高寒区41份春蚕豆种质资源农艺性状的遗传多样性分析_张鹏.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0965张鹏，鲍根生，刘文辉，滕长才，刘玉皎.高寒区 41 份春蚕豆种质资源农艺性状的遗传多样性分析.草业科学,2023,40(7):1844-1855.ZHANGP,BAOGS,LIUWH,TENGCC,LIUYJ.Geneticdiversityanalysisofagronomictraitsof41springVicia fabaresourcestoidentifyoptimummaterialsforcultivationinalpineregions.PrataculturalScience,2023,40(7):1844-1855.高寒区 41 份春蚕豆种质资源农艺性状的遗传多样性分析张鹏，鲍根生，刘文辉，滕长才，刘玉皎（青海大学畜牧兽医科学院/青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室,青海西宁810016）摘要：为筛选出适宜高寒区种植的蚕豆材料，本研究对 41 份春蚕豆(Vicia faba)种质的 19 个农艺性状进行观测分析。结果表明，41 份春蚕豆种质具有丰富的遗传多样性，19 个农艺性状的平均变异系数和遗传多样性指数分别为30.80%和 1.715；籽粒产量与株高、茎干重、单株籽粒重、地上生物量、荚数、根瘤数量、根瘤干重、地下生物量、叶干重和单株分枝数呈显著正相关关系(P0.05)，而百粒重与株高、茎粗、茎干重、地下生物量、荚数和地上生物量呈显著负相关关系(P0.05)；利用主成分分析降维获得 5 个主成分，累计贡献率达到 79.521%，其中第一主成分主要反映籽粒产量，第二主成分主要反映籽粒的长宽(大小)，这两个主成分较大程度上反映了 41 份春蚕豆种质资源的表型特征；系统聚类法将 41 份春蚕豆材料划分为两大类群，类群 I 包含 36 份材料，类群包含 5 份材料，通过隶属函数分析发现，类群中 21、25、29 和 37 号蚕豆种质综合表现最好，可以作为高寒区培育优质高产牧草及牧草种子生产的优异材料。关键词：蚕豆；种质资源；农艺性状；遗传多样性；相关性分析；主成分分析；隶属函数分析文献标识码：A文章编号：1001-0629(2023)07-1844-12Genetic diversity analysis of agronomic traits of 41 spring Vicia faba resources toidentify optimum materials for cultivation in alpine regionsZHANGPeng,BAOGensheng,LIUWenhui,TENGChangcai,LIUYujiao(AcademyofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,QinghaiUniversity/KeyLaboratoryofSuperiorForageGermplasmintheQinghai-TibetanPlateau,Xining810016,Qinghai,China)Abstract:Toidentifybroadbeanmaterialssuitableforplantingincoldareasatahighaltitude,19agronomiccharacteristicsof41broadbeangermplasmmaterialswereobservedandanalyzed.Theresultsshowedthatthe41broadbeangermplasmmaterialshadrichgeneticdiversity,andtheaveragecoefficientofvariationandgeneticdiversityindexofthe19agronomictraitswere30.80%and1.715,respectively.Ofthe19agronomictraits,grainyieldwassignificantlypositivelycorrelatedwith aboveground biomass,underground biomass,and the number of nodules(P 0.05),while 100-grain weight wassignificantlynegativelycorrelatedwithplantheight,stemdiameter,stemdryweight,undergroundbiomass,podnumber,andaboveground biomass(P 0.05).Five principal components were obtained by principal component analysis,and thecumulativecontributionratereached79.521%.Thefirstprincipalcomponentmainlyreflectedthegrainyield,andthesecond收稿日期：2022-12-10接受日期：2023-04-03基金项目：青海省科技厅应用基础研究(2022-ZJ-715)；国家自然科学基金(32060398、U21A20239)第一作者：张鹏(1996-)，男,甘肃平凉人,在读硕士生，主要从事豆科牧草方面的研究。E-mail:通信作者：鲍根生(1980-)，男，青海乐都人，副研究员，博士，主要从事豆科牧草方面的研究。E-mail:1844-1855草业科学第40卷第7期7/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.7http:/principalcomponentmainlyreflectedthegrainlengthandwidth(size),whichinturnreflectedthephenotypiccharacteristicsofthe41broadbeangermplasmresourcestoagreaterextent.The41broadbeanmaterialsamplesweredividedintotwogroupsusingasystematicclusteringmethod:groupsIandcontained36and5samples,respectively.Amembershipfunctionanalysisshowedthatbroadbeanmaterials21,25,29,and37providedthebestcomprehensiveperformanceingroupII,andtheywerethusidentifiedasbeingexcellentmaterialsforcultivatingforageandforageseedsofhighqualityandhighyieldinalpineregions.Keywords:Vicia faba;germplasm resource;agronomic characters;genetic diversity;correlation analysis;principalcomponentanalysis;membershipfunctionanalysisCorresponding author:BAOGenshengE-mail:蚕豆(Vicia faba)属豆科野豌豆属，一年生或越年生草本植物1。我国蚕豆种植分为秋播和春播两大生态区2，广泛分布于云南、四川、浙江、江苏、甘肃、青海等地区。其中，春播蚕豆种植面积占全国的 15%3。蚕豆具有粮、蔬、饲、肥等多种用途，可作为营养丰富的绿色食品和保健品，也可作为饲喂家畜的优质饲料4。而且蚕豆可利用豆科植物特有的生物固氮特性，将大气中游离态的氮转化为植物生长所需的氮素，有效提高贫瘠土壤的肥力5，进而降低化肥施用量和提高农作物的产量和品质6。目前，我国拥有国内外蚕豆品种约 5000 余份；其中，国内地方品种和育成品种占 65%，国外引进品种占35%7。高寒地区在蚕豆的品种选育和高效栽培技术等方面的研究起步较晚，导致适应高寒气候特征的蚕豆品种极度匮乏。引种作为一种简便、快捷、有效的育种方式8，短期内能筛选出对当地生境适应性较强的优良品种。由于不同引种品种对不同生态区域表现出不同的适应性，所以，引种品种大规模推广种植前需对所引品种开展农艺性状综合评价，从而筛选出适合当地生境的优良品种。表型性状调查和遗传多样性分析作为引种资源适应性评价的最客观、最有效的方法，能对引种资源的生产性能和适应性做出客观评价9。例如，段银妹等10对 8 个省份 11 份蚕豆开展引种生产性能评价发现，所引蚕豆品种的农艺性状出现较大的差异。可见，开展蚕豆材料农艺性状的综合评价对于筛选出当地适应性强、高产优质的植物资源具有重要意义11。植物表型性状的多样性是生物多样性和环境多样性的综合体现12，通过对蚕豆种质资源表型差异的分析，有助于揭示不同蚕豆种质间的遗传多样性，有效促进春蚕豆的选育与种质创新。近年来，国内外有关专家对我国蚕豆种质的表型特征进行了评估和关联度分析13-14。王晓娟等15对 194 份甘肃新征集蚕豆种质资源关键性状及遗传多样性分析发现，新征集蚕豆种质资源遗传多样性丰富；徐东旭等16对国内外不同地理来源的 637 份蚕豆资源进行形态特征分析，发现国内春蚕豆资源遗传变异较大。而康智明等17发现地理距离近的品种并没有聚在一起，说明品种的亲缘关系与地理来源关系不大。青海是西北地区春蚕豆种植的优势区域，但随着灌溉农业区耕地面积逐年减少，种植区域向雨养干旱型农业区延伸和转移18，造成现有蚕豆品种的产量下降。基于此，本研究以青海省农林科学院作物育种栽培研究所豆类研究室选育的 41 份春蚕豆材料为研究对象，对供试春蚕豆种质株型、粒型及产量等相关的 19 个农艺性状展开调查，并结合主成分和聚类分析方法进行遗传多样性分析及综合评价，以期为高寒地区优异春蚕豆材料筛选及后期蚕豆品种选育提供理论依据。1 材料与方法 1.1 试验材料41 份春蚕豆种质由青海省农林科学院作物育种栽培研究所豆类研究室提供，其中，供试春蚕豆种质以中早熟品种青蚕 22 号为杂交母本，以晚熟品种青蚕 24 号为杂交父本，进行五代以上杂交，形成表型性状稳定的春蚕豆种质 41 份(41 份种质按照 141 进行编号)。1.2 试验地概况试验地位于青海省西宁市湟中区土门关乡加汝第7期张鹏等：高寒区 41 份春蚕豆种质资源农艺性状的遗传多样性分析1845http:/尔村(362651N，1014130E)，海拔 2661m，年均气温 5.3，年均降水量 490mm，气候寒冷干燥，无绝对无霜期。土壤类型为栗钙土，有机质、全氮、全磷含量分别为 34.39、2.20、2.44gkg1，铵态氮含量 为 121mgkg1，速 效 磷 和 速 效 钾 含 量 分 别 为27.60 和 290mgkg1，pH 为 8.18。2021 年试验地种植作物为燕麦(Avena sativa)。1.3 试验设计2022 年 5 月 5 日开展田间播种试验，播种前对试验田进行翻地、平整、镇压等处理。试验采用完全随机区组设计，小区面积为 2m5m，每小区用开沟器开出长 5m、宽 25cm、深 10cm 平行沟 8 行，每行施入 12g 磷酸二胺(P2O512%)作为基肥；同时，为防止肥料烧苗，田间表层土与磷肥按照 101混合均匀后撒入开好的种植沟内。由于春蚕豆属于常异花授粉(异交率高于 30%)19，为避免春蚕豆间出现种间杂交，对燕麦和春蚕豆进行隔行种植。每小区随机挑选 4 份春蚕豆种质进行条播种植，每份春蚕豆种植 3 个小区，共 36 个小区。春蚕豆采用人工点播，每隔 10cm 点播两粒春蚕豆种子，每行播种量为 100 粒；燕麦采用撒播，每行播种量为 28.12g，