李健，豐先紅，蔡一林

青藏高原青稞育成品種的親緣系數(shù)分析

李健1,2，豐先紅2，蔡一林1

（1西南大學農(nóng)學與生物科技學院，重慶 400715；2甘孜藏族自治州農(nóng)業(yè)科學研究所，四川康定 626000）

【】分析青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性，評估其遺傳基礎(chǔ)，探索拓寬其遺傳基礎(chǔ)的對策，推動青稞新品種選育工作?！尽恳?950s后，影響力高、推廣面積大的105個藏區(qū)青稞育成品種和3個引進品種為研究對象，采用親緣系數(shù)分析法分析參試品種的遺傳基礎(chǔ)，進而以親緣系數(shù)為基礎(chǔ)，采用蘭氏距離、類平均法對參試品種進行聚類分析；采用累積直系親緣系數(shù)，篩選藏區(qū)主要骨干親本?！尽?8.01%的品種組合間存在親緣關(guān)系，各組合親緣系數(shù)的變異范圍為0.000—0.750，組合平均親緣系數(shù)為0.053，顯著高于中國大麥主栽品種以及北美大麥品種。根據(jù)參試品種的育成時間，以十年為期，將參試品種劃分為7個時期，1970s和1980s 2個時期，參試育成品種的組合平均親緣系數(shù)較高，分別達到0.115和0.107；1990s和最近十年，參試育成品種的組合平均親緣系數(shù)較低，分別為0.040和0.032。西藏自治區(qū)、青海省、四川省、甘肅省的參試育成品種數(shù)分別為48、27、17和12個；甘肅省的參試育成品種組合平均親緣系數(shù)最高，達到0.220，西藏自治區(qū)、青海省、四川省的參試育成品種組合平均親緣系數(shù)較為接近，分別為0.094、0.122和0.138。聚類分析的結(jié)果顯示，參試品種聚為7類，Ⅱ、Ⅲ類群共包含25個參試品種，各類群的組合平均親緣系數(shù)較低；其他5個類群共包含83個參試品種，各類群的組合平均親緣系數(shù)較高。40個參試品種的累積直系親緣系數(shù)大于0，其中9個育成品種是藏區(qū)青稞的重要骨干親本，其衍生了67個參試品種。9個骨干親本及其67個衍生種占參試育成品種總量的72.38%。1960s，骨干親本及其衍生種的數(shù)量占該時期參試品種總量的41.76%，之后的4個時期，骨干親本及其衍生種的數(shù)量占各時期參試育成品種總量的比例分別達到80.00%、80.77%、76.47%和72.22%；最近十年，該指標雖有所下降，但仍然高達68.75%。對于西藏自治區(qū)、青海省、四川省和甘肅省，骨干親本及其衍生品種數(shù)占各地區(qū)參試育成品種總量的比例分別達到79.17%、62.96%、70.59%和75.00%。參試育成品種所使用的親本合計118個，其中本地親本97個，占比82.20%，外引親本15個，占比12.71%；剩余6個親本的來源信息缺失?！尽坎貐^(qū)青稞的9個骨干親本及其67個衍生品種構(gòu)成了育成品種的主體，外引大麥種質(zhì)利用率低，從而導致青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性較低，遺傳基礎(chǔ)相對狹窄、脆弱。

青藏高原；青稞；育成品種；親緣系數(shù)；遺傳多樣性

0 引言

【研究意義】青稞既是青藏高原主要糧食作物，又是釀酒原料和牲畜飼料。在國際環(huán)境復雜多變的條件下，藏區(qū)“糧食安全”的實質(zhì)就是以“青稞安全”為核心的食物安全[1]。青稞新品種選育工作，在藏區(qū)已經(jīng)開展了近70年，以系統(tǒng)選擇、雜交育種為技術(shù)支撐，培育了大批優(yōu)良品種。由于長期對產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性等性狀的連續(xù)定向選擇，很可能造成育成品種的遺傳基礎(chǔ)日益狹窄，遺傳多樣性下降，不利于當前青稞新品種的選育[2-3]。【前人研究進展】近年來，利用分子標記（SSR、RAPD、SRAP）、同工酶、醇溶蛋白等技術(shù)，對青稞種質(zhì)資源的遺傳多樣性進行了評估[4-10]。吳昆侖[4]研究認為，青藏高原青稞種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性。曾興權(quán)等[5]研究認為，青稞育成品種的平均遺傳多樣性高于西藏青稞地方品種的平均遺傳多樣性。孟凡磊等[9]、楊平等[10]研究認為西藏、四川的青稞育成品種遺傳多樣性較低，遺傳基礎(chǔ)相對狹窄?！颈狙芯壳腥朦c】由于參試材料和研究方法的差異，研究結(jié)果不盡相同；雖然認為西藏、四川的青稞育成品種遺傳基礎(chǔ)相對狹窄，但對其成因還缺乏了解。其次，利用分子標記進行遺傳多樣性評價，如果存在標記數(shù)量少、密度低，與表型性狀關(guān)聯(lián)度低等缺陷，其結(jié)果的參考價值、實用價值有限，而大幅提升標記密度，同時強化與表型性狀的關(guān)聯(lián)度，又存在技術(shù)要求高、費用高的問題。親緣系數(shù)分析是對遺傳多樣性進行評價的簡便方法。近年來，對于自花授粉、譜系信息較為完整的作物，利用親緣系數(shù)結(jié)合分子標記技術(shù)分析小麥、大麥、大豆、水稻、亞麻等作物遺傳多樣性，發(fā)現(xiàn)親緣系數(shù)法與分子標記技術(shù)的分析結(jié)果具有較高的一致性[2,11-15]。另外，親緣系數(shù)分析可以直觀地展示育成品種遺傳多樣性的演變進程，揭示其成因，為品種選育工作提供參考?！緮M解決的關(guān)鍵問題】青稞是高度自花授粉作物，且育成品種有較為完整的譜系信息。本研究選擇1950s后藏區(qū)選育的105個推廣面積較大、影響力較高的青稞育成品種以及3個引進品種，收集、整理其譜系信息，利用親緣系數(shù)法分析青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性，了解其演變進程，探索其成因和改良對策，從而推動當前青稞新品種選育工作。

1 材料與方法

1.1 材料

根據(jù)文獻報道，選擇1950年后，推廣面積較大、影響力較高且譜系信息相對完整的藏區(qū)青稞育成品種105個，引進品種3個，作為參試品種（電子附表1）。

1.2 方法

根據(jù)參試品種的譜系信息，參考王春江等[16]和劉章雄等[17]的方法，計算108個品種成對組合的親緣系數(shù)（coefficient of parentage，COP）。計算原則如下：①一個品種分別從其雙親得到一半的基因；②所有祖先種親本及其后代品種都是純合的；③最早的祖先品種（系）間的親緣系數(shù)為0；④混合授粉材料各花粉供體享有相同的等同于雌配子的親緣系數(shù)概率，例如，A與5個父本混合授粉材料雜交得到B，則B與A的親緣系數(shù)為1/2；B與各父本的親緣系數(shù)均為1/2×5；⑤一個品種與其系選所得品種間的親緣系數(shù)為0.75；⑥自然突變和誘導突變材料與其祖先的親緣系數(shù)為0.75；⑦含有部分相同親本的旁系品種間的親緣系數(shù)計算公式為RSD=∑ (1/2)n1+n2；R代表品種S和品種D之間的親緣系數(shù)，n1和n2分別代表S品種和D品種的共同親本與品種S和品種D間的世代數(shù)；⑧一個品種與其自身的親緣系數(shù)為1.00；⑨親本與后裔品種間的親緣系數(shù)可以表示其遺傳物質(zhì)的傳遞比率即遺傳貢獻率。

根據(jù)參試品種的譜系信息，計算各品種的累積直系親緣系數(shù)（cumulative direct coefficient of parentage，CD-COP）。首先分別計算該品種與其所有衍生種的COP系數(shù)，然后對該品種與其所有衍生種的COP系數(shù)求和。

利用DPS7.05軟件，采用蘭氏距離、類平均法，對COP矩陣（108×108）進行聚類分析。

2 結(jié)果

2.1 參試品種親緣系數(shù)分析

108個參試品種形成5886對組合，其中，有1060對組合的COP值不為0，占比18.01%；各組合親緣系數(shù)的變異范圍為0.000—0.750，5 886對組合累積親緣系數(shù)為314.146，平均值為0.053；品種間親緣系數(shù)高于均值的組合數(shù)為771對，占比13.10%。

2.1.1 各時期參試品種親緣系數(shù)分析 以十年為期，將藏區(qū)青稞選育工作劃分為7個時期。由于1950年前，藏區(qū)青稞育種工作進展極為緩慢，1950s的4個參試品種均為歷史遺留的農(nóng)家種，參試品種各組合間的COP值為0。1960s，參試品種數(shù)達到12個，形成78對品種間組合，組合累積親緣系數(shù)為1.500，組合平均親緣系數(shù)為0.019。1970s，參試品種數(shù)小幅增加至15個，形成組合120對，組合累積親緣系數(shù)上升至13.750，組合平均親緣系數(shù)驟然提升至各時期的最高水平，達到0.115。1980s，參試品種數(shù)達到26個，為各時期的最高值，形成351對組合，組合累積親緣系數(shù)為37.516，組合平均親緣系數(shù)小幅下降至0.107。1990s，參試品種數(shù)下降至17個，形成組合153對，組合累積親緣系數(shù)陡然下降至6.078，組合平均親緣系數(shù)也大幅下降至0.040。21世紀初，參試品種數(shù)為18個，形成組合171對，組合累積親緣系數(shù)回升至13.469，組合平均親緣系數(shù)大幅回升至0.079。最近十年，參試品種數(shù)為16個，形成組合136對，組合累積親緣系數(shù)為4.414，組合平均親緣系數(shù)為0.032，這兩項指標均處于最近40年的歷史最低值（圖1）。

圖1 各時期參試品種親緣系數(shù)分析

2.1.2 各地區(qū)參試品種親緣系數(shù)分析 西藏自治區(qū)參試品種數(shù)達到48個，組合累積親緣系數(shù)為110.969，是藏區(qū)參試品種最多，組合累積親緣系數(shù)最高的地區(qū)。青海省參試品種數(shù)、組合累積親緣系數(shù)位列藏區(qū)第二，分別為27個和46.160。計算各地區(qū)參試品種的組合平均親緣系數(shù)，結(jié)果表明，甘肅省最高，達到0.220，西藏自治區(qū)、青海省、四川省的參試品種組合平均親緣系數(shù)較為接近，分別為0.094、0.122和0.138（圖2）。

2.2 參試品種親緣系數(shù)聚類分析

根據(jù)參試品種的親緣系數(shù)，采用蘭氏距離、類平均法進行聚類分析。108個參試品種聚為7個類群，不同類群間存在顯著差異（電子附圖1）。

2.2.1 不同類群所包含品種呈現(xiàn)明顯的地域差異 通過分析各類群所包含品種的地理來源，發(fā)現(xiàn)Ⅰ類群僅包含四川省、甘肅省的育成品種，占比分別為80.00%和20.00%；Ⅱ、Ⅲ類群所包含品種的地理來源呈多樣化分布，西藏自治區(qū)、青海省的育成品種數(shù)占比較高，四川省、甘肅省、云南省的育成品種數(shù)占比較低；Ⅳ、Ⅴ類群以西藏自治區(qū)育成品種為主體，其中，Ⅴ類群所包含品種全部來源于西藏自治區(qū)；Ⅵ類群所包含品種以甘肅省育成品種為主體；Ⅶ類群50.00%的品種來自西藏自治區(qū)，40.00%的品種來自青海省，10.00%的品種來自四川省（圖3）。

圖3 各類群參試品種地理來源分布

2.2.2 群內(nèi)組合累積親緣系數(shù)、平均親緣系數(shù)差異顯著 Ⅰ類群包含10個品種，群內(nèi)組合累積親緣系數(shù)為17.500，群內(nèi)組合平均親緣系數(shù)為0.318。Ⅱ類群包含12個品種，組合累積親緣系數(shù)和組合平均親緣系數(shù)均為0。Ⅲ類群包含13個品種，群內(nèi)組合累積親緣系數(shù)和平均親緣系數(shù)都非常低，遺傳多樣性相對較高。Ⅳ、Ⅴ類群分別包含18個和11個品種，Ⅳ、Ⅴ類群的組合累積親緣系數(shù)接近，但Ⅴ類群的組合平均親緣系數(shù)為0.358，大幅高于Ⅳ類群。Ⅵ類群包含14個品種，組合累積親緣系數(shù)大幅升高，組合平均親緣系數(shù)為0.391，是各類群的最高值；Ⅶ類群包含30個品種，群內(nèi)組合累積親緣系數(shù)高達116.930，組合平均親緣系數(shù)為0.252（圖4）。

2.2.3 不同類群品種構(gòu)成分析 Ⅱ、Ⅲ類群的群內(nèi)組合平均親緣系數(shù)較低，所包含品種以農(nóng)家種或農(nóng)家系選種、引進品種為主，其他少數(shù)品種為影響力較大、推廣面積大但譜系信息部分缺失的品種。

Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群的群內(nèi)組合平均親緣系數(shù)較高；群內(nèi)所包含品種中，存在親緣關(guān)系的品種數(shù)占比也較高。Ⅰ類群90.00%的品種與813和康青3號存在親緣關(guān)系。Ⅳ類群66.67%的品種與南繁2號、果洛存在親緣關(guān)系。Ⅴ類群所有品種與白玉紫芒、藏青336存在親緣關(guān)系。Ⅵ類群所有品種與肚里黃存在親緣關(guān)系。Ⅶ類群所有品種與昆侖1號、藏青稞存在親緣關(guān)系。因此，Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ類群均存在骨干親本，各類群以各自的骨干親本及其衍生種為主體，將83個參試品種劃分為5類（圖5）。

圖4 各類群參試品種親緣系數(shù)分析

圖5 各類群骨干親本及其衍生品種數(shù)占比

2.3 藏區(qū)青稞骨干親本分析

根據(jù)各參試品種的累積直系親緣系數(shù)，篩選出骨干親本。結(jié)果表明，各參試品種的累積直系親緣系數(shù)變異范圍為0.000—7.563；其中，40個品種的累積直系親緣系數(shù)不為0；昆侖1號、肚里黃、藏青336、藏青稞、白玉紫芒、果洛、康青3號、813、南繁2號的累積直系親緣系數(shù)位居前列，是藏區(qū)主要的骨干親本（電子附表2）。上述骨干親本及其衍生種的數(shù)量合計達76個，占參試育成品種總量的72.38%。

2.3.1 骨干親本及其衍生種的時間分布 1960s，是藏區(qū)青稞品種選育的起步階段，10年間，5個參試品種（藏青稞、藏青336、白玉紫芒、813和肚里黃）成為第一批骨干親本，占該時期參試品種數(shù)的41.67%。1970s，育成昆侖1號和果洛2個骨干親本，第一批骨干親本迅速在藏區(qū)青稞品種選育活動中發(fā)揮顯著作用。1970s，骨干親本及其衍生種占該時期參試育成品種總量的80.00%。1980s是參試育成品種集中出現(xiàn)的時期，該時期育成青稞品種26個，其中21個是由9個骨干親本及其衍生種組成，占比80.77%。隨著時期的推移，9個骨干親本及其衍生種占同時期參試育成品種總量的比例呈逐期下降趨勢，但是降幅非常小。其后的3個時期，9個骨干親本及其衍生種數(shù)量占同時期參試品種總量的比例分別為76.47%、72.22%和68.75%（圖6）。1970s—1990s，以9個骨干親本為親本選育而成的品種數(shù)占參試育成品種總量的比例較高，分別達到66.67%、61.54%和70.59%；21世紀初，44.44%的參試育成品種仍以9個骨干親本為親本。最近十年，雖然以9個骨干親本為親本選育而成的參試品種數(shù)占比下降至12.50%，但是仍然有56.25%的參試育成品種以9個骨干親本為祖先種（圖6和圖7）。

圖6 骨干親本及其衍生品種數(shù)占各時期參試品種總量的比例

a：以9個骨干親本為親本選育而成的參試育成品種數(shù)；b：以9個骨干親本為祖先種選育而成的參試育成品種數(shù)；c：各時期參試育成品種數(shù)；d：各時期以9個骨干親本為親本選育而成的品種數(shù)占參試育成品種總量的比例

2.3.2 骨干親本及其衍生種的地域分布 通過分析骨干親本及其衍生種的地理來源，發(fā)現(xiàn)76個品種存在明顯的地域劃分，不同地域高頻使用的骨干親本也各不相同。西藏自治區(qū)育成的骨干親本為藏青336、白玉紫芒、果洛和南繁2號，主要引進骨干親本為昆侖1號和藏青稞；6個骨干親本及其衍生品種數(shù)占西藏自治區(qū)參試育成品種數(shù)的79.17%。青海省育成的骨干親本為昆侖1號和藏青稞，引進的骨干親本為肚里黃，3個骨干親本及其衍生品種數(shù)占青海省參試育成品種數(shù)的62.96%。四川省育成的骨干親本為813和康青3號，引進的骨干親本為昆侖1號和肚里黃，4個骨干親本及其衍生品種數(shù)占四川省參試育成品種數(shù)的70.59%。甘肅省育成的骨干親本為肚里黃，引進的骨干親本為康青3號，2個骨干親本及其衍生品種數(shù)占甘肅省參試育成品種數(shù)的75.00%（圖8）。

a：常用骨干親本數(shù)；b：骨干親本及其衍生品種數(shù)；c：骨干親本及其衍生品種數(shù)占各地區(qū)參試育成品種總量的比例

2.4 參試育成品種選育方法及選育周期分析

通過對參試育成品種的選育方法進行分析，結(jié)果表明，79.05%的參試育成品種是通過雜交育種技術(shù)選育而成，19.05%的參試育成品種是通過系統(tǒng)選育而成，僅有1.90%的參試育成品種是結(jié)合雜交育種技術(shù)和輻射誘變技術(shù)選育而成。利用系統(tǒng)選育技術(shù)選育而成的品種主要分布在1950s—1970s，占比達到80.00%。利用雜交育種技術(shù)選育而成的品種分布在1970s以后；結(jié)合輻射誘變技術(shù)和雜交育種技術(shù)選育而成的品種分布在1980s和1990s（圖9）。

52個參試品種包含選育周期信息。選育周期在5—10年的品種占比為25.00%，共13個品種，其中，76.92%的品種審定時間集中在1980s及1980s以前。選育周期在10—15年的品種占比為51.92%，共27個品種，其中，96.30%的品種審定時間集中在1980s及1980s以后。選育周期在15—20年的品種占比為23.07%，共12個品種，其審定時間全部集中在最近20年。

圖9 參試育成品種選育方法分析

3 討論

3.1 藏區(qū)青稞育成品種的遺傳多樣性分析

2018年，曾興權(quán)等[18]對177份大麥種質(zhì)資源進行重測序分析，其中包含69個藏區(qū)青稞地方品種和35個藏區(qū)青稞育成品種；結(jié)果表明，大麥野生種的遺傳多樣性最高，東、西方大麥種質(zhì)資源的遺傳多樣性較高，而青稞地方品種和育成品種的遺傳多樣性最低，遺傳基礎(chǔ)相對狹窄。

2016年，郭煥強等[19]對中國155個大麥主栽品種進行親緣系數(shù)分析，結(jié)果表明，155個大麥品種的組合平均親緣系數(shù)為0.013。2008年Mikel等[20]對1970—2006年間育成的北美大麥品種進行親緣系數(shù)分析，結(jié)果顯示，363個大麥品種的組合平均親緣系數(shù)為0.023，其中69個啤大麥品種的組合平均親緣系數(shù)為0.111，274個飼用大麥品種的組合平均親緣系數(shù)為0.020。與本研究結(jié)果相比，108個藏區(qū)青稞品種的組合平均親緣系數(shù)為0.053，顯著高于中國大麥主栽品種以及北美大麥品種的組合平均親緣系數(shù)。因此，青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性低，遺傳基礎(chǔ)相對狹窄、脆弱。

3.2 藏區(qū)青稞育成品種遺傳基礎(chǔ)狹窄的成因及對策

3.2.1 骨干親本在藏區(qū)青稞育種中的重要作用 在麥類作物育種工作中，骨干親本都起到了不可替代的重要作用。阿夫、阿勃、歐柔、南大2419、矮孟牛、小偃6號等16個小麥骨干親本，對中國小麥品種的選育做出了突出貢獻，阿勃衍生了217個品種，阿夫衍生了165個品種[21]。1950年后，藏區(qū)選育的9個骨干親本，在各個時期、各個地區(qū)的青稞選育工作中，都起到了不可替代的重要作用。

1970s，以矮化育種為理論指導，以蕭山立夏黃、滄州裸大麥、喜馬拉1號為矮源與藏青稞、白玉紫芒等當?shù)毓歉捎H本組配，培育了以昆侖1號為代表的突破性青稞品種，大幅提高了青稞單產(chǎn)[22]。同時，又以昆侖1號為親本與當?shù)毓歉捎H本組配，培育衍生品種4個，骨干親本及其衍生種數(shù)量占1970s參試品種數(shù)的80%。1980s，僅以昆侖1號為骨干親本選育而成的衍生種數(shù)量就達到8個，占同時期參試品種總量的30.77%；9個骨干親本及其67個衍生種占同時期參試品種總量的80.77%。21世紀初，72.22%的參試育成品種仍然由9個骨干親本及其衍生種構(gòu)成，44.44%的參試育成品種仍然以9個骨干親本為親本。

藏區(qū)各地參試育成品種的譜系信息表明，西藏自治區(qū)79.17%的參試育成品種由6個骨干親本（藏青336、藏青稞、白玉紫芒、昆侖1號、果洛和南繁2號）及其衍生種構(gòu)成；青海省62.96%的參試育成品種由3個骨干親本（昆侖1號、肚里黃和藏青稞）及其衍生種構(gòu)成；四川省70.59%的參試育成品種由4個骨干親本（813、肚里黃、昆侖1號和康青3號）及其衍生種構(gòu)成；甘肅省75%的參試育成品種由2個骨干親本（肚里黃和康青3號）及其衍生種構(gòu)成。

由于9個本地骨干親本在藏區(qū)青稞育種工作中的重要作用，使得藏區(qū)在青稞播種面積有所下降的情況下，青稞總產(chǎn)量到達解放初期的3倍以上，青稞平均單產(chǎn)到達解放初期的4倍左右。

但是，由于骨干親本的高頻、長期使用，客觀上造成了藏區(qū)青稞育成品種的遺傳多樣性大幅下降，遺傳基礎(chǔ)趨于狹窄。1970s、1980s和21世紀初的3個時期，參試品種的組合平均親緣系數(shù)到達0.115、0.107和0.079，是藏區(qū)青稞育成品種遺傳多樣性最低的3個時期。但是，1990s和最近十年，參試育成品種的組合平均親緣系數(shù)分別為0.040和0.032，育成品種的遺傳基礎(chǔ)得以拓寬（圖1）。通過對2個時期參試品種的構(gòu)成進行分析，結(jié)果表明，育種目標的調(diào)整是2個時期參試品種遺傳多樣性提高的主要原因。1974年，藏區(qū)由單一的春青稞育種思路發(fā)展為冬青稞、春青稞并重的育種思路。1990s，優(yōu)良冬青稞品種大量涌現(xiàn)，該時期38.88%的參試品種為冬青稞品種，使得參試品種的組合平均親緣系數(shù)顯著下降，藏區(qū)青稞育成品種的遺傳基礎(chǔ)得以拓寬?；谇囡N的經(jīng)驗總結(jié)，矮稈、早熟很難實現(xiàn)高產(chǎn)；其次，21世紀初，藏區(qū)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、耕作水平大幅提升，防災抗災能力明顯增強。因此，通過提高生物產(chǎn)量，延長灌漿時間以提高青稞單產(chǎn)的育種理論得以普及。最近十年，以藏青2000為代表的“中高稈”、“中晚熟”品種開始出現(xiàn)。由于育種理論的進一步發(fā)展，導致最近十年參試育成品種的組合平均親緣系數(shù)大幅下降，藏區(qū)青稞育成品種的遺傳基礎(chǔ)得以再次拓寬。因此，加強青稞基礎(chǔ)研究，適時調(diào)整育種目標，有利于青稞育成品種遺傳基礎(chǔ)的拓寬和突破性青稞品種的選育。

3.2.2 由于生態(tài)條件和最終用途的顯著差異，外引大麥種質(zhì)的利用率低 DAI等[23]利用DarT標記技術(shù)，對不同來源的大麥種質(zhì)進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，西藏大麥栽培種與西藏野生大麥的遺傳相似性高于地中海地區(qū)的野生大麥和栽培大麥。ZENG等[24]通過對青稞地方品種“拉薩勾芒”的基因組進行測序并與Morex的基因組數(shù)據(jù)進行比對分析，結(jié)果顯示，“拉薩勾芒”所包含的104個基因家系存在顯著擴張，這些基因家系與大麥的抗逆性、抗寒性相關(guān)；信號通路分析顯示這些基因存在于環(huán)境應(yīng)答或環(huán)境適應(yīng)信號通路之中。由于青藏高原特殊的自然環(huán)境，推動了本地青稞種質(zhì)的適應(yīng)性進化，而外引大麥品種則表現(xiàn)出較差的環(huán)境適應(yīng)性，很難直接推廣使用。1960s以后，沒有一個外引大麥品種，在藏區(qū)進行大面積推廣使用[25]。

由于籽粒最終用途的顯著差異，導致外引大麥種質(zhì)作為供體親本而加以利用的頻率很低。在北美、歐洲、澳洲以及國內(nèi)其他地區(qū)，大麥主要作為釀酒原料和飼料[26]，由于麩皮對大麥籽粒、麥芽具有一定的保護作用且裸粒性狀為隱性性狀，因而皮大麥種質(zhì)的數(shù)量遠高于裸大麥種質(zhì)[27-29]。根據(jù)中國作物種質(zhì)信息網(wǎng)的查詢結(jié)果，中國國家種質(zhì)庫中保存的6 452份大麥種質(zhì)中，皮大麥種質(zhì)的數(shù)量占比高達91.00%。在青藏高原，青稞籽粒的最終用途是食品原料，因而，裸粒性狀是剛性育種目標。裸大麥與皮大麥組配，將有大量不符合育種目標的有麩后代產(chǎn)生，降低了選育效率；增加了皮大麥種質(zhì)在藏區(qū)青稞育種工作中的利用難度。即便引入裸大麥種質(zhì)，在藏區(qū)特殊的生態(tài)條件下，多棱型品種的產(chǎn)量表現(xiàn)普遍優(yōu)于二棱型品種。因此，育種人員更傾向于使用多棱型大麥種質(zhì)與本地青稞種質(zhì)組配；否則，育種效率會顯著下降。105個藏區(qū)育成品種所使用的親本種質(zhì)為118個，分析各親本種質(zhì)的地理來源信息，結(jié)果表明，82.20%的親本屬于藏區(qū)本地青稞種質(zhì)，5.09%的種質(zhì)原產(chǎn)地信息不詳，從國內(nèi)外其他地區(qū)引進的種質(zhì)僅占12.71%。引進的大麥種質(zhì)中，多棱裸大麥種質(zhì)、二棱皮大麥種質(zhì)、二棱裸大麥種質(zhì)的數(shù)量占比分別為6.67%、13.33%和33.34%。

因此，由于適應(yīng)性和最終用途的顯著差異，外引大麥種質(zhì)在藏區(qū)青稞育種工作中的使用頻率很低，是導致藏區(qū)青稞育成品種遺傳多樣性較低的重要原因。

Chen等[30]通過篩選120個代表性小麥品種并對其進行全基因組重測序分析，結(jié)果表明，現(xiàn)代中國小麥育成品種與歐洲小麥地方種質(zhì)的遺傳相似性甚至高于與中國小麥地方種質(zhì)的遺傳相似性；由此可見，高效利用外引種質(zhì)，對于現(xiàn)代麥類作物育種的重要作用。隨著育種技術(shù)的不斷發(fā)展，利用分子標記輔助育種技術(shù)，“speed breeding”快速加代技術(shù)等先進育種手段[31]，提高外引優(yōu)異突變與藏區(qū)本地種質(zhì)的融合速度，充分發(fā)揮外引種質(zhì)在遺傳改良過程中的作用，是拓寬藏區(qū)青稞育成品種遺傳基礎(chǔ)，推動藏區(qū)青稞新品種選育的重要途徑。

4 結(jié)論

藏區(qū)青稞的9個骨干親本及其67個衍生品種構(gòu)成了育成品種的主體，外引大麥種質(zhì)利用率低，從而導致青藏高原青稞育成品種的遺傳多樣性較低，遺傳基礎(chǔ)相對狹窄、脆弱。

[1] 趙貫鋒, 余成群, 鐘志明, 武俊喜, 李少偉, 孫維, 苗彥軍. 西藏食物安全戰(zhàn)略初探. 西藏科技, 2016(5): 17-21.

ZHAO G F, YU C Q, ZHONG Z M, WU J X, LI S W, SUN W, MIAO Y J. The exploratory research of Tibetan food security strategy., 2016(5): 17-21. (in Chinese)

[2] Martin J M, Blake T K, Hockett E A. Diversity among north American spring barley cultivars based on coefficients of parentage., 1991, 31(5): 1131-1137.

[3] Ren x f, Nevo e, Sun d f, Sun g l. Tibet as a potential domestication center of cultivated barley of China., 2013, 8(5): e62700.

[4] 吳昆侖. 青稞種質(zhì)資源的SSR標記遺傳多樣性分析. 麥類作物學報, 2011, 31(6): 1030-1034.

WU K L. Genetic diversity analysis of hulless barley germplasm by SSR markers., 2011, 31(6): 1030-1034. (in Chinese)

[5] 曾興權(quán), 王玉林, 徐齊君, 原紅軍, 扎西羅布, 尼瑪扎西. 利用SSR引物分析西藏青稞種質(zhì)資源的遺傳多樣性. 麥類作物學報, 2013, 33(2): 260-267.

ZENG X Q, WANG Y L, XU Q J, YUAN H J, ZAXi L B, NIMa z X. Assessment of Genetic diversity in tibetan hulless barley germplasm (L. var. nudum HK. F.) by SSR Primers., 2013, 33(2): 260-267. (in Chinese)

[6] 巴桑玉珍, 劉新春, 付國勇, 李東梅, 王丹丹, 強小林, 馮宗云. 青藏高原青稞耐寒種質(zhì)資源基于SSR標記的遺傳多樣性及群體結(jié)構(gòu)分析. 麥類作物學報, 2017, 37(1): 40-47.

BASANG Y z, LIU X C, FU G Y, LI D M, WANG D D, QIANG X L, FENG Z Y. Genetic Diversity and population structure analysis of hulless barley with cold tolerance from the Qinghai-Tibetan plateau revealed by SSR markers., 2017, 37(1): 40-47. (in Chinese)

[7] 楊菁, 遲德釗, 吳昆侖, 何桂芳. 青海省栽培青稞SSR標記遺傳多樣性研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2010, 12(8): 4307-4309.

YANG J, CHI D Z, WU K L, HE G F. Genetic diversity of SSR markers in cultivatedL. in Qinghai province., 2010, 38(8): 4307-4309. (in Chinese)

[8] 孟亞雄, 孟祎林, 汪軍成, 司二靜, 張海娟, 任盼榮, 馬小樂, 李葆春, 楊軻, 王化俊. 青稞遺傳多樣性及其農(nóng)藝性狀與SSR標記的關(guān)聯(lián)分析. 作物學報, 2016, 42(2): 180-189.

MENG Y X, MENG Y L, WANG J C, SI E J, ZHANG H J, REN P R, MA X L, LI B C, YANG K, WANG H J. Genetic diversity and association analysis of agronomic characteristics with SSR markers in hulless barley., 2016, 42(2): 180-189. (in Chinese)

[9] 孟凡磊, 強小林, 佘奎軍, 唐亞偉, 胡銀崗. 西藏主要農(nóng)區(qū)青稞品種的遺傳多樣性分析. 作物學報, 2007, 33(11):1910-1914.

MENG F L, QIANG X L, SHE K J, TANG Y W, HU Y G. Genetic diversity analysis among hulless barley varieties from the major agricultural areas of Tibet., 2007, 33(11): 1910-1914. (in Chinese)

[10] 楊平, 劉仙俊, 劉新春, 李俊, 王希文, 何守樸, 李剛, 楊武云, 馮宗云. 利用SRAP標記研究四川高原青稞育成品種的遺傳多樣性. 遺傳, 2008, 30(1): 115-122.

YANG P, LIU X J, LIU X C, LI J, WANG X W, HE S P,LI G, YANG W Y, FENG Z Y. Genetic diversity analysis of the developed qingke (hulless barley) varieties from the plateau regions of Sichuan Province in China revealed by SRAP markers., 2008, 30(1): 115-122. (in Chinese)

[11] Almanza-Pinzón M I, Khairallah M, Fox P N, WarburtonM L. Comparison of molecular markers and coefficients of parentage for the analysis of genetic diversity among spring bread wheat accessions., 2003, 130(1): 77-86.

[12] Casas A M, Igartua E, Valles M P, Molina-Cano J L. Genetic diversity of barley cultivars grown in Spain, estimated by RFLP, similarity and coancestry coefficients., 2010, 117(5): 429-435.

[13] Cui Z L, Carter T E, Burton J W. Genetic base of 651 Chinese soybean cultivars released during 1923 to 1995., 2000, 40(5): 1470-1481.

[14] Khera P, Singh A K, Priyadarshi R, Khandekar D, ALLU R K, HIREMATH C, KUMAR R, MOHAN R, ULAGANATHAN K, Shenoy V. Genetic variability in trait-specific rice germplasm groups based on coefficient of parentage, SSR markers and fertility restoration., 2015, 13(1): 56-67.

[15] You F M, Duguid S D, Lam I, Cloutier S, Rashid K Y, Booker H M. Pedigrees and genetic base of flax cultivars registered in Canada., 2016, 96(5): 837-852.

[16] 王江春, 胡延吉, 余松烈, 王振林, 劉愛峰, 王洪剛. 建國以來山東省小麥品種及其親本的親緣系數(shù)分析. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2006, 39(4):664-672.

WANG J C, HU Y J, YU S L, WANG Z L, LIU A F, WANG H G. Relationship coefficient analysis among winter wheat varieties and their parents in shandong province after liberation., 2006, 39(4): 664-672. (in Chinese)

[17] 劉章雄, 石孫, 李衛(wèi)東, 陳立軍, 常汝鎮(zhèn), 邱麗娟. 1983—2010年北京市大豆育成品種的親緣關(guān)系分析. 作物學報, 2013, 39(9): 1693-1700.

LIU Z X, Shi S, LI W D, CHEN L J, CHANG R Z, QIU L J. Analysis of parental relationship for soybean cultivars released from 1983 to 2010 in Beijing., 2013, 39(9): 1693-1700. (in Chinese)

[18] Zeng X, Guo Y, Xu Q, Mascher M, Guo G, Li S, Mao L, Liu Q, Xia Z, Zhou J, Yuan H, Tai S, Wang Y, Wei Z, Song L, Zha S, Li S, Tang Y, Bai L, Zhuang Z, He W, Zhao S, Fang X, Gao Q, Yin Y, Wang J, Yang H, Zhang J, Henry R J, Stein N, Tashi N. Origin and evolution of qingke barley in Tibet., 2018, 9(1): 5433.

[19] 郭煥強, 王文峰, 姚全杰, 孫丹, 姚小波, 王翠玲, 田世富, 包海柱, 王鳳濤, 馮晶，藺瑞明，徐世昌. 大麥主栽品種親緣系數(shù)和對葉斑病的抗性分析. 植物遺傳資源學報, 2016, 17(4): 586-598.

GUO H Q, WANG W F, YAO Q J, SUN D, YAO X B, WANG C L, TIAN S F, BAO Hai Z, WANG F T, FENG J, LIN R M, XU S C. Analysis on coefficient of parentage of major barley varieties and their spot blotch resistance., 2016, 17(4): 586-598. (in Chinese)

[20] MIKEL M A, KOLB F L. Genetic diversity of contemporary North American barley., 2008, 48(4): 1399-1407.

[21] 蓋紅梅, 王蘭芬, 游光霞, 郝晨陽, 董玉琛, 張學勇. 基于SSR標記的小麥骨干親本育種重要性研究. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2009, 42(5): 1503-1511.

GE H M, WANG L F, YOU G X, HAO C Y, DONG Y C, ZHANG X Y. Fundamental roles of cornerstone breeding lines in wheat reflected by SSR random scanning., 2009, 42(5): 1503-1511. (in Chinese)

[22] 張京. 中國大麥育種主要矮源的遺傳等位測驗. 作物學報, 1998, 24(1): 42-46.

ZHANG J. AIlelism tests for the dwarf genes in the three main dwarf sources of barley., 1998, 24(1): 42-46. (in Chinese)

[23] DAI F, NEVO E, WU D, COMADRAN J, ZHOU M, QIU L, CHEN Z, BEILES A, CHEN G, ZHANG G. Tibet is one of the centers of domestication of cultivated barley., 2012, 109(42): 16969-16973.

[24] ZENG X, LONG H, WANG Z, ZHAO S, TANG Y, HUANG Z, WANG Y, XU Q, MAO L, DENG G, YAO X, LI X, BAI L, YUAN H, PAN Z, LIU R, CHEN X, WANGMU Q, CHEN M, YU L, LIANG J, DUNZHU D, ZHENG Y, YU S, LUOBU Z, GUANG X, LI J, DENG C, HU W, CHEN C, TABA X, GAO L, LV X, ABU Y B, FANG X, NEVO E, YU M, WANG J, TASHI N. The draft genome of Tibetan hulless barley reveals adaptive patterns to the high stressful Tibetan Plateau., 2015, 112(4): 1095-1100.

[25] 巴桑玉珍, 強小林. 西藏青稞育種的成就與經(jīng)驗分析. 西藏農(nóng)業(yè)科技, 2004, 26(1): 26-36.

BASHANG Y Z, Qiang x l. Tibet the highland barley teachs the achievement and the experience analysis of the kind., 2004, 26(1): 26-36. (in Chinese)

[26] Newman W C, Newman R K. A brief history of barley foods., 2006, 51(1): 4-7.

[27] MILNER S G, JOST M, TAKETA S, MAZON E R, HIMMELBACH A, OPPERMANN M, WEISE S, KNUPFFER H, BASTERRECHEA M, KONIG P, SCHULER D, SHARMA R, PASAM R K, RUTTEN T, GUO G, XU D, ZHANG J, HERREN G, MULLER T, KRATTINGER S G, KELLER B, JIANG Y, GONZALEZ M Y, ZHAO Y, HABEKU? A, FARBER S, ORDON F, LANGE M, BORNER A, GRANER A, REIF J C, SCHOLZ U, MASCHER M, STEIN N. Genebank genomics highlights the diversity of a global barley collection., 2019, 51: 319-326.

[28] Schmidt M, Kollers S, Maasberg-Prelle A, Gro?er J, Schinkel B, Tomerius A, Graner A, Korzun V. Prediction of malting quality traits in barley based on genome-wide marker data to assess the potential of genomic selection., 2016, 129(2): 203-213.

[29] TAKETA S, AMANO S, TSUJINO Y, SATO T, SAISHO D, KAKEDA K, NOMURA M, SUZUKI T, MATSUMOTO T, SATO K, KANAMORI H, KAWASAKI S, TAKEDA K. Barley grain with adhering hulls is controlled by an ERF family transcription factor gene regulating a lipid biosynthesis pathway., 2008, 105(10): 4062-4067.

[30] Chen H, Jiao C, Wang Y, Wang Y, Tian C, Yu H, Wang J, Wang X, Lu F, Fu X, Xue Y, Jiang W, Ling H, Lu H, Jiao Y. Comparative population genomics of bread wheat () reveals its cultivation and breeding history in China., 2019: 519587.

[31] WATSON A, GHOSH S, WILLIAMS M J, CUDDY W S, SIMMONDS J, REY M D, HATTA M A M, HINCHLIFFE A, STEED A, REYNOLDS D, ADAMSKI N M, BREAKSPEAR A, KOROLEV A, RAYNER T, DIXON L E, RIAZ A, MARTIN W, RYAN M, EDWARDS D, BATLEY J, RAMAN H, CARTER J, ROGERS C, DOMONEY C, MOORE G, HARWOOD W, NICHOLSON P, DIETERS M J, DELACY I H, ZHOU J, UAUY C, BODEN S A, PARK R F, WULFF B B H, HICKEY L T. Speed breeding is a powerful tool to accelerate crop research and breeding., 2017, 4(1): 23-29.

Coefficient of Parentage Analysis among Naked Barley Varieties in Qinghai-Tibet Plateau

LI Jian1,2, FENG Xianhong2, CAI Yilin1

(1College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715;2Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture Institute of Agricultural Science, Kangding 626000, Sichuan)

【】The present analysis of genetic diversity of bred naked barley varieties of the Qinghai–Tibet Plateau was conducted to evaluate their genetic diversity, to explore measures to broaden the genetic basis, and to promote the breeding of naked barley varieties. 【】In total, 105 bred naked barley varieties grown commonly and broadly across Qinghai-Tibet plateau, which has been surveyed since 1950, and 3 introduced varieties were selected as study materials. The genetic diversity of the investigated varieties was estimated by coefficient of parentage (COP), and then based on these COP values, a clustering analysis was conducted using Lance and Williams distance and UPGMA. Ultimately, the core parents in Qinghai-Tibet plateau were determined by examining the cumulative direct coefficient of parentage (CD-COP). 【】Overall, 18.01% of variety combinations were genetically related. The COP of all combinations ranged from 0.000 to 0.750, with an average of 0.053, which was significantly higher than that of the main barley varieties of China and North American. Based on the released time, the investigated varieties were divided into seven decade-long periods since 1950. The average COP value of the combinations that was made by the investigated varieties bred in the 1970s and 1980s were higher, reaching 0.115 and 0.107, respectively, while this index was lower at the 1990s and the recent decade, reaching 0.040 and 0.032, respectively. The numbers of investigated varieties from the Tibet Autonomous Region, Qinghai Province, Sichuan Province, and Gansu Province were 48, 27, 17, and 12, respectively. The average COP of the combinations made by the varieties from Gansu Province was highest, reaching 0.220, while the average COP of the combinations made by the bred varieties from Tibet Autonomous Region, Qinghai Province, and Sichuan Province were similar, reaching 0.094, 0.122, and 0.138, respectively. Cluster analysis placed the investigated varieties into seven groups, of which 25 were in groups II and III, with a relatively low average COP of combinations within each group, while 83 were in the other five groups, which had higher average COP of combinations. The cumulative direct COP of 40 investigated varieties were more than 0; of these, 9 bred varieties were identified as important core parents in Qinghai-Tibet plateau, from which 67 varieties had been derived. 9 core parents and their 67 derivatives account for 72.38% of the number of investigated bred varieties. In the 1960s, the number of core parents and their derivatives accounted for 41.76% of the number of investigated varieties. For the next four decades, the proportions of core parents and their derivatives out of all investigated bred varieties in each period reached 80.00%, 80.77%, 76.47%, and 72.22%, respectively. In the last decade, the index has declined further, but still reaches 68.75%. In the Tibet Autonomous Region, Qinghai Province, Sichuan Province, and Gansu Province, the proportion of core parents and their derivatives out of the number of the investigated bred varieties reached 79.17%, 62.96%, 70.59%, and 75.00%, respectively. The total number of parents used in breeding was 118, including 97 local parents (82.20%), 15 introduced parents (12.71%), and 6 parents lacking source information. 【】9 core parents and their 67 derivatives constitute the majority of naked barley varieties. The utilization of introduced barley germplasm has been inefficient. Consequently, the genetic diversity of naked barley varieties cultivated across the Qinghai–Tibet Plateau is relatively lower.

Qinghai-Tibet Plateau; naked barley; bred varieties; coefficient of parentage; genetic diversity

2019-04-03；

2019-06-08

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-05-B）、甘孜州應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)（2013）111

李健，E-mail：lijian5028@163.com。

蔡一林，E-mail：caiyilin1789@163.com

（責任編輯 李莉）