10個(gè)百日菊材料數(shù)量性狀的遺傳距離分析

呂新華　劉彤　張霞

摘要：對(duì)10個(gè)不同來源的百日菊材料進(jìn)行了主成分分析，根據(jù)6個(gè)性狀計(jì)算了彼此間的遺傳距離，并根據(jù)遺傳距離將10個(gè)地理來源不同的材料進(jìn)行分類。主成分分析結(jié)果顯示，6個(gè)性狀可簡(jiǎn)化為2個(gè)主成分，即株型因子和花朵觀賞因子，2個(gè)主成分可保留81.54%的信息量，計(jì)算彼此間的遺傳距離為0.601～8.881。根據(jù)遺傳差異的大小進(jìn)行聚類分析，10個(gè)材料可被分為兩大類群：赤峰夢(mèng)境、酒泉、美國(guó)、四川、北京、日本、云南當(dāng)?shù)亍⒃颇弦N在第1個(gè)類群，新疆本地、野生百日草在第2個(gè)類群。

關(guān)鍵詞：百日菊；遺傳距離；主成分分析；聚類分析

中圖分類號(hào)： S682.1+10.32文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0187-02

收稿日期：2014-03-10

基金項(xiàng)目：石河子大學(xué)優(yōu)秀青年培育項(xiàng)目（編號(hào)：2013ZRKXYQ13）。

作者簡(jiǎn)介：呂新華（1979—），女，山東聊城人，碩士，講師，主要從事植物遺傳學(xué)研究。E-mail：1216747845@qq.com。百日菊（Zinnia elegans），別稱百日草、對(duì)葉菊，花大色艷，開花早，花期長(zhǎng)，株型美觀，是常見的花壇、花境材料，目前世界各地均有分布。隨著鮮花市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，百日菊也出現(xiàn)了規(guī)模式的栽培。高質(zhì)量的鮮花需要有優(yōu)良的種子。與國(guó)外近百年的觀賞植物育種史相比，國(guó)內(nèi)花卉育種起步晚，從事觀賞植物的育種工作者相對(duì)較少，對(duì)大多數(shù)的觀賞植物的園藝性狀遺傳規(guī)律的研究與積累較少。為了培育優(yōu)良的百日菊品種，了解國(guó)內(nèi)主要材料的特點(diǎn)及材料間的親緣關(guān)系是亟待解決的問題。遺傳距離（genetic distance）是衡量品種間若干性狀綜合遺傳差異大小的指標(biāo)，在水稻、玉米、大豆、煙草、蓖麻等作物上都有相關(guān)應(yīng)用[1-2]。計(jì)算遺傳距離的方法很多，目前常用的有生化標(biāo)記方法、DNA分子標(biāo)記方法、數(shù)量遺傳學(xué)的方法等。本研究對(duì)10個(gè)不同來源的百日菊材料進(jìn)行數(shù)量性狀的遺傳距離分析，旨在初步明確它們之間的親緣關(guān)系，以期為雜交育種合理選配親本提供一定的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料分別來源于新疆本地、日本、酒泉、北京、云南引種、四川、美國(guó)、內(nèi)蒙古赤峰、云南本地及野生百日菊。

1.2方法

試驗(yàn)在石河子大學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行，田間種植采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。每個(gè)品種隨機(jī)抽取10株調(diào)查，記錄植株的株高（x1）、葉片數(shù)（x2）、分支（x3）、冠幅（x4）、花徑（x5）、重瓣數(shù)（x6）等6個(gè)性狀，對(duì)10個(gè)百日菊樣品進(jìn)行遺傳距離分析。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、主成分分析和聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1方差分析

根據(jù)主成分分析的原理，首先必須剔除品種中沒有顯著差異的性狀，對(duì)考察的10個(gè)樣品進(jìn)行方差分析，結(jié)果（表1）表明所選性狀品種間的差異都達(dá)到顯著水平，符合主成分分析的要求。

表1百日菊6個(gè)性狀的方差分析

性狀樣品間差異株高14.16**冠幅4.641**葉片數(shù)9.071**分支9.245**花徑5.887**重瓣數(shù)20.469**注：“**”為0.01顯著水平：“*”為0.05顯著水平。

2.2主成分分析

對(duì)10份百日菊樣品的6個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析，計(jì)算得到6個(gè)特征根和6個(gè)相應(yīng)的特征向量，從中選取2個(gè)最大的特征根，貢獻(xiàn)率達(dá)約81.6%（表2）。

表2主因子方差解釋

主因子數(shù)特征值方差貢獻(xiàn)率

（%）累計(jì)方差貢獻(xiàn)率

（%）株高2.78346.37546.375葉片數(shù)2.11435.23381.608分支0.79913.31094.929冠幅0.1692.82597.754花徑0.1001.67399.427重瓣數(shù)0.0340.573100

從表3可以看出，第一主成分的向量中，載荷較高且符號(hào)為正的性狀有葉片數(shù)、冠幅，其次為分支數(shù)，最后是株高。符號(hào)為負(fù)的為重瓣數(shù)和花徑。第一主成分向量中葉片數(shù)及冠幅的貢獻(xiàn)率較高，所以將第一主成分定義為株型因子。同樣，在第二主成分的向量中，載荷較高且符號(hào)為正的性狀有花徑、重

表3主因子和綜合主因子值

序號(hào)性狀y1y21株高0.445-0.342 82葉片數(shù)0.9370.094 373分支0.7850.578 724冠幅0.8990.287 975花徑-0.2950.906 176重瓣數(shù)-0.4410.865 21

瓣數(shù)，符號(hào)為負(fù)的為株高，定義第二主成分為觀賞因子。

2.3聚類分析

篩選出特征根累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.6%的2個(gè)主成分，各品種主成分向量間的幾何距離即為各百日菊材料間的遺傳距離，本研究用歐式距離表示各材料之間的遺傳距離。求出主成分向量間的遺傳距離。

選取4個(gè)主成分分值建立主因子模型，計(jì)算主因子值（表4）。

y1=0.445x1+0.937x2+0.785x3+0.899x4-0.295x5-

表410個(gè)百日菊樣品的主成分向量

由圖1可知，10個(gè)百日菊樣品可分成2個(gè)大類群，來源地為赤峰、酒泉、美國(guó)、四川、北京、日本、云南當(dāng)?shù)亍⒃颇弦牟牧戏衷诘?個(gè)類群，新疆本地栽培的和野生百日草在第2個(gè)類群。第1個(gè)類群又可分成2個(gè)亞群，其中來源為日本、美國(guó)、赤峰、云南引種、北京和四川的在一個(gè)亞群，來源為云南和酒泉的在另一個(gè)亞群。

由圖1還可以看出，來源為日本和美國(guó)的百日菊材料關(guān)系最近，二者雜交較難產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)；另外，來源為新疆本地的栽培種和野生百日菊以及來源為酒泉和云南的百日菊材料親緣關(guān)系都較近，據(jù)此，材料之間的親緣關(guān)系和地理環(huán)境之間并不存在直接關(guān)系。野生百日菊與各個(gè)來源的材料之間遺傳關(guān)系都較遠(yuǎn)，這可能是在人們?cè)耘喟偃站盏倪^程中，根據(jù)各種觀賞目標(biāo)做出選擇的結(jié)果。新疆本地栽培的材料與各樣品間的親緣關(guān)系也都比較遠(yuǎn)，可能因?yàn)楸镜仄贩N在新疆種植多年，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)使其與各不同來源的材料間存在較顯著的遺傳差異。

3結(jié)論與討論

主成分分析是指在不損失或很少損失原有信息的前提下，將原來個(gè)數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換為新的個(gè)數(shù)較少而且彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化多指標(biāo)分析目的的一種方法。在本試驗(yàn)中，將百日菊的6個(gè)性狀簡(jiǎn)化成株型因子和觀賞因子2個(gè)相互獨(dú)立的主成分，這2個(gè)主成分對(duì)變異的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.6%，其中以株型因子的貢獻(xiàn)率最大，為46.4%。

百日菊作為一種園藝植物，在育種過程中，株型及花的觀賞性都是需要考慮的因素，因此在主成分分析結(jié)果指導(dǎo)育種工作時(shí)，要綜合考慮第一、第二主成分，并根據(jù)當(dāng)?shù)卦耘喾N的特點(diǎn)，合理改善，優(yōu)化其觀賞價(jià)值。

利用多元分析估算品種間的遺傳距離并進(jìn)行聚類分析，是近年來經(jīng)常采用的且被大多數(shù)試驗(yàn)證明有效的一種測(cè)定遺傳距離的方法。遺傳距離的大小在一定程度上反映了品種間遺傳差異的大小，分類的結(jié)果在百日菊雜種優(yōu)勢(shì)利用上有一定指導(dǎo)作用。從聚類分析圖譜看，不同地理來源的樣品也可分為同一類，可見，地理差異與遺傳距離并無直接聯(lián)系。育種選配親本時(shí)，不能僅以雙親地理上的差異來判斷雙親遺傳差異的大小，而近緣品種由于選擇方向不同可能成為遺傳遠(yuǎn)緣；遺傳距離的研究結(jié)果表明，親本遺傳差異與地理差異無必然聯(lián)系，不能將地理差異作為選配親本的惟一指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜永平，吳春芳，陳惠. 12個(gè)鮮食大豆數(shù)量性狀的主成分和遺傳距離分析[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（8）：193-197.

[2]曾學(xué)禮，張祖新. 對(duì)湖北省20個(gè)玉米地方品種的數(shù)量性狀分析和聚類分析[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（5）：35-38.王水源，李偉，徐建剛. 基于低沖擊開發(fā)理念的農(nóng)業(yè)科教園區(qū)水景觀生態(tài)化方法研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（1）：189-194.