甜蕎品種(系)表型遺傳多樣性分析及綜合評價

李春花，加央多拉，吳晗，黃金亮，王春龍，郭來春，魏黎明，任長忠

(1.吉林省白城市農業科學院，吉林 白城 137000；2.敦化市馬鈴薯開發繁育中心，吉林 敦化 133700)

甜蕎(Fagopyrum esculentumMoench)屬蓼科(Polygonaceace)蕎麥屬(FagopyrumGaerth)，是我國栽培種之一[1]，具有營養豐富、經濟價值高、生育期短、適應性強等特點，是藥食同源植物，也是很好的救災填閑作物和重要的蜜源作物[2－6]。甜蕎含有較高的蛋白質、礦物質、維生素和膳食纖維以及其他糧食作物不具備或稀缺的特殊營養素和藥用成分[7]，具有抗過敏、降血脂、降血壓、降血糖等功效，已成為一種值得加快開發利用的營養源和藥用源綠色食品[8，9]。甜蕎是自交不親和作物，依賴蟲媒和風媒實現授粉結實，這就導致品種純合性不足[10，11]，天然結實率低，僅為4%～20%，進而導致甜蕎產量不穩定且偏低[11－13]。因此，提高產量仍是當前甜蕎育種的主要任務之一。

種質資源是改良品種的重要基礎，其擁有的豐富的遺傳變異是實現物種遺傳改良的物質基礎。遺傳多樣性很大程度上決定種質資源的豐富度，可用于發現新的基因資源和改良現有品種，因此，開展種質資源遺傳多樣性研究對于優良基因挖掘、種質創新和利用以及種質資源的遺傳改良具有重要意義。表型性狀調查及遺傳多樣性分析是研究作物種質資源最客觀、有效的方法。王慧[14]、劉迎春[15]、尹春[16]等已采用主成分分析和聚類分析法對晉北、內蒙古等地區多個甜蕎品種的農藝性狀進行了遺傳多樣性分析，但不同甜蕎品種的表型特征受基因型和地域環境影響較大。為了篩選適合吉林省白城地區種植的甜蕎品種，本研究將43份從國內外引進的甜蕎品種(系)種植于吉林省白城市農業科學院試驗基地，并對其植株、籽粒、產量等表型性狀進行了主成分分析和聚類分析，以期綜合評價引進甜蕎品種在白城的生育適應性，為其高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試43份甜蕎種質材料及其來源見表1。

表1 供試甜蕎品種(系)名稱及來源

1.2 試驗方法

試驗在吉林省白城市農業科學院試驗基地進行，該地位于45°37′N、122°47′E，海拔155.4 m，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，前茬作物為花生，土壤類型為淡黑鈣土；耕層土壤(0～20 cm)有機質含量2.2%，堿解氮139.2 mg/kg，速效磷14.1 mg/kg，速效鉀682 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0.60 m，5行區，小區面積9 m2。2020年5月22日機械開溝人工條播，播種量為30 kg/hm2。

1.3 測定指標及方法

待籽粒70%～80%成熟時收獲，每小區隨機選取10個單株，參照?蕎麥種質資源描述規范和數據標準?[17]測量株高、主莖節數、分枝數、莖粗(電子游標卡尺測定)等株型相關性狀，然后單株脫粒，風干晾曬2周后利用萬深SC－G自動考種分析及千粒重儀測量株粒數、千粒重、株粒重等產量相關性狀及籽粒長、寬、長寬比、投影面積、周長、直徑、圓度等籽粒相關性狀。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2007軟件進行整理，采用SPSS 21.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 甜蕎品種(系)表型性狀的多樣性分析

由表2可見，43份甜蕎品種(系)的14個表型性狀的變異系數范圍為4.61%～43.59%。其中，株粒數和株粒重的變異系數較高，分別為43.13%和43.59%，表現出豐富的多樣性，遺傳改良潛力較大；株高、主莖節數、分枝數、莖粗、籽粒投影面積的變異系數在10%～30%之間，籽粒長、寬、長寬比、周長、直徑、圓度及千粒重的變異系數低于10%。綜合表明，43份甜蕎品種(系)間表型性狀差異較大，具有較為豐富的遺傳多樣性，適宜篩選優異種質。

表2 甜蕎品種(系)表型性狀的多樣性分析

2.2 甜蕎品種(系)表型性狀間的相關性分析

結果(表3)表明，株高、主莖節數、分枝數、莖粗4個植株性狀間呈極顯著正相關關系，另外，分枝數與籽粒投影面積、莖粗與籽粒圓度呈顯著負相關，莖粗與籽粒長寬比呈顯著正相關。籽粒性狀中，籽粒的長、寬、直徑、周長間極顯著正相關，籽粒長寬比與籽粒寬、直徑、周長、圓度極顯著負相關，籽粒投影面積與籽粒寬、直徑、周長呈顯著正相關，籽粒圓度與籽粒寬、直徑、周長呈極顯著正相關。產量性狀中，千粒重與籽粒的寬、直徑、周長呈極顯著正相關，與籽粒長和圓度呈顯著正相關；株粒數與株粒重呈極顯著正相關。

表3 甜蕎品種(系)表型性狀的相關性分析

2.3 甜蕎品種(系)表型性狀的主成分分析

由表4可知，第5～14個因子的初始特征值<1，可忽略不計；而前4個因子的初始特征值在1.220～5.325，累積貢獻率為79.642%，對總方差的貢獻最大。因此，僅保留前4個公因子做進一步分析。

表4 甜蕎品種(系)表型性狀的主成分分析結果

由載荷矩陣(表5)可知，籽粒的寬、直徑、周長、圓度、長寬比、長及千粒重是第1主成分的主要指標，籽粒投影面積是第4主成分的主要指標，第1主成分和第4主成分特征向量所表達的生物學信息主要與籽粒性狀相關；株高、主莖節數、莖粗、分枝數是第2主成分的主要指標，其特征向量所表達的生物學信息主要與植株性狀相關；株粒數和株粒重是第3主成分的主要指標，其特征向量所表達的生物學信息主要與產量性狀相關。

表5 旋轉后的因子載荷矩陣

2.4 甜蕎品種(系)農藝性狀的聚類分析

根據主成分分析結果，對43份甜蕎品種(系)進行聚類分析，結果將43份甜蕎品種(系)劃分為4大類群(圖1)，各類群的性狀平均值和變異系數見表6。

表6 4大類群甜蕎品種(系)種質特征統計結果

類群Ⅰ包含9份材料，其主要特征是植株性狀的平均值為中等，籽粒周長、籽粒寬、籽粒直徑、千粒重的平均值較小，籽粒長寬比、株粒數、株粒重的平均值較大；這一類群的甜蕎品種(系)可以作為高產品種在生產上直接利用。類群Ⅱ包含9份材料，其主要特征是株高、主莖節數、籽粒寬、籽粒直徑、籽粒圓度的平均值較小，籽粒長寬比的平均值較大，其他性狀的平均值為中等；這一類群可作為矮稈親本材料利用。類群Ⅲ包含3份材料，其主要特征是株高、主莖節數、分枝數、莖粗、籽粒周長、籽粒長、籽粒寬、籽粒直徑、千粒重的平均值較大，籽粒投影面積、籽粒圓度、株粒數、株粒重的平均值較小，其他性狀的平均值為中等；這一類群可作為青貯飼料品種在生產上直接利用或作為大粒親本材料利用。類群Ⅳ包含22份材料，其主要特征是分枝數、莖粗、籽粒長寬比、籽粒長的平均值較小，籽粒投影面積和籽粒圓度的平均值較大，其他性狀的平均值為中等；這一類群可作為圓粒型或粗稈親本材料利用。

3 討論與結論

種質資源的遺傳多樣性分析是作物育種、科研、生產以及優異材料篩選過程中的基礎工作，直接影響新品種選育及品種改良的效果，而基于農藝性狀的描述和評價是研究種質表型特征的最基本方法和途徑[18]。本研究選用的甜蕎品種(系)來自于中國的7個省及加拿大、俄羅斯，地理分布較廣，其表型性狀的變異系數分布在4.61%～43.59%，其中株高、主莖節數、分枝數、莖粗、籽粒投影面積、株粒數和株粒重的變異系數高于10%，說明這些性狀遺傳多樣性豐富，種質間差異較大[19，20]；而籽粒的周長、長寬比、長、寬、直徑、圓度及千粒重的變異系數低于10%，說明這些性狀變異小，遺傳穩定性較高。

前人研究表明，當兩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[21]，尤其是當兩個性狀間的相關系數>0.707時，可用其中一個性狀描述或推測另一個性狀的變異情況[22]。本研究結果表明，供試甜蕎品種(系)的株高與主莖節數相關系數為0.826，籽粒周長與籽粒的長、寬和直徑的相關系數分別為0.854、0.911和0.986，籽粒長與籽粒直徑的相關系數為0.774，籽粒寬與籽粒直徑和圓度的相關系數分別為0.955和0.821，株粒數與株粒重的相關系數為0.942，均呈極顯著正相關，意味著可通過改良相關性狀之一使另一性狀得到改良，從而達到選育目標，大幅度提高選育效率。王慧等[14]認為甜蕎的主莖節數與株高和一級分枝數、單株粒數與單株粒重間呈極顯著正相關，這與本研究結果一致。

主成分分析能通過降維將較多性狀綜合為幾個因子，以達到利用少數綜合因子來反映原來眾多變量的目的，使數值更直觀、易分析[23]。本研究利用主成分分析法將甜蕎的14個表型性狀指標轉化為4個綜合指標，累計貢獻率達79.642%，第1主成分和第4主成分可稱為籽粒性狀因子，第2主成分可稱為株型因子，第3主成分可稱為產量因子，其中產量因子中株粒數和株粒重的特征向量均大于其他表型性狀。呂丹[24]和李春花[25]等研究發現，株粒數和株粒重是影響苦蕎籽粒產量的主要因素。表明，株粒數和株粒重是影響蕎麥籽粒產量的主要因素。

本研究在主成分分析的基礎上進行聚類分析，將43份甜蕎品種(系)劃分為4大類群，第Ⅰ類為株粒數、株粒重的平均值較大，可以作為高產品種生產上直接利用；第Ⅱ類為株高、主莖節數、籽粒寬、籽粒直徑、籽粒圓度的平均值較小，可作為矮稈親本材料利用；第Ⅲ類為株高、主莖節數、分枝數、莖粗、籽粒周長、直徑長、籽粒寬、籽粒直徑、千粒重的平均值較大，可作為青貯飼料品種在生產上直接利用或大粒親本材料利用；第Ⅳ類為分枝數、莖粗、長寬比、籽粒長較小，可作為圓粒型或粗稈親本材料利用。另外，從43份甜蕎品種(系)的聚類結果發現類群劃分與材料的來源地沒有密切聯系，這表明僅根據種質資源的地理分布進行遺傳多樣性分析可能會存在一定的偏差，需要在考慮地域因素的基礎上結合遺傳距離，才能更好地選出適合的育種目標材料。

綜合上述分析，本研究發現了高產、矮稈、大粒、粗稈的育種親本材料、生產上可直接利用的高產品種以及青貯飼料用甜蕎品種，這在今后甜蕎遺傳育種及利用中可作為優異基因資源重點研究，也為白城當地甜蕎品種選育提供了參考。