何珊， 韓偉， 周元成， 郝偉麗， 劉志霞， 蘭亞飛， 那冬晨，柴敏*， 王祎玲*

（1.山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，太原 030092； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所，山西 臨汾 041000）

種質(zhì)資源是品種選育和創(chuàng)新的基礎(chǔ)[1]。甜蕎（Fagopyrum esculentumMoench）屬于蓼科（Polygonaeeae）蕎麥屬（FagopyrumMill），是全球重要的雜糧作物，也是我國(guó)古老的農(nóng)作物之一[2-4]。甜蕎不僅在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值上有“五谷之王”的美稱(chēng)[5-6]，而且擁有得天獨(dú)厚的藥用價(jià)值，在預(yù)防“現(xiàn)代病”、防癌抗癌、減肥美容等方面都有不可忽視的作用[7-8]。山西是甜蕎種植大省，在我國(guó)蕎麥生產(chǎn)中占有重要地位[9]，有著“中國(guó)的蕎麥看山西”之說(shuō)[10]。但由于各種自然和人為原因，一些甜蕎品種已經(jīng)開(kāi)始退化，不能滿(mǎn)足甜蕎生產(chǎn)和發(fā)展的需求[8]。因此開(kāi)展甜蕎種質(zhì)資源的篩選對(duì)于發(fā)掘、創(chuàng)新和合理利用甜蕎種質(zhì)，發(fā)揮其在蕎麥遺傳改良中的作用具有重要意義[11-14]。

不同品種的農(nóng)藝性狀存在差異，進(jìn)而影響著甜蕎的產(chǎn)量和品質(zhì)。汪燦等[15]分析了34份甜蕎材料，其農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的變異系數(shù)為13.3%～44.0%，單株粒重、主莖節(jié)數(shù)、單株粒數(shù)、分枝數(shù)是構(gòu)成產(chǎn)量的主要因子。王慧等[16]基于農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量從12份材料中篩選出3份適應(yīng)晉北地區(qū)生長(zhǎng)的甜蕎品種。劉杰等[17]利用甜蕎產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀和生理生化指標(biāo)的關(guān)系，認(rèn)為結(jié)實(shí)率高、單株粒數(shù)多及丙二醛和葉綠素含量高的品種更有利于培養(yǎng)成高產(chǎn)品種。邊巴卓瑪[18]通過(guò)相關(guān)性分析和通徑分析發(fā)現(xiàn)，千粒重高、單株粒高及株高和主莖節(jié)數(shù)適中的品種可作為主要的篩選目標(biāo)。然而，前人研究采用的材料多為國(guó)內(nèi)品種，對(duì)國(guó)外引進(jìn)品種的研究比較缺乏。而國(guó)外品種因其原產(chǎn)地氣候環(huán)境等方面的差異，可能含有豐富的外源基因[19]，可對(duì)國(guó)內(nèi)品種的資源開(kāi)發(fā)利用提供豐富的遺傳變異。因此，本研究以國(guó)外引進(jìn)的51個(gè)甜蕎品種為材料，對(duì)其主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進(jìn)行鑒定，通過(guò)相關(guān)分析、主成分分析、聚類(lèi)分析以及灰色關(guān)聯(lián)度分析等，對(duì)國(guó)外引進(jìn)甜蕎種質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為山西甜蕎的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

51份甜蕎供試品種均從國(guó)外引進(jìn)，由加拿大圣瑪麗大學(xué)生物系Genlou Sun教授提供。

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在山西省臨汾市山西農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所洪堡國(guó)家試驗(yàn)基地（36°13′22.60″ N、111°34′8.57″ E）進(jìn)行。試驗(yàn)地處于山西臨汾東北部，氣候類(lèi)型為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量441.5 mm。土壤為石灰性褐土， 0—20 cm土壤有機(jī)質(zhì)12.16 g·kg-1、全氮0.9 g·kg-1、速效磷8.76 mg·kg-1、堿解氮63.3 mg·kg-1、速效鉀123.5 mg·kg-1，pH 8.12。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種種植2行，行長(zhǎng)2.5 m，行距30 cm，株距30 cm，重復(fù)3次。肥、水、病蟲(chóng)害、雜草的管理根據(jù)國(guó)家蕎麥區(qū)域測(cè)試要求進(jìn)行。于當(dāng)年10月下旬，根據(jù)成熟程度分批次收獲。

1.4 農(nóng)藝性狀測(cè)定

每個(gè)品種中隨機(jī)選取5株，分別對(duì)一級(jí)分枝數(shù)（number of first-order lateral branches，NFLB）、主莖節(jié)數(shù)（main stem node number，MSN）、株高（plant height，PH，）、莖直徑（stem diameter，SD）、單株粒重（yield per plant，YPP）、單株粒數(shù)（grain number per plant，GNP）、千粒重（thousand grain weight，TGW）、產(chǎn)量（yield，Y）、種子長(zhǎng)度（seed length，SL）、種子寬度（seed width，SW）和種子長(zhǎng)寬比（seed aspect ratio，SAR）共11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。

表1 農(nóng)藝性狀的測(cè)定Table 1 Determination of agronomic traits

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析，使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，并基于Between-groups linkage法進(jìn)行聚類(lèi)分析。根據(jù)鄧氏灰色系統(tǒng)理論[20]，將測(cè)得的農(nóng)藝性狀作為灰色系統(tǒng)，以各品種農(nóng)藝性狀作為比較數(shù)列，各品種的產(chǎn)量設(shè)為參考數(shù)列，將原始數(shù)據(jù)無(wú)綱量化后，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行主成分分析（principal component analysis, PCA），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后提取特征值大于1的主成分，根據(jù)公式得出主成分得分公式，以方差解釋率為權(quán)重，主成分得分與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重加權(quán)求和得出各品種綜合得分D值[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種農(nóng)藝性狀間的多樣性

51份甜蕎品種的11個(gè)農(nóng)藝性狀表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性（表2）。一級(jí)側(cè)枝數(shù)為4～20，主莖節(jié)數(shù)為6～35，株高為58.00～177.33 cm，莖直徑為4.47～11.32 mm，單株粒重為0.82～26.09 g，單株粒數(shù)為4～155，千粒重為12.16～31.80 g，種子長(zhǎng)度為37.68～69.95 mm，種子寬度為26.71～42.06 mm。

表2 甜蕎品種間農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)Table 2 Coefficient of variation of quantitative traits among varieties of F.esculentum

從變異系數(shù)看，51份甜蕎品種具有較大的差異（表2）。11個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為9.562%～115.337%，其中單株粒數(shù)的變異系數(shù)最大，為115.337%；種子長(zhǎng)度、種子長(zhǎng)寬比、種子寬度3個(gè)性狀的變異系數(shù)均小于20%，相對(duì)遺傳變異程度較小；單株粒數(shù)、單株粒重、產(chǎn)量的變異系數(shù)均大于100%，說(shuō)明具有豐富的遺傳變異性。

2.2 聚類(lèi)分析

聚類(lèi)分析結(jié)果（圖1）表明，當(dāng)閾值D2為2.42時(shí)，51份甜蕎品種被劃分為8個(gè)類(lèi)群。其中，第Ⅱ和第Ⅴ類(lèi)群共7份品種，其產(chǎn)量表現(xiàn)較差，可利用價(jià)值較??；第Ⅰ類(lèi)群的10份品種與第Ⅲ類(lèi)群的9份品種的單株粒重、單株粒數(shù)、千粒重?zé)o顯著差異；第Ⅳ類(lèi)群的6個(gè)品種千粒重最高，籽粒較大；第Ⅵ類(lèi)群包含11份品種，主要特征為主莖較粗，主莖節(jié)數(shù)僅次于第Ⅶ、第Ⅷ類(lèi)群，株高僅次于第Ⅶ類(lèi)群，單株粒數(shù)僅次于第Ⅷ類(lèi)群，可作為特異種質(zhì)資源；第Ⅶ類(lèi)群只有2份品種，其單株粒重與單株粒數(shù)均表現(xiàn)較好，且產(chǎn)量最高，可作為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)甜蕎育種的親本材料；第Ⅷ類(lèi)群包含6份品種，其單株粒重與單株粒數(shù)的平均值均高于其他類(lèi)群，但千粒重卻低于其他類(lèi)群，產(chǎn)量低于第Ⅶ類(lèi)群，因此，需進(jìn)一步篩選，部分材料可用于改良單株粒數(shù)以及單株粒重（表3）。

圖1 甜蕎品種聚類(lèi)Fig.1 Cluster of F.esculentum

2.3 相關(guān)性分析

相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，甜蕎的產(chǎn)量與株高、莖直徑、單株粒重和單株粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)；株高與一級(jí)側(cè)枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、莖直徑呈極顯著正相關(guān)，與單株粒重、單株粒數(shù)呈顯著正相關(guān)；單株粒重與一級(jí)側(cè)枝數(shù)呈顯著正相關(guān)；單株粒數(shù)與一級(jí)側(cè)枝數(shù)、單株粒重呈極顯著正相關(guān)，與種子寬度呈顯著負(fù)相關(guān)。偏相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，甜蕎的產(chǎn)量與株高、莖直徑、單株粒重、單株粒數(shù)呈極顯著正偏相關(guān)；單株粒重與一級(jí)側(cè)枝數(shù)呈顯著正偏相關(guān)；單株粒數(shù)與一級(jí)側(cè)枝數(shù)、單株粒重呈極顯著正偏相關(guān)，與千粒重、種子寬度呈極顯著負(fù)偏相關(guān)。綜上所述，株高、莖直徑單株粒重、單株粒數(shù)是決定產(chǎn)量的主要因素，在甜蕎的選育工作中，可將單株粒數(shù)、單株粒重作為選擇的主要目標(biāo)性狀。

表4 甜蕎品種不同農(nóng)藝性狀間的簡(jiǎn)單相關(guān)與偏相關(guān)系數(shù)Table 4 Simple correlation and partial correlation coefficients among different agronomics traits of F.esculentum

2.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度排序前后可以確定甜蕎各品種的農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量影響的大小關(guān)系，由表5可知，11個(gè)農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度表現(xiàn)為：?jiǎn)沃炅Ｖ兀締沃炅?shù)＞一級(jí)側(cè)枝數(shù)＞株高＞莖直徑＞千粒重＞種子長(zhǎng)寬比＞主莖節(jié)數(shù)＞種子長(zhǎng)＞種子寬，其中，單株粒重與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最大；單株粒數(shù)次之，與相關(guān)性分析結(jié)果一致。因此，在選育高產(chǎn)甜蕎品種時(shí)，單株粒重與單株粒數(shù)可作為重要目標(biāo)性狀。

表5 甜蕎品種農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度Table 5 Correlation degree between agronomic characters and yield of F.esculentum varieties

2.5 主成分分析

11個(gè)農(nóng)藝性狀具有復(fù)雜的相關(guān)性關(guān)系，但相關(guān)性可能無(wú)法說(shuō)明每個(gè)形狀對(duì)產(chǎn)量的重要性，而主成分分析可以反映出各農(nóng)藝性狀中起主要作用的指標(biāo)。因此對(duì)11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行PCA主成分分析，根據(jù)累計(jì)貢獻(xiàn)率≥83%的標(biāo)準(zhǔn)，前4個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)83.247%（表6）。

表6 甜蕎性狀的主成分特征向量和貢獻(xiàn)率Table 6 Principal component eigenvectors and contribution rates of quantitative traits of F.esculentum

第1主成分（PC1）貢獻(xiàn)率最大，為35.281%，在特征向量中，單株粒數(shù)（0.272）、單株粒重（0.271）和產(chǎn)量（0.211）有較高的載荷，說(shuō)明單株粒重高與單株粒數(shù)多是甜蕎高產(chǎn)品種的特征，據(jù)此第1主成分可視為高產(chǎn)型品種形態(tài)決定因子，在甜蕎的高產(chǎn)育種中，單株粒重和單株粒數(shù)可獨(dú)自選擇。

第2主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為23.256%，特征值中以千粒重（0.324）的貢獻(xiàn)最大，其次為種子長(zhǎng)度（0.286）、種子寬度（0.254），可視為籽粒質(zhì)量構(gòu)成因子。

第3主成分（PC3）的貢獻(xiàn)率為13.464%，具有較高載荷量且為正值的性狀為種子長(zhǎng)寬比（0.452），而單株粒重（-0.223）、單株粒數(shù)（-0.228）以及千粒重（-0.111）的特征值均為負(fù)值，該產(chǎn)量主要反映了種子長(zhǎng)寬比的影響，加之產(chǎn)量的特征向量值為負(fù)值，說(shuō)明種子長(zhǎng)寬比越大的品種其產(chǎn)量越低，因此第3主成分為低產(chǎn)型品種形態(tài)決定因子。

第4主成分（PC4）貢獻(xiàn)率為11.246%，特征值中貢獻(xiàn)最大的是株高（0.428），其次為主莖節(jié)數(shù)（0.237），且均為正值，說(shuō)明株高越高，主莖節(jié)數(shù)就越多，稱(chēng)第4主成分為植株高度構(gòu)成因子。

綜合相關(guān)性、主成分以及灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果，在對(duì)引起甜蕎選育時(shí)，應(yīng)著重考慮單株粒數(shù)與單株粒重2個(gè)因素。

2.6 農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)

綜合得分直接反映供試品種的優(yōu)劣，綜合得分值越高，說(shuō)明其綜合品質(zhì)表現(xiàn)越好[22-23]。根據(jù)主成分得分模型[24]，將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)（Z）分別代入公式，即得51個(gè)甜蕎品種在4個(gè)主成分上的得分F，4個(gè)主成分線(xiàn)性組合如式（1）～（4）所示。

以4個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，主成分得分與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重加權(quán)求和，得出甜蕎綜合評(píng)價(jià)D值（其中，Zn表示第n項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，n=1,2…11）。D=0.424×F1+0.279×F2+0.162×F3+0.135×F4，根據(jù)綜合模型，可計(jì)算得出甜蕎各品種的綜合得分。結(jié)果（表7）顯示，D值大于0.50的品種共有11個(gè)，分別是PI 658446、PI 658426、PI 590988、PI 427236、PI 482597、PI 482595、PI 647700、PI 647597、PI 427235、PI 658417、PI 647610。

表7 甜蕎品種主成分得分、D值及綜合排序Table 7 Principal component score， D value and ranking of F.esculentum varieties

為判斷綜合得分D值是否可以全面反映甜蕎品種的表型性狀[25]，對(duì)農(nóng)藝性狀與綜合得分D值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表8）表明，D值與一級(jí)側(cè)枝數(shù)、株高、莖直徑、單株粒重、單株粒數(shù)、種子長(zhǎng)度、種子寬度、種子長(zhǎng)寬比和產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)、千粒重、種子寬度呈正相關(guān)性。進(jìn)一步證明D值對(duì)甜蕎進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的可行性。

表8 表型性狀與綜合得分（D值）間的相關(guān)性Table 8 Correlation coefficient between of phenotypic traits and comprehensive value （D value）

3 討論

種質(zhì)資源是作物育種的基礎(chǔ)[26]，將不同來(lái)源的品種引入當(dāng)?shù)剡M(jìn)行試驗(yàn)，既可以篩選出適合當(dāng)?shù)胤N植的品種，也可將它們作為親本進(jìn)行品種選育。目前，種質(zhì)資源的鑒定、評(píng)價(jià)在很大程度上仍依賴(lài)于其農(nóng)藝性狀[25]。本研究表明，51份引進(jìn)甜蕎種質(zhì)在11個(gè)主要農(nóng)藝性狀上具有豐富的遺傳變異，其中單株粒數(shù)、單株粒重、產(chǎn)量的變異系數(shù)較大，與賈瑞玲等[25]、李月等[27]的研究結(jié)果基本一致，可見(jiàn)，51份引進(jìn)的甜蕎品種具有較大的應(yīng)用潛力，有利于甜蕎種質(zhì)資源拓寬遺傳多樣性。

相關(guān)分析表明，甜蕎產(chǎn)量與株高、莖直徑、單株粒重、單株粒數(shù)呈極顯著正偏相關(guān)，說(shuō)明株高、單株粒重、單株粒數(shù)是影響甜蕎產(chǎn)量的主要因素，與汪燦等[15]、呂丹等[28]結(jié)果一致，說(shuō)明甜蕎株高的增加、莖直徑的加粗、單株粒重的增加以及單株粒數(shù)的增加均有利于增加甜蕎產(chǎn)量。單株粒數(shù)與一級(jí)側(cè)枝數(shù)、單株粒重呈極顯著正相關(guān)，主莖節(jié)數(shù)與千粒重、種子寬度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與李月等[27]研究結(jié)果一致，表明單株粒數(shù)的增加與一級(jí)側(cè)枝數(shù)有關(guān)，且單株粒數(shù)越多，單株粒重會(huì)相應(yīng)增加；而千粒重的降低可能是由于甜蕎的無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性和較強(qiáng)的落粒性導(dǎo)致[28]；在收種過(guò)程中，僅70%～80%籽粒成熟時(shí)就進(jìn)行收獲，使得籽粒不能全部成熟導(dǎo)致癟粒增多，可能是千粒重不高的重要原因。由于各農(nóng)藝性狀間存在相互影響，簡(jiǎn)單的相關(guān)系數(shù)法無(wú)法準(zhǔn)確的判斷農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的影響[15]，因此本文進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果表明，單株粒重、單株粒數(shù)、一級(jí)側(cè)枝數(shù)、株高、莖直徑與籽粒產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度較高，與前人研究結(jié)果一致[17,29-30]。由此表明，對(duì)甜蕎品種進(jìn)行高產(chǎn)選育時(shí)，可將上述性狀作為重點(diǎn)目標(biāo)性狀。

目前，主成分分析法已廣泛應(yīng)用于各種作物的種質(zhì)評(píng)價(jià)[31-34]。本研究結(jié)果表明，11個(gè)農(nóng)藝性狀被分為“高產(chǎn)型品種形態(tài)決定因子”“籽粒質(zhì)量構(gòu)成因子”“低產(chǎn)型品種形態(tài)決定因子”和“植株高度構(gòu)成因子”4個(gè)主成分，這4個(gè)主成分從不同角度反映了甜蕎農(nóng)藝性狀間及農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量間的關(guān)系。同時(shí)，甜蕎各農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量間均存在一定相關(guān)性，因此，在甜蕎高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種時(shí)，應(yīng)同時(shí)注意性狀間的關(guān)系。

聚類(lèi)分析將51份甜蕎品種劃分為8個(gè)類(lèi)群；綜合得分D值最高的11個(gè)品種主要分布于第Ⅵ、第Ⅶ和第Ⅷ類(lèi)群。其中，第Ⅵ類(lèi)群中綜合得分高的PI 647597、PI 427235、PI 658417、PI 647610表現(xiàn)為主莖粗壯、節(jié)數(shù)多，單株粒數(shù)僅次于第Ⅷ類(lèi)群，可作為特異種質(zhì)資源；第Ⅶ類(lèi)群中的PI 658426和PI 427236屬于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型，在育種中可作為親本重點(diǎn)利用；第Ⅷ類(lèi)群中的PI 658446、PI 590988、PI 482597、PI 482595、PI 647700表現(xiàn)為單株粒重與單株粒數(shù)高于其他類(lèi)群，產(chǎn)量?jī)H次于第Ⅶ類(lèi)群，部分材料可用于改良單株粒數(shù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，山西省本地甜蕎種質(zhì)有257份[35]，張麗君等[36]、師穎[37]對(duì)山西本地甜蕎種質(zhì)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了鑒定，其中主莖節(jié)數(shù)均值為11.4，變幅為8.4～14.9；一級(jí)側(cè)枝數(shù)均值為3，變幅為2.3～4.6；單株粒重均值為1.4 g，變幅為0.1～10.9 g。本研究表明，51份國(guó)外引進(jìn)甜蕎種質(zhì)的主莖節(jié)數(shù)均值為16.9，變幅為13.7～21.9；一級(jí)側(cè)枝數(shù)均值為8.7，變幅為6.0～11.7；單株粒重的均值為5.7 g，變幅為1.6～16.3 g。本研究篩選的產(chǎn)量和品質(zhì)優(yōu)良的國(guó)外引進(jìn)品種可用于山西省甜蕎品種的選育。