高淑芹，侯云龍，邱紅梅，孫星邈，王躍強

（吉林省農業(yè)科學院大豆研究所/大豆國家工程研究中心，長春 130033）

東北三省35份大豆資源表型鑒定與聚類分析*

高淑芹，侯云龍，邱紅梅，孫星邈，王躍強**

（吉林省農業(yè)科學院大豆研究所/大豆國家工程研究中心，長春 130033）

對35份東北三省大豆資源的單株粒數(shù)、單株莢數(shù)等12個農藝性狀進行測定，通過遺傳多樣性、主成分和聚類分析，進行了表型鑒定及基因型分類。結果表明，35份大豆資源表型變異較豐富，遺傳多樣性程度較高。根據(jù)主成分分析，篩選到4個主成分，進一步鑒定到10份優(yōu)異種質。通過聚類分析將供試種質分為4類。

大豆資源；遺傳多樣性；聚類分析

大豆（Glycine max（L.）Merr.）在世界上廣泛種植，由于其高度自交結實，遺傳基礎較狹窄。我國雖種質資源豐富，但生產中主推的品種都可追溯到少數(shù)幾個祖先種。蓋鈞鎰等對564個育成的品種進行了系譜研究，歸納出衍生品種最多的37個祖先親本[1]。之后，又分析了651個育成品種的系譜，發(fā)現(xiàn)這些品種可追溯到38個祖先種[2]。孫志強等分析了東北地區(qū)近200個品種的血緣組分，發(fā)現(xiàn)滿倉金等10個種質對東北大豆遺傳貢獻率為57.7%，僅黃寶珠和金元1號就貢獻了東北大豆育成品種28.7%的遺傳物質[3-4]。

遺傳貢獻力高的祖先親本具備優(yōu)良的綜合性狀之外，還具有高配合力[5]。育種實踐證明，祖先親本的鑒定與利用能夠有效地提高育種效率。因此對祖先親本深入的研究、鑒定種質資源產量相關性狀，對大豆育種具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為35份東北三省大豆資源，包括11份東北地區(qū)核心祖先親本：滿倉金、東農33、一窩蜂、鐵莢子、鐵莢四粒黃、金元1號、荊山樸、金元、黃寶珠、十勝長葉、琿春豆[3,6]，來源于吉林省農業(yè)科學院資源平臺（見表1）。

表1 供試材料保存編號及品種名稱

1.2 試驗方法

試驗于2013年在吉林省農業(yè)科學院公主嶺試驗基地進行。試驗地肥力中等，土地平整。試驗采取隨機區(qū)組種植，4行區(qū)，行長4m，行距0.6m，株距0.1m，3次重復，常規(guī)管理。

采用Excel 2010軟件分析處理各個性狀的多樣性指數(shù)，參照胡建斌等的方法[7]。各性狀的遺傳多樣性采用Shannon's信息指數(shù)（H'）進行評價，H'=-ΣPilnPi，Pi表示第i種變異出現(xiàn)的頻率，用所有相應的各個性狀H'的平均值表示一組或所有種質的遺傳多樣性程度。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀的表型鑒定及多樣性分析

35份東北大豆資源的株高、有效分枝、單株有效節(jié)數(shù)、主莖有效節(jié)數(shù)等存在較豐富的遺傳變異（見表2）。其中，11個農藝性狀的變異系數(shù)大于10%，僅生育期的變異系數(shù)小于10%。變異系數(shù)最大的性狀為有效分枝，變異系數(shù)為66.00%，遺傳多樣性指數(shù)為1.75，平均值為1.67個，變幅為0.27～5.27個。11份祖先親本有效分枝平均值為1.68個，變幅為0.38～4.07個。其次為株高，變異系數(shù)為23.00%，遺傳多樣性指數(shù)為1.98，平均值為93.00cm，變幅為54.00～127.00cm。11份祖先親本株高平均值為98.09cm，變幅為54.00～125.00cm。有效分枝與株高的變異系數(shù)較大，表明研究的東北35份大豆資源的有效分枝與株高的離散程度較高，特異株型種質較多。11份祖先親本與總樣本的有效分枝和株高的變幅相若，表明祖先親本控制株型的基因型豐富。

表2 農藝性狀的統(tǒng)計分析及多樣性指數(shù)

變異系數(shù)最小的性狀是生育期，變異系數(shù)僅為9.00%，平均值為127.8d，變幅為104～157d。生育期的極差為53d，極差較大但變異系數(shù)最小，表明35份資源的生育期較多分布在均值127.8d左右，離散程度較低。11份祖先親本生育期平均值為129.64d，變幅為115～138d，祖先親本多為中熟、中晚熟材料。11份祖先親本的單株有效節(jié)數(shù)、主莖有效節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)顯著高于總樣本及其余24份種質。表明祖先親本控制產量相關因子的基因具有優(yōu)異等位組合。因此在選擇親本時可優(yōu)先考慮這4個性狀值高的資源。

2.2 農藝性狀的主成分分析

對東北35份大豆種質12個農藝性狀的平均值進行了主成分分析，得到4個特征值較大的主成分，累計貢獻率達84.72%（見表3）。第一主成分的單株粒數(shù)分量最大，故為粒數(shù)因子。株高、有效分枝、生育期、百粒重4個分量為負值，其余各分量均為正值。表明供試種質單株粒數(shù)多者，并非晚熟、多分枝、大粒類型材料；但其主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)多，收獲指數(shù)高。因此，第一主成分值大的資源產量較高。第二主成分的有效分枝分量最大，故為分枝因子。負值分量依次為株高、主莖有效節(jié)數(shù)、有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)、生育期。表明供試種質分枝多者，熟期偏早，植株較矮，主莖有效節(jié)數(shù)、有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)較少。單株粒數(shù)分量很小，對主成分影響較小。故第二主成分值小的資源產量高。第三主成分的株高分量最大，故為株高因子。負值分量且絕對值較小者為有效節(jié)莢數(shù)、每莢粒數(shù)、單株粒重、百粒重，對主成分的影響較小。收獲指數(shù)分量為負值且絕對值較大，表明植株高者，收獲指數(shù)小，故株高中等材料較豐產。第四主成分的有效節(jié)莢數(shù)分量值最大，故為莢數(shù)因子。正值分量為有效分枝、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、生育期，其余分量為負值，表明莢、粒數(shù)多者，熟期稍晚、株高偏矮且多分枝。從主成分結果可知，綜合性狀好，產量較高資源的特點是：熟期稍早、中大粒、株高中等、有效分枝適中、多莢、多粒，即第一、三、四主成分值越大越好，第二主成分值越小越好。按此原則篩選出10份優(yōu)異種質，包括有黑農23、克交70-481、吉林19、九農13、吉林15、一窩蜂、吉林13、九農9號、九農10、琿春豆。其中一窩蜂和琿春豆為祖先親本。

表3 主成分分析結果

2.3 聚類分析

利用挖掘到的4個主成分，采用歐氏距離（Euclidean distant）最小距離法進行聚類分析，得到聚類分析圖（見圖1）。在遺傳距離4.23處，將35份東北大豆資源分為4個主要類群。類群1包含3份種質，黑河3號、克交70-481、吉林19。此類群種質株高偏矮，分枝較少。類群2包含9份種質，東農55-6075、秋八、集體3號、黃寶珠、大金黃、東農33、黃大豆、早豐2號、十勝長葉。此類群種質植株較矮，分枝較多。其中黃寶珠、東農33、十勝長葉為祖先親本。類群3包含3份種質，黑農23、荊山樸、滿倉金。此類群種質株高偏高，分枝較少。其中荊山樸是由滿倉金系選來的，二者均為祖先親本[3]。類群4包含17份種質，又可分成兩個亞類。亞類I包含6份種質均為祖先親本、亞類II包含11份種質。此類群資源的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)較多，收獲指數(shù)較高。鐵豐18、小金黃1號由于生育期太晚，獨自分布。遺傳距離是度量品種遺傳差異，選配親本的重要參數(shù)。應用聚類分析，可更有效的選配雜交組合。

圖1 東北大豆資源的聚類樹

3 討論

東北三省是我國大豆種植面積最大的，重要的大豆生產基地，分析和探討這一地區(qū)祖先親本與部分資源的表型和遺傳距離對于制定未來的育種策略具有重要意義。研究表明35份東北大豆資源生育期、株高、主莖有效節(jié)數(shù)等與產量相關的數(shù)量性狀變異豐富，遺傳多樣性指數(shù)較高，遺傳基礎較廣。其中單株有效節(jié)數(shù)、主莖有效節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)4個產量構成因子尤為重要。4者皆優(yōu)種質衍生的后代豐產性較好，如金元截止到2005年已經衍生577個大豆新品種，核遺傳貢獻值高達65.65%；鐵莢四粒黃已衍生281個大豆新品種，核遺傳貢獻值達29.63%[6]。

從主成分分析看，研究供試種質的產量及株型構成因子的貢獻率較大，表明利用這些種質更容易使后代材料的產量提高及株型改變[8]。我國擁有豐富的大豆種質資源，在育種程序中，可參考祖先親本主成分信息選配親本，提高育種效率。從聚類結果看，同類群種質具有相類似的農藝性狀，表明控制考核性狀的遺傳物質較相近，遺傳距離較小，親緣關系近。因此，在親本選配時，可根據(jù)育種目標選擇類群間性狀互補的材料，這與李文霞等和趙銀月等的研究結果一致[9-10]。大豆資源在產量相關性狀鑒定的基礎上，應用主成分及聚類分析，將更有效地為大豆育種提供親本材料，加快育種進程。

［1］蓋鈞鎰,崔章林.中國大豆育成品種的親本分析[J].南京農業(yè)大學學報,1994,17(3):19-23.

［2］蓋鈞鎰,趙團結,崔章林,等.中國大豆育成品種中不同地理來源種質的遺傳貢獻[J].中國農業(yè)科學,1998(5):35-43.

［3］孫志強,田佩占,王繼安.東北地區(qū)大豆品種血緣組成分析[J].大豆科學,1990,9(2):112-120.

［4］楊棋.大豆遺傳基礎拓寬問題[J].大豆科學,1993,12(1):75-80.

［5］莊巧生.中國小麥品種改良及系譜分析[M].北京:中國農業(yè)出版社,2003.

［6］熊冬金,趙團結,蓋鈞鎰.1923～2005年中國大豆育成品種的核心祖先親本分析[J].大豆科學,2007(5):641-647.

［7］胡建斌,馬雙武,簡在海,等.中國甜瓜種質資源形態(tài)性狀遺傳多樣性分析[J].植物遺傳資源學報,2013,14(4):612-619.

［8］李向華,常汝鎮(zhèn).中國春大豆品種聚類分析及主成分分析[J].作物學報,1998(3):325-332.

［9］李文霞,李柏云,薛紅,等.黑龍江省不同生態(tài)區(qū)大豆品種育種性狀的主成分分析[J].大豆科學,2013,32(6):731-734.

［10］趙銀月,耿智德,保麗萍,等.云南省大豆地方品種資源的主成分分析及聚類分析[J].湖南農業(yè)大學學報,2007,33(S1):120-122.

Phenotype Identification and Cluster Analysis on Collections of Soybean in Northeast of China

Gao Shuqin,Hou Yunlong,Qiu Hongmei,Sun Xingmiao,Wang Yueqiang
（Soybean Research Institute,Jilin Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center for Soybean,Changchun 130033,Jilin,China）

12 agronomic traits was measured in 35 collections of soybean in 3 provinces of the northeast of China.Phenotypes and genotypes were identified and classified by genetic diversity,principle components and cluster analysis.The results showed that there were rich genetic variation and diversity for 12 agronomic traits in 35 soybean collections.According to the principle components analysis,4 principle components were screened.10 elite germplasms were identified by 4 principle components.35 germplasms were divided into 4 genetic groups by clustering analysis.

Soybean resources;Genetic diversity;Cluster analysis

S324

B

1674-3547(2014)05-0006-06

2014-09-14

高淑芹，助理研究員，主要從事大豆種質資源研究，E-mail:qhm2001-2005@163.com

國家自然科學基金（31401404）；轉基因生物新品種培育重大專項（2014ZX0800929B）；吉林省自然基金（20140101142JC）

**通訊作者：王躍強，研究員，主要從事大豆種質資源研究，E-mail:825164949@qq.com