二棱大麥品種（系）的綜合評價

郜戰(zhàn)寧 王樹杰 馮 輝 薛正剛 楊永乾 宋曉朋 介元芬

（1駐馬店市農(nóng)業(yè)科學院，463000，河南駐馬店；2河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院食品工程學院，450000，河南鄭州）

大麥（Hordeum vulgareL.）是我國及世界上分布及種植面積較大的作物，資源極其豐富。大麥被廣泛應用于糧食、啤酒、飼料及保健品原料[1]。除大麥的啤用農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀外，近年來大麥的營養(yǎng)及食用價值日益受到人們的重視[2]，隨著畜牧業(yè)及飼養(yǎng)業(yè)的迅速發(fā)展，大麥飼用農(nóng)藝性狀及青飼、青貯價值也受到人們的重視。依據(jù)棱型，大麥分為二棱大麥和六棱大麥，二棱大麥與六棱大麥籽粒性狀具有較大差異[3]。相比六棱大麥，二棱大麥籽粒品質(zhì)更適合用作釀造啤酒的原料[4]。本文對38份不同來源和用途的二棱大麥品種（系）綜合性狀進行比較分析及評價，為不同用途二棱大麥品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以38份不同來源和用途的二棱大麥品種（系）為材料，材料名稱及來源見表1。

表1 參試材料名稱及來源Table 1 The names and origins of materials tested

1.2 試驗設計

試驗于2018-2019和2019-2020年度在河南省駐馬店市農(nóng)業(yè)科學院試驗站進行，6行區(qū)，行距0.25m，行長9m，小區(qū)面積13.5m2，小區(qū)間距30cm，隨機區(qū)組排列，3次重復，試驗地四周設保護行。前茬作物為大豆，參試材料統(tǒng)一種植并進行田間管理。

1.3 指標調(diào)查及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀 38份供試品種（系）的農(nóng)藝性狀均按照《大麥種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范》進行統(tǒng)一調(diào)查記錄。調(diào)查指標包括株高、穗長、千粒重、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、產(chǎn)量及不孕粒數(shù)等。于大麥臘熟期，每小區(qū)隨機選取10株，調(diào)查株高；每小區(qū)隨機選取 10穗，調(diào)查穗長、不孕粒數(shù)和穗粒數(shù)；每小區(qū)選取長勢均勻一致的植株1m行長調(diào)查有效穗數(shù)，折算成單位面積有效穗數(shù)；臘熟末期統(tǒng)一收獲、晾曬，測定小區(qū)產(chǎn)量及千粒重。

1.3.2 蛋白質(zhì)含量 使用DA7200型近紅外谷物品質(zhì)分析儀[波通瑞華科學儀器（北京）有限公司生產(chǎn)]測定供試品種（系）蛋白質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進行基礎數(shù)據(jù)的處理及制表繪圖；采用 DPS 7.05軟件進行相關性分析和主成分分析，用SPSS 18.0進行聚類分析，采用系統(tǒng)聚類法，以歐式距離作為品種（系）間距離，Ward’s method進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 二棱大麥品種（系）主要性狀表現(xiàn)及多樣性

38份二棱大麥品種（系）主要農(nóng)藝性狀結(jié)果（表2和圖1）顯示，各性狀的變異程度和遺傳多樣性指數(shù)存在較大差異。

表2 二棱大麥品種（系）主要農(nóng)藝性狀、蛋白質(zhì)含量及多樣性指數(shù)Table 2 The main agronomic traits, protein contents and diversity indexes of two-rowed barley varieties (lines)

圖1 二棱大麥品種（系）主要農(nóng)藝性狀Fig.1 The main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

38份二棱大麥品種（系）中，株高的變化范圍為74.22～113.94cm，變異系數(shù)為9.59%，多樣性指數(shù)為1.9018。株高主要集中分布在79.07～100.03cm，表明參試材料大多為中高稈品種（系），矮稈品種（系）較少。

穗長變異系數(shù)為 11.90%，多樣性指數(shù)為2.0209，表明參試品種（系）穗長存在明顯差異，穗長主要集中分布范圍為 5.05～7.61cm，穗長最長為K09-4，最短為8-33。千粒重主要集中在38.04～45.99g，千粒重最高的為鄂單215，最低的為駐5-63。穗粒數(shù)主要集中分布范圍為 23.32～29.06粒，穗粒數(shù)最高的為K09-4，最低的為鹽黑1號。有效穗數(shù)主要集中分布范圍為 607.86～979.19萬/hm2。有效穗數(shù)最高的品種（系）為K09-4，最低的品種（系）為蘇啤3號。籽粒產(chǎn)量主要集中在5873.35～8068.91kg/hm2，產(chǎn)量最高的品種（系）為K09-4，最低為駐大麥 6號。蛋白質(zhì)含量主要集中分布在7.92%～12.55%，蛋白質(zhì)含量最高為駐大麥5號，最低為鹽黑1號。

綜上所述，二棱大麥品種（系）中不孕粒數(shù)的變異系數(shù)最大，為41.94%；有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量及穗長的變異系數(shù)均較大，變異系數(shù)為 11.90%～13.83%；而株高、穗粒數(shù)和千粒重在二棱大麥品種（系）中變異范圍較小，變異系數(shù)為7.71%～9.59%，千粒重的變異系數(shù)最小，為7.71；蛋白質(zhì)含量的變異系數(shù)為13.37%。在二棱大麥不同性狀中，多樣性指數(shù)介于1.8519～2.0518，穗粒數(shù)的遺傳多樣性指數(shù)最高，為2.0518；千粒重的遺傳多樣性指數(shù)最低，為1.8519，說明二棱大麥品種（系）主要性狀存在豐富的遺傳變異。

2.2 二棱大麥品種（系）主要性狀的相關性分析

由表3可知，有效穗數(shù)與籽粒產(chǎn)量呈極顯著正相關，其偏相關系數(shù)也達極顯著正相關水平，株高與籽粒產(chǎn)量呈極顯著負相關，穗粒數(shù)與籽粒產(chǎn)量偏相關系數(shù)呈顯著正相關，穗長與籽粒產(chǎn)量偏相關系數(shù)呈顯著負相關。這說明對二棱大麥品種（系）籽粒產(chǎn)量影響最大的因素是有效穗數(shù)；在產(chǎn)量三因素協(xié)調(diào)的情況下，籽粒產(chǎn)量隨著株高的增加而降低；穗粒數(shù)對二棱大麥品種（系）籽粒產(chǎn)量影響較大，在產(chǎn)量三因素協(xié)調(diào)的情況下，籽粒產(chǎn)量隨著穗粒數(shù)的增加而增加。因此，在二棱大麥新品種選育工作中，適當增加有效穗數(shù)，兼顧穗粒數(shù)及其他性狀，可獲得更高的產(chǎn)量。

表3 二棱大麥品種（系）主要農(nóng)藝性狀的相關性分析Table 3 The correlation analysis of main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

其他性狀之間的相關關系表現(xiàn)為株高與穗長呈極顯著正相關，其偏相關系數(shù)也達極顯著正相關水平，說明株高的增加有利于穗長的增加；千粒重與有效穗數(shù)呈極顯著負相關，其偏相關系數(shù)呈顯著負相關，說明有效穗數(shù)的增加會導致千粒重的下降；穗粒數(shù)與穗長呈極顯著正相關，說明穗長的增加有利于穗粒數(shù)的增加；穗粒數(shù)與有效穗數(shù)偏相關系數(shù)呈顯著負相關，說明有效穗數(shù)的增加會造成穗粒數(shù)的下降。由此說明，大麥各性狀之間存在此消彼長的關系，簡單考慮某一性狀的提高，會造成其他性狀的下降，從而影響產(chǎn)量提高，這與前人[5-10]的研究結(jié)果一致。

2.3 二棱大麥品種（系）主要性狀的聚類分析

采用系統(tǒng)聚類法對 38份二棱大麥品種（系）進行聚類分析，將各農(nóng)藝性狀原始數(shù)據(jù)標準化處理，以歐式距離作為品種（系）間距離，以離差平方和法進行聚類分析[11-12]。品種特異性的判定是至少有一個性狀明顯不同于已知的近似品種，即可認為其具有特異性[12]。從圖2可知，品種（系）間距離最短的是駐大麥7號和鹽99175，差異也最小。38份大麥品種（系）間遺傳距離的大小表明其遺傳差異的大小。圖2中各品種（系）合并的先后次序不同，反映了品種（系）間的近似程度及親緣關系的遠近。先合并的品種（系）間遺傳距離小，說明品種（系）間差異少；合并的越晚，品種（系）間遺傳距離越大，說明差異越大。

由圖2可知，38份二棱大麥品種（系）在遺傳距離10時可以聚為2大類：類群Ⅰ包括21份材料，編號為4、8、1、10、15、9、14、11、19、27、28、6、2、22、7、21、23、12、13、20、3；類群Ⅱ包括17份材料，編號為30、37、26、24、16、36、32、34、17、5、25、35、31、33、18、29、38。

圖2 二棱大麥品種（系）農(nóng)藝性狀聚類圖Fig.2 Clustering scheme of main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

由表4可知，類群Ⅰ材料平均株高較高，穗長較長，千粒重較大，穗粒數(shù)較多，為中稈大粒型。類群Ⅱ材料平均株高較矮，穗粒數(shù)較少，有效穗數(shù)較高，籽粒產(chǎn)量較高，為矮稈多穗型，這與相關分析結(jié)果一致。同一類中的材料各性狀表現(xiàn)較為相近，因此，在大麥育種中，應根據(jù)目標性狀，選擇不同類群中的種質(zhì)材料[12-13]。

表4 二棱大麥品種（系）各類農(nóng)藝性狀平均值Table 4 Average of agronomic traits in every cluster

2.4 主成分分析

主成分分析是通過降低數(shù)據(jù)維數(shù)排除眾多信息中相互重疊的信息，把多個指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標的一種多元分析方法[14-19]。

2.4.1 二棱大麥品種（系）主要性狀的主成分分析

本研究將供試品種（系）的株高、穗長、千粒重、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量和不孕粒數(shù)等數(shù)量性狀進行降維因子分析，并計算出相關矩陣的特征值、特征向量及特征值的累計貢獻率，使其累計貢獻率≥85%[4,14]。

由表5可知，前4個主成分的信息量為總信息量的85.5807%，反映了絕大部分信息。根據(jù)特征值和各主成分的貢獻率可以看出，第1主成分貢獻率為33.5353%，綜合了千粒重、株高和籽粒產(chǎn)量等信息；在一定范圍內(nèi)，千粒重隨著株高的增加而增加，千粒重是產(chǎn)量構(gòu)成因素之一，對產(chǎn)量有很大的貢獻，因此第1主成分以大為好。第2主成分貢獻率為24.6861%，代表了穗長的信息，穗長的增加有利于穗粒數(shù)的增加和產(chǎn)量的提高[20]；第3主成分貢獻率為17.7681%，綜合了穗粒數(shù)和有效穗數(shù)的信息，穗粒數(shù)和有效穗數(shù)是影響作物產(chǎn)量的重要因素，可概括為產(chǎn)量因子，因此第3主成分偏大為好。第4主成分貢獻率為9.5912%，代表了不孕粒數(shù)和穗長的信息，說明隨著穗長的增加會導致不孕粒數(shù)增加，從而影響產(chǎn)量的提高，因此第4主成分以偏小為好。

表5 二棱大麥品種（系）各農(nóng)藝性狀的主成分分析Table 5 Principal component analysis of main agronomic traits of two-rowed barley varieties (lines)

2.4.2 基于主成分的二維排序分析 基于二棱大麥品種（系）主要性狀的主成分分析結(jié)果，以前4個主成分得分值為指標，以第1主成分為橫坐標，分別以第2、3、4主成分為縱坐標，繪制二維排序圖[4,20]（圖 3）。

圖3 二棱大麥品種（系）主成分二維排序圖Fig.3 Scatterplot based on PCA of two-rowed barley varieties (lines)

由第1主成分株高、千粒重因子與第2主成分穗長因子的二維排序圖（圖 3a）可知，參試的 38份材料中，中國河南的部分品種（系）、中國上海及其他地方的品種（系）布局比較分散，尤其是中國上海及其他地方的品種（系），說明這些品種（系）差異較大，因此在株高、穗長、千粒重等性狀選擇時，可優(yōu)選這些品種（系）作為親本材料。由第1主成分株高、千粒重因子與第3主成分穗粒數(shù)、有效穗數(shù)因子二維排序圖（圖3b）可知，中國河南的一些品種（系）、中國浙江、中國上海及其他地方的一些品種（系）布局較為分散，說明這些品種（系）在千粒重、穗粒數(shù)及有效穗數(shù)因子等方面差異較大，選擇范圍廣，因此在千粒重、穗粒數(shù)及有效穗數(shù)等性狀選擇時，可選擇這些品種（系）為親本材料。由第1主成分株高、千粒重因子與第4主成分不孕粒數(shù)因子二維排序圖（圖3c）可知，中國河南的一些品種（系）及中國湖北的品種（系）布局較為分散，說明這些品種（系）在千粒重及不孕粒數(shù)因子等方面差異較大，在性狀選擇時，可根據(jù)這些性狀優(yōu)選中國湖北及中國河南的一些品種（系）為親本材料。

3 討論

我國有豐富的大麥（青稞）種質(zhì)資源，但目前對河南省大麥（青稞）的系統(tǒng)深入研究還較少。孟霞等[6]認為對青稞農(nóng)藝性狀的研究，可有效發(fā)掘優(yōu)異的親本材料，對西藏青稞高產(chǎn)高效栽培提供依據(jù)。高彩婷[20]認為作物育種成效在很大程度上取決于掌握種質(zhì)資源數(shù)量的多少和對其性狀遺傳規(guī)律研究的深淺。周偉[11]認為對作物品種資源正確合理的分析和評價是對其合理利用的前提。

3.1 二棱大麥品種（系）主要性狀表現(xiàn)

本研究的38份二棱大麥品種（系）的主要農(nóng)藝性狀分析表明，38份二棱大麥材料的變異系數(shù)在不同性狀上表現(xiàn)不同，有效穗數(shù)、籽粒產(chǎn)量、穗長、不孕粒數(shù)及蛋白質(zhì)含量變異豐富，株高、千粒重及穗粒數(shù)變異相對較小，說明二棱大麥品種（系）的株高、千粒重及穗粒數(shù)相對穩(wěn)定，是育種的基礎，育種的關鍵突破在有效穗數(shù)和穗長適度增加，這與劉亞楠等[4]的研究一致，與張中州等[21]、劉朝輝等[22]和高翔等[23]對小麥的研究結(jié)果一致。

3.2 二棱大麥品種（系）的綜合評價

陳麗華等[5]認為，利用相關性分析研究作物各性狀間的相互關系及其對目標性狀的相對重要性，對作物育種有重要的意義。張亞靜等[9]對青稞研究認為，穗數(shù)與產(chǎn)量極顯著正相關，認為單位面積足夠的穗數(shù)是獲得高產(chǎn)的基礎。本研究通過對38份二棱大麥品種（系）的相關分析，揭示了有效穗數(shù)是影響大麥產(chǎn)量的主要性狀，這與趙倩等[24]和田紀春等[25]對小麥的研究結(jié)果一致。趙倩等[24]認為，通過增加穗數(shù)比通過提高穗粒數(shù)和千粒重提高產(chǎn)量更有效。田紀春等[25]認為，不僅多穗型品種首先必須依靠穗數(shù)，而且大穗型品種也必須在一定穗數(shù)基礎上才能有更大的突破。

聚類分析的可靠性和準確性在一定程度上取決于聚類性狀的選擇，李潔等[12]研究認為，品種（系）間遺傳距離的不同，揭示了其遺傳上的差異。本研究通過對主要農(nóng)藝性狀進行聚類分析，將38份二棱大麥聚為2大類，類群的劃分與有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、株高和穗長等產(chǎn)量性狀密切相關，這與劉亞楠等[4]和李潔等[12]的聚類分析結(jié)果一致。張亞靜等[9]認為，產(chǎn)量育種是青稞育種的主攻方向。本研究認為高產(chǎn)育種應從類群Ⅱ選擇，同時根據(jù)來源創(chuàng)制核心種質(zhì)，盡可能選擇親緣關系較遠的矮稈多穗型二棱大麥品種（系）。

主成分分析揭示了38份二棱大麥的產(chǎn)量性狀，各主成分包含的性狀有一定的相關性，表明各性狀是相互聯(lián)系的，因此在利用種質(zhì)資源時應考慮各農(nóng)藝性狀之間的相互關系。這與劉亞楠等[4]和孟霞等[6]的分析相一致。荊瑞勇等[14]對水稻的研究認為，利用主成分分析進行性狀評價時，可根據(jù)各性狀的內(nèi)在聯(lián)系，從眾多影響因素中解析主要因素，從而簡化評價過程，使分析更準確。主成分二維排序是基于前4個主成分得分繪制的散點圖，以第1主成分為橫坐標，分別以第2、3、4主成分為縱坐標，依據(jù)各主成分特性篩選相應的二棱大麥品種（系）。二維排序分析從 38份二棱大麥品種（系）貢獻較大的主成分相關的主要性狀入手，分析了各性狀在二維圖中的布局及各性狀間的差異大小，為二棱大麥親本選擇及創(chuàng)制優(yōu)異種質(zhì)提供依據(jù)。這與劉亞楠等[4]分析結(jié)果一致。種質(zhì)資源的綜合評價與育種的利用直接相關，如何對大麥品種（系）進行合理、全面的評價顯得尤為重要[26]。

4 結(jié)論

通過對38份二棱大麥品種（系）綜合評價分析表明，二棱大麥主要性狀之間相互聯(lián)系，相互制約，與產(chǎn)量關系最密切的是有效穗數(shù)，因此，在二棱大麥高產(chǎn)育種時，可把有效穗數(shù)作為主要目標性狀，在增加有效穗數(shù)的同時，兼顧穗粒數(shù)和千粒重的協(xié)調(diào)，同時考慮株高和穗長等相關性狀，爭取獲得更高的產(chǎn)量。