余 斌 楊宏羽 王 麗 劉玉匯 白江平 王 蒂 張俊蓮,*

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引進馬鈴薯種質(zhì)資源在干旱半干旱區(qū)的表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評價

余 斌1楊宏羽1王 麗2劉玉匯1白江平1王 蒂1張俊蓮1,*

1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 甘肅省遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室 / 甘肅省干旱生境作物學(xué)國家重點實驗室培育基地, 甘肅蘭州 730070;2甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 甘肅蘭州 730070

馬鈴薯種質(zhì)資源缺乏, 適宜干旱半干旱條件下生長的品種更為緊缺, 引進馬鈴薯種質(zhì)是豐富種質(zhì)資源的有效途徑。本文采用Shannon-Wiener’s多樣性指數(shù)及綜合得分(值)對119份從秘魯國際馬鈴薯中心引進的馬鈴薯材料的表型性狀(出苗率、株高、莖粗、葉面積、生育期、單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì)含量和塊莖長寬比)進行遺傳多樣性分析及綜合評價。結(jié)果表明, 參試材料的10個表型性狀中生育期遺傳多樣性最為豐富; 莖粗、葉面積、生育期、單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì)含量、塊莖長寬比對馬鈴薯種質(zhì)資源表型性狀綜合值具有顯著影響, 這些指標可用于旱作條件下對馬鈴薯種質(zhì)資源的綜合評價; 綜合得分值與所測經(jīng)濟性狀(單株產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì))具顯著相關(guān)性, 可作為馬鈴薯種質(zhì)資源的主要評價指標; 引進材料中CIP393228.67和CIP 385561.124在干旱區(qū), CIP304350.95、CIP392797.22、CIP388615.22在半干旱區(qū)分別表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)特性。這些材料綜合評價較好, 可有效補充中國馬鈴薯種質(zhì)資源。

馬鈴薯; 引進種質(zhì); 表型性狀; 遺傳多樣性; 綜合評價; 干旱半干旱區(qū)

馬鈴薯(L.)是世界上最重要的非谷類糧食作物, 對全球糧食安全極為重要[1]。中國是全球最大的馬鈴薯生產(chǎn)國, 栽培面積和總產(chǎn)量均為世界第一, 分別占全球的28%和24%左右[2]。中國華北、西北大部分地區(qū)及內(nèi)蒙古和東北地區(qū)均是馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)[3]。這些地區(qū)多屬干旱與半干旱區(qū), 且大部分地區(qū)無灌溉條件, 嚴重影響了馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。中國目前雖已育成并審定馬鈴薯品種600余個, 但在干旱與半干旱條件下兼具產(chǎn)量高、商品性好、專用性強的優(yōu)良品種仍十分缺乏。中國馬鈴薯育種家從20世紀40年代開始從不同渠道引進國外品種[4-7], 但這些品種對水肥栽培條件要求高, 尤其在旱作條件下均表現(xiàn)出產(chǎn)量低、抗性差、退化快、品質(zhì)下降的特點, 無法適應(yīng)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)日益干旱惡化的生產(chǎn)條件, 選育適宜新氣候旱作條件的優(yōu)良馬鈴薯品種已迫在眉睫。

馬鈴薯起源于南美安第斯山脈[8], 在中國屬于外來作物, 種質(zhì)資源缺乏, 親本來源有限[9-10], 引種是豐富中國馬鈴薯種質(zhì), 補充親本資源, 拓寬遺傳背景的有效途徑。位于馬鈴薯起源地秘魯?shù)膰H馬鈴薯中心(international potato center, CIP), 擁有2萬余份各類馬鈴薯種質(zhì)資源, 是世界上馬鈴薯遺傳資源保存最多的國際機構(gòu)。目前, 國際馬鈴薯中心通過長期篩選已獲得大量抗旱且品質(zhì)優(yōu)良的種質(zhì)資源, 如CIP390478.9, 通過評價后被中國育種單位定名為冀張薯8號, 被大面積推廣應(yīng)用, 獲得了很好的經(jīng)濟效益, 并作為親本選育了冀張薯15和冀張薯19等優(yōu)良新品種。引進這些種質(zhì)材料進行親本雜交配制或定向評價篩選, 可有效解決中國馬鈴薯旱作主產(chǎn)區(qū)缺乏優(yōu)良品種的問題。

作物種質(zhì)資源是作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新的物質(zhì)基礎(chǔ)[11], 為了種質(zhì)資源在生產(chǎn)上有效利用, 對其進行遺傳多樣性分析和綜合評價十分重要。2009年王艦等[12]對從CIP引進的60份馬鈴薯種質(zhì)資源, 進行了加工品質(zhì)的評價分析, 發(fā)現(xiàn)高淀粉資源19份, 低還原糖資源18份, 高產(chǎn)高淀粉資源7份。2014年彭慧元等[13]對從CIP引進的46份馬鈴薯種質(zhì)資源在貴州進行了適應(yīng)性篩選, 通過對種質(zhì)資源植物學(xué)特征的對比分析, 篩選出17份綜合性狀較好的資源。2016年劉文林等[14]利用SSR分子標記的方法對從俄羅斯引進的52份馬鈴薯種質(zhì)資源進行遺傳多樣性分析, 發(fā)現(xiàn)此批馬鈴薯資源蘊含了豐富的遺傳變異, 可有效補充當(dāng)?shù)伛R鈴薯親本資源。而在2009年金黎平等[15]利用SSR分子標記技術(shù)對中國88個馬鈴薯審定品種的遺傳多樣性分析表明, 供試材料遺傳基礎(chǔ)非常狹窄, 這也說明從國外引進種質(zhì)資源對拓寬中國馬鈴薯種質(zhì)遺傳背景的緊迫性和重要性。

利用表型性狀研究種質(zhì)資源多樣性及通過主成分與逐步回歸分析相結(jié)合的方法計算種質(zhì)材料綜合得分(F值), 可將種質(zhì)資源多樣性分析和綜合評價簡便化、經(jīng)濟化。本研究對119份從國際馬鈴薯中心引進的馬鈴薯種質(zhì)材料進行了遺傳多樣性分析和綜合評價, 以期為獲得馬鈴薯種質(zhì)資源的高效評價方法及對此批引進馬鈴薯種質(zhì)資源的綜合利用提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2013年甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)從國際馬鈴薯中心(秘魯)引進四倍體普通栽培種馬鈴薯種質(zhì)(試管苗) 119份(表1)。同年在本校作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室組培中心脫毒快繁, 2014年在本校天祝試驗站繁育微型薯, 存放在本校馬鈴薯種質(zhì)貯藏庫以備來年種植。

1.2 試驗設(shè)計

2015—2016年連續(xù)2年在2個不同干旱類型地區(qū)甘肅省定西市內(nèi)官鎮(zhèn)(地理坐標: 35o32'25"N, 104o21'17"E, 海拔2123 m, 年平均降雨量510 mm, 年平均蒸發(fā)量1526 mm, 屬中溫帶半干旱區(qū), 年平均氣溫10.7°C, 無霜期148 d), 和甘肅省定西市魯家溝鎮(zhèn)(地理坐標: 35o51'37"N, 104o35'14"E, 海拔1850 m, 年平均降雨量220 mm, 年平均蒸發(fā)量1620 mm, 屬中溫帶干旱區(qū), 年平均氣溫8.6℃, 無霜期146 d)進行田間試驗。采用增廣設(shè)計方法隨機排列種植, 將所有材料分為6個區(qū)組, 每個區(qū)組種20個材料, 每個材料種20株, 單壟2行, 每行10株, 株距為0.25 m, 行距0.80 m, 每小區(qū)間隔1 m為走廊, 設(shè)3次重復(fù)。兩地均施氮肥210 kg hm–2, N∶P2O5∶K2O比例為1.4∶1.0∶2.0, 化肥分別用15∶15∶15的復(fù)合肥、尿素和硫酸鉀。采用機械化一次施基肥, 不追肥, 人工點播后覆土。參照《馬鈴薯實驗研究方法》[16]調(diào)查記載出苗率、生育期、單株結(jié)薯數(shù); 測定指標: 株高、莖粗、葉面積、干物質(zhì)含量、單株產(chǎn)量; 計算商品率、塊莖長寬比。

1.3 試驗區(qū)平均降水量和氣溫狀況

2015—2016年內(nèi)官鎮(zhèn)年平均降雨量529 mm, 年平均氣溫9.9℃, 魯家溝鎮(zhèn)年平均降雨量253 mm, 年平均氣溫9.1℃, 2015—2016年兩地試驗區(qū)的平均降雨量和氣溫與歷史水平值接近, 無特殊氣候現(xiàn)象發(fā)生(圖1)。

圖1 試驗區(qū)月平均降雨量和氣溫狀況

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和IBM SPSS Statistic 19.0統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

1.4.1 隸屬函數(shù)分析

式中,(x)為各材料第個性狀的隸屬函數(shù)值,為各材料第個性狀值,max、xmin分別為所有參試材料中第個性狀的最大值和最小值[17]。

1.4.2 遺傳多樣性指數(shù)測算 通過隸屬函數(shù)值得到各性狀每一級別的相對頻率, 再采用Shannon- Wiener’s多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener diversity index,′)進行遺傳多樣性評價。

式中,p表示某性狀第級別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比[17]。

1.4.3 種質(zhì)資源的穩(wěn)定性與適應(yīng)性評價 采用GGE-biplot軟件進行HA-GGE雙標圖分析[18-19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型性狀的遺傳多樣性分析

從表2看出, 表型性狀中單株產(chǎn)量的變異系數(shù)最大, 為69.91, 說明此批引進種質(zhì)資源的單株產(chǎn)量在10個表型性狀中遺傳變異最為豐富。生育期的變異系數(shù)最小, 為10.52。采用Shannon-Wiener’s多樣性指數(shù)(′)對10個表型性狀進行表型多樣性分析, 以評價此批引進種質(zhì)材料表型性狀的遺傳多樣性和分布頻率的平衡性, 其中生育期的多樣性指數(shù)(′)最大, 為4.37, 塊莖長寬比最小, 為1.56。說明此批引進種質(zhì)資源的生育期遺傳多樣性最為豐富。圖2表明10個表型性狀值并非平均分布, 而是在不同數(shù)值范圍內(nèi)具有一定的集中性。其中出苗率集中在70%~80%, 株高集中在50~70 cm, 莖粗集中在10~15 mm, 葉面積集中在5~10 cm2, 生育期集中在110~140 d, 單株結(jié)薯數(shù)集中在2~6個, 單株產(chǎn)量集中在200~400 g, 商品率集中在60%~90%, 干物質(zhì)含量集中在20%~25%, 塊莖長寬比集中在1.2~1.6之間, 分別占所有材料的50.4%、63.0%、90.6%、90.7%、85.7%、75.5%、68.8%、76.3%、68.8%和71.4%。

2.2 表型性狀的相關(guān)性分析

從表3看出, 單株產(chǎn)量與株高、莖粗、葉面積之間存在極顯著正相關(guān), 說明選育馬鈴薯單株產(chǎn)量性狀時應(yīng)著重觀察地上植株的生長狀態(tài)。商品率與單株結(jié)薯數(shù)呈顯著負相關(guān), 與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān), 而單株產(chǎn)量與單株結(jié)薯數(shù)之間無顯著相關(guān)性, 說明馬鈴薯單株結(jié)薯過多, 不一定會提高單株產(chǎn)量, 反而可能會引起商品率的下降。生育期與株高和單株產(chǎn)量分別呈極顯著和顯著正相關(guān), 說明在選擇馬鈴薯生育期性狀時可考慮對株高的觀察。馬鈴薯塊莖長寬比與其他性狀不存在顯著相關(guān)性。

表1 119份引進CIP馬鈴薯資源編號

(續(xù)表1)

表2 119份引進馬鈴薯種質(zhì)資源的表型性狀

2.3 表型性狀在不同環(huán)境中的變異

在不同的生態(tài)環(huán)境中(表4), 出苗率、生育期、單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì)含量、長寬比在干旱區(qū)魯家溝鎮(zhèn)環(huán)境中表現(xiàn)出較高的變異系數(shù)。出苗率、莖粗、葉面積在半干旱區(qū)內(nèi)官鎮(zhèn)中表現(xiàn)出較高的變異系數(shù)。不同環(huán)境中變異系數(shù)差異較大的性狀有出苗率、單株產(chǎn)量、商品率, 說明這3個表型性狀受環(huán)境因素的影響較大。

圖2 119份引進馬鈴薯種質(zhì)資源表型性狀值的分布

2.4 表型性狀的基因型與環(huán)境、年際間的互作效益分析

表5表明, 在不同品種和環(huán)境中10項表型性狀差異均極顯著(<0.01), 在不同年際間, 株高與生育期無顯著差異(>0.05), 單株結(jié)薯數(shù)差異顯著(<0.05), 其余性狀差異均極顯著。此外, 除生育期外的9項表型性狀的基因型與環(huán)境(G′E)之間存在極顯著互作效應(yīng), 基因型與年際(G′Y)之間, 基因型與環(huán)境、年際(G′E′Y)之間無顯著互作效應(yīng)。

表4 表型性狀在不同環(huán)境下的變異

2.5 表型性狀的主成分分析及綜合評價

表6表明, 前7個主成分的累計貢獻率已達到89.10%, 表明前7個主成分代表了此批119份引進馬鈴薯種質(zhì)資源表型性狀89.10%的遺傳信息量。第1主成分貢獻率為33.24%, 株高、莖粗得分最高, 即第1主成分由株高、莖粗組成; 第2主成分貢獻率為12.45%, 由單株產(chǎn)量、商品率組成; 第3主成分貢獻率為10.56%, 由出苗率和干物質(zhì)含量組成; 第4主成分貢獻率為9.47%, 由葉面積組成; 第5主成分貢獻率為8.76%, 由生育期組成; 第6主成分貢獻率為8.25%, 由單株結(jié)薯數(shù)組成; 第7主成分貢獻率為6.40%, 由長寬比組成。

利用模糊隸屬函數(shù)將7個主成分得分歸一化處理, 計算7個主成分權(quán)重系數(shù)(0.373、0.140、0.118、0.106、0.098、0.093和0.072), 之后計算各種質(zhì)材料的綜合得分值,值越高, 表明該種質(zhì)材料的綜合性狀越好。通過計算此批引進的119份馬鈴薯種質(zhì)材料的平均值為0.491。編號68(0.597)、104(0.583)、84(0.583)、38(0.578)、45(0.574)、100(0.573)、97(0.571)、29(0.570)、71(0.564)、42(0.563)的值較高, 說明該10個種質(zhì)材料的綜合性狀最好; 編號62(0.415)、17(0.411)、93(0.411)、53(0.408)、2(0.392)、115(0.387)、111(0.378)、55(0.377)、15(0.372)、5(0.288)的值較低, 說明該10個種質(zhì)材料的綜合性狀較差。

將值作為因變量, 表型性狀值作為自變量, 進行逐步回歸線性分析得到回歸方程= (40.564 – 9.2303+ 2.9514+ 1.2985+ 7.3016+ 0.1627+ 1.6928+ 4.1869+ 61.07910)×10–3, 其中3、4、5、6、7、8、9和10分別代表莖粗、葉面積、生育期、單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì)含量、塊莖長寬比。方程的相關(guān)系數(shù)= 0.999, 決定系數(shù)2= 0.997, 表明3~10這8個自變量可決定值總變異的99.7%,值為10 308.634。由此可說明該方程可用于對119份引進馬鈴薯種質(zhì)資源的綜合評價, 可靠度為99.7%。

為了判斷值是否可以正確反映種質(zhì)資源的經(jīng)濟性狀, 將出苗率、單株產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì)含量4個與馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟效益密切相關(guān)的經(jīng)濟性狀與各種質(zhì)材料的綜合得分值進行相關(guān)性分析(表7), 發(fā)現(xiàn)值與4個重要經(jīng)濟性狀均極顯著相關(guān), 說明綜合得分值可作為種質(zhì)材料經(jīng)濟綜合性狀的評價指標。

2.6 參試材料的穩(wěn)定性與適應(yīng)性評價

在GGE雙標圖中(圖3-A), 單向箭頭橫軸代表種質(zhì)材料的平均產(chǎn)量, 箭頭所示方向為正, 即投影點越靠右的種質(zhì)材料, 其產(chǎn)量越高。橫軸將試驗環(huán)境分為2個區(qū)域, 上部為2015年魯家溝鎮(zhèn)及2016年魯家溝鎮(zhèn), 下部為2015年內(nèi)官鎮(zhèn)及2016年內(nèi)官鎮(zhèn), 雙向縱軸代表種質(zhì)材料的穩(wěn)定性, 即橫軸上垂線長度越短的種質(zhì)材料穩(wěn)定性越好。PC1與PC2分別解釋74.2%和25.7%的變異信息, 共包含99.9%的變異信息。從圖3-A可以看出, 引進種質(zhì)材料中68號和38號在魯家溝鎮(zhèn)具有一定豐產(chǎn)性, 而71號產(chǎn)量雖沒有68號和38號高, 但其在魯家溝鎮(zhèn)表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性; 在內(nèi)官鎮(zhèn)中104號和45號表現(xiàn)出較高的豐產(chǎn)性, 84、29、100號具有較好的穩(wěn)定性。

通過雙標圖也可反映出在各環(huán)境中具有較好適應(yīng)性的種質(zhì)材料(圖3-B)。雙標圖分為若干個多邊形區(qū)域, 若某個區(qū)域落下試驗點, 則該區(qū)域的頂角材料, 正是該試點產(chǎn)量最高的品種。從圖3可看出2015年魯家溝鎮(zhèn)及2016年魯家溝鎮(zhèn)所在區(qū)域中頂角材料為68號, 說明68號在魯家溝鎮(zhèn)產(chǎn)量最高, 同時表現(xiàn)出最好的適應(yīng)性, 其次是38號也表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性。在2015年內(nèi)官鎮(zhèn)及2016年內(nèi)官鎮(zhèn)所在區(qū)域的頂角材料為45號, 說明45號在內(nèi)官鎮(zhèn)產(chǎn)量最高, 在當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)出較好的適應(yīng)性。其他區(qū)域內(nèi)沒有落下試驗點, 說明其頂角材料95號、53號、5號、93號、72號、7號的適應(yīng)性表現(xiàn)均較差。

表6 引進馬鈴薯種質(zhì)資源表型性狀的主成分分析

圖3 引進119份馬鈴薯種質(zhì)資源的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性(A)與適應(yīng)性(B)分析

表7 經(jīng)濟性狀與綜合得分(F值)間的相關(guān)性

**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

**denotes significance of correlation at the 0.01 probability level.

3 討論

3.1 種質(zhì)資源遺傳多樣性分析及綜合評價的方法

遺傳多樣性分析和綜合評價是有效利用種質(zhì)資源的重要信息來源, 也是建立某個特征性狀基因庫的第一步[20]。目前馬鈴薯種質(zhì)資源遺傳多樣性評價主要可以分為形態(tài)學(xué)指標評價和分子水平評價[21]。隨著分子技術(shù)水平逐漸成熟, 利用分子標記技術(shù)對馬鈴薯種質(zhì)資源進行遺傳多樣性分析的報道日益增多[22-26], 分子標記具有快速操作分析和避免環(huán)境干擾的技術(shù)優(yōu)點, 但由于栽培種馬鈴薯是高度雜合的四倍體作物, 其遺傳特性具有高度等位變異特征, 相比其他作物缺乏可用于資源評價的分子標記, 尤其在產(chǎn)量及環(huán)境脅迫方面開發(fā)較為緩慢[27]。所以目前對種質(zhì)資源的描述和評價仍主要依靠表型性狀特征, 因為表型性狀直觀, 數(shù)據(jù)可靠, 評估方法相對經(jīng)濟簡便[28], 利用表型性狀分析種質(zhì)資源遺傳多樣性及綜合評價的方法在不同作物中均已得到廣泛應(yīng)用[29-30]。在馬鈴薯種質(zhì)資源田間評價時, 需觀察的表型性狀較多, 當(dāng)群體較大時需分析的數(shù)據(jù)繁多, 工作量巨大, 且存在主觀誤差, 對有效準確的評價造成難度。因此本研究通過表型性狀間主成分分析及逐步回歸分析對評價指標進行降維, 以期縮小評價數(shù)據(jù), 減少工作量; 通過計算綜合得分(值)將各種質(zhì)資源的綜合表現(xiàn)數(shù)據(jù)化, 以期減少主觀誤差, 增加評價準確率, 提高工作效率。最終研究結(jié)果顯示, 通過主成分分析及逐步回歸分析建立擬合度較好的回歸方程, 可有效篩選關(guān)鍵性狀評價指標, 降低育種家和研究者對大量數(shù)據(jù)的分析難度。綜合得分F值與產(chǎn)量、商品率、干物質(zhì)等重要經(jīng)濟性狀均顯著相關(guān), 可以作為馬鈴薯種質(zhì)資源的主要評價指標。此方法可為馬鈴薯研究人員在種質(zhì)評價及新品種選育工作中提供參考依據(jù)。

3.2 119份引進馬鈴薯種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性評價

本研究采用Shannon-Wiener’s多樣性指數(shù)對119份引進馬鈴薯種質(zhì)資源的表型性狀進行遺傳多樣性分析。Shannon-Wiener’s多樣性指數(shù)可說明所分析數(shù)值的豐富度和均勻度。本研究表明參試材料中的生育期性狀遺傳多樣性最為豐富, 這為針對馬鈴薯熟性性狀為方向的新品種選育提供了參考數(shù)據(jù)和親本資源。10個表型性狀在不同干旱類型環(huán)境中表現(xiàn)出不同的變異情況, 其中出苗率、單株產(chǎn)量、商品率的變異系數(shù)表現(xiàn)出較大的差異, 說明這3個表型性狀易受環(huán)境因素影響。本研究表明馬鈴薯單株結(jié)薯過多不會顯著提高單株產(chǎn)量, 卻可能引起商品率的下降; 生育期與株高和單株產(chǎn)量分別呈極顯著和顯著正相關(guān); 馬鈴薯單株產(chǎn)量性狀與地上植株的生長狀態(tài)極顯著相關(guān), 說明在對馬鈴薯種質(zhì)資源評價時可利用一些較為直觀的地上植株表型特征, 來判斷地下塊莖的某些重要經(jīng)濟性狀。

遺傳多樣性是一個物種或種群生存的遺傳基礎(chǔ),一個種群遺傳多樣性越豐富, 對環(huán)境的脅迫適應(yīng)能力越強, 收集和保存遺傳變異類型豐富的種質(zhì)資源, 可滿足農(nóng)作物的基因需求[31]。本研究中參試材料的10個表型性狀的變幅及變異系數(shù)均很高, 表現(xiàn)出豐富的多樣性。其中, 單株產(chǎn)量的變異系數(shù)達到69.91, 生育期的多樣性指數(shù)(′)達到4.37, 說明此批引進種質(zhì)資源的單株產(chǎn)量和生育期性狀具豐富的遺傳變異和多樣性, 可為日后以高產(chǎn)和不同熟性為方向的馬鈴薯新品種選育工作提供遺傳基礎(chǔ)。其他表型性狀的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)分別達到10.52~45.73和1.56~3.53, 也表現(xiàn)出了較高的變異性和多樣性, 說明此批引進種質(zhì)資源在馬鈴薯遺傳育種工作中具有較好的利用價值。

3.3 參試材料綜合評價

本研究對參試材料的綜合評價表明, 在不同干旱環(huán)境中表現(xiàn)出不同的豐產(chǎn)、穩(wěn)定及適應(yīng)性。其中種質(zhì)材料CIP397044.25 (68號)和CIP 385561.124 (38號)在干旱區(qū)具有較好豐產(chǎn)性, 種質(zhì)材料CIP 304350.95 (104號)及CIP392797.22 (45號)在半干旱區(qū)具有較好豐產(chǎn)性。在本試驗干旱區(qū)中種質(zhì)材料CIP397044.25 (68號)和CIP 385561.124 (38號)依然表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。雖然也有些種質(zhì)材料, 如CIP 393615.6 (94號)、CIP 395434.1 (62號)在本試驗干旱區(qū)中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性, 但其產(chǎn)量低于此批種質(zhì)所有環(huán)境下的平均產(chǎn)量, 證明其豐產(chǎn)性表現(xiàn)較差, 即為穩(wěn)定的低產(chǎn), 所以此類種質(zhì)不具備優(yōu)良的特性。在半干旱地區(qū)中種質(zhì)材料CIP304350.95 (104號)和CIP392797.22 (45號)表現(xiàn)出最好的豐產(chǎn)性和較好的穩(wěn)定性, CIP388615.22 (84號)在半干旱地區(qū)中也表現(xiàn)出較好的穩(wěn)產(chǎn)性, 這些質(zhì)材料均可作為適應(yīng)于半干旱地區(qū)種植的優(yōu)良種質(zhì)加以應(yīng)用。

119份引進的馬鈴薯種質(zhì)資源中CIP390478.9 (41號)與CIP 392797.22 (45號)已于2006年通過國家品種審定委員會審定, 分別命名為冀張薯8號和青薯9號, 這2個品種也是本試驗所在地區(qū)的主栽品種, 在2016年本試驗所在地區(qū)定西市安定區(qū)種植面積分別為1.7萬公頃和2.0萬公頃。本試驗中冀張薯8號和青薯9號依然表現(xiàn)出較好的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)特性, 其中冀張薯8號綜合評價得分值為0.560, 排名第13位; 青薯9號綜合評價得分值為0.574, 排名第5位。此結(jié)果同時也證明利用表型性狀綜合得分(值)對馬鈴薯種質(zhì)材料進行綜合評價的可靠性, 通過此方法可增加篩選出優(yōu)良種質(zhì)的準確率, 提高育種工作效率。

4 結(jié)論

采用Shannon-Wiener’s多樣性指數(shù)、主成分分析、表型性狀綜合得分(值)結(jié)合逐步回歸分析的方法可有效在干旱半干旱地區(qū)對馬鈴薯種質(zhì)材料進行遺傳多樣性分析和綜合評價。此批引進的119份馬鈴薯種質(zhì)資源材料遺傳變異豐富, 擁有較好的綜合評價, 其中CIP393228.67和CIP385561.124在干旱區(qū), CIP 304350.95、CIP392797.22、CIP388615.22在半干旱區(qū)分別表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)特性。

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Genetic Diversity Analysis and Comprehensive Assessment of Phenotypic Traits in Introduced Potato Germplasm Resources in Arid and Semi-arid Area

YU Bin1, YANG Hong-Yu1, WANG Li2, LIU Yu-Hui1, BAI Jiang-Ping1, WANG Di1, and ZHANG Jun-Lian1,*

1College of Agronomy, Gansu Key Laboratory of Crop Improvement & Germplasm Enhancement, Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China;2College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu, China

In China, potato is a kind of foreign crop lacking germplasm resource, especially the varieties grown in arid and semi-arid areas. Therefore, it is an effective way to rich the germplasm resource by introducing potatoes abroad. In this study, the Shannon-Wiener’s diversity index and comprehensive score (-value) were used to investigate the genetic diversity of 119 introduced potato clones from Peru International Potato Center about 10 phenotypic traits (emergence rate, plant height, stem diameter, leaf area, growth period, tuber number per plant, yield per plant, commodity rate, dry matter content and tuber length-width ratio). The genetic diversity of growth period was the most abundant among these phenotypic traits in 119 potato clones. Stem diameter, leaf area, growth period, tuber number per plant, yield per plant, commodity rate, dry matter content and tuber length-width ratio had significant effects on comprehensive value of phenotypic traits, and could be used to evaluate the potato germplasm resources on the drought farming. The-value was significantly correlated with the economic characters (yield per plant, commodity rate and dry matter content), which can be used as the main evaluation index of potato germplasm resources. CIP393228.67 and CIP385561.124 in arid area and CIP304350.95, CIP392797.22, and CIP388615.22 in semi-arid area showed high and stable yield characteristics. These 119 introduced potato clones are rich in genetic diversity with good comprehensive evaluation, they could effectively complement potato germplasm resources and be beneficial to potato breeding in China.

potato; introduced germplasm; phenotypic traits; genetic diversity; comprehensive assessment; arid and semi-arid area

2017-03-29;

2017-09-10;

2017-09-28.

10.3724/SP.J.1006.2018.00063

通信作者(Corresponding author): 張俊蓮, E-mail: zhangjunlian77@163.com

E-mail: yubin@gsau.edu.cn

本研究由國家國際科技合作與交流專項(2014DFG31570)和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-10-P18)資助。

This study was supported by the International Science & Technology Cooperation Program of China (2014DFG31570) and China Agriculture Research System (CARS-10-P18).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170928.1458.004.html