摘要：為篩選出高產(chǎn)優(yōu)質的春小麥新種質資源，豐富黃土高原旱作雨養(yǎng)區(qū)春小麥種質資源的遺傳多樣性，以149份春小麥種質資源為研究對象，通過農(nóng)藝性狀和品質性狀研究其遺傳多樣性，分析性狀間相關性，并運用聚類分析法篩選出高產(chǎn)優(yōu)質的春小麥種質資源。結果表明，149份春小麥種質資源的10個品質性狀（籽?；曳趾?、水分含量、蛋白質含量、淀粉含量、降落數(shù)值、硬度、容重、濕面筋含量、弱化度、沉降值）的多樣性指數(shù)介于1.77～2.03，平均值為1.924；5個農(nóng)藝性狀（小穗數(shù)、穗長、株高、單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量）的多樣性指數(shù)介于1.84～2.04，平均值為1.958。供試春小麥種質各性狀具有豐富的多樣性，且變異類型豐富，其中單株穗數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關；單株產(chǎn)量與蛋白質含量呈極顯著負相關，與淀粉含量、濕面筋含量、降落數(shù)值呈負相關。通過聚類分析，篩選出了定西53號、10102-1、Mace、EmuRock 等4個性狀優(yōu)良且變異類型豐富的春小麥種質資源。

關鍵詞：春小麥；種質資源；品質性狀；遺傳多樣性指數(shù)；聚類分析

中圖分類號：S512.1 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）06-0531-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.06.008

Genetic Diversity Analysis of 149 Spring Wheat Germplasm Resources

LI Xuhua， MU Liming， LING Peng

（Dingxi Academy of Agricultural Sciences， Dingxi Gansu 743000， China）

Abstract： To select high-yield and high-quality new germplasm resources of spring wheat and enrich the genetic diversity of spring wheat germplasm resources on the Loess Plateau dry farming and rain-fed areas，149 spring wheat germplasm resources were studied. Their genetic diversity was examined through agronomic and quality traits， correlations among traits were analyzed， and clustering analysis was used to select high-yield and high-quality spring wheat germplasm resources. Results showed that the diversity index of 10 quality traits （grain ash content， moisture content， protein content， starch content， falling number， hardness， bulk density， wet gluten content， weakening degree， sedimentation value） of the 149 spring wheat germplasm resources ranged from 1.77 to 2.03， with an average of 1.924， and the diversity index of 5 agronomic traits （number of spikelets， spike length， plant height， number of spikes per plant， yield per plant） ranged from 1.84 to 2.04， with an average of 1.958.The tested spring wheat germplasm resources exhibited rich diversity in traits and variation types. There was a highly significant positive correlation between the number of spikes per plant and yield per plant， a highly significant negative correlation between yield per plant and protein content， and negative correlations with starch content， wet gluten content， and falling number. Through clustering analysis， 4 spring wheat germplasm resources with excellent traits and rich variation types were selected： Dingxi 53， 10102-1， Mace， and EmuRock.

Key words： Spring wheat; Germplasm resource; Quality trait; Genetic diversity index; Cluster analysis

黃土高原旱作雨養(yǎng)區(qū)地域遼闊，土層深厚，氣候溫和，光照充足，晝夜溫差大，光熱資源豐富，有利于提高小麥光合效率和干物質積累，非常適合小麥的生長［1 ］，因此小麥是西北黃土高原旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)最主要的糧食作物之一［2 ］。小麥作為重要的糧食作物，如何保證高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是關乎國家糧食安全和糧食供給平衡的重要問題［3 ］。因此，提高小麥種質資源的遺傳多樣性，根據(jù)育種目標和市場需求來選育小麥新品種，對推動黃土高原旱作雨養(yǎng)區(qū)小麥產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展具有重要意義［4 ］。

在育種過程中，種質資源的遺傳多樣性發(fā)揮重要作用。近年來，眾多學者就小麥種質資源的遺傳多樣性開展了研究，總體表現(xiàn)出種質的遺傳差異與種質地理來源有關系，不同區(qū)域小麥種質資源的遺傳特點及遺傳基礎具有明顯差異［5 - 9 ］。當前對于隴中黃土高原旱作區(qū)春小麥種質資源的遺傳特點研究較少，對新培育的育種資源缺乏綜合比較。另外，品質育種的指標測定較為復雜，研究小麥農(nóng)藝性狀與品質性狀之間的關系，可在育種過程中利用正相關關系，快速篩選高品質種質資源，是快速選育小麥種質資源最有效的手段。

本研究以149份春小麥種質資源為研究對象，通過農(nóng)藝形狀和品質特性研究其遺傳多樣性，并分析性狀間相關性，同時運用聚類分析法對遺傳多樣性進行聚類分析，以期篩選出新的高產(chǎn)優(yōu)質春小麥種質資源，這對推動黃土高原旱作雨養(yǎng)區(qū)春小麥產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展和保障區(qū)域糧食安全意義重大。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在典型黃土高原旱作雨養(yǎng)區(qū)定西市農(nóng)業(yè)科學研究院試驗基地進行，當?shù)睾０? 920 m，年均氣溫8.3 ℃，年均降水量386.6 mm，年均日照時數(shù)2 600 h，無霜期平均為140 d。春小麥生育期（3月底至7月底）平均氣溫為13.6 ℃，降水量為210 mm［10 ］。試驗地土壤為黃綿土，耕層土壤含全氮0.8 mg/kg、堿解氮86.2 mg/kg、速效磷26.0 mg/kg、速效鉀203.0 mg/kg、有機質19.0 g/kg，pH 7.8。

1.2 試驗設計

149份春小麥種質材料于2021 — 2023年連續(xù)種植3 a，采用順序排序種植，不設重復。每份材料均種植4行，按行距0.3 m、行長1.5 m。3月29日播種，7月下旬成熟收獲，田間管理同大田。

1.3 田間觀測及室內(nèi)考種

成熟期每小區(qū)隨機選取長勢均勻、株型一致的10株植株，測量株高和穗長，統(tǒng)計單株穗數(shù)和小穗數(shù)。收獲時每小區(qū)隨機選取10株測量單株產(chǎn)量。以上數(shù)據(jù)均重復3次并取平均值。

小麥蠟熟期每小區(qū)隨機選取40株小麥植株，手工脫粒曬干后用近紅外品質分析儀（NIRS DS-2500）測定小麥籽?；曳趾?、水分含量、蛋白質含量、淀粉含量、降落數(shù)值、硬度、容重、濕面筋含量、弱化度、沉降值等品質指標。

1.4 統(tǒng)計分析

遺傳多樣性指數(shù)的計算參照李晶等［11 ］的方法。

H′=-∑PilnPi，

式中，H′為遺傳多樣性指數(shù)，Pi為某一性狀第i個級別出現(xiàn)的頻率。

對供試個春小麥種質資源的農(nóng)藝性狀和品質性狀進行相關性分析和主成分分析。以歐式距離作為供試資源間距離進行聚類分析，相關性分析、主成分分析和聚類分析均使用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。采用Excel 2013軟件處理數(shù)據(jù)并繪圖，各指標值均為每份春小麥種質材料3 a測定值的平均值。

2 結果與分析

2.1 品質性狀遺傳變異分析

從表1可以看出，10個品質性狀的多樣性指數(shù)介于1.77～2.03，平均為1.924，表明各品質性狀多樣性豐富，遺傳基礎廣。10個品質性狀的變異系數(shù)介于1.83％～50.64％。其中弱化度的變異系數(shù)最高，達到50.64%，即弱化度在小麥種質資源間有很大的差異，變異類型很豐富；降落數(shù)值和沉降值的變異系數(shù)分別為23.41%和16.44%，即降落數(shù)值和沉降值變異類型較為豐富；硬度、濕面筋含量和蛋白質含量的變異系數(shù)分別為8.91%、6.00%和5.82%，即這3個性狀種質資源間差異相對較??；灰分含量、水分含量、容重、淀粉含量的變異最小，變異系數(shù)分別為2.64%、1.83%、3.43%、2.45%，說明這4個性狀在種質資源間差異很小，很穩(wěn)定。

2.2 農(nóng)藝性狀遺傳變異分析

分析表2數(shù)據(jù)可知，供試各春小麥種質資源的5個農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)介于1.84～2.04，平均值為1.958。單株產(chǎn)量的變異系數(shù)最高，達40.97%，表明單株產(chǎn)量在不同春小麥種質資源間具有很大差異，且變異類型豐富；單株穗數(shù)、株高、穗長、小穗數(shù)的變異系數(shù)介于22.03%～28.27%，即這4個指標的變異類型較為豐富，多樣性指數(shù)較高。

2.3 品質性狀與農(nóng)藝性狀相關性分析

對供試149份春小麥種質資源農(nóng)藝性狀和品質性狀的相關性進行分析的結果（表3）表明，穗長與單株產(chǎn)量、株高呈極顯著正相關，與單株穗數(shù)呈極顯著負相關；株高與單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量均呈極顯著負相關；單株穗數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關。濕面筋含量與硬度、弱化度呈極顯著負相關；沉降值與淀粉含量、降落數(shù)值濕面筋含量呈極顯著正相關；穗長與淀粉含量、降落數(shù)值、濕面筋含量、沉降值呈極顯著正相關；小穗數(shù)與淀粉含量顯著正相關，與濕面筋含量、沉降值均呈極顯著正相關；單株穗數(shù)與硬度、弱化度呈極顯著正相關，與容重、濕面筋含量呈極顯著負相關；單株產(chǎn)量與蛋白質含量、水分含量、硬度呈極顯著負相關，與淀粉含量、濕面筋含量、降落數(shù)值呈負相關但未達顯著水平。

2.4 農(nóng)藝性狀和品質性狀主成分分析

為了挖掘各性狀間起主導作用的綜合指標，突出體現(xiàn)重要指標，對149份春小麥種質資源變異系數(shù)超過10%的性狀進行主成分分析。從圖1可以看出，前3個主成分特征值均大于1，能較全面的反應樣本的信息。從表4可以看出，在第一主成分中載荷較高的是單株產(chǎn)量、單株穗數(shù)、降落數(shù)值和弱化度，因此，以提高產(chǎn)量和低α-淀粉酶活性為改良目標時，第一主成分值應適量增大；第二主成分中載荷較高的是沉降值、降落數(shù)值，因此，以改善小麥籽粒品質為育種主要目標時應重點關注第二主成分指標。

2.5 小麥種質資源聚類分析

使用組間聯(lián)結的辦法，依據(jù)歐氏平方距離對供試小麥種質資源進行系統(tǒng)聚類分析，結果將149份供試春小麥種質資源分為五大類（圖2），第Ⅰ類包括定西51號、會寧23號、隴春47號等98份，占全部供試材料的65.77%；第Ⅱ類包括隴春51號、西紫1號、烏春10號等41份，占全部供試材料的27.52％；第Ⅲ類有4份，分別為定西53號、10102-1、Mace、EmuRock ，占全部供試材料的2.68%；第Ⅳ類有2份，分別為烏麥3號、互麥11號，占全部供試材料的1.34％；第Ⅴ類有4份，分別為烏春4號、M0326-7、云9526-10、9624-2，占全部供試材料的2.68％。

對每一類種質資源的性狀進行統(tǒng)計分析（表5）發(fā)現(xiàn)，第Ⅰ類種質資源的蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值均高于其他4類；第Ⅲ類種質資源的小穗數(shù)、株高、單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量、降落數(shù)值、硬度、弱化度均高于其他4類；第Ⅳ類種質資源的水分含量、淀粉含量、容重均高于其他4類，弱化度僅比第Ⅱ類高13.8%，比其他3個類群低；第Ⅴ類種質資源的穗長高于其他4類。因小穗數(shù)、單株穗數(shù)均與小麥產(chǎn)量構成因素直接相關，單株產(chǎn)量與總產(chǎn)量直接相關，而第Ⅲ類種質資源的小穗數(shù)9.13個、單株穗數(shù)2.85個、單株產(chǎn)量3.21 g均為最高，因此認為第Ⅲ類種質資源為產(chǎn)量優(yōu)良資源。第Ⅰ類資源蛋白質含量174.7 g/kg、濕面筋含量361.6 g/kg、沉降值34.23 mL，均為最高，因此認為第Ⅰ類種質資源為強筋種質資源；第Ⅳ類種質資源淀粉含量最高，蛋白質含量僅高于第Ⅲ類資源，濕面筋含量和沉降值均較低，因此認為第Ⅳ類種質資源為弱筋種質資源。

對每類種質資源各性狀的變異程度進行分析，發(fā)現(xiàn)第Ⅱ類種質資源株高、單株產(chǎn)量的變異系數(shù)高于其他4類；第Ⅲ類種質資源單株穗數(shù)、水分含量、蛋白質含量、淀粉含量、濕面筋含量的變異系數(shù)高于其他4類；第Ⅳ類種質資源穗長、灰分含量、容重、弱化度、沉降值的變異系數(shù)高于其他4類；第Ⅴ類種質資源小穗數(shù)、降落數(shù)值、硬度的變異系數(shù)高于其他4類。綜上所述，第Ⅲ類小麥種質資源為產(chǎn)量優(yōu)良資源，同時其蛋白質含量、淀粉含量、濕面筋含量3個重要的品質指標的變異系數(shù)分別為8.45%、2.86%、8.31%，均高于其他4類，可在利用第Ⅲ類的定西53號、10102-1、Mace、EmuRock這4份春小麥種質資源性狀特點和變異特點將其作為今后的育種材料。

3 討論與結論

豐富的遺傳基礎是品種選育的前提，變異系數(shù)表示性狀的多樣性水平，遺傳多樣性指數(shù)反映品種遺傳變異的大?。?2 ］。本研究表明，供試的149份春小麥種質資源品質性狀的多樣性指數(shù)介于1.77～2.03，平均值為1.924。降落數(shù)值變異系數(shù)為23.41%，僅次于弱化度；沉降值的變異系數(shù)為16.44%，僅低于弱化度和降落數(shù)值的變異系數(shù)；灰分含量、水分含量、容重、淀粉含量的變異較小，變異系數(shù)介于1.83%～3.43%。小穗數(shù)、穗長、株高、單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量等5個農(nóng)藝性狀的多樣性指數(shù)介于1.84～2.04，平均值為1.958。許娜麗［13 ］研究發(fā)現(xiàn)，小麥農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)明顯高于品質性狀的變異系數(shù)，沉降值和降落數(shù)值的變異系數(shù)較大，容重和水分含量的變異系數(shù)較小；崔文禮等［14 ］對黃淮麥區(qū)35個小麥品種（系）品質性狀比較分析表明，沉淀值的變異系數(shù)較大。以上結論均與本研究一致。

性狀間的相關性研究有助于了解性狀間的相互關系，篩選與目標性狀緊密關聯(lián)的指標性狀，可提高方案制定效率［15 ］。有研究表明，產(chǎn)量與蛋白質和沉淀值或濕面筋多呈顯著或極顯著負相關性［16 - 18 ］。張喜平等［19 ］對天水市農(nóng)業(yè)科學研究所選育的天選系列54份冬小麥新品系的研究表明，穗粒數(shù)與產(chǎn)量極顯著相關，籽粒產(chǎn)量與蛋白質、濕面筋含量、沉降值呈顯著負相關，即提高產(chǎn)量可能會使品質變劣，高產(chǎn)與優(yōu)質較難同步改良。本研究也表明，單株產(chǎn)量與蛋白質含量呈極顯著負相關，與淀粉含量、濕面筋含量、降落數(shù)值呈負相關。陸晴等［20 ］研究表明，成穗數(shù)與小麥產(chǎn)量具有顯著相關性（R=0.623）。本研究表明，單株穗數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關。曹俊梅等［21 ］對新疆近年來部分中晚熟冬小麥新品系產(chǎn)量和品質性狀的關系研究結果表明，主穗粒重與濕面筋顯著正相關，成穗數(shù)與濕面筋呈極顯著負相關，千粒重與濕面筋呈顯著正相關。在后續(xù)的育種工作中，可充分利用形態(tài)指標與品質指標之間的相關性篩選優(yōu)質種質資源，提高育種工作效率。

供試149份春小麥種質資源各性狀具有豐富的多樣性，變異類型豐富，品種改良的潛力大。對試驗結果分析得出，單株穗數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關；單株產(chǎn)量與蛋白質含量呈極顯著負相關，與淀粉含量、濕面筋含量、降落數(shù)值呈負相關。通過聚類分析將供試149份春小麥種質資源分為5類，其中第Ⅲ類的定西53號、10102-1、Mace、EmuRock等 4份春小麥種質資源的小穗數(shù)、單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量均最高，蛋白質含量、淀粉含量、濕面筋含量變異系數(shù)均最高，是性狀優(yōu)良且變異類型豐富的春小麥種質資源，可在今后的育種工作中加以利用。

參考文獻：

［1］ 程小虎，王建兵，牟麗明. 2019年定西市旱地春小麥新品系比較試驗［J］. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2021（6）：65-67.

［2］ 劉 江，王潤元，王鶴齡，等. 半干旱區(qū)雨養(yǎng)春小麥蒸騰效率的計算與應用［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2023，39（7）：1501-1509.

［3］ 傅曉藝，史占良，單子龍，等. 氮肥和密度互作對冬小麥石4366群體莖稈特性和產(chǎn)量的影響［J］. 麥類作物學報，2023，43（1）：81-90.

［4］ 馬國江，馬靖福，張沛沛，等. 128份抗旱冬小麥新品系農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2021，56（3）：37-44.

［5］ 曾潮武，梁曉東，李建疆. 新疆春小麥種質資源主要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析［J］. 分子植物育種，2017，

15（9）：3740-3750.

［6］ 曾潮武，梁曉東，李建疆. 中亞引進春小麥種質資源主要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析［J］. 作物雜志，2017（2）：67-71.

［7］ 蔣永超，于立河，薛盈文，等. 引進春小麥種質資源與黑龍江省育成品種農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析［J］. 麥類作物學報，2015，35（10）：1378-1385.

［8］ 賈永紅，魏海鵬，曾雪華，等. 33份國內(nèi)引進春小麥種質資源的遺傳多樣性及抗旱性研究［J］. 農(nóng)業(yè)科技通訊，2018（11）：80-85.

［9］ 郭鵬燕，任杰成，趙吉平，等. 不同基因型冬小麥種質資源的遺傳多樣性研究［J］. 種子，2021，40（8）：25-29；38.

［10］ 張 凱，王潤元，王鶴齡，等. 模擬增溫對半干旱雨養(yǎng)區(qū)春小麥物質生產(chǎn)與分配的影響［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（16）：223-232.

［11］ 李 晶，南 銘. 俄羅斯和烏克蘭引進冬小麥在我國西北地區(qū)的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)和遺傳多樣性分析［J］. 作物雜志，2019（5）：9-14.

［12］ 易騰飛，李珊珊，李嘉豪，等. 261份小麥品種基于農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析［J］. 河北農(nóng)業(yè)大學學報，2018，41（2）：7-13.

［13］ 許娜麗. 251份小麥種質資源遺傳多樣性及分子標記輔助選擇分析［D］. 銀川：寧夏大學，2022.

［14］ 崔文禮，王 軍，汪 輝，等. 黃淮麥區(qū)35份小麥種質資源品質性狀比較分析［J］. 安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2020，47（4）：606-611.

［15］ 蘭 濤. 小麥籽粒品質形成的基因型與生態(tài)效應研究［D］. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2005.

［16］ 李玉發(fā)，何中國，劉洪欣，等. 東北早熟區(qū)春小麥品質與產(chǎn)量性狀間的關系研究［J］. 山東農(nóng)業(yè)科學，2007（1）：5-7；11.

［17］ 韓啟秀，于經(jīng)川，張善勇，等. 山東省小麥區(qū)試參試品系產(chǎn)量與品質性狀分析［J］. 山東農(nóng)業(yè)科學，2008（3）：7-10.

［18］ WANG C， KOVACS M I P. Swell index of glutenin test I. Method and comparison with sedimentation gelprotein and insoluble glutenin test［J］. Cereal Chem.， 2002， 79（2）：183-189.

［19］ 張喜平，宋建榮，張耀輝，等. 天選系列54份冬小麥新品系產(chǎn)量和品質性狀評價及相關性分析［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2018（12）：41-45.

［20］ 陸 晴，宋茂興，馬宏亮，等. 冀東地區(qū)冬小麥新品系主要性狀及產(chǎn)量相關性評價［J］. 作物研究，2022，

36（2）：103-107.

［21］ 曹俊梅，周安定，吳新元，等. 新疆近年中晚熟冬小麥新品系產(chǎn)量和品質性狀分析［J］. 新疆農(nóng)業(yè)科學，2010，47（4）：659-663.