甘南县向日葵种质资源主要表型性状的分析与评价.pdf
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1、黑龙江农业科学 ():H e i l o n g j i a n gA g r i c u l t u r a lS c i e n c e sh t t p:/h l j n y k x h a a s e p c nD O I:/j i s s n 于欢,付国裕,孔梓丞,等甘南县向日葵种质资源主要表型性状的分析与评价J黑龙江农业科学,():甘南县向日葵种质资源主要表型性状的分析与评价于于欢欢,付付国国裕裕,孔孔梓梓丞丞,张张美美善善,杨杨宇宇庭庭,杨杨丽丽艳艳,张张忠忠臣臣(东北农业大学 农学院,黑龙江 哈尔滨 ;甘南县向日葵技术服务中心,黑龙江齐齐哈尔 )摘要:为了评价向日葵种质资源在甘
2、南县的表现,采用多元统计、主成分分析、隶属函数法、系统聚类法等多种统计方法,对 份向日葵种质资源的生育期、株高、产量等 个主要表型性状进行了评价.结果表明,各性状变异范围较广,变异系数在 之间.此外,种质材料表现出较高的遗传多样性,多样性指数在 之间.利用主成分分析和隶属函数法,鉴定出S W 、J、G 等 份材料的F值较高.采用系统聚类法将 份种质分为类,第类表现出显著的产量优势,而第类表型综合值最高.总体而言,份材料间变异幅度大、范围广、多样性丰富.关键词:甘南县;向日葵;表型性状;种质资源收稿日期:基金项目:甘南县东北农业大学全国农业科技现代化先行县向日葵新品种选育项目.第一作者:于欢()
3、,女,硕士研究生,高级农艺师,从事向日葵遗传与育种研究.E m a i l:q q c o m.通信作者:张忠臣(),男,博士,副研究员,从事向日葵遗传与育种研究.E m a i l:z z c n e a u n e a u e d u c n.甘南县从 世纪 年代开始种植油用型向日葵,年代大面积推广食用型向日葵,是黑龙江省西部主要的向日葵产区之一.甘南县向日葵研究所育成的甘葵二号在内蒙古及东北三省大面积推广种植.但是,多年重茬和连作造成当地向日葵主栽品种退化、病虫草危害加重、产量和品质下降.选育高产、优质、抗病的新品种对当地向日葵种植有重要意义.在作物新品种选育工作中,种质资源发挥着重要作
4、用,鉴定种质资源的性状是育种的前提.张文毅等对 份向日葵种质材 料的 个主要表型性状分析认为,籽粒长、籽粒宽、籽仁率、千粒重等性状可以根据表型选择进行遗传改良.刘文杰等对 份从国外引入的食葵品种进行分析,结果表明应根据品种选育目标筛选性状.乔春贵等对 份向日葵品种的 个主要性状进行分析,结果表明生育期日数、籽仁率等数量性状广义遗传力较大,可在早代进行单株选择;单株粒重、产量等数量性状可根据其他性状间接筛选.王永行等对 份向日葵种质资源进行统计学分析,通过性状分级和频次分析发现,符合正态分布的数量性状可使用代码分级.纪洪亭等对 份向日葵种质资源主要农艺性状进行评价,筛选出份综合性状良好的种质.谢
5、宗铭等对个国外向日葵自交系组合田间鉴定表明,远缘杂交F代表现出较高的生产力优势.汪磊等 对 份种质材料进行聚类分析,结果表明不同材料的分类与地域关系不大.参考前人对向日葵种质资源的分析和评价方法,根据甘南县向日葵生产实际情况,收集整理 份种质材料,对 个主要表型性状开展描述性统计分析、相关性分析和聚类分析,为甘南县向日葵新品种选育提供参考依据.材料与方法 试验地概况试验地点设在甘南县向日葵技术服务中心试验田,前茬作物为向日葵,土质为黑土,肥力一致.材料收集向日葵种质材料 份,其中 份来源于甘南县向日葵技术服务中心,份来源于国家特色产业技术体系,份来源于其他科研院所,份来源于国家种质资源库(附表
6、详见O S I D).材料种植于甘南县向日葵技术服务中心试验田,株行距 m m,田间管理与大田相同.方法 试验设计 年采用小区对比试验,不设重复.每个小区面积 m,株距 m(油葵株距 m,食葵株距 m),行距 m.每个小区行,每行 株.田间管理与大田相同.期于欢等:甘南县向日葵种质资源主要表型性状的分析与评价 表型性状测定成熟期开展生育期、株高、茎粗、叶片数、分枝株率、花盘直径、花盘形状、花盘倾斜度、盘腐型菌核病等个表型性状进行调查,收获后测产百粒重、单株粒重、皮壳率、单位面积产量等个指标,测定指标参考 向日葵种质资源描述规范和数据标准.数据分析试验数据运用E x c e l 、R s t u
7、 d i o 、S P S S 等软件完成统计分析.综合评价值计算 如下.主成分得分:Zi jX iYi j()隶属函数值:U(Xi)(XiXim i n)/(Xim a xXim i n)()权重:WiRi/Ri()综合评价值:F(WiU(Xi)()式中,i,n;j,n;公式()中X i表示第i个主成分中表型性状特征值;Yi j表示第i个主成分第j份材料中表型性状标准化值.公式()中Xi表示标准化后第i个主成分的值;Xim a x与Xim i n分别表示第i个主成分的最大值和最小值.公式()中Ri表示旋转后第i个主成分方差贡献率.公式()中F表示表型综合值.结果与分析 描述性统计分析对 份材
8、料进行描述性统计分析(附表详见O S I D),由表可知,个表型性状的变异系数 范 围 在 ,表 现 为 生 育 期()株高()茎粗()花盘直径()叶 片 数()皮 壳 率()百粒重()单株粒重()产量()病情指数()分枝株率().分枝株率和病情指数的离散程度明显高于其他性状,变异幅度分别为 和 .多样性指数范围为 ,依次为病情指数()分枝株率()产量()单株粒重()百粒重()皮壳率()叶片数()株高()茎粗()花 盘 直 径()生 育 期().个表型性状的遗传差异较大,表明试验材料的表型遗传多样性比较丰富.表向日葵种质表型性状的描述性统计性状最小值最大值均值标准误方差变异系数/偏度峰度多样性
9、指数H 生育期/d 株高/c m 茎粗/c m 叶片数 分枝株率/花盘直径/c m 单株粒重/g 百粒重/g 皮壳率/产量/(k gh m)E 病情指数 相关性分析 份材料的表型性状之间有着不同程度的相关性(图).结果表明,生育期(G P)与花盘直径(D S H)显著正相关,与株高(P H)、茎粗(S D)、单 株 粒 重(SWP P)、百 粒 重(HGW)、皮 壳 率(S HR)正相关.株高(P H)与茎粗(S D)、花盘直径(D S H)、单株粒重(SWP P)显著正相关,与单位面积产量(Y P H)、叶片数(N L)、百粒重(HGW)正相关;茎粗(S D)与花盘直径(D S H)显著正相
10、关,与单株粒重(SWP P)、百粒重(HGW)、单位面积产量(Y P H)正相关.花盘直径(D S H)与单株粒重(SWP P)显著正相关,与百粒重(HGW)、单位面积产量(Y P H)正相关.单株粒重(SWP P)与单位 面 积 产 量(Y P H)高 度 正 相 关,与 百 粒 重(HGW)显著正相关,与皮壳率(S HR)正相关.病情指数(D I)与生育期(G P)、株高(P H)、茎粗(S D)、花盘直径(D S H)、花盘倾斜度(G S H)、单株粒重(SWP P)、百粒重(HGW)、产量(Y P H)正相关.上述 个表型性状的相关性分析将有利于选育新品种时兼顾相关性状的变化,利用相关
11、性状进行间接选择.黑龙江农业科学期图向日葵种质 个表型性状的相关性分析 主成分分析相关性分析表明向日葵的表型性状之间相互关联,运用主成分分析将复杂的数据降维,进一步客观地评价各个性状.通过对 个表型性状主成分分析,提取了特征值大于的主成分个,累计贡献率达 (表).个主成分的特征值分别为 ,和 .主成分贡献率 ,是单株粒重(SWP P)、花盘直径(D S H)、株高(P H)、百粒重(HGW)、茎粗(S D)的综合表现,反映了可能与产量相关的主要性状;主成分贡献率 ,仅包括叶片数(N L),反映了可能与营养相关的指标;主成分贡献率 ,仅包括花盘形状(S S H),反映了可能与籽粒有关的指标;主成
12、分贡献率 ,仅包括分枝株率(B R),反映了可能与花粉量有关的指标;主成分贡献率 ,仅包括病情指数(D I),反映了可能与病害有关的指标.个主成分中,单株粒重和花盘直径的载荷较高,分别为 和 .这些主成分分析结果为后续的目标性状鉴定提供了参考依据.表向日葵种质 个表型性状主成分分析性状主成分主成分主成分主成分主成分单株粒重 花盘直径 株高 百粒重 茎粗 单位面积产量 生育期 期于欢等:甘南县向日葵种质资源主要表型性状的分析与评价表(续)性状主成分主成分主成分主成分主成分叶片数 分枝株率 花盘形状 皮壳率 病情指数 花盘倾斜率 特征值 方差贡献率/累计方差贡献率/表型性状综合评价通过主成分分析与
13、隶属函数结合的方法对所有材料进行综合评价,计算出每份材料表型综合值(附表详见O S I D).用公式()计算每份材料的主成分得分:Zj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj X j X j X j X jZj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj X j X j X j X jZj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj X j X j X j X jZj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj X j X j X j X jZj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj Xj X j X j X j X j用公式()计算主成分
14、得分的隶属函数值,变化范围在之间.用公式()计算主成分的权重,个 主 成 分 的 权 重 分 别 为 ,和 .用公式()计算每份材料的表型综合值(Fj).依据计算结果对每份材料综合评价.群体F值均值为 ,按照的比例,分别选取F值最低和最高各 份材料进行比较(表),发现F值高的材料花盘形状低于F值低的材料,其他表型性状指标高于F值低的材料.个表型性状中,分枝株率、花盘形状与F值不相关,其他 个性状与F值显著相关.单株粒重与F值高度线性相关,皮壳率、株高、茎粗、单位面积产量、花盘直径、百粒重与F值显著线性相关,生育期、叶片数、花盘倾斜度、病情指数与F值线性相关.F值低的 份材料中有 份生育期低于
15、d;F值高的 份材料中有 份生育期在 d之间.G 、NO L 、NO L 等 份材料F值较低,其中:NO L 生育期 d,株高 c m,花盘 直径 c m,单 株粒重 g;SW 、J、G 等 份材料F值较高,其中SW 生育期 d,株高 c m,花盘直径 c m,单盘粒重 g.总体来看,F值高的材料具有生育期适中、株高较高、产量好的特点.因此,可以参考F值评估向日葵种质资源.表因子分析部分材料表型均值比较及相关性分析性状F值高F值低相关系数生育期 株高 茎粗 叶片数 分枝株率 花盘直径 花盘形状 花盘倾斜度 单株粒重 百粒重 皮壳率 产量 病情指数 注:表中表示在P 水平显著相关.黑龙江农业科学
16、期 聚类分析采用欧氏距离,对全部种质资源进行系统聚类,计算每个类群的表型综合均值.结果发现,份材料共分大类(图).第类包括 份材料,占比 ;表型综合均值排在第位,生育期、株高、茎粗、叶片数、花盘倾斜度、病情指数等性状均值最低.第类包括 份材料,占比 ;表型综合均值排在第位,株高、茎粗、花盘直径、单株粒重、百粒重、皮壳率、单位面积产量等表型性状均值在所有类别中最高,成熟花盘倾斜度大、畸形的较多,应淘汰有不良性状的单株.第类包括 份材料,占比 ;表型综合均值排在第位.第类包括 份材料,占比 ;表型综合均值排在第位,生育期、花盘直径等性状均值最高,分枝株率最低,花盘倾斜度最大.第类包括 份材料,占比
17、 .表型综合均值排在第位,叶片数、分枝株率均值最高,单株粒重、花盘直径等性状均值最低.份外引材料被划分到大类中,第类包含份,占比 ;第类包含 份,占比 ;第类包含 份,占比 ;第类包含份,占比 ;第类份,占比 .结果表明,外引材料间遗传差异较大,可进一步挖掘其育种价值.图 份向日葵种质聚类图讨论调查分析向日葵种质资源的形态学特征是向日葵育种的首要工作,环境对农艺性状的影响加大了品种鉴定和筛选的复杂性.本研究收集整理了 份种质资源,系统分析了这些材料的表型性状,为现有材料的有效利用提供了参考依据.通过对大规模向日葵种质资源的多元统计分析,对向日葵表型性状综合表现做出客观评价.表型性状的变异分析变
18、异系数是用来衡量两个或多个观测值样本变异程度的统计学指标,能够客观评价量纲不同的两组数据之间的离散程度,变异系数越大表示遗传多样性越丰富.本文分析了 个数量性状和个质量性状,发现变异系数变化较大,这与汪磊等 的研究结果一致.数量性状主要描述了生育期、农艺性状和产量性状,个数量性状的变异系数(C V)范围为 ,平均变异系数为 ,变 异 最 大 的 性 状 分 枝 株 率()表现出较高的形态变异;与产量相关的性状中产量()、单株粒重()、百粒重()变异系数均大于 ,也表现出明显的遗传多样性.质量性状主要描述了与花盘有关期于欢等:甘南县向日葵种质资源主要表型性状的分析与评价的性状,个质量性状的变异系
19、数(C V)范围为 ,病情指数()变异较大,可能与 年向日葵花期雨量偏少有关.群体的多样性指数为 ,这与奉斌等 的研究结果相似.份 种 质 资 源 株 高 的 变 化 范 围 为 c m,差异较大.而向日葵植株过高会增加倒伏率,生产中倒伏率过高不利于机械收获和密度扩大 .降低株高、增加茎粗能增加产量的稳定性.本研究中株高 c m的矮秆资源占 ,具有较大的应用潜力,可深入挖掘.份种质资源花盘直径的变化范围为 c m.环境因素对花盘直径大小的影响比遗传因素更 大 .花 盘 直 径 的 适 宜 大 小 为 c m,花盘直径过大会增加空瘪率、降低产量.本研究中花 盘直径的变 化范围与魏 忠芬 等(c
20、m)的研究结果相近,比刘文杰等(c m)和汪磊(c m)的研究结果变异更大.花盘形状对产量的贡献也很大,薄而平且中等大小的花盘籽粒间营养分布均匀、更易获得高产,.所有材料中花盘平(值为)并且花盘直径在 c m之间的材料占 ,可以充分利用.向日葵的主要育种目标是提高籽粒产量,籽粒产 量主要由单 位面积株数 和单株籽粒 重构成,是亲本选择中的主要指标.此外,籽粒产量还受到向日葵生长期内其他性状的影响,可通过间接选择性状来筛选高产种质材料.因此,本研究所调查的表型性状可作为评价种质资源在甘南县新品种选育中的重要指标,育种者可根据不同的育种目标进行选择.表型性状的相关性分析相关性分析表明各表型性状之间
21、联系紧密、互相影响.本研究中,单位面积产量与单株粒重高度相关(r ),这与罗静静等(r )和崔超等 的研究结果(r )相似;与株高正相关(r ),这与 k o r i等 的研究结果相似;与花盘直径(r )正相关,这与A h m a d等 的研究结果(r )相似;与百粒重(r )、茎粗(r )、生育期(r )、叶片数(r )、花盘倾斜度(r )之间正相关,这与许多研究者的结论相似 .盘腐型菌核病病情指数与单位面积产量正相关(r ),这与甘南县历年种植向日葵的生产实际不符,可能与气候条件不利于菌核病大面积发生有关.株高与花盘直径、茎粗显著正相关(分别为r 、r ),与李慧琳等 的研究结果(分别为r
22、 、r )相似;与单株粒重显著正相关(r ),比刘鑫等 的研究结果(r )高,可能与对方的参试材料较少有关.分枝株率与生育期、株高、茎粗、花盘直径、花盘形状、百粒重、皮壳率、单位面积产量等负相关,说明分枝型材料会影响向日葵的产量.在杂交育种中,分枝是恢复系的重要农艺性状,具有花粉量较多的特点.分枝型材料大多为矮秆型,为开发矮秆种质资源拓宽了育种思路.主成分分析与聚类分析主成分分析结果表明,其性状信息主要集中在前个主成分,累计贡献率为 .第一主成分中绝对值较大的个性状与产量有关;第二主成分中绝对值较大的性状与叶片数有关;第三主成分中绝对值较大的性状与花盘形状有关.综合相关性分析发现,产量性状与生
23、育期内的部分农艺性状正相关,说明筛选高产种质资源可关注生育期、株高、花盘直径、茎粗、叶片数和花盘形状等农艺性状.第四主成分中绝对值较大的性状与株型有关,说明株型是区分向日葵种质资源的重要因素.第五主成分中绝对值较大的性状与病情指数有关,说明抗盘腐型菌核病是甘南县向日葵种质资源筛选的主要标准.聚类分析是根据样本间的亲疏关系分类、评价、分析,具有客观性和科学性.李琼等 对 份大豆品种(系)基于个农艺性状和主成分分析综合得分分别聚类,认为种聚类分析方法能有效区分大豆种质.赵斌等 将 份多棱大麦分成类,证明多样性遗传分析、主成分分析和聚类分析是科学选配亲本的方法.本研究聚类分析结果表明,采用层次聚类法
24、在欧氏距离接近 时将 份材料分成类,群体间生育期、株高、叶片数、分枝株率、单株粒重、产量等表型性状均值差异较大,类别间的区分不受地域限制.选配亲本时应充分考虑性状间的差异与联系.气候对向日葵菌核病的影响菌核病的发生和蔓延受气象因子影响较大.越冬的菌核在土壤干燥时不会萌发,向里军等 认为,适宜菌核萌发的气候条件为土壤相对湿度 、土壤温度 .菌核萌发产生黑龙江农业科学期子囊孢子,子囊孢子可通过气流、雨水蔓延传播.淡建兵等 研究表明降水量与菌核病始盛期呈显著正相关,阴雨天时气温高会加重菌核病发生程度.开花期是向日葵盘腐病的高发期,菌柄膨胀释放子囊孢子,孢子在雨水的弹射下或随风落在花盘上,从花盘的管状
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