彩粒小麦新品系主要农艺性状与产量的相关性分析

武 琦，史华伟，王 硕，许甜甜，连 盈，范 华，孙黛珍，史雨刚

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.山西农业大学实验教学中心，山西太谷030801）

彩粒小麦中含有对人体有益的木纤维、多酚、维生素、类胡萝卜素、花色素及其他生命活性物质，可直接用于食品、医药、化妆品等行业[1-3]。近年来，彩粒小麦的研究利用日益受到人们的重视，其中对选育方法[4-5]、营养品质[6-7]方面的研究较多。多数研究表明，彩粒小麦虽然营养品质突出，但产量与加工品质较差，难以满足日益扩大的市场需求[8-9]。因此，培育优质、高产、稳产的功能型彩色籽粒小麦新品种是当前及今后相当一个时期小麦育种家必须面对的挑战之一。

对小麦育种家来说，品种多年的定向培育和骨干亲本的利用造成遗传基础特别贫乏，成为包括彩粒小麦在内的小麦育种难以取得重大突破的主要瓶颈，并且现有常规育种技术很难解决[10]。矮败小麦是我国具有自主知识产权的宝贵遗传资源，是便利的遗传改良工具，借以可以实现多个目标基因在优良遗传背景下的聚合，大幅度提高小麦育种效率[11-15]。鉴于此，山西农业大学农学院小麦育种组利用已鉴定的高产稳产基因资源及已有的彩粒小麦品种资源，借助矮败小麦这个高效育种工具，采用轮选法构建具有高产优质特性的优异基因和基因型频率大幅度提高的彩色籽粒小麦育种群体，从中选出22 个性状稳定的彩粒小麦品系，分析影响彩粒小麦产量的主要农艺性状，明确性状间的相关性，为功能型彩粒小麦的高产育种提供选择依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2012—2018 年，借助矮败小麦这个技术平台，山西农业大学农学院小麦育种组将20 多个具不同籽粒色素水平的冬小麦与10 个高产稳产改良群体采用杂交、回交、聚合杂交及轮回选择技术，构建了10 个具有不同色素水平的基础群体，从中选择出22 个性状稳定的彩粒小麦品系，分别编号为CW18-1～CW18-22。

1.2 试验设计

2018 年9 月25 日将22 个彩粒小麦品系播种于山西农业大学（北纬37°25″，东经112°25″）农学院小麦试验田，点播，每个品系种植4 行，行长2 m，行距25 cm，小区面积2 m2，3 次重复。播种前每公顷施小麦专用肥750 kg，杂草防治以化学除草与人工拔草相结合，播前浇足底墒水，小麦生育期间分别在越冬前、拔节期、抽穗期、灌浆中期进行灌溉。2019 年6 月23—26 日分株收获。

1.3 农艺性状测定

收获后每处理选取5 株进行室内考种，指标包括株高、单株分蘖数、单株生物产量、穗长、结实指数、穗质量、穗粒质量、麦壳质量、每穗小穗数、每小穗粒数、穗粒数、千粒质量、单株籽粒产量。

1.4 数据处理

利用Excel 2007、SPSS 19.0 软件进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 彩粒小麦农艺性状的变异性分析

22 个彩粒小麦考察的13 个农艺性状中，除结实指数外，变异系数都超过10%，尤其是单株分蘖数、单株生物产量、穗粒质量、穗粒数、每小穗粒数、单株籽粒产量的变异系数较大，说明参试品系在这些性状方面有较大的遗传差异。各性状的偏度系数和峰度系数的绝对值绝大多数小于1，符合正态分布（表1）。

表1 彩粒小麦农艺性状变异参数

2.2 彩粒小麦农艺性状的主成分分析

由2.1 可知，变异系数超过10%的性状有12 个，分别是单株分蘖数、株高、单株生物产量、穗长、穗质量、穗粒质量、麦壳质量、每穗小穗数、穗粒数、每小穗粒数、千粒质量、单株籽粒产量。在这12 个性状基础上进行主成分分析，综合分析第一至第五主成分各性状的得分可知，影响彩粒小麦特征特性的主要农艺性状包括株高、单株分蘖数、单株生物产量、穗质量、穗粒数、穗粒质量、每穗小穗数、单株籽粒产量（表2）。

2.3 彩粒小麦农艺性状的聚类分析

根据主成分分析的结果，利用株高、单株分蘖数、单株生物产量、穗质量、穗粒数、穗粒质量、每穗小穗数、单株籽粒产量8 个性状对22 个彩粒小麦品系进行聚类分析，共聚为三类（图1、表3）。

表2 主成分性状特征值、贡献率和累积贡献率

第I 类共包含12 个彩粒小麦品系，再细分为三小类。第I-1 类包括CW18-1、CW18-3、CW18-4、CW18-8、CW18-14 共5 个品系；第I-2 类包 括CW18-2、CW18-6、CW18-10、CW18-22 共4 个 品系；第I-3 类包括CW18-12、CW18-17、CW18-20共3 个品系。

第II 类共有8 个彩粒小麦品系，可再细分为2个小类。第II-1 类包括CW18-5、CW18-7、CW18-9、CW18-13、CW18-15、CW18-18 共6 个品系；第II-2 类包括CW18-19、CW18-21 共2 个品系。第III类，包括CW18-11、CW18-16 共2 个品系。

从表3 可以看出，第III 类表现突出的性状是株高、单株生物产量、穗质量、穗粒数、穗粒质量、每穗小穗数、单株籽粒产量。第I-2 类表现突出的性状是株高、单株分蘖数、单株生物产量、穗质量、单株籽粒产量。第II 类没有表现突出的性状，且单株籽粒产量较低。

表3 3 类聚类材料的农艺性状变异范围和平均值

2.4 彩粒小麦农艺性状的相关性分析

从表4 可以看出，单株生物产量、穗质量、穗粒质量与单株籽粒产量显著相关；株高、穗粒数与单株籽粒产量间也存在较大的相关性。

表4 彩粒小麦农艺性状的相关性分析

3 讨论与结论

3.1 彩粒小麦农艺性状存在广泛变异

小麦产量是一个复杂的综合表现，既受环境及栽培条件的影响，更受品种遗传特性的制约。研究表明，遗传改良对小麦增产的贡献率为50%左右[16]。本研究对彩粒小麦考察的13 个农艺性状中，除结实指数外，变异系数都超过10%，尤其是单株分蘖数、单株生物产量、穗粒质量、穗粒数、每小穗粒数、单株籽粒产量的变异系数较大，说明这些农艺性状可塑性较大，为彩粒小麦高产育种提供了选择基础。

3.2 彩粒小麦农艺性状的主成分分析与聚类分析

主成分分析可以了解供试品种农艺性状主成分构成因子及其生物学意义，为品种选育时亲本的选择提供科学的参考依据[17]。本研究主成分分析发现，主分量1～5 的累积贡献率已达83.9%，可以较好地体现彩粒小麦的农艺性状特点，其包含的主要性状有株高、单株分蘖数、单株生物产量、穗质量、穗粒数、穗粒质量、每穗小穗数、单株籽粒产量。系统聚类分析既可以揭示品种类群间的遗传差异与相互关系，又可以解释类群内品种的遗传相似性[18]。本研究在主成分分析的基础上，对参试品系进行系统聚类，把参试品系划分为三类六小类，第III 类表现突出的性状是株高、单株生物产量、穗质量、穗粒数、穗粒质量、每穗小穗数及单株籽粒产量。第I-2类表现突出的性状是株高、单株分蘖数、单株生物产量、穗质量及单株籽粒产量。第II 类没有表现突出的性状，且单株籽粒产量较低。对第III 类及第I-2 类材料应进一步考察及选择。

3.3 彩粒小麦产量的主要相关农艺性状

在小麦育种中，利用性状间的相关信息进行间接选择是一条有效的途径[19]。本研究的相关性分析表明，单株生物产量、穗质量、穗粒质量与单株籽粒产量显著相关；株高、穗粒数与单株籽粒产量间也存在较大的相关性。因此，在彩粒小麦高产育种的早期，应重点考察材料的单株生物产量、穗质量、穗粒质量、株高、穗粒数等与单株籽粒产量相关性大的性状。