基于DUS測試性狀的亞麻測試品種遺傳多樣性分析

左振興，紀軍建，付國慶，王 瑤，霍阿紅，寇淑君

（張家口市農業科學院/農業農村部植物新品種測試張家口分中心，河北張家口075000）

0 引言

亞麻(Linum usitatissimumL.)是亞麻科亞麻屬一年或多年生草本植物[1]，可分為油用型、纖維用型和油纖兼用型三種類型[2]。亞麻主要分布在甘肅、內蒙古、山西、河北、寧夏、新疆、黑龍江等省（自治區）[3]。亞麻的綜合利用價值極高，亞麻纖維具有吸濕、透氣、防腐、耐磨、抑菌防霉等優良性能[4]，亞麻籽富含α-亞麻酸、膳食纖維及木酚素等保健成分[5]，市場對優質亞麻品種的需求越來越大。

為保護育種者的合法權利，推動亞麻育種創新，促進亞麻新品種產業的發展，2005年5月20日農業部植物新品種保護辦公室將亞麻列入第六批植物新品種保護名錄[6]。由此開始了亞麻新品種權的受理和審查測試工作。2017年3月，農業部公布了第一批非主要農作物登記目錄，亞麻也包含在內，《中華人民共和國種子法》明確要求申請保護和登記的植物品種應當具備特異性(D)、一致性(U)和穩定性(S)[7]，DUS測試是植物新品種管理和授權的科學依據[8]。DUS測試性狀是開展DUS測試的基礎，由特定的基因型或基因型組合決定的，在特定環境條件下充分一致和可重復的，在品種間表現出足夠的差異[9]，這就要求選取的測試性狀能夠穩定的、可重復的表達，并且便于區分品種，測試性狀的選擇對DUS測試工作起著關鍵性的作用。

王永行等[10]利用DUS測試性狀對普通小麥測試品種進行了遺傳多樣性分析，褚云霞等[11]利用DUS性狀對22個非洲菊品種進行了多樣性分析，黃志城等[12]利用水稻DUS測試指南中的52個基本測試性狀對上海粳稻地方品種進行了遺傳多樣性分析，陳海榮等[13]利用DUS測試性狀對玉米標準品種進行了形態多樣性分析，而利用DUS測試性狀對亞麻品種進行形態多樣性評價的研究還少見報道。

本研究利用《農業植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南亞麻》[14]中的19個基本測試性狀對亞麻測試品種進行多樣性研究，依據測試性狀相應的代碼對其進行形態多樣性分析、相關分析和聚類分析，以進一步評價和優化測試指南性狀的選取和應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用30份亞麻測試品種，申請品種保護的品種由農業農村部植物新品種保護辦公室提供，申請委托測試的品種由育種單位提供（表1，A為測試品種，B為近似品種）。

表1 亞麻測試材料清單

1.2 試驗設計

供試的30份材料種植于張家口市農業科學院壩上試驗基地，隨機區組設計，2次重復，每小區6行，行長5 m，行距20 cm，四周種植保護行，田間管理與當地大田生產管理方式相同。按照《植物品種特異性、一致性和穩定性測試指南亞麻》[14]的要求，對指南中的19個測試性狀進行觀測（表2），性狀觀測的時間、部位、方法和數量嚴格按照測試指南的要求執行。

表2 性狀調查表及類型

1.3 數據分析

1.3.1 數量性狀的相關性分析 用Excel計算出各數量性狀的最大值、最小值、平均值、標準差和變異系數，用SPSS20計算各數量性狀間的相關系數。

1.3.2 多樣性分析 依據亞麻DUS測試指南對亞麻測試品種的每個性狀給出相應的代碼，對于每個具體品種的每個性狀，將其相應性狀表達的級別記為1，未表達的其他級別記為0，由此構成形態性狀的原始數據矩陣。每個性狀的不同代碼視為該性狀的等位變異，利用PopGen32軟件[15]分析不同性狀的等位變異數目(na)、有效等位變異數目(ne)和Shannon's多樣性指數(H)。Shannon's多樣性指數的計算見公式(1)[16]。

式中Pi為某個性狀第i個代碼出現的概率。

1.3.3 聚類分析 采用PowerMarker3.25[17]統計軟件中的Nei1983法計算遺傳距離，然后根據遺傳距離利用非加權算數平均法(unweighted pair group method with arithmetic mean,UPGMA)在 MEGA 6.06[18]中構建遺傳聚類圖。

2 結果與分析

2.1 數量性狀的變異系數及相關性分析

根據對30份測試品種的變異系數分析（表3），亞麻指南中數量性狀變異系數存在較大差異，單株蒴果數(Chr.14)的變異系數最大為65.31%，變幅為7.45～59.5個，其次為植株的工藝長度(Chr.10)、單株分枝數(Chr.11)、株高(Chr.9)，變異系數分別為26.73%，19.43%，17.54%，種子的含油率變異系數最小為4.05%。

表3 數量性狀變異統計

由表4可以看出，植株的高度(Chr.9)與工藝長度(Chr.10)呈極顯著正相關，相關系數為0.946，與單株蒴果數(Chr.14)呈極顯著負相關，相關系數為-0.554。植株的單株蒴果數(Chr.14)與單株分枝數(Chr.11)呈極顯著正相關，相關系數為0.610，千粒重(Chr.16)與全麻率(Chr.18)呈顯著負相關，相關系數為-0.481。

表4 數量性狀相關性分析

2.2 亞麻測試品種的形態多樣性分析

本研究利用亞麻DUS測試指南中的19個基本測試性狀對30個測試品種進行觀測，共檢測到62個等位變異，平均每個性狀可以檢測到3.2632個，變幅介于2～6，其中等位變異數目大于等于5的性狀有6個；平均有效等位變異數目為2.3716，變幅為1.2195～5.2941個；Shannon's多樣性指數平均為0.8720，變幅為0.2449～1.7160。

性狀植株高度(Chr.9)的多樣性最高，達到6個等位變異，多樣性指數為1.7160，其次為植株工藝長度(Chr.10)，達到了7個等位變異，多樣性指數為1.566。這兩個性狀在特異性測試中可以充分加以利用。總的來看，19個測試性狀中有31.6%的性狀存在5個及以上的等位變異，說明測試品種的多樣性比較豐富。

2.3 聚類分析

利用UPGMA法對30個亞麻測試品種進行了聚類分析（圖1）。

基于UPGMA對30份亞麻材料進行聚類分析（圖1），30份糜子材料聚為3個組群。組群Ⅰ和組群Ⅱ主要為油用品種，主要表現為株高、工藝長度低，分枝數和蒴果數多等特征。組群Ⅰ有5份材料，其中4份為油用品種，1份為油纖兼用品種，花絲顏色(Chr.6)都是白色，花柱顏色(Chr.7)都是白色，蒴果大小(Chr.12)都是中，蒴果隔膜纖毛(Chr.13)都是有。組群Ⅱ有7份材料，都是油用品種，花：花冠顏色(Chr.3)都是中等藍色，花藥顏色(Chr.5)都是藍色，蒴果隔膜纖毛(Chr.13)都是有。組群Ш有18份材料，主要是纖維用品種，主要表現為株高、工藝長度高、分枝數和蒴果數少等特征。

圖1 基于形態性狀的30份亞麻測試品種的聚類結果

表5 30份亞麻測試品種19個形態性狀的多樣性分析

3 討論與結論

3.1 數量性狀的相關分析在DUS測試上的應用

隨著新種子法的頒布實施，育種者對DUS測試的認識不斷深入，測試的作物種類和數量逐年激增，而中國DUS測試工作起步較晚，測試人員嚴重不足，因此，科學精簡測試過程尤為重要。王永行等[10]通過19個小麥品種數量性狀的變異系數分析和相關分析，建議在小麥測試指南中用穗長代替旗葉長、用穗粒數代替不育小穗數，取消旗葉寬作為測試性狀，前人對亞麻DUS測試指南中性狀的研究還未見報道，本研究通過對亞麻數量性狀的相關分析，發現植株的高度與工藝長度呈極顯著正相關，與單株蒴果數呈極顯著負相關，單株蒴果數與分枝數存在極顯著正相關，與張麗麗等[5]的研究結果一致，建議用株高代替工藝長度，用單株蒴果數代替分枝數，刪除植株的工藝長度和分枝數兩個性狀，減輕測試工作量。

3.2 多樣性分析和聚類分析在DUS測試上的應用

《植物新品種特異性、一致性和穩定性審查及性狀描述總則》要求DUS測試性狀在品種間表現出足夠的差異，能夠用于確定特異性[19]，本研究中性狀植株高度(Chr.9)的多樣性最高，達到6個等位變異，多樣性指數為1.7160，其次為植株工藝長度(Chr.10)，達到了7個等位變異，多樣性指數為1.5661。這2個性狀在DUS測試區分不同品種的過程中可以充分加以利用。

通過聚類分析發現，組群Ⅰ和組群Ⅱ主要為油用品種，主要表現為植株的高度(Chr.9)、工藝長度(Chr.10)低，分枝數(Chr.11)和蒴果數(Chr.14)多等特征。組群Ш主要是纖維用品種，主要表現為植株的高度(Chr.9)、工藝長度(Chr.10)高、分枝數(Chr.11)和蒴果數(Chr.14)少等特征，這4個性狀可以用于對油用品種和纖維用品種進行分組。單株蒴果數(Chr.14)的變異系數最大為65.31%，植株的工藝長度(Chr.10)、單株分枝數(Chr.11)、高度(Chr.9)，變異系數也較高，分別為26.73%，19.43%，17.54%，說明這4個性狀在DUS三性判定中區分效果明顯。但是基于相關分析結果，建議用單株蒴果數(Chr.14)和植株的高度(Chr.9)有效區分品種。

本研究的測試品種中，2016-2225B是2016-2225A的近似品種，兩者在聚類時分在同一小枝，說明2016-2225A選擇2016-2225B做近似品種是非常合適的，而20205250235B和20205250235A遺傳距離比較遠，選擇20205250235B作為20205250235A的近似品種明顯不合適。從聚類圖上來看，20205250235A選擇ZJK20193008A做近似品種，更為合適。因此，在測試第一生長周期結束后，可利用品種性狀描述數據進行聚類分析，并結合形態性狀聚類分析結果，篩選出最相似的近似品種。但是本研究中選用的品種較少，而且分布不平衡，尤其是油纖兼用亞麻的品種較少，在后續的研究中，選材需更加豐富。

綜合本研究的結果，建議刪除植株的工藝長度和單株分枝數這兩個性狀，植株的高度、單株分枝數的遺傳多樣性指數和變異系數較高，在不同的品種間差異顯著，可以有效區分品種。為了更加準確、快速地區分不同的品種，測試人員在測試過程中還需不斷地對測試指南進行修正，優化測試技術，以期更好地為亞麻DUS測試工作服務。