23个天选系冬小麦品种品质性状的多样性分析

    张喜平 宋建荣 王伟 张耀辉 汪石俊 郭丹

    

    

    

    摘要：为揭示天选系冬小麦品种的多样性，发掘小麦资源中的有益基因，利用主成分分析和聚类分析，对23个天选系冬小麦品种的7个品质性状进行多样性评价。结果表明，天选系小麦品种存在丰富的遗传多样性，其中面团稳定时间的变异系数为29.16%;面团形成时间的变异系数为27.62%，抗延伸阻力的变异系数为18.93%。应用主成分分析法将小麦7个性状简化为4个主成分，其累计贡献率为90.868 3%。以稳定时间、抗延伸阻力贡献率最高，为34.806 1%。通过系统聚类分析，将23个供试品种在遗传距离23.35水平上聚为5 类。

    关键词：小麦;品质性状;主成分分析;聚类分析;遗传多样性

    中图分类号：S512.1? ? ? ?文献标志码：A? ? ? ?文章编号：1001-1463（2020）08-0014-05

    doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.08.004

    Abstract：08-20 is a new pea line， was hybridized with Qingying 1 as the female parent and Baofeng 5 as the male parent. It was systematically selected and bred. In the multi-site regional test in Baiyin area， the average yield was 4 822.2 kg/hm2， which was 24.04% higher than that of the control. The growth period was about 105 d， the plant height was moderate， the grain was green， and the weight of 100 grains was 23.0 g. The grains contained crude protein was 212 g/kg， crude fat was 13.5 g/kg， crude starch was 508 g/kg and lysine was 12.6 g/kg. The disease plant rate and disease index of powdery mildew in the field were 3.82% and 0.71， respectively. It is a medium and early maturing cultivar（line） with compact plant type， strong lodging resistance and disease resistance. It is suitable to grow in irrigated areas， semi-arid areas and similar ecological conditions.

    Key words：Pea;New line;08-20;Breeding

    小麥是我国最主要的粮食作物之一，是北方居民的主要口粮，在确保粮食安全方面有重要作用[1 - 2 ]。但随着国内外小麦生产的发展和人民生活水平的不断提高，为提升小麦市场竞争力，发展优质、专用小麦成为现代农业研究的主要目标，如何培育出优质的新品种是小麦育种工作所面临的重要问题[3 - 5 ]。国内外小麦育种、栽培和生理学家们对小麦主要品质性状的遗传相关分析已有报道[6 - 7 ]。天选系小麦品种为甘肃陇南麦区的主栽品种，以天选15号为代表的天选系冬小麦品种由于其优异的抗病、丰产、稳产特性，自20世纪70年代开始先后在甘肃陇南麦区得到了广泛应用，为保障小麦安全生产发挥了重要作用[8 ]。我们对天水市农业科学研究所自2008年以来育成的23个天选系小麦品种的7个品质性状进行了主成分和聚类分析，以期了解影响小麦品种排序的主成分和各品种的生物学性状特点，明确天选系冬小麦品种品质状况，为选育优质冬小麦品种和推动优质小麦生产提供参考。

    1? ?材料与方法

    1.1? ?供试材料

    试验材料为天水市农业科学研究所自2008年以来育成的23个天选系冬小麦品种，均由天水农业科学研究所小麦中心提供， 详见表1。

    1.2? ?试验设计

    试验于2018 — 2019年度在甘谷县新兴镇川水地天水市农业科学研究所甘谷试验基地进行。试验完全随机区组设计， 3次重复， 人工条播。每个品种播种3行，行长2.0 m，行距0.167 m，每行50粒。试验区四周设置保护行。

    1.3? ?测定指标及方法

    利用波通9200 多功能近红外分析仪对23个天选系小麦品种进行品质指标测定，包括籽粒精蛋白质含量（以下简称精蛋白质含量，%）、面粉湿面筋含量（以下简称湿面筋含量，%）、面团稳定时间（以下简称稳定时间，min） 、面团抗延伸阻力（以下简称抗延伸阻力，B.U）、面团形成时间（ 以下简称形成时间，min） 、面粉沉淀值（以下简称沉淀值，mL） 、籽粒容重（以下简称容重，g/L）共7项指标。

    1.4? ?数据分析

    试验数据用Excel、DPS 软件处理，计算最大值、最小值、平均数、标准差（SD）、变异系数（CV），不同品种间性状的差异用变异系数表示。利用DPS 统计软件进行主成分分析，采用聚类分析中类平均法，选择欧氏距离法进行聚类。

    2? ?结果与分析

    2.1? ?品质性状

    从表2可知，天选系冬小麦品种的7个品质性状存在着丰富的遗传变异。湿面筋含量平均值为280.2 g/kg，变幅为232.9～333.3 g/kg，标准差为23.7 g/kg，变异系数为8.47%。粗蛋白含量平均值为134.3 g/kg，變幅为119.0～159.0 g/kg，标准差为10.3 g/kg，变异系数为7.66%。沉降值平均值为34.07 mL，变幅为23.8～43.2 mL，标准差为4.95 mL，变异系数为14.53%。面团稳定时间平均值为4.99 min，变幅为3～8 min，标准差为1.45 min，变异系数为29.16%。抗延伸阻力平均值为246.17 B.U，变幅为214～462 B.U，标准差为46.61 B.U，变异系数为18.93%。面团形成时间平均值为3.9 min，变幅为2.3～6.5 min，标准差为1.08 min，变异系数为27.62%。容重平均值为795.31 g/L，变幅为736～834 g/L，标准差为22.8 g/L，变异系数为2.87%。面团稳定时间的变异系数最大，其他品质性状的变异系数由高到低依次为面团形成时间、抗延伸阻力、沉降值、湿面筋含量、粗蛋白含量、容重。

    2.2? ?主成分分析

    由表3 可知，根据累计贡献率≥90% 的标准，有4个主成分可以概括23个天选系冬小麦品种品质性状的绝大部分信息， 其累计贡献率为90. 868 3%。第1主成分特征值为2.436 4，贡献率为34.806 1%，主要反映面团稳定时间和抗延伸阻力;第2 主成分特征值为2.239 9，贡献率为31.998 9%，主要反映湿面筋和粗蛋白;第3主成分特征值为0.956 5，贡献率为13.664 3%，主要反映容重; 第4主成分特征值为0.727 9，贡献率为10.398 5%，主要反映沉降值。

    2.3? ?聚类分析

    由表4和图1可以看出，在遗传距离23.35时，23个天选系冬小麦品种可分为5 类。

    第Ⅰ类包括10个品种，分别为天选43号、天选44号、天选48号、天选52号、天选53号、天选54号、天选57号、天选58号、天选62号和天选63号。主要品质特征湿面筋279.9 g/kg，粗蛋白134.9 g/kg，沉降值34.86 mL，面团稳定时间4.7 min，抗延伸阻力234 B.U，面团形成时间3.4 min，容重780.91 g/L。第Ⅱ类包括10个品种，分别为天选45号、天选46号、天选49号、天选51号、天选55号、天选60号、天选65号、天选66号、天选67号、天选68号。主要品质特征湿面筋280.8 g/kg，粗蛋白133.7 g/kg，沉降值33.01 mL，面团稳定时间4.9 min，抗延伸阻力240 B.U，面团形成时间4.15 min，容重815.2 g/L。第Ⅲ类仅有1个品种，为天选47号。主要品质特征湿面筋307.8 g/kg，粗蛋白147.0 g/kg，沉降值23.8 mL，面团稳定时间4.7 min，抗延伸阻力214 B.U，面团形成时间2.6 min，容重780 g/L。第Ⅳ类仅有1个小麦品种，为天选50号。主要品质特征湿面筋282.5 g/kg，粗蛋白136.0 g/kg，沉降43 mL，面团稳定时间7.6 min，抗延伸阻力462 B.U，面团形成时间6.5 min，容重815 g/L。第Ⅴ类也仅有1个小麦品种，为天选59号。主要品质特征湿面筋247.6 g/kg，粗蛋白119.0 g/kg，沉降38 mL，面团稳定时间6.4 min，抗延伸阻力242 B.U，面团形成时间5.2 min，容重736 g/L。

    3? ?小结与讨论

    供试的23个天选系小麦品种面团稳定时间、面团形成时间、抗延伸阻力的变异系数较大，遗传多样性丰富，可选择范围大，有较大的改良空间。湿面筋含量、粗蛋白含量和容重的变异系数较小，基本集中在中筋粉范围内，说明天选系小麦主要以中筋为主，个别品种的1个或几个指标虽达到强筋或弱筋粉要求，但综合所测定的指标仍未达到强筋或弱筋粉要求。因此，今后天选系小麦育种要以强筋或弱筋为主攻方向。

    小麦品种的籽粒品质表现为多个品质指标的综合表现，且各指标间相互联系，这样会使它们提供的信息发生重叠，不易得出简明的规律[9 ]。主成分分析在作物上的应用表明，可将多个主要品种指标转化为较少的几个主成分。将7个品质性状指标简化为4个综合指标，且用4个综合因子来代表原始变量，简化了数据，揭示了变量之间的关系，为小麦亲本选配提供了科学依据。聚类分析可有效地剔除一些无关大局的因子，使结果更加精确，在种质资源分析及评价中应用效果较好。本研究聚类结果中第Ⅲ类的天选47号粗蛋白含量、湿面筋含量和面团稳定时间较高，第Ⅳ类的天选50号粗蛋白含量、湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间、形成时间和容重较高，第Ⅴ类的天选59号粗蛋白含量、湿面筋含量较低。这3个品种是综合品质性状好的材料，且与其他品种遗传距离较远，可作为优异基因资源应用于今后的小麦品种改良。

    小麦品质不仅受基因型控制，同时还受生态环境的影响，多数品质性存在显著的环境与基因型互作效应，且品质性状的地域性差异往往大于品种间、年度间的差异。即使同一品种在不同区域种植，其品质表现也有所不同[10 ]。因此，要定期针对不同地区进行品质检测，以促进优质小麦的研究利用。

    参考文献：

    [1] 张喜平，宋建荣，张耀辉，等.? 天选系列54份冬小麦新品系产量和品质性状评价及相关性分析[J].? 甘肃农业科技，2018（12）：41-45.

    [2] 张耀辉，宋建荣，王? ?伟，等.? 天水市优质小麦生产现状与发展建议[J].? 中国种业，2018（5）：40-42.

    [3] 沈业松，王? ?歆，顾正中，等.? 296份黄淮麦区小麦品种资源在江苏淮北地区的品质分析[J].? 浙江农业学报，2018，30（10）：1617-1623.

    [4] 周? ?刚，张文涛，鲁清林，等.? 甘肃冬小麦品种品质性状分析与评价[J].? 麦类作物学报，2019，39（10）：1180-1185.

    [5] 刘鸿燕，王? ?娜，张耀辉，等.? 22个冬小麦品种主要农艺和品质性状遗传多样性分析[J].? 甘肃农业科技，2018（8）：40-43.

    [6] 何一哲，雷小刚，张成东，等.? 富铁锌彩粒小麦营养品质与开发利用研究[J].? 植物遗传资源学报，2012，13（4）：672-677.

    [7] 朱? ?昱，李金霞，罗? ?勇.? 6份小麦新品系品质分析与评价[J].? 新疆农垦科技，2017，40（7）：11-13.

    [8] 曹世勤，孙振宇，冯? ?晶，等.? 天选系列冬小麦品种抗条锈性分析[J].? 麦类作物学报，2017，37（2）：268-274.

    [9] 张桂英，张国权，罗勤贵，等.? 陕西关中小麦品质性状的因子及聚类分析[J].? 麦类作物学报，2010，30（3）：548-554.

    [10] 张从宇，王? ?敏，张子学，等.? 小麦品种品质性状的评价及聚类分析[J].? 安徽科技学院学报，2009，23（1）：19-22.

    （本文责编：杨? ?杰）