苦蕎農藝性狀遺傳多樣性分析及綜合評價

李春花，加央多拉，吳晗，孫墨可，田娟，王春龍，郭來春，魏黎明，賈云峰，任長忠

(白城市農業科學院，吉林 白城 137000)

苦蕎[Fagopyrum tataricum(L.) Gaertn.]屬蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(FagopyrumMill)的一年生草本植物[1]。苦蕎具有耐瘠、耐旱、生育期短等特點，可作為填閑、救災作物[2]。另外，苦蕎的蘆丁含量較高。蘆丁是一種苷糖化合物，具有消積化滯、除濕解毒等作用，對高血壓及糖尿病等有一定的醫療作用[3]。近年，由于苦蕎的營養特性和機能特性方面的優越性，以苦蕎為原料加工的健康食品備受關注，苦蕎的需要量也日漸增加。

吉林省苦蕎研究與生產起步較晚，目前還沒有培育適合吉林西部地區種植的苦蕎品種。引種是簡單易行、迅速有效的一種育種方法[4]，可在短時間內獲得優良品種。但是，每個品種都有一定的生態適應性，所以引種不能盲目，需要通過農藝性狀的綜合評價試驗后篩選出適宜當地生態環境的品種。對作物進行表型性狀調查及遺傳多樣性分析是研究種質資源最客觀、有效的方法。苦蕎的各農藝性狀在不同的經緯度、氣候條件、地理條件都有不同的表現，因此，農藝性狀的綜合評價對引種品種的高效利用具有非常重要的作用。

賈瑞玲等[5]對64 份苦蕎種質資源農藝性狀進行了遺傳多樣性分析，篩選出具有不同育種目標選擇潛力的優良材料。李春花等[6]對苦蕎種質資源的12 個主要農藝性狀進行遺傳多樣性分析、主成分及聚類分析，將180 份苦蕎種質劃分為矮稈特異粒形型、高稈型、高產大粒型三大類。楊玉霞等[7]對苦蕎的9 個主要農藝性狀及蛋白質進行了主成分和聚類分析，將55 份材料分為低產晚熟型、多分支高蛋白型、早熟粒重型3 大類。李春花等[8]對云南苦蕎種質資源的12 個農藝性狀進行主成分及聚類分析，將63 份資源劃分為生育期較長型、生育期中等型和生育期較短型3 大類群。楊學樂等[9]對苦蕎種質資源作為材料進行主要表型性狀與產量的統計分析，將26 個苦蕎種質資源分為綜合性狀不突出、高產型、矮稈型3 大類群。然而，前人所制定的評價標準及指標不同，僅限于在試驗地區的應用參考。本研究引進20 個不同苦蕎品種，通過對其株型、粒型、產量相關性狀等農藝性狀進行遺傳多樣性分析及綜合評價，為吉林西部地區引進苦蕎品種的高效利用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為白城市農業科學院所引進、保存的20 份苦蕎品種(表1)。

表1 20 份苦蕎品種名稱及來源Table 1 20 Tartary buckwheat germplasms and their origins

1.2 試驗方法

試驗在白城市農業科學院的試驗基地內進行。該地海拔為155.4 m，45°37′N，122°47′E，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均降水量為399.9 mm，無霜期平均為144 d。試驗地地勢平整，土壤肥力相同，前茬作物為花生。該地土壤類型為淡黑鈣土，耕層土壤(0～20 cm)有機質含量22.0 g/kg，礦質氮139.2 mg/kg，有效磷14.1 mg/kg，速效鉀682.0 mg/kg，pH值為7.2。試驗采用隨機區組設計，3 次重復，小區長3 m，行距0.6 m，5 行區，小區面積9 m2。2021 年6月12 日機械開溝人工條播，播種量為20 kg/hm2。

1.3 測定指標及方法

待籽粒70%～80%成熟時收獲。每小區隨機取10 個單株，參照《蕎麥種質資源描述規范和數據標準》[10]測定株高、主莖節數、分枝數、莖粗(電子游標卡尺測定)等株型相關性狀后脫粒，經2 周的風干后利用萬深SC-G 自動考種分析及千粒質量儀測定株粒數、千粒質量、株粒質量、籽粒面積、籽粒周長、長寬比、籽粒長、籽粒寬、籽粒圓度等產量相關性狀和籽粒相關性狀。

1.4 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2007 軟件進行整理，采用SPSS 21.0 軟件進行差異性、主成分和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 苦蕎農藝性狀的遺傳多樣性分析

對20 個苦蕎品種的13 個農藝性狀進行基本統計分析，品種間主要農藝性狀變異豐富(表2)，其中株粒質量的變異系數最大，達45.38%，變異幅度為2.89～16.30 g，平均值為8.66 g；株粒數的變異系數較大，達43.29%，變異幅度為213.50～981.20 粒，平均值為525.74 粒；籽粒寬的變異系數最小，為6.19%，變異幅度為2.72～3.36 mm，平均值為3.07 mm。這表明苦蕎各品種間主要農藝性狀均存在一定的變異。

表2 20 份苦蕎品種農藝性狀的遺傳多樣性分析Table 2 Diversity analysis of agronomic traits of 20 Tartary buckwheat varieties

2.2 苦蕎各農藝性狀間的相關性分析

20 份苦蕎品種13 個農藝性狀相關分析結果表明(表3)，株高與主莖節數呈極顯著正相關，與莖粗呈顯著正相關；主莖節數與莖粗呈極顯著正相關；籽粒面積與籽粒周長、籽粒長、千粒質量呈極顯著正相關，與長寬比呈顯著正相關，與籽粒圓度呈顯著負相關；籽粒周長與長寬比、籽粒長、千粒質量呈極顯著正相關，與籽粒圓度呈極顯著負相關；長寬比與籽粒長呈極顯著正相關，與籽粒寬和籽粒圓度呈極顯著負相關；籽粒長與千粒質量呈顯著正相關，與籽粒圓度呈極顯著負相關；籽粒寬與籽粒圓度和千粒質量呈極顯著正相關，與株粒質量呈顯著正相關；株粒數與株粒質量呈極顯著正相關；除此以外其他性狀間差異性不顯著。另外，株高與主莖節數、主莖節數與莖粗、長寬比與籽粒圓度、籽粒長與籽粒周長、籽粒寬與千粒質量、株粒數與株粒質量間存在較高的相關系數，分枝數與其他性狀的相關系數都處于低水平。

表3 苦蕎農藝性狀的相關性分析結果Table 3 Correlation analysis of agronomic traits of Tartary buckwheat

2.3 苦蕎農藝性狀的主成分分析

對20 份苦蕎品種的13 個農藝性狀進行主成分分析，結果表明前4 個因子對總方差的貢獻最大，累積貢獻率為86.919%(表4)。第1 因子特征值為4.786，貢獻率為36.814%；第2 因子特征值為3.126，貢獻率為24.045%；第3 因子特征值為2.142，貢獻率為16.478%；第4 因子特征值為1.246，貢獻率為9.583%。特征值＜1 的第5～13 個因子忽略不計，保留前4 個公因子作進一步分析。

表4 苦蕎農藝性狀的主成分分析結果Table 4 Principal component analysis of agronomic of Tartary buckwheat

由載荷矩陣(表5)可知，籽粒面積、籽粒周長、長寬比、籽粒長、籽粒寬、籽粒圓度是第1 因子的主要指標，其特征向量所表達的生物學信息主要和籽粒形狀相關；千粒質量是第2 因子的主要指標，其特征向量所表達的生物學信息主要和籽粒質量相關；株高、主莖節數、分枝數、莖粗是第3 因子的主要指標，其特征向量所表達的生物學信息主要和株型性狀相關；株粒數和株粒質量是第4 因子的主要指標，其特征向量表達的生物學信息主要和產量性狀相關。

表5 旋轉后的因子載荷矩陣Table 5 Rotated component matrix

2.4 苦蕎品種農藝性狀的聚類分析

將20 份苦蕎品種通過13 個數量性狀進行聚類分析可將其分為3 個類群(圖1)，各類群性狀的平均值和變異系數見表6。

表6 苦蕎品種各類群性狀的特征值Table 6 Characteristics of various traits of Tartary buckwheat varieties

圖1 20 份苦蕎品種聚類結果Fig.1 Clustering map of 20 Tartary buckwheat varieties

類群I 中包含11 份材料，其主要特征是株高、籽粒周長、長寬比、籽粒長的平均值較大，主莖節數、莖粗、籽粒面積、千粒質量的平均值中等，分枝數、籽粒寬、籽粒圓度、株粒數、株粒質量的平均值較小。綜合各性狀，該類群為株高較高，株粒數和株粒質量較低的長粒形苦蕎品種。類群Ⅱ中包含4 份材料，其主要特征是株粒數和株粒質量的平均值較大，分枝數、長寬比、籽粒長、籽粒寬、籽粒圓度的平均值中等，株高、主莖節數、莖粗、籽粒面積、籽粒周長、千粒質量的平均值較小。綜合各性狀，該類群為株高較矮，株粒數和株粒質量較高的苦蕎品種。類群Ⅲ中包含5 份材料，其主要特征是主莖節數、分枝數、莖粗、籽粒面積、籽粒寬、籽粒圓度、千粒質量的平均值較大，株高、籽粒周長、株粒數、株粒質量的平均值中等，長寬比和籽粒長較小。綜合各性狀，該類群為莖稈較粗、千粒質量大、株粒數和株粒質量較大的短粒形苦蕎品種。

3 討論

苦蕎的生長發育受耕作制度、生產條件、氣候等因素的影響，特別是株粒數、結實率、千粒質量等產量相關因素受氣候條件影響較大，因此，從穩產、高產、種性安全的角度出發，在引種地區開展蕎麥新品種農藝性狀的綜合評價非常必要。本研究結果表明，在白城地區，苦蕎不同品種在同一性狀間存在較大差異，主要農藝性狀的變異系數為6.19%～45.38%，其中株高、主莖節數、分枝數、莖粗、籽粒面積、長寬比、籽粒長、籽粒圓度、千粒質量、株粒數、株粒質量的變異系數均高于10%。白史且等[11]和董博文等[12]認為，變異系數高于10%則個體間差異較大，說明這些性狀遺傳多樣性豐富，種質間差異較大。而籽粒周長、籽粒寬的變異系數低于10%，說明粒形相關性狀變異小，遺傳穩定性較高。

前人研究表明，當2 個性狀呈極顯著相關時，改良其中一個性狀時另一個性狀也會受到影響[13]，尤其是2 個性狀間的相關系數＞0.707 時，可用其中一個性狀描述另一個性狀，也可推測另一個性狀變異情況[14]。本研究結果表明，籽粒面積與籽粒周長(0.967)、籽粒長(0.833)、千粒質量(0.814)，籽粒周長與籽粒長(0.914)、千粒質量(0.814)，長寬比與籽粒長(0.907)，株粒數與株粒質量(0.906)呈極顯著正相關，推測改良其中一個性狀時可同時改良另一個性狀，選育效率會大幅度提高。而籽粒圓度與長寬比(-0.996)、籽粒長(-0.910)呈極顯著負相關，因此，改良其中一個性狀時應考慮另一個性狀的變化。李春花等[15]認為，株型相關性狀中株高與主莖節數和莖粗存在顯著正相關，而與分枝數不存在顯著性相關。這與本研究結果一致，也表明這些性狀在不同環境和品種間也依然存在密切的相關性。

本研究利用主成分分析法將20 份苦蕎的13 個農藝性狀指標轉化為4 個綜合指標，累計貢獻率達86.919%，根據主成分表型性狀的特征向量，可分別將其稱為粒型因子、籽粒質量因子、株型因子、產量因子。李春花等[15]研究發現，株粒數和株粒質量是影響苦蕎籽粒產量的主要因素，與本結果一致。以上結果表明，這兩個性狀與苦蕎籽粒產量密切相關，是影響籽粒產量的主要因素。在主成分分析的基礎上進行了聚類分析，將20 份苦蕎品種劃分為3 類，第Ⅰ類為株高較高，株粒數和株粒質量較小的長粒形苦蕎品種，不適合在當地直接利用，需要進行改良；第Ⅱ類為株高較矮，株粒數和株粒質量較高的苦蕎品種，可作為矮稈高產品種在生產上直接利用；第Ⅲ類為莖稈較粗、千粒質量大、株粒數和株粒質量較大的短粒形苦蕎品種，可作為粗稈、大粒親本材料。

4 結論

20 份苦蕎品種株粒質量的變異系數最大，籽粒寬的變異系數最小，株粒質量與籽粒寬顯著正相關，與株粒數極顯著正相關。20 份苦蕎品種中，發現了高稈、矮稈、高產、大粒、粗稈、長粒形、短粒形的育種親本材料以及在生產上可以直接利用的定苦1 號、苦蕎1307-893、通蕎1 號、云蕎1 號等4 份矮稈高產苦蕎品種。