鹰嘴豆种质资源筛选及多样性分析

邵千顺 杨琳

摘要 [目的]对鹰嘴豆种质资源进行筛选及多样性分析。[方法]采用主成分分析、聚类分析等方法，通过5个产量相关因子研究鹰嘴豆遗传多样性并筛选优质种质资源。[结果]多样性指数最高的是百粒重，其次是粒型；性状变异系数最大的是株型，其次是单株粒数。主成分分析表明，主要信息集中在6个主成分，其累计贡献率达84.48%；通过聚类分析将50份鹰嘴豆在欧氏距离1.059 2处划分为4类，第一类百粒重最大，即籽粒较大；第二类株高最高，产量居中；第三类各性状都相对居中；第四类株高最低，单株荚数和单株粒数最大。[结论]该研究为鹰嘴豆的开发利用提供理论支撑。

关键词 鹰嘴豆；种质资源；多样性

中图分类号 S529 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）34-0016-04

Abstract [Objective] To screen the Cicer arietinum germplasm resources，and to carry out their diversity analysis.[Method] Five yield correlation factors were used to research the genetic diversity of C.arietinum and to screen the highquality germplasm resources by Principal Component Analysis，Cluster Analysis and so on.[Result] 100grain weight had the highest diversity index，followed with grain shape.Plant type had the highest coefficient of character variation，followed with grains per plant.Results of Principal Component Analysis showed that the major information was concentrated in 6 principal components，and thier accumulative contribution rate reached 84.48%.50 samples of C.arietinum were divided into four types at 1.059 2 Euclidean distance by Cluster Analysis.The first type had the greatest 100grain weight，and the grains were relatively big.The second type had the greatest plant height and middle yield.The characters of C.arietinum in the third type were in the middle.The fourth type had the lowest plant height，but the greatest pods per plant and grains per plant.[Conclusion] This research provides theoretical support for the development and utilization of C.arietinum.

Key words C.arietinum；Germplasm resources；Diversity

鹰嘴豆（Cicer arietinum）起源于亚洲西部和近东地区，是继大豆之后第二大重要的谷物豆类[1]，鹰嘴豆耐旱[1-2]、耐鹽碱[3]、抗病和抗虫，适宜在冷凉地区种植[4]，目前分布于全球 89.89%的地区，产量占这些地区的 86.73%。在我国，鹰嘴豆种植面积最大的区域是新疆[5]，其次在甘肃青海等地也有分布。

鹰嘴豆育种始于印度（1905年），之后全球多个国家先后开始鹰嘴豆育种，并在抗病、抗旱育种等方面取得了一定成果[6]。但我国在鹰嘴豆育种方面进展缓慢。种质资源是育种工作的基础，了解资源遗传多样性、筛选优质种质资源可为鹰嘴豆新品种选育提供亲本选择的基础。韩文革等[7]利用聚类分析方法研究8个鹰嘴豆品种的亲缘关系，并将8个品种聚为3类。张金波等[8]利用主成分分析、聚类分析等分析方法对新疆引进的部分鹰嘴豆资源农艺性状进行遗传多样性分析，发现鹰嘴豆资源各性状遗传多样性指数变异较大，单株生物学产量的多样性指数最高，但是不同材料间变异系数存在很大差别。这是由于农艺性状受环境影响较大，同一品种同一性状在不同地区表现可能不同。

鹰嘴豆系宁夏地区首次引进种植，在栽培、育种方面的研究还处于空白状态。该研究以宁夏农林科学院引进保存的50份鹰嘴豆种质资源为研究对象，利用主成分分析、相关性分析、聚类分析等方法对鹰嘴豆主要农艺性状间的遗传关系及多样性进行分析，为深入开展鹰嘴豆资源新基因的挖掘与创新利用，以及在宁夏开展鹰嘴豆育种研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2016年在宁夏农林科学院固原分院头营试验基地进行，试验基地海拔1 550 m，年降雨量420 mm，≥10 ℃积温为2 691.9 ℃；年日照时数2 200～3 000 h，生育期日照时数1 030～1 120 h。

1.2 试验材料

50份鹰嘴豆种质资源均引自中国农业科学院国家种质资源库，供试材料的名称及编号详见表1。

1.3 试验方法 试验采用随机区组设计，3次重复；每品种为1个小区，每小区3行，行长6 m，行距50 cm，株距8～10 cm。

田间性状调查参照《鹰嘴豆种质资源描述规范和数据标准》[9]进行，主要考查株高、百粒重、单株荚数、单株粒数、单株粒质5个农艺性状。待植株成熟时每小区取10株考种样于室内调查株高、百粒重、单株荚数、单株粒数、单株粒重5个性状。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2010统计处理基本数据，求性状的平均值、最大值、最小值、标准差（SD）、变异系数（CV）；不同品种间性状的差异用变异系数表示，遗传多样性指数的计算采用Shannon -Weaver 信息指数表示。计算公式：H′=-ΣPilnPi，其中Pi为某一性状第i个级别出现的概率。计算多样性指数时的划级方法如下：先计算参试材料总体平均数（X）和标准差（σ），然后划分为10级，从第1级[Xi<（X-2σ）]到第10级[Xi>（X+2σ）]，每0.5σ为1级。每一级的相对频率用于计算多样性指数。多样性指数H′=-PilnPi，式中Pi为某性状第i级别内材料份数占总份数的百分比，ln为自然对数。利用DPS 9.50数据处理系统进行鹰嘴豆品种的株高、百粒重、单株荚数、单株粒数、单株粒重等5个性状的主成分分析；利用SAS 8.2软件对50份鹰嘴豆种质资源进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 鹰嘴豆资源农艺性状指标多样性分析

参试资源5个产量相关因子多样性指数最高的是百粒重（7.750 4 g），其次是单株荚数（7.387 1）；变异系数最大的是单株粒重（63.96%），其次是单株粒数（60.13%）。株高变异系数最小。单株粒重平均9.93 g，变幅2.28～24.50 g，主要分布在10.0～15.0 g，单株粒重超过20 g的资源数占供试资源总数的4.00%。单株粒数平均40.35个，变幅12.50～88.60个。参试资源单株粒数主要分布在30～45个，占25.20%，单株粒数超过75个的品种仅占参试资源的6.70%。百粒重平均24.06 g，變幅16.4～32.1 g。百粒重主要分布在20～30 g范围内，百粒重超过30 g的种质占供试品种的11.92%。单株荚数平均56.43个，变幅2.3～113.3。品种单株荚数主要分布在45～75个，占参试资源总数的61.00%，单株荚数超过90个的品种占供试品种的4.60%。

2.2 鹰嘴豆资源农艺性状间的相关分析

将参试资源5个性状两两之间的相关系数值列于表3中。对鹰嘴豆5个性状的相关分析表明，植株株高与株型呈负相关，与单株荚数呈极显著正相关。这表明植株越高，植株越呈现披散型，所结荚数也越多。株高、百粒重、单株荚数、单株粒数和单株粒重5个产量相关性状间存在明显的相关关系。百粒重与单株荚数和单株粒数存在极显著负相关，与单株粒重呈极显著正相关。这表明单株鹰嘴豆所结荚数越多，或单株上所产粒数越多，鹰嘴豆颗粒越小，百粒重越低。反之，籽粒越大，百粒重越高，单株所产粒质量越大。单株荚数与单株粒数呈显著正相关。单株粒数与单株粒重呈极显著正相关，表明单株粒数越多，单株产量越高。

2.3 鹰嘴豆种质主要农艺性状的主成分分析

2.3.1 主成分特征值。利用DPS软件计算出5个主要农艺性状的特征向量及贡献率（表4）。根据各向量的绝对值将不同性状指标划分到不同的主成分中，同一指标在各因子中的最大绝对值所在位置即为其所属主成分。从表4可以看出，在所有主成分构成中，主要信息集中在3个主成分，其累计贡献率达90.62%。第1主成分特征值为2.26，贡献率为45.13%；第2主成分特征值为1.20，贡献率为23.97%；第3主成分特征值为1.08，贡献率为21.53%。

2.3.2 主成分分析。3个主要成分因子对5个农艺性状的影响见表5。第1主成分主要影响产量性状，单株粒数和单株粒重是主要指标，向量值分别为0.60和0.61。第2主成分主要影响植株高度，向量值为0.82。第3主成分影响籽粒重量，百粒重是主要指标，向量值为0.94。

2.4 鹰嘴豆种质资源的聚类分析

利用 SAS 8.2软件，采用参试资源形态性状间的欧氏距离，对50份鹰嘴豆种质资源进行聚类分析。由表7、图1可知，50份鹰嘴豆种质资源在欧氏距离0.9655处聚为4类。第一类包含6份材料，单株粒数和单株荚数平均值最高，相应的变异系数也较低，分别为12.05%、10.28%。第二类包含32份材料，百粒重最高，单株荚数和单株粒数次之，但变异系数较高，为15.60%。第三类包含10份材料，株高最高，百粒重和单株荚数次之，相应变异系数最高。第四类包含2份材料，株高、百粒重和单株荚数等都相对较低。

3 结论与讨论

种质资源是育种工作的基础，作物种子产业的每一次更新换代，都离不开优质种质资源的开发利用。因此，鹰嘴豆产业的发展，品种改良的关键依然是鹰嘴豆种质资源的有效开发及利用。尽管各种同功酶标记和DNA 分子标记已经被广泛地应用于植物种质资源的鉴定和分类研究，但是农艺性状的鉴定和描述仍然是种质资源研究的最基本的方法和途径，农艺性状数据是种以上或种内分类不可缺少的重要依据之一[10-12]。

该研究通过5个农艺性状的多样性分析结果看出，参试50份鹰嘴豆资源多样性丰富，遗传背景广泛、改良潜力较大，可为宁夏在鹰嘴豆新品种的选育，亲本选配等方面提供优异的种质基础。通过聚类分析将50份资源聚为4类，而这4类都有其特点：第一类百粒重最大，即籽粒较大；第二类株高最高，产量居中；第三类各性状居中；第四类株高最低，单株荚数和单株粒数最大。从平均值和变异系数综合考虑，第一类适合选育大粒型品种，第二类适合选育高杆兼高产型，第四类适合选育矮杆高产型。这一研究结果将为这50份鹰嘴豆资源的杂交组合选配、新品种的定向选育等提供理论依据。可根据不同的栽培方式或机械化程度，利用不同的类型，构建不同的杂交组合，定向选育不同类型的鹰嘴豆品种。

遗传多样性反映的是生物种类遗传信息的变化，可以表现在分子、细胞和个体等多个方面[13]。该研究仅从5个农艺性状方面入手研究鹰嘴豆多样性，结果显示鹰嘴豆种质资源遗传多样性丰富，但这一结果只是说明鹰嘴豆在农艺性状层面存在丰富的多样性，因此有一定的局限性。为更准确的揭示鹰嘴豆遗传多样性，还需从细胞学水平、生理生化水平及分子水平进行多角度的深入研究，才能充分鉴定鹰嘴豆的遗传多样性。

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