寒帶小麥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀綜合評價(jià)

劉寧濤 張志成，2 邵立剛 車京玉 李長輝 馬 勇 張起昌 田 超 尹雪巍 鄒東月

（1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院，齊齊哈爾 161005；2 齊齊哈爾大學(xué)生命科學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，齊齊哈爾 161006）

作物種質(zhì)資源范疇包括品種、品系、遺傳材料和作物的野生近緣植物的變種、變型[1]，作物種質(zhì)資源是支撐農(nóng)業(yè)科技原始創(chuàng)新和作物育種的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是保障糧食安全、生態(tài)安全、種業(yè)安全的戰(zhàn)略性資源，與農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革密切相關(guān)，具有基礎(chǔ)性、公益性、長期性等顯著特點(diǎn)。目前對種質(zhì)資源保護(hù)的力度越來越大，呈現(xiàn)出從一般保護(hù)到依法保護(hù)、從單一方式保護(hù)到多種方式配套保護(hù)、從種質(zhì)資源主權(quán)保護(hù)到基因資源產(chǎn)權(quán)保護(hù)的發(fā)展態(tài)勢，并對農(nóng)民、環(huán)境與作物種質(zhì)資源協(xié)同進(jìn)化規(guī)律和有效保護(hù)機(jī)制，以及種質(zhì)資源保存（護(hù)）的數(shù)量與質(zhì)量同步提升規(guī)律開展相關(guān)研究[2]。

物種的多樣性是指在某一特定區(qū)域內(nèi)，生長的不同物種的數(shù)量，也可以指地球上生長物種的豐富性[3]。中國作物種質(zhì)資源的多樣性是自人類定居以來，經(jīng)過漫長的自然選擇和人工選擇而形成的[4]，是在中國地域內(nèi)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食作物及其野生近緣植物變異的總和，主要包括物種多樣性和遺傳多樣性2 個(gè)層次，種質(zhì)資源的物種多樣性十分豐富，在全球生物多樣性中占有十分重要的地位[5]。黑龍江省處于高寒黑土生態(tài)區(qū)，種質(zhì)資源的區(qū)域特征特性十分突出，在農(nóng)作物育種工作中，外來種質(zhì)資源直接利用的局限性相對較大，對自有種質(zhì)資源依賴性強(qiáng)[6]。本研究通過對寒帶農(nóng)作物種質(zhì)資源庫中部分小麥資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評價(jià)，旨在發(fā)掘可利用的小麥育種親本資源，發(fā)揮寒帶農(nóng)作物種質(zhì)資源庫中小麥種質(zhì)資源的作用，為本地小麥新品種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料材料為寒帶農(nóng)作物種質(zhì)資源庫提供的春小麥種質(zhì)資源177 份，小麥品種統(tǒng)一采用國編號，詳見表1。該套材料于2018-2019 年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院試驗(yàn)基地種植，行長6m，行間距15cm，每品種種植2 行，每行種植240 粒，其他管理?xiàng)l件同當(dāng)?shù)卦耘喙芾怼?/p>

1.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查小麥種質(zhì)資源生長期間按照農(nóng)作物品種資源信息處理規(guī)范（http：//www.cgris.net/查看規(guī)范.asp）標(biāo)準(zhǔn)（表2）調(diào)查幼苗習(xí)性、穗型、芒型、植株整齊度，在材料成熟收獲前每份種質(zhì)材料隨機(jī)取10 株測量株高，全區(qū)收獲后取樣進(jìn)行室內(nèi)考種，收獲曬干后稱重計(jì)產(chǎn)，測量籽粒千粒重、粒色。

1.3 數(shù)據(jù)分析利用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件對種質(zhì)材料農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，對各農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算各性狀的極差（Range）、極值（Extremum）、總體平均數(shù)（X）、標(biāo)準(zhǔn)差（s）、變異系數(shù)（CV）等。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果將所有材料分為10 級，按第1 級[Xi＜（X-2s）]到第10 級[Xi＞（X+2s）]排列，每0.5s為一級，每一級的相對頻率（Pi）用來計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)，即Shannon-Weiner Index（H′）[7]，公式為：H′=-∑Pi×lnPi。

表1 種質(zhì)資源編號

表2 小麥種質(zhì)資源質(zhì)量性狀分級和賦值

公式中Pi為某性狀第i 級別內(nèi)材料數(shù)占總數(shù)的百分比，Xi為第i 級中的數(shù)據(jù)。利用SPSS 19.0 軟件計(jì)算供試材料間的遺傳距離并進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥種質(zhì)資源性狀遺傳多樣性分析由表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，種質(zhì)資源各性狀的變異情況存在較大的差異，幼苗習(xí)性變異系數(shù)（100%）最大，由匍匐到直立，而生育日數(shù)變異系數(shù)（4.28%）最小，變異幅度在79～94d 之間；各性狀變異系數(shù)大小依次為幼苗習(xí)性＞芒型＞穗型＞產(chǎn)量＞植株整齊度＞田間出苗率＞株高＞灌漿日數(shù)＞千粒重＞粒色＞生育日數(shù)。農(nóng)藝性狀遺傳多樣性指數(shù)以千粒重最高，粒色最低；農(nóng)藝性狀遺傳多樣性指數(shù)依次為千粒重＞產(chǎn)量=灌漿日數(shù)＞株高＞生育日數(shù)＞植株整齊度＞幼苗習(xí)性＞芒型＞穗型＞粒色。另外，本批小麥種質(zhì)資源田間出苗率在10%～90%之間，變幅較大，這可能與資源庫中小麥種質(zhì)資源長期未進(jìn)行繁殖更新，造成發(fā)芽率較低有關(guān)。

2.2 小麥種質(zhì)資源各類群農(nóng)藝性狀特征及變異情況以177 份寒帶小麥種質(zhì)資源為基礎(chǔ)，10 個(gè)農(nóng)藝性狀為指標(biāo)，利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行聚類分析，以歐式距離為遺傳距離，采用Ward 聚類法，在遺傳距離為10 時(shí)將材料分為3 類（圖1），各類群主要農(nóng)藝性狀特征及變異情況見表4。

表3 小麥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀變異情況及質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)

表4 小麥種質(zhì)資源各類群農(nóng)藝性狀特征及變異情況

圖1 遺傳性狀聚類分析樹狀圖

第I 類群共包含157 份小麥種質(zhì)資源，各農(nóng)藝性狀在3 個(gè)類群中表現(xiàn)相比較而言屬于中間類型。第Ⅱ類群含17 份資源，其主要特征是灌漿期長（34.24d），相對應(yīng)的生育日數(shù)（88.24d）也最長，生育日數(shù)變異系數(shù)為3.57%，說明這個(gè)類群以晚熟材料為主，可以利用該類群材料作為親本組配晚熟材料。第Ⅲ類群包含3 份資源，其主要特征是千粒重（34.07g）最高，種質(zhì)粒色全部是紅色，灌漿期（30d）最短，變異系數(shù)為6.67%，生育日數(shù)（85.67d）最短，產(chǎn)量（6185.49kg/hm2）也是3 個(gè)類群中最高的，產(chǎn)量變異系數(shù)僅為3.74%，反映出該類群種質(zhì)資源灌漿快、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好，但是該類群株高偏高，在育種中可以根據(jù)育種目標(biāo)有目的地選擇親本材料。

3 結(jié)論與討論

小麥種質(zhì)資源對于新品種選育具有重要的作用。在種質(zhì)資源的研究上，農(nóng)藝性狀的描述與鑒定仍是最基本的方法與途徑[7-8]。變異系數(shù)反映農(nóng)藝性狀的多樣性水平[9]，通過對寒帶農(nóng)作物種質(zhì)基因庫中177 份小麥種質(zhì)資源10 個(gè)性狀的分析，只有生育日數(shù)變異系數(shù)小于5%，其他性狀變異系數(shù)均在5%以上，其中幼苗習(xí)性變異最高，實(shí)際種植中有一部分種質(zhì)資源表現(xiàn)出很強(qiáng)的匍匐性，也有部分種質(zhì)對光溫反應(yīng)不敏感，表明該批種質(zhì)資源幼苗習(xí)性多樣性水平較高。另外，在2018 年田間種植過程中各種質(zhì)出苗率差異很大，出苗率差異大的原因可能與長期未更新資源庫有關(guān)，是否與種質(zhì)自身特性有關(guān)，需要進(jìn)一步明確。粒色性狀主要與種質(zhì)抗穗發(fā)芽能力有關(guān)，在試驗(yàn)過程中白粒小麥種質(zhì)極易發(fā)生穗發(fā)芽，有的種質(zhì)在成熟期遇一次降水就出現(xiàn)了穗發(fā)芽，造成種質(zhì)發(fā)芽率過低，因此根據(jù)本地生態(tài)氣候特點(diǎn)，在親本選擇和品種選育方面應(yīng)注意種質(zhì)粒色的選擇，盡可能選擇抗穗發(fā)芽能力強(qiáng)的小麥種質(zhì)。

遺傳多樣性指數(shù)主要反映遺傳變異的大小，本研究中的小麥種質(zhì)資源遺傳多樣性指數(shù)大于2.00的有千粒重、灌漿日數(shù)、生育日數(shù)、株高及產(chǎn)量，說明本批寒帶小麥種質(zhì)資源在這幾個(gè)性狀方面遺傳多樣性水平較高。對種質(zhì)材料進(jìn)行聚類后，第I 類群種質(zhì)材料數(shù)據(jù)達(dá)到157 份，占總種質(zhì)材料的88.7%，表明該批種質(zhì)資源整體遺傳多樣性水平較低，遺傳背景較近；第Ⅲ類群種質(zhì)材料僅3 份，主要在灌漿期、穗型、芒型、粒色、產(chǎn)量方面特征明顯，可以作為育種親本材料加以利用。

總體而言，從本批小麥種質(zhì)資源2 年的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)來看，遺傳多樣性水平相對較低，要利用種質(zhì)資源庫的材料，最好對其抗性方面進(jìn)行多年多點(diǎn)鑒定，發(fā)掘一些可利用的抗性親本材料。