。

图1

图1   387份亚麻种质资源农艺性状的相关性分析

“***”、“**”和“*”分别表示处理间在P < 0.001、P < 0.01和P < 0.05水平上差异显著,下同。

Fig.1   Correlations among agronomic traits across 387 flax germplasm resources

“***”,“**”and“*”indicate significant difference among the treatments at P < 0.001, P < 0.01, and P < 0.05 levels, respectively, the same below.


2.3 亚麻种质资源品质性状变异分析

对亚麻种质资源的品质性状进行遗传多样性分析(表3),结果表明6个品质性状的遗传多样性指数在1.83~2.08,平均为1.98,其中亚油酸的遗传多样性指数最高,亚麻酸最低,说明387份亚麻种质资源的亚油酸的遗传丰富度较高,亚麻酸的遗传丰富度较低。对亚麻种质资源进行变异系数分析发现,硬脂酸的变异系数最大,为1.38%,粗脂肪变异系数最小为0.07%,平均为0.70%。由此说明亚麻种质资源间的遗传差异明显,变异幅度大,遗传丰富度高。

表3   387份亚麻种质资源品质性状的差异统计

Table 3  Statistical analysis of quality trait variation among 387 flax germplasm resources

性状Trait最大值Max.最小值Min.平均值Mean总方差 σ²变异系数CV (%)遗传多样性指数H′
粗脂肪Crude fat42.5933.6538.022.650.072.06
棕榈酸Palmitic acid8.431.934.842.660.551.87
油酸Oleic acid42.345.3326.0335.251.352.07
硬脂酸Stearic acid15.561.497.760.631.381.95
亚油酸Linoleic acid22.6110.9215.563.030.192.08
亚麻酸Linolenic acid10.693.0443.6728.260.651.83
平均Average31.839.3922.6513.760.701.98

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2.4 亚麻种质资源品质性状相关性分析

对亚麻种质资源的5种脂肪酸含量进行相关性分析(图2),15对相关性状中有4对呈极显著正相关,8对呈极显著负相关,1对呈显著正相关,1对呈显著负相关以及1对相关性不显著。其中粗脂肪与棕榈酸和油酸呈极显著正相关,与硬脂酸和亚油酸呈极显著负相关。棕榈酸与油酸呈极显著正相关,与硬脂酸、亚油酸和亚麻酸呈极显著负相关;油酸与硬脂酸、亚麻酸和亚油酸呈极显著负相关;亚油酸和硬脂酸呈极显著正相关;由此可知,以含油率(粗脂肪含量)为育种目标时,可通过间接测量棕榈酸含量来辅助育种,同时棕榈酸与硬脂酸呈极显著负相关,这一指标也有待进一步应用到育种上。

图2

图2   387份亚麻种质资源品质性状的相关性分析

Fig.2   Correlations among quality traits of 387 flax germplasm resources


2.5 亚麻种质资源农艺性状及品质性状主成分分析

主成分分析通过线性变换或者舍弃一小部分数据的方式来展现作物各性状间起主导作用的综合指标。表4结果显示,从15个性状提取出排名前5位的主成分。排名前5位的主成分贡献率分别为31.34%、12.88%、9.05%、8.42%和7.37%,累计贡献率为69.05%(表5)。

表4   387份亚麻种质资源农艺性状与品质性状主成分分析的特征向量

Table 4  Eigenvector of principal component analysis for agronomic and quality traits of 387 flax germplasm resources

性状TraitPC1PC2PC3PC4PC5
生育期Growth period0.02660.15530.5949-0.29820.3745
株高Plant height-0.14850.73030.5132-0.00210.0165
工艺长度Process length0.46980.61850.24250.0263-0.1978
分枝数Number of branches0.20510.14520.29010.1121-0.6776
单株果数Number of fruits per plant0.59740.2317-0.06670.10580.0369
每蒴果粒数Number of seeds per capsule0.63320.2537-0.36640.1930-0.0145
千粒重1000-seed weight0.4162-0.58230.47620.0503-0.1754
单株粒重Grain weight per plant0.84900.0198-0.00540.2188-0.0925
产量Yield-0.02420.06040.13820.17710.5433
粗脂肪Crude fat0.7678-0.19510.00840.23540.0636
棕榈酸Palmitic acid0.86400.1612-0.1979-0.12650.1285
油酸Oleic acid0.6406-0.16660.0799-0.54460.0972
硬脂酸Stearic acid-0.26050.09930.12520.78070.2241
亚油酸Linoleic acid-0.8484-0.17570.07950.0493-0.2141
亚麻酸Linolenic acid-0.47870.6141-0.3801-0.2234-0.0644

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表5   各主成分的特征值及贡献率

Table 5  Eigenvector and contribution rate of principal components

主成分
Principal
component
特征值
Eigenvalue
贡献率
Contribution
rate (%)
累计贡献率
Cumulative contribution
rate (%)
PC14.7031.3431.34
PC21.9312.8844.22
PC31.369.0553.27
PC41.268.4261.68
PC51.117.3769.05

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PC1特征值为4.70,其中棕榈酸的载荷最高,为0.8640,由此推断PC1主要反映棕榈酸载荷;PC2特征值为1.93,其中株高载荷最大,为0.7303,由此推断PC2主要反映株高载荷;PC3的特征值为1.36,生育期的载荷最高,为0.5949,由此推断PC3主要体现生育期载荷;PC4的特征值为1.26,粗脂肪的载荷最高,为0.2354,由此推断PC4主要体现粗脂肪载荷;PC5的特征值为1.11,产量的载荷最高,为0.5433,由此推断PC5主要体现产量载荷。

以PC1作横坐标,PC2为纵坐标对387份种质资源进行散点分布作图(图3),结果表明,56份种质资源材料PC1特征值较大,在产量及相关性状方面表现良好;PC1呈连续性分布,但产量性状表现良好的种质资源材料的PC1值在1和-1之间,可见要提高产量,在育种过程中不能选择株高过高的材料。

图3

图3   亚麻种质资源二维排序图

Fig.3   Two-dimensional sorting diagram of flax germplasm resources


2.6 亚麻种质资源农艺性状的聚类分析

对供试材料的农艺性状进行聚类分析(图4),387份亚麻种质资源被分为5个类群。类群Ⅰ包含375份材料,该群体的平均生育期最长(96.37 d),株高最矮(60.46 cm),综合表现适宜作为矮秆宜机械化育种的亲本材料;类群Ⅱ包含4份材料,该群体的平均生育期最短(80.25 d),且其主茎分枝数、单株果数及单株粒重均表现优良,更适宜在无霜期短的地区用于改良产量构成性状类群;类群Ⅲ包含4份材料,该类群的平均株高(86.00 cm)和工艺长度(51.81 cm)在所有类群中均为最大,但单株粒重(0.39 g)最小,该群体可作为纤维亚麻的骨干亲本材料;类群Ⅳ包含2份材料,该群体的平均单株粒重(0.77 g)最大,其他性状居中,该群体可作为常规材料进行亚麻的遗传改良;类群Ⅴ包含2份材料,该群体的平均每蒴果粒数(7.34个)与千粒重(6.30 g)最重,同时单株果数、千粒重以及单株粒重都是影响产量的重要性状,因此该群体结合类群Ⅳ可作为育种骨干亲本,通过轮回选择法选育高产新品种。

图4

图4   387份亚麻种质资源农艺性状的聚类分析

Fig.4   Cluster analysis of 387 flax germplasm resources based on agronomic traits


2.7 亚麻种质资源品质性状的聚类分析

对亚麻种质资源的品质性状进行聚类分析(图5),387份材料被分为5个类群。类群Ⅰ包含371份材料,该群体的平均油酸含量(26.33%)高于其他类群材料,硬脂酸含量(7.82%)处于中等偏上水平,其他性状表现居中。油酸为单不饱和脂肪酸,因此选择该类群作为育种材料,可改善亚麻油的贮藏时间;类群Ⅱ有2份材料,该群体平均含油率(36.55%)处于中等偏下水平,但棕榈酸(7.28%)和亚油酸(22.38%)高于其他类群。同时油酸(23.43%)、硬脂酸(7.72%)和亚麻酸(45.27%)含量处于中等偏上水平,该类群可作为轮回亲本;类群Ⅲ共有5份材料,该类群的平均硬脂酸含量(11.88%)较其他类群高,亚麻酸含量(48.06%)处于中等偏上水平,粗脂肪酸含量(34.41%)最低,因此该类群的材料适合作为非轮回亲本,或粗脂肪的精细定位试验低混池亲本;类群Ⅳ有4份材料,该类群的粗脂肪含量(41.17%)以及亚麻酸含量(55.85%)均为最高,同时该类群的油酸含量(11.89%)最低,该类群可作为品质改良骨干亲本;类群Ⅴ有5份材料,该群体的粗脂肪(40.81%)、棕榈酸(7.87%)、油酸(24.55%)以及亚油酸(19.10%)含量中等偏上,亚麻酸含量(13.52%)最低,该类群可作为亚麻酸精细定位中低混池目标亲本。

图5

图5   387份亚麻种质资源品质性状的聚类分析

Fig.5   Cluster analysis dendrogram of quality traits for 387 flax germplasm resources


2.8 亚麻种质资源SSR多态性分析

2.8.1 SSR位点多态性分析

随机挑选8份(表6)地域、形态和遗传背景差异较大的亚麻种质资源为试验材料,对248对SSR引物进行初筛,最终筛选出27对条带清晰且多态性好的核心引物用于387份亚麻材料的遗传多样性分析。试验共扩增出320个位点,平均每对引物扩增出11.81个位点,平均扩增多态位点百分率为99.74%;有效等位基因数为1.1991~1.8230,引物PIC为0.2489~0.6257(表7)。由此说明,此次筛选的引物多态性丰富、鉴别差异性强。其中PIC高于0.5的引物有Lua37、Lu833F、Li203和Lu42,引物Lua37有效等位基因数以及PIC值均最高,在今后的遗传多样性分析中可作为核心引物。

表6   不同区域、形态、遗传背景的亚麻种质资源

Table 6  Flax germplasm resources of different regions, morphologies and genetic backgrounds

编号Number品种Variety来源Origin
217FRANCE317法国
35山丹白中国甘肃
148NORTHDAK505美国
223RUSSIA6俄罗斯
12坝亚7号中国河北
128轮选1号中国内蒙古
4晋亚2号中国山西
176Hungary 141匈牙利

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表7   27对SSR引物在387份亚麻材料中的扩增结果

Table 7  Amplification of 27 pairs of SSR primers in 387 flax materials

引物
Primer
扩增位点数
Number of amplified loci
多态性位点数
Number of polymorphic loci
多态性位点百分率
Percentage of polymorphic loci (%)
有效等位基因数
Number of effective alleles
PIC
Lub477100.001.40530.4253
Lubl71111100.001.41620.4085
Lua371111100.001.82300.6257
Lu6988100.001.19910.2489
Lu833F1313100.001.62000.5440
Lual251212100.001.21680.2760
Lul41515100.001.48500.4765
Lul799100.001.32840.3788
Li2031313100.001.54000.5050
Lu2631010100.001.36330.3840
Lu26666100.001.48340.4810
Lu2731212100.001.28120.3548
Lu291818100.001.32640.3638
Lu3161717100.001.38040.3878
Lu3301010100.001.55150.4904
Lu4001313100.001.32160.3423
Lu4299100.001.75260.6117
Lu4621919100.001.46170.4422
Lu46141392.861.50820.4540
Lu511010100.001.39100.3920
L15455100.001.57410.4998
Lu5981515100.001.47790.4105
Lu661111100.001.22760.2896
Lu7471414100.001.40200.4183
Lu7651414100.001.45580.4320
Lu7711010100.001.30830.3340
Lu7851414100.001.39270.3997

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2.8.2 UPGMA聚类分析

387份亚麻种质资源(图6)的相似系数为0.655~0.912,在遗传相似系数为0.66处可以将387份亚麻材料分为5个类群。类群Ⅰ包含84份亚麻种质资源,类群Ⅱ包括43份材料,类群Ⅲ包含68份材料,类群Ⅳ包含107份材料,类群Ⅴ包含85份材料。

图6

图6   387份亚麻材料UPGMA聚类分析

Fig.6   UPGMA cluster analysis of 387 flax resources


2.8.3 群体结构分析

K=4时出现拐点,以此为依据可将387份亚麻种质资源分为4个类群(图7),类群I和类群Ⅲ都是97份种质资源,类群Ⅱ为90份种质资源,类群Ⅳ为103份种质资源。从图8可看出,种质资源材料群体间基因混杂程度不高,说明亚麻遗传背景丰富,群体构建合理,有利于不同育种目标亲本材料的选择。

图7

图7   群体结构K

Fig.7   K value of population structure


图8

图8   群体结构分析

Fig.8   Analysis of population structure


3 讨论

3.1 基于形态学标记的遗传多样性分析

形态学标记是了解作物遗传背景最直接有效的方式,一般通过对花色等质量性状以及株高、主茎分枝数和单株粒数等数量性状指标,就可对植物进行分类。该方法操作简单,但受外界因素(天气、人为)影响较大。在遗传多样性分析时,常因标记性状少或数量性状和质量性状界定不清,造成试验数据不精确[20],因此该方法一般只用于初步的遗传多样性分析。本试验共标记了9个农艺性状,基本涵盖了亚麻育种的目标性状。此次标记的性状与关虎等[21]和李恭泽等[22]标记的基本吻合,但少于前人[23]标记的数目。因此在后续试验中可继续增加花色、叶色以及茎秆等易标记性状,使试验结果更加准确。

3.2 基于SSR分子标记的遗传多样性分析

SSR因其操作简单、经济实惠、等位基因呈现共显性的特点,一直被应用于作物遗传多样性分析中[20]。引物扩增的多态性位点、有效等位基因数以及PIC的高低,可直接反映引物的好坏。本试验对248对引物进行初筛,最终筛选出27对核心引物。其中Lua37、Lu833F、Li203和Lu42的PIC高于0.5,说明引物多态性程度高,这与李恭泽等[22]的研究结果基本吻合。

3.3 亚麻种质资源群体结构分析

基于SSR标记位点的UPGMA聚类分析将387份亚麻种质资源大致分为5个类群,前4个类群中绝大部分为国内种质资源,少量为国外种质资源,类群Ⅴ全部为国外种质资源,各个群体组成相差不大。农艺性状聚类分析也将其分为5个类群,但各群体间在组成上存在较大差异,其中类群Ⅰ包含375份种质资源,类群Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ分别只有4、4、2和2份种质资源,可见环境条件对亚麻农艺性状的影响巨大。群体结构分析表明,尽管存在部分遗传混杂,但材料仍能有效聚成不同群体。这为从各群体中筛选优株提供了依据。

4 结论

利用形态标记和分子标记的方法对387份亚麻种质资源进行多样性和群体结构分析。形态学结果显示农艺性状间的遗传多样性指数在0.70~2.08,平均1.84,变异系数在5.55%~129.18%;品质性状遗传多样性指数在1.83~2.08,变异系数在0.07%~ 1.38%。分子标记结果显示有效等位基因数为1.1991~1.8230,引物PIC为0.2489~0.6257。由此说明387份种质资源间的遗传差异明显,变异幅度大,遗传丰富度高。同时筛选出了4对(Lua37、Lu833F、Li203和Lu42)高多态性引物,可作为核心引物用于之后的遗传多样性研究。基于SSR标记的UPGMA聚类,将387份亚麻种质资源被分为5个类群,前4个类群主要为国内资源,第5个类群为国外资源。

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新疆农业科学, 2019, 56(11):2112-2122.

DOI:10.6048/j.issn.1001-4330.2019.11.018      [本文引用: 1]

【目的】 分析国外引进亚麻种质资源遗传多样性,为栽培亚麻育种亲本选择和种质创新提供依据。【方法】 以144份亚麻种质为材料,利用24个农艺性状对种质资源进行遗传多样性分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。【结果】 144份材料13个质量性状和11个数量性状的遗传多样性指数变幅在0.37~1.20和1.97~2.09,平均为0.83和2.03,表现为较高的遗传多样性。引进亚麻种质资源数量性状变异系数在6.22%~40.74%,其中蒴果数、千粒重、工艺长度的变异系数均较高,这些产量相关性状在亚麻育种中有较大的选择空间。各农艺性状相关性分析中,“高度因子”与“分枝因子”、“种子大小因子”呈显著负相关,株高与蒴果数未呈显著相关性,兼用亚麻株高、工艺长度、分枝数、蒴果数均较高从而对株高和蒴果数相关性造成干扰。9个主成分(PC1-PC9)解释约73.57%的表型变异,前2个主成分约占32.31%。PC1代表“油用亚麻特征性状因子”,PC2代表“纤用亚麻特征性状因子”。利用24个农艺性状将144份亚麻材料聚为纤用和油用两个群体。【结论】 国外引进亚麻种质资源具有较高的遗传多样性,形态学标记最先将纤用亚麻和油用亚麻区分开,亚麻驯化过程中产量相关性状受到主要选择。

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