鷹嘴豆種質(zhì)資源篩選及多樣性分析

邵千順 楊琳

摘要 [目的]對鷹嘴豆種質(zhì)資源進行篩選及多樣性分析。[方法]采用主成分分析、聚類分析等方法，通過5個產(chǎn)量相關(guān)因子研究鷹嘴豆遺傳多樣性并篩選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源。[結(jié)果]多樣性指數(shù)最高的是百粒重，其次是粒型；性狀變異系數(shù)最大的是株型，其次是單株粒數(shù)。主成分分析表明，主要信息集中在6個主成分，其累計貢獻率達84.48%；通過聚類分析將50份鷹嘴豆在歐氏距離1.059 2處劃分為4類，第一類百粒重最大，即籽粒較大；第二類株高最高，產(chǎn)量居中；第三類各性狀都相對居中；第四類株高最低，單株莢數(shù)和單株粒數(shù)最大。[結(jié)論]該研究為鷹嘴豆的開發(fā)利用提供理論支撐。

關(guān)鍵詞 鷹嘴豆；種質(zhì)資源；多樣性

中圖分類號 S529 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）34-0016-04

Abstract [Objective] To screen the Cicer arietinum germplasm resources，and to carry out their diversity analysis.[Method] Five yield correlation factors were used to research the genetic diversity of C.arietinum and to screen the highquality germplasm resources by Principal Component Analysis，Cluster Analysis and so on.[Result] 100grain weight had the highest diversity index，followed with grain shape.Plant type had the highest coefficient of character variation，followed with grains per plant.Results of Principal Component Analysis showed that the major information was concentrated in 6 principal components，and thier accumulative contribution rate reached 84.48%.50 samples of C.arietinum were divided into four types at 1.059 2 Euclidean distance by Cluster Analysis.The first type had the greatest 100grain weight，and the grains were relatively big.The second type had the greatest plant height and middle yield.The characters of C.arietinum in the third type were in the middle.The fourth type had the lowest plant height，but the greatest pods per plant and grains per plant.[Conclusion] This research provides theoretical support for the development and utilization of C.arietinum.

Key words C.arietinum；Germplasm resources；Diversity

鷹嘴豆（Cicer arietinum）起源于亞洲西部和近東地區(qū)，是繼大豆之后第二大重要的谷物豆類[1]，鷹嘴豆耐旱[1-2]、耐鹽堿[3]、抗病和抗蟲，適宜在冷涼地區(qū)種植[4]，目前分布于全球 89.89%的地區(qū)，產(chǎn)量占這些地區(qū)的 86.73%。在我國，鷹嘴豆種植面積最大的區(qū)域是新疆[5]，其次在甘肅青海等地也有分布。

鷹嘴豆育種始于印度（1905年），之后全球多個國家先后開始鷹嘴豆育種，并在抗病、抗旱育種等方面取得了一定成果[6]。但我國在鷹嘴豆育種方面進展緩慢。種質(zhì)資源是育種工作的基礎(chǔ)，了解資源遺傳多樣性、篩選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源可為鷹嘴豆新品種選育提供親本選擇的基礎(chǔ)。韓文革等[7]利用聚類分析方法研究8個鷹嘴豆品種的親緣關(guān)系，并將8個品種聚為3類。張金波等[8]利用主成分分析、聚類分析等分析方法對新疆引進的部分鷹嘴豆資源農(nóng)藝性狀進行遺傳多樣性分析，發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆資源各性狀遺傳多樣性指數(shù)變異較大，單株生物學(xué)產(chǎn)量的多樣性指數(shù)最高，但是不同材料間變異系數(shù)存在很大差別。這是由于農(nóng)藝性狀受環(huán)境影響較大，同一品種同一性狀在不同地區(qū)表現(xiàn)可能不同。

鷹嘴豆系寧夏地區(qū)首次引進種植，在栽培、育種方面的研究還處于空白狀態(tài)。該研究以寧夏農(nóng)林科學(xué)院引進保存的50份鷹嘴豆種質(zhì)資源為研究對象，利用主成分分析、相關(guān)性分析、聚類分析等方法對鷹嘴豆主要農(nóng)藝性狀間的遺傳關(guān)系及多樣性進行分析，為深入開展鷹嘴豆資源新基因的挖掘與創(chuàng)新利用，以及在寧夏開展鷹嘴豆育種研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2016年在寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院頭營試驗基地進行，試驗基地海拔1 550 m，年降雨量420 mm，≥10 ℃積溫為2 691.9 ℃；年日照時數(shù)2 200～3 000 h，生育期日照時數(shù)1 030～1 120 h。

1.2 試驗材料

50份鷹嘴豆種質(zhì)資源均引自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家種質(zhì)資源庫，供試材料的名稱及編號詳見表1。

1.3 試驗方法 試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)；每品種為1個小區(qū)，每小區(qū)3行，行長6 m，行距50 cm，株距8～10 cm。

田間性狀調(diào)查參照《鷹嘴豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[9]進行，主要考查株高、百粒重、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)5個農(nóng)藝性狀。待植株成熟時每小區(qū)取10株考種樣于室內(nèi)調(diào)查株高、百粒重、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重5個性狀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2010統(tǒng)計處理基本數(shù)據(jù)，求性狀的平均值、最大值、最小值、標準差（SD）、變異系數(shù)（CV）；不同品種間性狀的差異用變異系數(shù)表示，遺傳多樣性指數(shù)的計算采用Shannon -Weaver 信息指數(shù)表示。計算公式：H′=-ΣPilnPi，其中Pi為某一性狀第i個級別出現(xiàn)的概率。計算多樣性指數(shù)時的劃級方法如下：先計算參試材料總體平均數(shù)（X）和標準差（σ），然后劃分為10級，從第1級[Xi<（X-2σ）]到第10級[Xi>（X+2σ）]，每0.5σ為1級。每一級的相對頻率用于計算多樣性指數(shù)。多樣性指數(shù)H′=-PilnPi，式中Pi為某性狀第i級別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，ln為自然對數(shù)。利用DPS 9.50數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行鷹嘴豆品種的株高、百粒重、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重等5個性狀的主成分分析；利用SAS 8.2軟件對50份鷹嘴豆種質(zhì)資源進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鷹嘴豆資源農(nóng)藝性狀指標多樣性分析

參試資源5個產(chǎn)量相關(guān)因子多樣性指數(shù)最高的是百粒重（7.750 4 g），其次是單株莢數(shù)（7.387 1）；變異系數(shù)最大的是單株粒重（63.96%），其次是單株粒數(shù)（60.13%）。株高變異系數(shù)最小。單株粒重平均9.93 g，變幅2.28～24.50 g，主要分布在10.0～15.0 g，單株粒重超過20 g的資源數(shù)占供試資源總數(shù)的4.00%。單株粒數(shù)平均40.35個，變幅12.50～88.60個。參試資源單株粒數(shù)主要分布在30～45個，占25.20%，單株粒數(shù)超過75個的品種僅占參試資源的6.70%。百粒重平均24.06 g，變幅16.4～32.1 g。百粒重主要分布在20～30 g范圍內(nèi)，百粒重超過30 g的種質(zhì)占供試品種的11.92%。單株莢數(shù)平均56.43個，變幅2.3～113.3。品種單株莢數(shù)主要分布在45～75個，占參試資源總數(shù)的61.00%，單株莢數(shù)超過90個的品種占供試品種的4.60%。

2.2 鷹嘴豆資源農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析

將參試資源5個性狀兩兩之間的相關(guān)系數(shù)值列于表3中。對鷹嘴豆5個性狀的相關(guān)分析表明，植株株高與株型呈負相關(guān)，與單株莢數(shù)呈極顯著正相關(guān)。這表明植株越高，植株越呈現(xiàn)披散型，所結(jié)莢數(shù)也越多。株高、百粒重、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重5個產(chǎn)量相關(guān)性狀間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。百粒重與單株莢數(shù)和單株粒數(shù)存在極顯著負相關(guān)，與單株粒重呈極顯著正相關(guān)。這表明單株鷹嘴豆所結(jié)莢數(shù)越多，或單株上所產(chǎn)粒數(shù)越多，鷹嘴豆顆粒越小，百粒重越低。反之，籽粒越大，百粒重越高，單株所產(chǎn)粒質(zhì)量越大。單株莢數(shù)與單株粒數(shù)呈顯著正相關(guān)。單株粒數(shù)與單株粒重呈極顯著正相關(guān)，表明單株粒數(shù)越多，單株產(chǎn)量越高。

2.3 鷹嘴豆種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

2.3.1 主成分特征值。利用DPS軟件計算出5個主要農(nóng)藝性狀的特征向量及貢獻率（表4）。根據(jù)各向量的絕對值將不同性狀指標劃分到不同的主成分中，同一指標在各因子中的最大絕對值所在位置即為其所屬主成分。從表4可以看出，在所有主成分構(gòu)成中，主要信息集中在3個主成分，其累計貢獻率達90.62%。第1主成分特征值為2.26，貢獻率為45.13%；第2主成分特征值為1.20，貢獻率為23.97%；第3主成分特征值為1.08，貢獻率為21.53%。

2.3.2 主成分分析。3個主要成分因子對5個農(nóng)藝性狀的影響見表5。第1主成分主要影響產(chǎn)量性狀，單株粒數(shù)和單株粒重是主要指標，向量值分別為0.60和0.61。第2主成分主要影響植株高度，向量值為0.82。第3主成分影響籽粒重量，百粒重是主要指標，向量值為0.94。

2.4 鷹嘴豆種質(zhì)資源的聚類分析

利用 SAS 8.2軟件，采用參試資源形態(tài)性狀間的歐氏距離，對50份鷹嘴豆種質(zhì)資源進行聚類分析。由表7、圖1可知，50份鷹嘴豆種質(zhì)資源在歐氏距離0.9655處聚為4類。第一類包含6份材料，單株粒數(shù)和單株莢數(shù)平均值最高，相應(yīng)的變異系數(shù)也較低，分別為12.05%、10.28%。第二類包含32份材料，百粒重最高，單株莢數(shù)和單株粒數(shù)次之，但變異系數(shù)較高，為15.60%。第三類包含10份材料，株高最高，百粒重和單株莢數(shù)次之，相應(yīng)變異系數(shù)最高。第四類包含2份材料，株高、百粒重和單株莢數(shù)等都相對較低。

3 結(jié)論與討論

種質(zhì)資源是育種工作的基礎(chǔ)，作物種子產(chǎn)業(yè)的每一次更新?lián)Q代，都離不開優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的開發(fā)利用。因此，鷹嘴豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，品種改良的關(guān)鍵依然是鷹嘴豆種質(zhì)資源的有效開發(fā)及利用。盡管各種同功酶標記和DNA 分子標記已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于植物種質(zhì)資源的鑒定和分類研究，但是農(nóng)藝性狀的鑒定和描述仍然是種質(zhì)資源研究的最基本的方法和途徑，農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)是種以上或種內(nèi)分類不可缺少的重要依據(jù)之一[10-12]。

該研究通過5個農(nóng)藝性狀的多樣性分析結(jié)果看出，參試50份鷹嘴豆資源多樣性豐富，遺傳背景廣泛、改良潛力較大，可為寧夏在鷹嘴豆新品種的選育，親本選配等方面提供優(yōu)異的種質(zhì)基礎(chǔ)。通過聚類分析將50份資源聚為4類，而這4類都有其特點：第一類百粒重最大，即籽粒較大；第二類株高最高，產(chǎn)量居中；第三類各性狀居中；第四類株高最低，單株莢數(shù)和單株粒數(shù)最大。從平均值和變異系數(shù)綜合考慮，第一類適合選育大粒型品種，第二類適合選育高桿兼高產(chǎn)型，第四類適合選育矮桿高產(chǎn)型。這一研究結(jié)果將為這50份鷹嘴豆資源的雜交組合選配、新品種的定向選育等提供理論依據(jù)。可根據(jù)不同的栽培方式或機械化程度，利用不同的類型，構(gòu)建不同的雜交組合，定向選育不同類型的鷹嘴豆品種。

遺傳多樣性反映的是生物種類遺傳信息的變化，可以表現(xiàn)在分子、細胞和個體等多個方面[13]。該研究僅從5個農(nóng)藝性狀方面入手研究鷹嘴豆多樣性，結(jié)果顯示鷹嘴豆種質(zhì)資源遺傳多樣性豐富，但這一結(jié)果只是說明鷹嘴豆在農(nóng)藝性狀層面存在豐富的多樣性，因此有一定的局限性。為更準確的揭示鷹嘴豆遺傳多樣性，還需從細胞學(xué)水平、生理生化水平及分子水平進行多角度的深入研究，才能充分鑒定鷹嘴豆的遺傳多樣性。

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