基于DUS测试性状的花生品种遗传多样性分析_豆丹丹.pdf

基于 测试性状的花生品种遗传多样性分析豆丹丹，王德新，郭玉玺，郭新海，丁超明，孙建军（河南省农业科学院 农业农村部植物新品种测试原阳分中心，河南郑州）摘要 利用 中 个测试性状对原阳分中心参与测试的 份花生品种（待测品种及其对应近似品种）进行遗传多样性分析；采用 软件对 参试品种进行遗传多样性分析。结果表明，个性状共检测到 个等位变异，平均每个测试性状检测到 个，平均有效等位变异数为，多样性指数（）为。相关性分析表明，主茎高度与侧枝长度为极显著正相关，相关系数为。荚果长度和百仁重为显著正相关，相关系数为，与出仁率呈极显著负相关，相关系数为。针对该地区测试工作建议由侧枝长代替主茎高度，百仁重代替荚果长。聚类分析显示，在阈值为 时可以将 份品种分为 个族群，但是通过主成分分析可以更直观地对 份材料的遗传相似性的判断。综合分析说明，参与测试的花生品种具有较丰富的形态多样性。关键词 花生；测试；性状；相关性分析；多样性分析中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，）（），（），；基金项目 农业部 测试及技术支撑项目（）。作者简介 豆丹丹（），女，河南周口人，助理研究员，博士，从事植物新品种 测试研究。通信作者，副研究员，博士，从事植物新品种 测试研究。收稿日期 花生（）属豆科一年生草本植物，是我国重要的油料作物和经济作物之一。花生的营养价值很高，富含对人体有益的油酸和亚油酸，花生壳还可用于酱油等提取黄色素、加工饲料、栽培食用菌等。据统计 年中国花生播种面积总体上呈现不断上升趋势，从 年 的 万 上 升 至 年 的 万，其中河南和山东远超其他地区。市场需求的增加促进了花生品种数量的快速增加。为了保护育种者的合法权益，促进花生新品种产业的健康发展，花生于 年被纳入第 批植物新品种保护名录。中华人民共和国种子法明确要求申请保护和登记的植物品种应当具备特异性（）、一致性（）和稳定性（），测试是植物管理和授权的科学依据。在特定环境下，测试性状稳定可重复的表达，且能便于区分品种是测试工作的关键。因此，测试性状是开展 测试的基础和核心环节。很多研究报道了基于 测试进行的品种遗传多样性分析，卢伯山等利用 测试性状对玉米自交系形态多样性进行研究。陈海荣等利用 测试性状证明标准具有丰富的变异形态。王永行等利用 测试性状对普通小麦的遗传多样性分析，指出小麦 测试时要更多地根据质量性状进行特异性判定。唐浩等等利用 测试性状对水稻标准种进行了多样性分析。黄志诚等利用 测试性状对上海地方粳稻品种进行遗传多样性分析。单飞彪等基于 测试的 个性状对 份向日葵品种进行遗传多样性分析。左振兴等 利用 测试的 个性状对亚麻进行了多样性分析。寇淑君等利用 个测试性状对 份马铃薯品种进行遗传多样性分析。而利用 测试性状对花生的遗传多样性分析还鲜见报道。鉴于此，笔者通过对花生 测试性状的相关性和遗传多样的分析，旨在进一步优化测试指南性状的选取和应用，为花生测试工作提供简洁科学的理论依据，并为花生新品种的选育提供参考。材料与方法 试验材料 供试材料为中国农业农村部提供的 份花生测试品种，其中申请委托测试的品种由育种家提供。试验设计 种植与管理。试验材料种植于河南省农业科学院现代化试验基地，采用随机区组设计，以穴播方式种植，每个小区至少 株，直立品种株距 ，行距 ，半匍匐品种株距 ，行距 ，匍匐品种株距 ，行距 ，共设 个重复。四周种植保护行，试验田间管理同大田管理 安徽农业科学，（）：，方式。性状调查。按照植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南 花生（）要求，进行性状观测（表）。个体测量（）性状调查如下：每个参试材料取有代表性的单株 株进行数据的采集，群体目测性状观测结果以性状的代码表示。数据分析 依据 对参试花生品种的测试性状进行观测记录，测量型数量性状依据当年分级标准进行分级，构成原始数据矩阵，缺失数据用“”记录，不同代码视为该性状的等位变异，利用 软件，用 多样性指数（）对花生 个性状的多样性进行分析，（），式中 为某个性状第 个代码出现的概率。利用 进行多元有序 回归。通过 进行相关、聚类和族群结构分析并作图。表 花生 测试性状及类型 编号性状类型编号性状类型开花期荚果：籽仁率植株：开花习性植株：荚果数主茎：开花习性籽仁：休眠期叶：小叶形状荚果：长度叶：绿色程度荚果：缢缩程度花：花冠颜色荚果：果嘴明显程度植株：生长习性（有果嘴）果嘴：形状（匍匐）主茎：生长习性荚果：表面质地（匍匐）侧枝：顶端上翘程度荚果：出仁率叶：小叶大小籽仁：百仁重主茎：花青甙显色籽仁：形状主茎：茸毛密度籽仁：种皮颜色数量植株：主茎高度（单色种皮）籽仁：种皮颜色植株：分枝数量籽仁：种皮裂纹植株：侧枝长度籽仁：种皮内表面颜色成熟期 注：，质量性状；，假质量性状；，数量性状。：，结果与分析 多样性分析 利用植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南 花生（）中的 个基本测试性状对 个花生品种进行观测，因所有参试品种中没有匍匐类型，因此指南中适用于匍匐类型的 个测试性状（和）没有观测值，对数据的初步整理发现，（植株：开花习性）、（主茎：开花习性）、（花：花冠颜色）、（主茎：花青甙显色）、（荚果：籽仁率）、（有果嘴）果嘴：形状）、（籽仁：种皮颜色数量）没有有效多样性测试值，而其余 个测试性状均有有效观测值。利用 软件和 多样性指数（）计算 个性状的等位变异数、有效等位变异数和多样性指数。由表 可知，个性状共检测到 个等位变异，在所有参试品种中的等位变异数目变幅为 个，平均每个测试性状检测到 个，平均有效等位变异数为，变幅为，平均值为，变幅为。在 个性状中均存在多样性，但不同性状的多样性表现不同且差异较大，在 份测试品种中（百仁重）和（荚果数）存在 个等位变异，而（生长习性）只出现了 个等位变异位点；（百仁重）、（出仁率）和（主茎高度）多样性指数较大分别为、和，而（种皮颜色）最小，为。在观测的 个有效测试性状中有的性状多样性信息指数大于。综合分析说明，测试花生品种具有较丰富的形态多样性。表 参试花生品种的 个测试性状的遗传多样性比较 性状 均值 标准差 注：为等位变异数；为有效等位变异数；为多样性信息指数。：；相关性分析 从图 可以看出，除成熟期（）与其他性状之间没有相关性外，大部分性状之间都存在着一定程 卷 期 豆丹丹等 基于 测试性状的花生品种遗传多样性分析度的相关性，其中主茎高度（）与侧枝长度（）呈极显著正相关，相关系数为。荚果长度（）和百仁重（）呈极显著正相关，相关系数为；荚果长度（）和出仁率（）呈极显著负相关，相关系数为；荚果数（）与百仁重（）为极显著负相关，相关系数为；小叶大小（）与荚果长度（）和百仁重（）存在显著正相关，相关系数分别为 和；叶片绿色程度（）与荚果长度（）显著正相关，相关系数为，与出仁率负相关，相关系数为。同时，对 份参试品种的变异指数分析显示，叶：小叶形状（）多样性指数为，植株：生长习性（）的多样性指数为；成熟期（）多样性指数为；籽仁：种皮颜色（）多样性指数为，说明在参试群体中小叶形状、生长习性、成熟期和种皮颜色相对变化不大。注：表示在 水平显著相关；表示在 水平极显著相关。：；图 个测试性状的相关性分析 花生百仁重影响因素的多元有序 回归分析 针对与产量相关性状百仁重进一步分析其受影响的因素。由相关性分析结果可知，在 个分析性状中，有 个性状与花生百仁重显著相关，通过模型拟合和平行线对其进行检验（表），该回归模型符合多元有序 回归模型。以百仁重为因变量，建立多元回归模型，对于百仁重具有显著或极显著相关性性状展开分析，由表 可知，代码为 时的（荚果数）与百仁重显著相关（）；代码为 时的（休眠期）与百仁重极显著相关（）；代码为 时的（荚果长度）与百仁重极显著相关（）；代码为 时的（荚果：缢缩程度）与百仁重显著相关（）；与（荚果：表面质地）存在 个代码（和）的极显著和显著相关（和）。综合分析结果显示，这些性状在特定的代码区段内能显著影响百仁重。表 多元有序 回归模型检验 模型卡方自由度显著性模型拟合信息 平行线检验 聚类分析 以相关性分析的 个测试性状为指标，采用综合性状值差异较小的原则，利用 法对 份花 安徽农业科学 年生品种进行系统聚类分析。从图 可以看出，在阈值为 时，可将 份品种分为 个族群，其中 族群包含 份测试品种，族群包含 份测试品种，族群包含 份测试品种，的参试品种都属于 族群。将 族群再继续划分，可划分为 个亚群，亚群包含 份测试品种，亚群包含 份测试品种，亚群包含 份测试品种，亚群包含 份测试品种，亚群包含 份测试品种。将 族群再继续划分，可划分为 个亚群，亚群包含 份测试品种，亚群包含 份测试品种。表 花生百仁重影响因素多元有序 回归模结果 性状代码预测值显著性 置信区间 下限上限 份花生 测试品种族群结构分析进一步对 份花生 测试品种的 个性状进行主成分分析，由图 可知，为，为；个主族群中，族群与 和 族群遗传距离较大，之间区分度较高。族群与 族群存在交杂现象，但是 族群中测试品种分布较为集中，族群在与 族群交互区域内的品种分布相对分散，因此可以说明 族群与 族群之间也存在较大的遗传距离。主成分分析结果与 聚类分析结果基本一致，且二维分析更直观说明了测试品种之间的遗传相似性。结论与讨论 花生性状的多态性分析在 测试中的应用 随着新种子法的实施，育种人对 测试工作深入了解，参与测试的作物种类和数量的增加，测试工作任务艰巨，因此科学的简化测试工作相关内容意义重大。该研究中，在参试品种的 个测试性状中共检测到 个等位变异，平均每个测试性状检测到 个，平均有效等位变异数为，多样性指数（）为，说明参试品种具有丰富的形态多样性。其中，主茎高度、荚果数、百仁重及荚果缢缩程度等性状均存在 或 个等位变异位点，这与陈雷等对花生主要农艺性状的变异分析结果一致，这些性状是比较理想的 测试性状。因此，在 测试中三性的判定可以更多依据这些性状的差异进行判定。花生性状的相关性分析在 测试中的应用 由于市场需求的导向，促使育种家们以高产为目标且品种育成速度快速增加，但通常是选用高配合力的亲本而导致品种亲缘关系较近，增加了通过表型数据库筛选近似品种的难度及测试工作量，因此科学地对测试性状精简很有必要。该研究通过对花生数量性状的相关性分析，发现侧枝长度与主茎高度呈极显著正相关，相关系数为，这与陈雷等相关性分析结果一致。百仁重与荚果长度呈极显著正相关，相关系数为，荚果长度和出仁率呈极显著负相关，相关系数为。荚果数与百仁重呈极显著负相关，相关系数为，小叶大小与荚果长度和百仁重存在显著正相关，相关系数分别为和。因此建议，在花生 测试中是否考虑用性状侧枝长度代替主茎高度，百仁重代替荚果长。花生性状主成分分析和聚类分析在 测试中的应用 近年来，主成分分析法和聚类分析相结合的方法广泛应用于作物性状的相关研究中。黄杨等对江西地方花生种质资源的分析，扩充了育种亲本材料库。牟书靚等通过对花生农艺性状的主成分和聚类分析，简化了农艺性状，为花生优良品种选育提供了理论依据。该研究通过聚类分析发现，在相似系数为 时，参试品种被分为 大族群，其中 族群包含 个，说明在阈值 时参试品种之间遗传相似性偏高。同时采用主成分分析方法，其结果与聚类结果基本一致，但是主成分分析更直观地展现出 大族群之间的遗传距离。为了更加科学快速地进行新品种的鉴定，需要不断对测试指南进行完善补充和优化，以期为花生 测试工作提供更好的服务。同时分析性状形态的表达及相关因素为育种家在培育新品种时选择亲本性状提供参考。卷 期 豆丹丹等 基于 测试性状的花生品种遗传多样性分析图 份花生品种聚类结果 图 份花生品种的族群结构分析 参考文献 郭峰，阮建，王莹莹，等利用变异系数分析花生品质性状应对环境变化的遗传稳定性研究山东农业科学，（）：卢新民花生主要农艺性状的相关性及聚类分析农技服务，（）：张寒中国花生种植面积、产量、进出口量及栽培技术分析（）：中华人民共和国农业部中华人民共和国农业植物新品种保护名录（第二批）刘振伟，余欣荣，张建龙中华人民共和国种子法导读北京：中国法制出版社，杨坤，吕波，张新明，等植物新品种特异性、一致性和稳定性测试基本概念解读中国种业，（）：卢柏山，王荣焕，王凤格，等基于 测试性状的玉米自交系形态多样性分析植物遗传资源学报，（）：陈海荣，杨华，王加红，等基于 测试性状的玉米标准品种形态多样性分析玉米科学，（）：王永行，白立华，单飞彪，等基于 测试性状的普通小麦测试品种的遗传多样性分析黑龙江农业科学，（）：唐浩，余汉勇，肖应辉，等基于 测试的水稻标准品种形态性状多样性分析植物遗传资源学报，（）：黄志城，张新明，唐浩，等基于 测试的上海粳稻地方品种遗传多样性分析植物遗传资源学报，（）：单飞彪，杜瑞霞，王永行，等基于 测试性状的向日葵品种遗传多样性分析作物杂志，（）：左振兴，纪军建，付国庆，等基于 测试性状的亚麻测试品种遗传多样性分析中国农学通报，（）：（下转第 页）安徽农业科学 年 综合抗病性由表 可知，白湖麦 号赤霉病抗性较好，在 和 年经中国农业科学院植物保护研究所赤霉病抗性鉴定均为中抗。白湖麦 号抗倒性强，在长江中下游冬麦组 年区域试验结果平均株高，和 年 年区域试验倒伏程度 级以下达到，倒伏面积 以下的分别、。表 国家长江中下游冬麦组区域试验中白湖麦 号综合性比较 年份赤霉病纹枯病条锈病叶锈病 白粉病试点比例 倒伏程度 级 倒伏面积 中抗中感高感高感高感中抗高感高感高感高感 品质分析农业农村部谷物品质监督检测测试中心（哈尔滨）检测显示，和 年品质检测结果为籽粒容重 、，蛋白质含量、，湿面筋含量、，稳定时间、，吸水率、，最大拉伸阻力、，拉伸面积 、。主要品质指标达到国家弱筋麦标准。栽培技术要点 播种时期 白湖麦 号适宜播种期为 月下旬至 月中旬。合理密植 适期内播种量 ，基本苗 万 万；迟播田或缺肥田，基本苗相应增加。增施底肥，氮磷配施 目标产量 的地块需纯氮 ，建议按照弱筋小麦种植方式，合理控制氮肥与、肥、有机肥的配合使用，冬、春控制中期旺长，合理施拔节孕穗肥，防早衰，提高结实率。病虫害防治 合理防治病虫害，以赤霉病、纹枯病、白粉病、条锈病、叶锈病等病害为防治重点，注意蚜虫、红蜘蛛等虫害的防治。结语小麦是安徽省主要粮食作物之一，近年来安徽省小麦种植面积和产量始终保持在全国小麦主产省的第、位，为我国的粮食安全做出了重要贡献。随着小麦区域极端气候越来越常态化以及农业耕作制度的变化，小麦育种的目标已经由高产转变为绿色、安全和高品质。经过对安徽省国审小麦新品种白湖麦 号进行多年和多点大田示范和推广，该品种表现出高产、优质、广适、抗赤霉病等优点，在冬麦组品种区域试验和生产试验中均取得了良好的增产效果，适宜在安徽省、江苏省淮河以南地区、河南省信阳地区与南阳南部以及湖北省、湖南省、江西省、浙江省、上海市等地推广种植。参考文献 赵广才小麦优质高产栽培理论与技术北京：中国农业科学技术出版社，何中虎，庄巧生，程顺和，等中国小麦产业发展与科技进步农学学报，（）：陆增根，戴廷波，姜东，等不同施氮水平和基追比对弱筋小麦籽粒产量和品质的影响麦类作物学报，（）：吴宏亚，汪尊杰，张伯桥，等氮肥追施比例对弱筋小麦扬麦 籽粒产量及品质的影响麦类作物学报，（）：李春燕，封超年，张影，等氮肥基追比对弱筋小麦宁麦 号籽粒淀粉合成及相关酶活性的影响中国农业科学，（）：陆增根，戴廷波，姜东，等氮肥运筹对弱筋小麦群体指标与产量和品质形成的影响作物学报，（）：姚金保，马鸿翔，张平平，等施氮量和种植密度对弱筋小麦宁麦 籽粒产量和蛋白质含量的影响西南农业学报，（）：吴杰，盛华芳，高晓东，等小麦新品种罗麦 号 的选育及栽培上海农业学报，（）：曹玲珍，朱国，薄玉华，等“罗麦 号”高产群体特征及产量构成因素分析 上海农业科技，（）：吕磊 年度安徽省小麦品种区域试验结果分析安徽农业科学，（）：，（上接第 页）寇淑君，纪军建，付国庆，等基于 测试性状对马铃薯测试品种的遗传多样性分析种子，（）：中华人民共和国农业部植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南 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