外引豌豆資源的鑒定及主要數量性狀的主成分分析

李莉，萬正煌，焦春海，陳宏偉，劉昌燕，伍廣洪

摘要：研究了15份外引豌豆（Pisum sativum L.）種質資源的主要農藝、經濟性狀。結果表明，豌豆種質資源具有較高的變異系數，為23.66%-50.25%。豌豆的單株產量與單株分枝數、單株莢數極顯著正相關（P<0.01），豌豆資源的始莢節位與主莖節數極顯著正相關，且這兩個性狀都與株高極顯著正相關（P<0.01）。8個數量性狀綜合成為4個主成分，且這4個主成分構成的信息量可解釋總信息量的94.79%。選用前4個主成分值計算各種質間的遺傳距離，按遺傳距離大小在D2=3.57水平下可將15份種質資源聚類劃分為5大類群。

關鍵詞：豌豆（Pisum sativum L.）;種質資源;鑒定;主成分分析

中圖分類號：S322.2 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）23-5643-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.007

農作物種質資源是人類生存和發展最有價值的寶貴財富，是作物育種、生物科學研究和農業生產的物質基礎[1]，是21世紀重要的戰略性資源之一[2]。1953年Kujala在芬蘭報道了普通豌豆所有小葉突變成卷須的突變體（無葉型、半無葉型），同時研究證明此種突變體在豌豆中最抗倒伏，但此特征特性當時并沒有應用于豌豆的遺傳育種。而法國由于半無葉豌豆品種的培育成功，使豌豆采收進入機械化時代，豌豆種植面積由8萬hm2 最高增加到60萬hm2，使產量由原來的2250 kg/hm2增加到4 500 kg/hm2以上，從而使法國豌豆栽培面積和總產在世界豌豆生產中一直占有舉足輕重的地位，這表明豌豆種質資源中蘊藏著巨大的增產潛力[3-5]。

豌豆是我國重要的小宗糧豆作物之一，具有較高的開發利用價值。中國豌豆雜交育種工作起步晚，可利用的豌豆親本資源有限，親本群體更新滯后，遺傳基礎狹窄。引進國外豌豆種質能迅速進行品種改良，可有效拓寬豌豆的血緣基礎，能在提高育種效率的同時滿足對豌豆品種多樣化的需求[6-8]。2009-2012年本團隊共引進了15份豌豆種質資源，其中包括收集于豌豆次生起源中心的10份埃塞俄比亞豌豆資源。本研究主要是對以上引進種質開展了田間生物學表現和主要農藝經濟性狀的鑒定，并采用多元統計方法進行主成分分析和聚類分析，探討性狀間的相互制約及協同關系，科學評價外引豌豆種質資源的真實表現，掌握引進種質的特征和特性，以期為提高外引豌豆種質資源的利用效率提供參考依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗區概況

試驗于2012-2013年在湖北省農業科學院糧食作物研究所試驗基地進行。試驗地位于北緯30°29′，東經114°18′，海拔15 m，屬亞熱帶季風性濕潤氣候區，年平均氣溫15.8～17.5 ℃，年降雨量1 100～1 270 mm，年無霜期211～272 d。耕層土壤有機質含量為26.3 g/kg，土壤pH 7.30。

1.2 ?供試材料

供試豌豆種質資源共計15份，均為湖北省農業科學院2009-2012年從韓國、泰國和非洲埃塞俄比亞、塞內加爾等國家引進，名稱及來源詳見表1。

1.3 ?試驗設計

試驗采取順序排列，每個種質資源材料種植3行，小區面積3 m2（2 m×1.5 m），行距0.5 m，株距0.12 m。試驗田土壤肥力中等，基施復合肥375 kg/hm2，生育期內間苗1次，定苗1次，密度為20株/m2，人工除草2次，按常規栽培技術進行田間管理。

1.4 ?數據調查方法

在每小區中取中間行，從第3株開始連續取樣生長正常的10個植株進行田間觀察記載和室內考種。按照《豌豆種質資源描述規范和數據標準》[9]中相關性狀的描述，對22個性狀進行了田間調查和室內考種，調查鑒定項目及標準見表2。

1.5 ?數據處理及統計分析

基本數據處理采用Excel（Microsoft office，2003）數據軟件進行，主成分分析和聚類分析采用DPS數據處理軟件[10]進行。參加主成分分析的性狀為株高（x1）、單株分枝數（x2）、百粒重（x3）、單株產量（x4）、單株莢數（x5）、始莢節位（x6）、主莖節數（x7）、果節數（x8）。對總遺傳方差貢獻率達95%的前幾個成分入選主成分，利用第一步確定的主成分值求取各種質資源之間的歐氏距離，并進行系統聚類。

2 ?結果與分析

2.1 ?豌豆種質資源形態特征和生物學特性比較

豌豆各種質資源的形態特征和生物學特性見表3。豌豆開花時間的長短是判斷其光溫敏感程度的最重要指標，供試豌豆種質資源的開花時間為133～141 d，平均為136 d，開花時間的相對集中表明外引豌豆資源間的光溫敏感性沒有明顯差異，能較好適應武漢的生態條件。15份豌豆種質資源的生育期為186～195 d，平均為192 d，極差為9 d，沒有發現極早熟和極晚熟資源。豌豆資源生育期變異范圍較小可能是豌豆生育后期武漢氣溫上升較快，且雨熱同期，使子粒灌漿到成熟時間縮短，從而使資源間的差異不明顯。外引豌豆資源的復葉葉型有普通型和無葉型兩種，其中復葉為普通型的豌豆資源占87%。豌豆始花節位低，則早期結莢的可能性提高，參試種質資源的始花節位最低的在第3節，最高的在第19節，平均在第11節，其中始花節位在10節以下的資源有4個，分別是WDHG001、WDHG002、WDHG003、WDAS010。15份外引豌豆資源的花色可分為白色、淺紅色、淺紫色和紫紅色4種，比例為9∶2∶2∶2。武漢越冬期間的低溫時間不長，一般的豌豆品種都能安全越冬，參試豌豆種質資源中耐凍性偏差的資源為WDHG001和WDHG003。

2.2 ?外引豌豆資源子粒外觀特征分析

國外引進豌豆種質資源的子粒外觀形態類型分析和統計結果見表4。粒形是豌豆子粒的外觀形態，因種質資源不同，形態呈現出多樣性。供試豌豆資源的粒形有球形和柱形兩種類型，其中柱形的種質資源占47%，球形的種質資源占53%。從種皮平滑度上看，干子粒種皮表面平滑的種質資源比例達53%，另外7份豌豆種質資源干子粒表面光滑度較差，種子表面有凹坑。子粒的色澤由其種皮色素成分的種類及含量決定，其中總黃酮和花青素的含量是主要影響因素。供試豌豆種質資源的粒色有綠色、粉紅、褐色和淡黃色4種，其中粒色為綠色的種質資源最多，占53%，粒色為粉紅色的資源有4份，粒色為褐色的資源有2份，粒色為淡黃色的資源有1份，分別占供試資源的27%、13%和7%。種臍是種子成熟后從胎座上脫落后留下的痕，其顏色隨種質資源種類而有所不同，臍色為褐色和灰白色的豌豆種質資源數量較多，占資源總數的67%，其余5份豌豆資源的臍色為黃色和黑色。供試豌豆的子葉顏色有4種，分別為淡黃、橙黃、黃綠和綠色，所占資源的比例分別為40.0%、33.3%、13.3%、13.3%。豌豆種皮破裂率是豌豆子粒外觀形態的一個重要指標，對品種的商品性影響較大。供試15份豌豆中，有11份種質資源無明顯的種皮自然開裂情況，其余4份種質資源中，WDHG003的種皮破裂率略高，達10%，WDHG001、WDTG002和WDAS008的種皮破裂率為2%～3%。

2.3 ?豌豆種質資源主要數量性狀的變異情況及各數量性狀間的相關性分析

15份豌豆資源的8個主要農藝性狀的考種結果見表5。由表5可以看出，株高的變異系數最大，為50.25%;單株有效莢數、單株產量和單株有效分枝數變異系數較大，分別達37.07%、35.98%和35.94%;主莖節數、始莢節位和單株果節數的變異系數較小，分別為24.58%、30.24%和33.91;百粒重的變異系數最小，僅為23.66%。這表明15份豌豆種質資源各具特色，差異明顯，資源類群豐富。

分析表6可知，豌豆的單株產量、單株分枝數、單株莢數和果節數這4個數量性狀間都呈極顯著正相關（P<0.01），而這4個數量性狀都是決定豌豆單位面積產量的重要因素。豌豆資源的始莢節位和主莖節數呈極顯著正相關，且這兩個性狀都和株高、果節數、單株莢數呈極顯著正相關（P<0.01）。豌豆單株產量與株高、始莢節位和主莖節數這3個數量性狀呈顯著正相關（P<0.05）。

2.4 ?豌豆種質資源主要數量性狀的主成分分析

對供試種質資源的8個農藝性狀進行主成分分析，計算得特征根、特征根累計方差貢獻率和主成分特征向量。各特征根大小代表各綜合指標遺傳方差大小，各特征根累計方差貢獻率代表各有關綜合指標對總遺傳方差的貢獻率，選用對總遺傳方差貢獻率達94.8%的前4個特征根分析其分量來源（表7）。

利用入選的特征值和特征向量計算供試種質資源的主成分值，可得到各主成分值計算方程式如下：

第一主成分：y1=0.338 1x1+0.371 6x2+0.168 9x3+0.357 4x4+0.398 8x5+0.351 6x6+0.379 6x7+0.405 7x8

第二主成分：y2=-0.393 4x1+0.318 4x2+0.697 7x3+0.119 5x4+0.117 7x5-0.328 4x6-0.327 8x7+0.116 2x8

第三主成分：y3=-0.071 5x1-0.006 3x2+0.467 6x3-0.669 8x4-0.149 4x5+0.469 8x6+0.283 5x7-0.064 8x8

第四主成分：y4=0.089 4x1+0.413 2x2+0.078 7x3+0.397 9x4-0.521 9x5+0.324 9x6-0.090 5x7-0.520 2x8

分析表7可知，8個數量性狀都對第一主成分有正影響，其中權重系數較大的有果節數和單株莢數。第二主成分的特征向量中，百粒重為正值且權重較大，構成變異的主要來源。第三主成分的特征向量中單株產量為負值，且較大，構成變異主要來源，正值中百粒重和始莢節位的權重較大。第四主成分的特征向量中，單株莢數和果節數為負值，單株分枝數為正值，即第四主成分得越大，則表明該資源的分枝數較多，但單株莢數和果節數卻相對偏低，如WDAS008就屬于這類種質資源。

按照y1、y2、y3、y4計算方程式和相應的特征向量及品種各性狀標準化基因型值，計算出15份豌豆種質資源的第一至第四主成分y1、y2、y3、y4值，作為評價上述種質綜合性狀優劣的標準，并根據主成分值對豌豆種質資源進行排序，排序結果見表8。

2.5 ?遺傳距離測定與聚類分析

由供試豌豆前4個主成分值計算種質資源間的遺傳距離，用最長距離法進行聚類并獲得聚類圖（圖1），并按照D2=3.57的聚類水平將15份豌豆種質資源分為5大類群（表9）。

由表9和圖1可知：Ⅰ類群共有5份種質資源，可分為2個亞類群，ⅰ亞類群包括來自泰國的1號和2號種質資源，該亞類群屬于株高、單株分枝數、百粒重、單株莢數和單株產量都中等的類群，ⅱ亞類群包括10號、13號和14號種質資源，該亞類群屬于單株分枝數較多、百粒重較重的類群。Ⅱ類群包括7號和9號種質資源，屬于株高偏高、單株分枝數多、果節數多、單株莢數多、百粒重低的類群。Ⅲ類群共有5份種質資源，可分為2個亞類群，ⅰ亞類群包括來自埃塞俄比亞的6號、8號、11號和12號種質資源，該亞類群屬于株高偏高、百粒重偏低的類群，ⅱ亞類群是來自塞內加爾的豌豆資源，該亞類屬于株高矮、百粒重低的類群。Ⅳ類群和Ⅴ類群由來自韓國的豌豆種質資源組成，屬于主莖節數少、株高矮、始莢節位低、單株莢數少、單株產量低的類群。

3 ?結論與討論

種質資源是在長期演化過程中由于基因突變、基因交流和生態遺傳分化，經自然選擇和人工選擇而形成的一種重要自然資源，它蘊藏著自然和人為引起的極其豐富的遺轉變異，可以給育種工作者提供豐富的親本選配空間。因此，引進和征集大量的作物遺傳資源，并通過鑒定、篩選和分析評價進而了解和掌握其特點，對種質資源的合理開發和充分利用都具有重要意義[11-13]。

參試的15份豌豆種質資源都能較好地適應武漢的生態條件，在復葉葉型、始花節位、花色、粒形、粒色、種皮和耐凍性等形態特征和生物學特性上都表現出各種質所固有的特征特性和差異性。分析各種質資源的8個主要數量性狀可知，按變異系數大小排序為株高、單株莢數、單株產量、單株分枝數、果節數、始莢節位、主莖節數、百粒重，這表明15份豌豆種質資源各具特色，差異明顯，資源類群豐富。分析以上8個數量性狀間的相關性可知，豌豆的單株產量、單株分枝數、單株莢數和果節數4個數量性狀間都呈極顯著正相關，豌豆資源的始莢節位與主莖節數呈極顯著正相關，且這兩個性狀都與株高、果節數、單株莢數呈極顯著正相關。

由于豌豆各性狀間存在相關性，因此通過主成分分析將種質資源的8個主要數量性狀綜合為4個主成分，形成綜合而又相互獨立的評價指標，且這4個主成分能提供參試材料94%以上的信息量。第一主成分代表果節數和單株莢數，第二主成分代表百粒重，第三主成分代表單株產量，第四主成分代表單株分枝數。根據主成分值計算各品種間遺傳距離表明，15份種質資源所屬類群廣泛，所屬不同類群間既存在差異也存在一定相似。可將15份種質資源分為5大類群，Ⅰ類群共有5份種質資源，可分為2個亞類群，ⅰ亞類群的種質資源來自泰國，ⅱ亞類群的種質資源來自埃塞俄比亞;Ⅱ類群有2份種質資源，來自埃塞俄比亞;Ⅲ類群共有5份種質資源，ⅰ亞類群的種質資源來自埃塞俄比亞，ⅱ亞類群的種質資源來自塞內加爾;Ⅳ類群和Ⅴ類群共有3份種質資源，都來自韓國。

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