甘肃省近年来育成冬小麦品种农艺性状的区域表现及遗传多样性分析

张雪婷，杨文雄，曹 东

(1.甘肃省农业科学院小麦研究所，甘肃兰州 730070； 2.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁 810000)

甘肃省近年来育成冬小麦品种农艺性状的区域表现及遗传多样性分析

张雪婷1，杨文雄1，曹 东2

(1.甘肃省农业科学院小麦研究所，甘肃兰州 730070； 2.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁 810000)

为挖掘甘肃省冬小麦种质资源潜力，对74份2003-2014年甘肃省不同生态区域通过审定的冬小麦品种进行了农艺性状和SSR分子标记的遗传多样性分析。结果表明，陇中地区除穗粒重外，其他农艺性状的遗传多样性指数H′值均高于陇南和陇东地区。其中，生育期天数、穗长、穗下节长、穗粒重的H′值在全部区域中均最高，均大于2.0。经主成分分析，前三个主成分(株高因子、产量因子、生育期天数因子)对变异的贡献率达86.303%；陇中地区的品种与陇东、陇南地区在基因库上存在一定差异。利用42对SSR引物对参试品种的多态性进行检测，结果显示，每对引物检测到等位变异1～17个，平均等位变异7个，全部引物共检测到298个等位变异。经聚类分析，参试品种间遗传相似系数(GS)的变异范围为0.486～0.781，平均值为0.605。全部参试品种可分为3个大类，7个亚类。

甘肃；冬小麦；育成品种；农艺性状；遗传多样性指数

优质的种质资源是培育高产稳产、品质优良、抗虫抗病小麦品种的重要基因来源。甘肃省地域辽阔，各地降水量不均，河西沙漠地区与陇南潮湿地区的年降水跨度达到720 mm，且全境降雨时期主要集中在7-9月[1-2]。这使得甘肃省既有温暖潮湿的陇南地区、气候温和的陇东地区，也有半干旱的陇中地区，更有灌溉发达的河西平原。自然气候的多样性丰富了冬、春小麦品种的遗传背景。对于自然条件复杂、农业基础设施落后的甘肃省，小麦供需虽大体平衡，但人均拥有量仅接近全国平均水平[1-2]。小麦优良品种的选育与推广对甘肃省粮食生产及社会稳定依然具有重要意义。

了解和掌握种质资源多样性水平，对于资源发掘、种质创新具有重要作用。我国大多数省份都对其冬小麦育成或地方品种的遗传多样性进行了分析[3-8]，而有关甘肃省冬小麦在农艺性状或分子标记水平上的多样性程度却少有报道。截止2014年，甘肃省小麦种植面积达到79万hm2，其中半数以上为冬小麦。另据相关资料，21世纪前10年河西走廊地区的民勤、武威、古浪等地区的冬季最低气温较20世纪60年代分别上升3.3、2.7和3.3 ℃[9]。随着河西走廊地区冬季气温的升高，原本种植春小麦的地区也渐渐适宜冬小麦生长。所以，甘肃省自然气候的复杂样性塑造了遗传各异的冬小麦品种。为充分了解近些年(2003-2014年)甘肃省冬小麦育成品种的遗传背景，为甘肃省冬小麦育种提供指导，有必要对其遗传多样性进行研究。本研究拟从农艺性状及分子水平分析近些年甘肃省审定、且在不同地域种植的冬小麦品种农艺性状及SSR多态性差异，并对这些品种农艺性状进行主成分分析及SSR分子标记的亲缘关系聚类分析，以期为该地区冬小麦新品种的选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

搜集甘肃省陇东、陇南、陇中地区冬小麦育种单位(如甘肃省农业科学院、天水市农科院、陇东学院等)在2003-2014年选育并通过全省审定的冬小麦品种，共计74份(表1)。

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验设计

于2015年9月在甘肃省农科院榆中育种试验站，对来自全省不同区域(陇东、陇南、陇中)冬小麦品种进行播种。试验站海拔高度1 570 m，全年降雨量360 mm，蒸发量1 440 mm，年平均气温6.8 ℃，无霜期120 d。每个品种种植3行，行长2 m，行距20 cm，每行播种50粒。试验区周围设60 cm保护行。播前施农家肥22.5 t·hm-2、尿素180 kg·hm-2和磷酸二铵360 kg·hm-2。按常规方法进行大田管理。

1.2.2 农艺性状考察

每个品种抽取20个单株，对全生育期天数、株高、穗下节长、穗长、每穗有效小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重及每穗不孕小穗数进行调查。待品种成熟后收获计产。考察标准参见金善宝[10]的方法。

1.2.3 DNA提取

取新鲜的小麦嫩叶5 g，添加液氮快速研磨，用CTAB法提取基因组DNA[11]。

1.2.4 SSR引物的筛选、PCR扩增及产物检测

选取位于小麦微卫星图谱[12-13]中42条染色体臂上、扩增条带清晰且多态性较好的42对引物(由上海生工有限公司合成)用于SSR检测(表2)。PCR总反应体系10 μL，包含30 mg·L-1DNA模板1.8 μL、10 mmol·L-1dNTPs 0.26 μL、10×缓冲液(含MgCl220 mmol·L-1)1.3 μL、2 U·μL-1Taq酶0.13 μL、20 ng·μL-1SSR引物1.2 μL、ddH2O 5.31 μL。PCR 扩增程序：94 ℃预变性 4 min；94 ℃变性 50 s，55～60 ℃退火 50 s，72 ℃延伸 50 s，35个循环；72 ℃延伸 10 min。扩增产物用8%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，硝酸银银染后记录各品种的条带数目。

1.2.5 数据分析

分别计算各区域(陇东、陇南、陇中)种植的冬小麦品种农艺性状(全生育期天数、株高、穗下节长、穗长、小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重、不孕小穗数)的平均数(Xa)和标准差(s)。并根据以上结果，将各农艺性状分为10级。第1级[Xi<(Xa-2s)] 到第10级[Xi>(Xa+2s)]，每0.5 s定为1级。农艺性状的遗传多样性指数 (H′)= -∑Pi× lnPi，式中Pi为某性状第i级别内品种出现的频率[14-15]。借助SPSS 20.0软件对参试品种的农艺性状进行主成分分析。SSR多态性检测的聚类分析中，电泳条带出现时记为1，不出现时记为0。品种间相似系数(GS):GS=2Nij/(Ni+Nj)，其中Ni为第i个品种呈现的条带数，Nj为第j个品种呈现的条带数，Nij为两品种共有的条带数[16]。对GS值按非加权组平均法(UPGMA)进行遗传相似性聚类分析[17-18]。

2 结果与分析

2.1 不同区域冬小麦品种的农艺性状表现

甘肃省三个区域间冬小麦平均生育期天数及平均产量均差异显著(表3)。其中，平均生育期天数表现为陇东>陇中>陇南；平均产量表现为陇南>陇中>陇东，且陇南的平均产量较陇东地区高出2 704.20 kg·hm-2。在三个区域中，陇东地区的平均株高和平均穗下节长最大(分别为104.86和41.99 cm)，其极差也最大(分别为43.00 和20.10 cm)。陇中地区的平均穗长最长(9.45 cm)，平均每穗小穗数最多(19.56个)，均显著高于陇东地区。陇南地区的平均穗粒重和千粒重均最高(分别为1.57和41.47 g)。而平均穗粒数在三个区域中皆高于35.00粒，且彼此间无显著差异。每穗不孕小穗数在三个区域间均无显著差异，但陇南地区的极差最小，为2.80。

2.2 不同区域冬小麦品种农艺水平上的遗传多样性

总体而言，甘肃省不同区域小麦穗粒重和每穗不孕小穗数的变异系数差别较大，而株高和每穗小穗数的变异系数最为接近。陇中地区的穗长、穗下节长、每穗小穗数、穗粒重、每穗不孕小穗数、产量变异程度高于陇东与陇南地区，特别是穗粒重与产量的变异系数分别高达24.27%和19.05%。所考察的农艺性状中，每穗不孕小穗数在三个区域变异程度最大，表现为陇中(41.71%)>陇南(37.49%)>陇东(26.20%)(图1)。

表1 2003-2014年74份通过甘肃省审定的冬小麦品种

Table 1 74 winter wheat varieties released in Gansu province from 2003 to 2014

编号Code审定名称Name审定年份Releasedyear编号Code审定名称Name审定年份Releasedyear编号Code审定名称Name审定年份Releasedyear1中梁23号Zhongliang23200326武都16号Wudu16200751兰天27号Lantian2720102平凉42号Pingliang42200427陇鉴9821Longjian9821200752陇鉴101Longjian10120113静麦1号Jingmai1200428陇鉴301Longjian301200853静麦3号Jingmai320114中梁24号Zhongliang24200429中梁27号Zhongliang27200854中梁31号Zhongliang3120115兰天15号Lantian15200430天选43号Tianxuan43200855天选48号Tianxuan4820116环冬3号Huandong3200431中天1号Zhongtian1200856天选49号Tianxuan4920117灵台2号Lingtai2200432陇育1号Longyu1200857陇育4号Longyu420118中植1号Zhongzhi1200433陇鉴9811Longjian9811200958灵台3号Lingtai320119临农826Linnong826200434陇鉴386Longjian386200959兰天28号Lantian28201110临农7230Linnong7230200435中梁29号Zhongliang29200960天选50号Tianxuan50201211陇鉴9343Longjian9343200536天选45号Tianxuan45200961天选51号Tianxuan51201212兰天17号Lantian17200537兰天24号Tianxuan24200962兰天29号Lantian29201213西峰27号Xifeng27200538兰天25号Tianxuan25200963陇育5号Longyu5201214西峰28号Xifeng28200539陇育2号Longyu2200964泾麦1号Jingmai1201215平凉43号Pingliang43200740中植2号Zhongzhi2200965张冬30号Zhangdong30201216平凉44号Pingliang44200741平凉45号Pingliang45201066兰航选01Lanhangxuan01201217静麦2号Jingmai2200742中梁30号Zhongliang30201067陇鉴103Longjian103201318中梁25号Zhongliang25200743天选46号Tianxuan46201068兰天30号Lantian30201319中梁26号Zhongliang26200744天选47号Tianxuan47201069兰天31号Lantian31201320兰天18号Lantian18200745兰天26号Lantian26201070武都17号Wudu17201321兰天19号Lantian19200746陇育3号Longyu3201071天选52号Tianxuan52201422兰天20号Lantian20200747环冬4号Huandong4201072陇育6号Longyu6201423兰天21号Lantian21200748宁麦9号Ningmai9201073中植3号Zhongzhi3201424兰天22号Lantian22200749中植4号Zhongzhi4201074兰天32号Lantian32201425兰天23号Lantian23200750临农9555Linnong95552010

表2 42对SSR引物的名称、染色体位点、退火温度及等位变异数

Table 2 Names,chromosome loci,annealing temperature,and allele number of 42 SSR primers

引物名称及其位点Nameandloci正向引物(5'-3')Forwardprimer(5'-3')反向引物(5'-3')Reverseprimer(5'-3')退火温度Tm/℃等位变异数AllelenumberWmc24-1ASGTGAGCAATTTTGATTATACTGTACCCTGATGCTGTAATATGTG608Xgwm136-1ALGACAGCACCTTGCCCTTTGCATCGGCAACATGCTCATC608Xgwm636-2ASCGGTAGTTTTTAGCAAAGAGCCTTACAGTTCTTGGCAGAA6010Xgwm10-2ALCGCACCATCTGTATCATTCTGTGGTCGTACCAAAGTATACGG556Xgwm369-3ASCTGCAGGCCATGATGATGACCGTGGGTGTTGTGAGC576Xgwm480-3ALTGCTGCTACTTGTACAGAGGACCCGAATTGTCCGCCATAG608Xgwm4-4ASGCTGATGCATATAATGCTGTCACTGTCTGTATCACTCTGCT571Wms637-4ALAAAGAGGTCTGCCGCTAACATATACGGTTTTGTGAGGGGG551Xgwm415-5ASGATCTCCCATGTCCGCCCGACAGTCGTCACTTGCCTA604Wms186-5ALGCAGAGCCTGGTTCAAAAAGCGCCTCTAGCGAGAGCTATG609Xgwm334-6ASAATTTCAAAAAGGAGAGAGAAACATGTGTTTTTAGCTATC6013Xgwm169-6ALACCACTGCAGAGAACACATACGGTGCTCTGCTCTAAGTGTGGG5710Xgwm471-7ASCGGCCCTATCATGGCTGGCTTGCAAGTTCCATTTTGC6010Xgwm332-7ALAGCCAGCAAGTCACCAAAACAGTGCTGGAAAGAGTAGTGAAGC6012Wms550-1BSCCCACAAGAACCTTTGAAGACATTGTGTGTGCAAGGCAC604Xgwm124-1BLGCCATGGCTATCACCCAGACTGTTCGGTGCAATTTGAG608Xgwm148-2BSGTGAGGCAGCAAGAGAGAAACAAAGCTTGACTCAGACCAAA605Xgwm501-2BLGGCTATCTCTGGCGCTAAAATCCACAAACAAGTAGCGCC555Xgwm264-3BSGAGAAACATGCCGAACAACAGCATGCATGAGAATAGGAACTG604Xgwm566-3BLTCTGTCTACCCATGGGATTTGCTGGCTTCGAGGTAAGCAAC606Wmc413-4BSCACTGGAAACATCTCTTCAACTACAGGAAAGGATGATGTTCTCT574Xgwm538-4BLGCATTTCGGGTGAACCCGTTGCATGTATACGTTAAGCGG608Xgwm159-5BSGGGCCAACACTGGAACACGCAGAAGCTTGTTGGTAGGC557Xgwm499-5BLACTTGTATGCTCCATTGATTGGGGGGAGTGGAAACTGCATAA6017Xgwm508-6BSGTTATAGTAGCATATAATGGCCGTGCTGCCATGATATTT603Xgwm219-6BLGATGAGCGACACCTAGCCTCGGGGTCCGAGTCCACAAC6011Wms46-7BSGCACGTGAATGGATTGGACTGACCCAATAGTGGTGGTCA575Xgwm333-7BLGCCCGGTCATGTAAAACGTTTCAGTTTGCGTTAAGCTTTG606Wms106-1DSCTGTTCTTGCGTGGCATTAAAATAAGGACACAATTGGGATGG6010Wms458-1DLAATGGCAATTGGAAGACATAGCTTCGCAATGTTGATTTGGC555Xgwm261-2DSCTCCCTGTACGCCTAAGGCCTCGCGCTACTAGCCATTG608Xgwm157-2DLGTCGTCGCGGTAAGCTTGGAGTGAACACACGAGGCTTG602Xgwm161-3DSGATCGAGTGATGGCAGATGGTGTGAATTACTTGGACGTGG605Wms52-3DLCTATGAGGCGGAGGTTGAAGTGCGGTGCTCTTCCATTT604Xgwm608-4DSACATTGTGTGTGCGGCCGATCCCTCTCCGCTAGAAGC604Xgwm194-4DLGATCTGCTCTACTCTCCTCCCGACGCAGAACTTAAACAAG571Xgwm190-5DSGTGCTTGCTGAGCTATGAGTCGTGCCACGTGGTACCTTTG608Xgwm174-5DLGGGTTCCTATCTGGTAAATCCCGACACACATGTTCCTGCCAC6014Barc196-6DSGGTGGGTTTTATCGAATAGATTTGCTGCGTTTCGTCAAGATTAATGCAGGTTT587Xgdm98-6DLCCATCCATGAAATGGCGGCCCTTCACTAGCCTTCATG556Xgwm295-7DSGTGAAGCAGACCCACAACACGACGGCTGCGACGTAGAG608Xgwm437-7DLGATCAAGACTTTTGTATCTCTCGATGTCCAACAGTTAGCTTA6015

表3 2003-2014年甘肃省审定的冬小麦品种在不同区域的农艺性状表现

Table 3 Agronomic characters of released winter wheat varieties from different areas in Gansu province

性状Character区域Area材料份数Accession平均值±标准差Average±SD最大值Max.最小值Min.极差Range生育期天数Growthduration/d陇东EasternGansu24278.00±6.00a292.00270.0022.00陇南SouthernGansu20252.00±18.00c284.00199.0085.00陇中CentralGansu30261.00±12.00b285.00235.0050.00株高Plantheight/cm陇东EasternGansu24104.86±9.21a115.0087.0028.00陇南SouthernGansu2096.16±10.46b117.0077.0040.00陇中CentralGansu30101.79±10.26ab124.0081.0043.00穗下节长Pedunclelength/cm陇东EasternGansu2441.99±4.41a47.2032.4014.80陇南SouthernGansu2035.87±4.48b45.8030.1115.69陇中CentralGansu3037.68±5.73b47.5027.4020.10穗长Spikelength/cm陇东EasternGansu248.09±0.90b9.956.003.95陇南SouthernGansu208.46±0.71b9.707.102.60陇中CentralGansu309.45±1.08a12.357.604.75每穗小穗数Spikeletsperspike陇东EasternGansu2417.92±1.06b20.8016.104.70陇南SouthernGansu2018.77±1.37ab20.6014.506.10陇中CentralGansu3019.56±1.56a21.8016.505.30穗粒数Grainsperspike陇东EasternGansu2435.42±6.34a43.0022.0021.00陇南SouthernGansu2038.89±5.38a54.7033.6021.10陇中CentralGansu3038.23±5.91a48.4427.3021.14穗粒重Spikegrainweight/g陇东EasternGansu241.34±0.31a1.870.501.37陇南SouthernGansu201.57±0.21a1.921.070.85陇中CentralGansu301.56±0.38a2.430.901.53千粒重1000-grainweight/g陇东EasternGansu2435.80±4.40b46.2928.2318.06陇南SouthernGansu2041.47±2.99a47.7237.1310.59陇中CentralGansu3039.70±4.63a49.3631.8717.49每穗不孕小穗数陇东EasternGansu242.67±0.70a4.781.333.45Sterilespikeletsperspike陇南SouthernGansu202.05±0.77a3.700.902.80陇中CentralGansu302.34±0.98a4.301.003.80产量Yeild/(kg·hm-2)陇东EasternGansu243665.70±466.954351.802623.501728.30陇南SouthernGansu206369.90±951.607488.003945.003543.00陇中CentralGansu305580.45±1063.057424.252802.004622.25

平均值后的字母不同表示地区间差异显著(P<0.05)。

Averages with different letters are significantly different among the areas at 0.05 level.

在冬小麦10个农艺性状中，除每穗不孕小穗数外，陇中地区其余性状的H′值皆高于其他区域(图2)，说明陇中地区多个农艺性状的遗传多样性较陇南、陇东丰富。其中生育期天数、穗长、穗下节长、穗粒重的H′值均大于2.0。

2.3 冬小麦品种农艺性状的主成分分析

主成分分析表明，前3个主成分的累积贡献率为86.303%(表4)，达到了累计贡献率≥85%的标准[19-20]，可解释绝大部分信息。

横坐标上1～10分别代表生育期天数、株高、穗下节长、穗长、每穗小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重、每穗不孕小穗数和产量。图2同。

1～10 in horizontal axis refer to growth days,plant height,peduncle length,spike length,spikelets per spike,grains per spike,1 000-grain weight，sterile spikelets per spike and yield.The same as in fig.2.

图1 2003-2014年甘肃省审定的冬小麦品种在不同种植区域主要农艺性状的变异系数(CV)

Fig.1 Variation coefficients(CV)of agronomic characters of winter wheat varieties in different areas released in Gansu province

图2 2003-2014年甘肃省审定的冬小麦品种在不同

第一主成分特征值为3.516，贡献率为37.987，以株高、穗下节长两个性状分量的载荷值最大。因这两个性状都与株高有关，故把第一主成分称为株高因子。而与之相对应的每穗小穗数、穗粒数和穗粒重3个产量性状的特征向量载荷值为负，且绝对值远远小于株高、穗下节长，说明株高与产量存在一定程度的负相关。因此，在实际生产中株高不易偏高，否则对提高产量不利。故第一主成分偏低较好。

第二主成分特征值为2.079，贡献率为28.410%，以穗粒数、穗粒重两个性状分量的载荷值最大。因这两个性状与产量构成有关，故称第二主成分为产量因子。而与之相对应的生育期天数、株高、穗下节长、每穗不孕小穗数的特征向量载荷值为负值，在一定程度上与产量因子呈负相关。所以在追求高产的同时，应选育成熟期与株高适中、每穗不孕小穗数少的材料。为追求产量的总体提升，第二主成分越大越好。

第三主成分特征值为1.328，贡献率为19.906%，生育期天数分量载荷值虽为负值，但绝对值最大，故把第三主成分称为生育期因子。除此之外的其他农艺性状，特别是每穗小穗数、穗粒数、穗粒重的载荷值较大。由此说明，生育期天数与产量存在一定程度的负相关。所以，适当缩短生育期对提升产量有利。这可能是由于甘肃省绝大多数冬小麦品种的生长环境较为干旱，植株群体需要迅速地从营养生长过渡到生殖生长，并尽可能在干旱环境中繁殖更多后代。但生育期天数也不宜过短，否则各时期生长发育不充分(尤其是孕穗期与灌浆期)，降低了产量。故第三主成分适中较好。

根据以上各主成分的选择标准，在今后甘肃省冬小麦育种工作中，应筛选株高低、穗粒数、穗粒重高以及生育期适中的材料。

利用多个农艺性状降维后得到的前三个主成分，对适宜种植在不同区域的冬小麦品种绘制三维主成分图。图3显示，甘肃省近年来审定的冬小麦品种分化成陇东和陇南两个富集区；这两个富集区存在一定程度的相互渗透，反映出这两个地区品种的农艺性状较为相似、品种间的基因库较为相近的特点。相反，适于陇中种植的品种，虽与陇东、陇南富集区少有渗透，但其绝大部分散落在主成分三维分布图的边缘，说明陇中地区的品种与陇东、陇南地区在基因库上存在一定差异。此外，从图3中各品种分布的密集程度来看，这些品种的农艺性状遗传多样性并不大。所以，在今后的冬小麦育种工作中，若想寻求某个农艺性状的突破，特别是产量上的突破，必须扩大骨干亲本的范围。

表4 2003-2014年甘肃省审定冬小麦品种10个主要农艺性状的主成分分析

Table 4 Principal component analysis of ten agronomic characters of released wheat varieties in Gansu province

参数Parameter性状Character第一主成分Prin1第二主成分Prin2第三主成分Prin3特征值Eigvector3.5162.0791.328贡献率Contribution/%37.98728.41019.906累计贡献率Cumulativecontribution/%37.98766.39786.303特征向量Characteristicvector生育期天数Growthduration0.518-0.207-0.624株高Plantheight0.878-0.1760.094穗长Spikelength0.1680.1950.073穗下节长Pedunclelength0.924-0.1200.066每穗小穗数Spikeletsperspike-0.0500.0330.304穗粒数Grainsperpanicle-0.0850.8390.226穗粒重Grainweightperspike-0.2960.7990.145千粒重1000-grainweight-0.0720.1090.088每穗不孕小穗数Sterilespikeletsperspike0.131-0.8380.024产量Yeild-0.4030.0650.032

图3 基于农艺性状主成分分析的三维散点图

2.4 SSR分子标记鉴定结果

2.4.1 分子标记的多态性

为进一步揭示近年来甘肃省育成冬小麦品种的遗传多样性，选用42对SSR引物对全部参试品种进行SSR标记多态性分析。结果(表2)表明，有39对引物扩增为多态，3对引物(Xgwm4、Wms637、 Xgwm194)扩增为单态，每对引物检测到等位变异1～17个，平均等位变异为7个。全部引物共检测到298个等位变异。Xgwm499、Xgwm437、Xgwm174位点标记的多态性较为丰富，等位变异分别为17、15、14个。

2.4.2 SSR标记揭示的品种间遗传相似系数

根据42对SSR引物标记下各品种条带的有无，得到品种间SSR遗传相似系数(GS)的变化范围为0.486～0.781，GS平均值为0.605。全部品种中，陇鉴386与中梁30号的GS值最低，为0.486；而陇鉴101与天选48号的GS值最高，为0.781。

2.4.3 品种间的聚类分析

利用SSR标记，按UPGMA法[21-22]对参试品种进行聚类，74份冬小麦品种可分为3个大类(GS=0.519)，7个亚类(GS=0.531)。第Ⅰ类群含17个品种，分为2个亚类(图4)。第1亚类有8个品种，大部分来自陇东地区，其中平凉42、平凉43号亲缘关系较为密切，查阅系谱发现两者拥有共同的母本长武131。第2亚类有9个品种，其中兰天17、兰天20、兰天24号的母本均含Yr26抗锈基因，故三者在聚类图中归为一小组；而天选47、天选49号具有相同的父本中梁22号。第Ⅱ类群仅有陇中地区的临农7230一个品种。该品种来自甘肃省高寒阴湿区的临夏(地里位置划归为陇中地区)，其母本为临夏农科所自育品系919-18/15，父本为利用率较低的锦阳87-31，特异的生态环境与较少利用的亲本使其有别于其他品种，单独成类。第Ⅲ类群含56个品种，占全部参试品种的76%。该类群又可分为4个亚类。第1个亚类含6个品种，其中兰天15、兰天19、兰天27、兰天31号的亲缘关系较为密切，查阅系谱发现其亲本均以兰天10号为父本。第2个亚类含9个品种，以来自陇南及陇东地区的品种居多。第3个亚类含21个品种，除兰天21号适宜生长在陇南地区外，陇中地区的品种数量是陇东地区的一倍。其中，陇鉴9811、陇鉴9821、中梁25号、中梁31号含有共同的亲本洮157。图4显示，这4个品种聚为更近的一组。第4个亚类含20个品种，来自甘肃省各个冬小麦种植区，这可能由于某些区域的环境类似，使这些品种具有了相似的标记位点。

图4 基于SSR标记遗传相似系数(GS)的聚类分析

3 讨 论

3.1 农艺水平的遗传多样性状况

育种工作的基础是拥有大批遗传特性各异的种质资源，对种质资源的搜集、挖掘、分类、保护、利用及创新具有重要的生物学和生态学意义。小麦种植面积占我国粮食作物总面积的22%。为更好地挖掘小麦种质资源，我国大部分小麦种植省份都对该地区的主栽品种或常年在育种实践中应用的地方品种进行了遗传多样性研究。陕西省曾对1 225份入国家库的小麦地方品种的株高、穗粒数、千粒重进行了分析，这些性状遗传多样性指数(H′)较高，分别为2.063、1.939、2.019[5]。青海省进入21世纪小麦品种的表型变异程度更为丰富，其农艺性状H′值是20世纪70年代的1.41倍[8]。而新疆冬春小麦生态区中，春小麦农艺性状H′值仅为0.9，反映出该地区春小麦农艺性状变异较小，品种基因型较为单一[23]。甘肃省生态环境复杂，陇南地区温暖潮湿，陇东及陇中地区干旱少雨，而河西绿洲灌区农业离不开较高灌水量的维系，故多变的气候因素形成了表型变异丰富的小麦品种。本研究发现，2003-2014年甘肃省冬小麦种植区域中，陇中地区的农艺性状变异系数及遗传多样性指数皆最高，其平均值分别为15.84%、1.937。由此反映出陇中地区冬小麦的遗传背景较陇南、陇东更为丰富。因此，可根据育种需要，在这些多样性指数较高、性状变异较多的地区，筛选出类型差异较大的小麦种质材料。

3.2 基于农艺性状的主成分分析

甘肃小麦平均产量不到3 000 kg·hm-2，远低于全国小麦主产区平均水平，全省各地区皆以追求高产为首要目的[1-2]。品种的众多性状间存在正向或负向的互作关系，其协调发展是提高产量及品质的最佳途径。但在种质资源的筛选过程中，常常由于群体大、性状多，评选难度较大，主观偏差在所难免。所以本研究引入统计学方法，将试验中出现的众多农艺性状转化为少数且能提供原性状85%以上信息的几个独立因子，用以分析近些年甘肃省审定品种的农艺特性，从而数量化且更具科学性地建立筛选体系，避免人为误差。依据入选的三个主成分特征，在今后甘肃省冬小麦育种工作中，应选择穗粒数多、株高矮、千粒重及生育期适中的材料。比如，中梁25号的生育期适中，大穗，每穗小穗数及穗粒数多；陇鉴9811和武都16号的生育期和株高适中，穗下节长，每穗小穗数及穗粒数多，千粒重适中，不孕小穗数少，这几个品种需改良的性状相对较少，可加以利用。同时，本研究依据陇中地区的品种散落在主成分三维散点图的边缘，得出陇中地区的冬小麦品种与陇东、陇南地区在基因库上存在一定差异。这与2.2部分得出的陇中地区冬小麦品种在多个农艺性状上的遗传多样性较陇南、陇东丰富的结论基本一致。但主成分分析法也存在一定局限性，它适用于从众多因子中降维得到主要因子，对于评选指定的少量因子则不太可行[19-20]。

3.3 分子水平的遗传多样性状况

SSR标记具有染色体组特异性，在小麦基因组中的多态性极高，已被广泛地应用于种质资源遗传多样性、种质资源亲缘关系、种子纯度等方面的分析研究。在我国，倪中福等[24]曾用65对SSR引物对我国不同生态区的23个冬春小麦品种(系)D染色体组的遗传多样性进行了研究，发现不同材料间的遗传相似系数(GS)平均为0.572。耿惠敏等[3]通过43对SSR引物对河南省40个审定小麦品种的遗传多样性进行分析，发现其品种间GS值变幅为0.507～0.769，平均GS值为0.596。张志清等[6]曾利用46对SSR引物对四川省推广面积6.67万hm2以上的主栽小麦品种的遗传多样性进行分析，发现品种间GS值为0.451～0.767，平均GS值为0.601。赵 檀等[25]利用SSR标记，分析1949-2012年河北省169份小麦材料的遗传多样性，结果表明，该省小麦品种的等位基因频率下降，而多样性水平的上升趋势则较为缓慢。本试验通过42对SSR引物对2003-2014年甘肃省通过审定的74个冬小麦品种进行遗传多样性分析发现，GS值为0.486～0.781，平均GS值为0.605。一般而言，品种间的亲缘关系越远，遗传相似系数越小[21]。综上可知，河南、四川、甘肃省的平均GS值均在0.600左右，略有偏大，说明各省的品种间遗传变异不够丰富，遗传基础较为狭窄。所以，对于甘肃省育种工作来说，扩大骨干亲本，引入和筛选具有不同遗传背景、优异性状互补的种质资源，依然是高产稳产、抗病优质育种的前提。

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Regional Performance and Genetic Diversity Analysis on Released Winter Wheat Varieties in Gansu Province

ZHANG Xueting1,YANG Wenxiong1,CAO Dong2

(1.Institute of Wheat Sciences,Gansu Academy of Agricultural,Lanzhou,Gansu 730070,China; 2.Northwest Institute of Plateau Biology,Chinese Academy of Sciences,Xining,Qinghai 810000,China)

This article analyzed agronomic character′s genetic diversity and SSR polymorphism of 74 registered winter wheat varieties in Gansu province from 2003-2014,which located in different Gansu areas. The agronomic character′s results show that nine genetic diversity indices (H′) of central Gansu area were higher than those of other areas,except spike grain weight.TheH′ indices of growth days,spike length,peduncle length and spike grain weight in each area was more than 2.0. Meanwhile,principle component analysis of agronomic characters indicated three principal components made 86.303% contribution to variation,which offered by height,yield,and duration. However,the gene bank of winter varieties in central Gansu area was different from that of varieties in Southern and Eastern areas. Furthermore,42 pairs of primers were designed in genetic diversity by SSR markers. The result shows that each pair of SSR primer could be detected one to 17 alleles with an average of seven. A total of 298 alleles had been identified in all varieties. The value of genetic similarity (GS) varied from 0.486 to 0.781 with an average of 0.605. Based on GS,all the varieties had been divided into three categories and seven subclasses by clustering analysis.

Gansu; Winter wheat; Registered varieties; Agronomic traits; Genetic diversity

时间：2016-11-04

2016-04-27

2016-06-28

甘肃省农业科学院创新团队项目(2014GAAS06)

E-mail：zhxueting0225@163.com

杨文雄(E-mail：yang.w.x@263.net)

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)11-1464-10

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161104.0924.016.html