绿豆主要栽培品种农艺性状遗传多样性分析

陈文晋，赵存虎，贺小勇，孔庆全，张自强，陈文贺，杨 杰

（1.内蒙古自治区农牧业科学院植物保护研究所，内蒙古呼和浩特 010031；2.内蒙古自治区农牧业科学院特色作物研究所，内蒙古呼和浩特 010031；3.呼伦贝尔市农畜产品质量安全中心，内蒙古海拉尔 021008；4.丰镇市农牧和科技局，内蒙古丰镇 012199）

绿豆［Vigna radiata（L.）Wilczek］作为我国主要杂粮作物，主要种植在东北、华北、西北地区，黄淮河流域与长江下游也有种植。绿豆的生育期短，具有抗旱、耐瘠薄、适应性广、固氮养地[1-4]等特性，经济价值和药用价值均已得到人们的认可，在农业高效发展过程中具有不可替代的重要作用。目前，绿豆生产中主要存在品种退化、混杂和优良品种较少等问题，致使我国绿豆在国际市场上的竞争能力相对较弱，绿豆产业的发展受到了严重影响。因此，在绿豆育种工作中，亟须选育高产、稳产和适宜机械收获的新品种，以适应农业生产的需要。绿豆农艺性状的研究及遗传多样性分析是种质资源合理化利用和优良新品种选育的关键[5]。

近年来，国内绿豆研究人员开展了大量针对绿豆农艺性状的研究。刘兴叶等[6]研究得出，绿豆的荚粒数与产量的相关性最大；郑海泽等[7]利用农艺性状的遗传效应分析得出，绿豆的单株荚数、百粒重和荚粒数对单株产量有直接作用；杨勇等[8]分析得出，绿豆的主茎节数、百粒重及单株荚数对产量有最大的直接效应；侯小峰等[9]研究认为，绿豆的主茎分枝数、单荚粒数与产量的关联度较大。之前的研究是在不同地区对绿豆主要农艺性状及其产量进行的相关性分析，分析结果不尽相同，表明不同区域，产量相关因子对绿豆产量的作用不同。笔者利用差异性、多样性[10-12]、聚类分析[13-15]等方法，对参试的113 份绿豆品种的农艺性状及产量进行了调查分析，为合理利用优异资源、选育高产绿豆品种提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验所用材料均由内蒙古自治区农牧业科学院植物保护研究所食用豆课题组提供，试验材料的品种名称及来源地见表1。

1.2 试验设计

试验于2017—2018年在内蒙古自治区农牧业科学院试验地进行。该地位于北纬40°48′、东经111°48′，海拔1 051.5 m。试验年度平均温度5.6 ℃，全生育期降水量400 mm，日照时数3 000 h。试验地为水浇地，沙壤土，前茬作物为小麦，土壤肥力中等。试验采用随机区组设计，3 次重复，每小区4 行，行长6 m，行距0.5 m，株距10 cm。

1.3 性状调查

绿豆农艺性状的调查参考《绿豆种质资源描述规范和数据标准》[16]。植株成熟时田间取样，分别进行室内考种，调查株高、始荚高、单株有效分枝数、主茎节数、单株荚数、荚长、单荚粒数、粒色、茎色、种皮光泽、单株粒重、百粒重、产量、抗病性、抗倒伏性。统计分析的性状分为2 类：一类为质量性状，包括幼茎色、粒色、种皮光泽3 个性状；另一类为数量性状，包括株高、单株荚数、百粒重、产量、抗倒伏性、抗病性等12 个性状。抗病性指绿豆对晕疫病的抗性表现，并按照抗晕疫病病害分级标准鉴定抗病性。

抗病性：1=高抗（HR），3=耐（R），5=中耐（MR），7=弱耐（S），9=不耐（HS）。

抗倒伏性：1=强，2=中，3=弱。

幼茎色：1=绿，2=紫。

粒色：1=黄，2=绿，3=褐，4=蓝青，5=黑。

种皮光泽：1=光，2=毛。

1.4 数据处理及统计分析

试验数据采用Excel 2010 软件和SPSS 22.0 软件进行统计分析。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-Wiener信息指数[17]，计算公式为

H=-∑（PilnPi）

式中，Pi为某一性状第i 个级别出现的概率。

为了便于数量化和统计分析，将数量性状进行分级，质量性状予以赋值。在聚类过程中，种质间遗传距离为欧氏距离，聚类方法采用离差平方和法。

2 结果与分析

2.1 绿豆品种农艺性状遗传多样性分析

2.1.1 质量性状遗传多样性分析 由表2 可知，3 个质量性状中，幼茎色中紫色频率分布最高，为0.858；粒色中绿色频率分布最高，为0.699，其次为蓝青和黑色，仅苏绿3 号籽粒颜色为黄色；种皮光泽中光绿豆频率分布最高，为0.965。这表明供试品种中幼茎色以紫色为主，粒色以绿色为主，种皮光泽以光为主。

3 个质量性状的平均变异系数为25.930%。其中，粒色变异系数最高，为41.182%；其次为幼茎色，变异系数为18.760%；种皮光泽变异系数最低，为17.847%。3 个质量性状的平均遗传多样性指数为0.466。其中，粒色的遗传多样性指数最高，为0.837；其次为幼茎色，遗传多样性指数为0.408；种皮光泽遗传多样性指数最低，为0.153。

2.1.2 数量性状遗传多样性分析 由表3 可知，不同品种的数量性状表现出明显的差异。抗病性变异系数最高，为79.47%；抗倒伏性次之，为45.84%。始荚高变异系数为24.90%，变异幅度为13.02～44.85 cm；单株粒重的变异系数为23.29%，变异幅度为5.39～23.31 g；产量的变异系数为22.62%，变异幅度为1 050.00～4 558.33 kg/hm2；株高的变异系数为22.55%，变异幅度为38.15～97.00 cm；单株荚数的变异系数为22.20%，变异幅度为11.70～39.90 个；百粒重的变异系数为12.72%，变异幅度为3.94～8.20 g；荚长的变异系数为11.22%，变异幅度为6.91～12.47 cm；主茎节数的变异系数为10.73%，变异幅度为8.10～15.30 个；单株有效分枝数的变异系数为8.59%，变异幅度为4.11～6.50 个；单荚粒数的变异系数为7.82%，变异幅度为8.50～13.11 粒。数量性状中遗传多样性指数最高的性状是荚长，为1.417；其次是单荚粒数，为1.396；遗传多样性指数的排序为荚长＞单荚粒数＞单株有效分枝数＞单株荚数＞抗病性＞百粒重＞株高＞主茎节数＞单株粒重＞始荚高＞产量＞抗倒伏性。

表2 供试品种3 个质量性状的遗传多样性分析

表3 供试品种12 个数量性状的遗传多样性分析

从各性状的统计分析结果可以看出，参试的113份绿豆品种含有丰富的遗传背景，具有很大的改良潜力，能够为内蒙古绿豆新品种的选育，特别是生产中所需的高产、直立型品种提供优良的育种材料。

2.2 绿豆品种的聚类分析

采用Ward 系统聚类法对113 份参试绿豆品种进行了聚类分析，当欧式距离为7.1 时，绿豆品种可划分为3 大类群（图1），各类群的特征特性见表4。

第Ⅰ类群：包含41 份绿豆品种，幼茎色以紫色为主，绿色次之；粒色以绿色为主，其次为蓝青色，黄色和黑色均为1 份；种皮光泽全部为光，即光绿豆是此类群的种皮光泽的特异性特征。12 个数量性状中，株高和始荚高的平均值及变异系数均为3 个类群中最大的，分别为56.52 cm、26.12%和22.56 cm、29.83%；单株有效分枝数、单株荚数和单株粒重的变异系数均为3 个类群中最大的，分别为9.03%、22.05%和24.66%；荚长和产量的平均值均为3 个类群中最小的，分别为9.41 cm 和1 432.93 kg/hm2；百粒重的变异系数为11.91%，是3 个类群中最小的；单荚粒数的平均值为10.93 粒，是3 个类群中最小的，但变异系数为8.03%，是3 个类群中最大的；抗倒伏性以强为主，中次之，弱最少；抗病性高抗16 份、耐15 份、中耐7 份、不耐2 份、弱耐1 份。综合以上性状可知，此类群具有丰富的幼茎色、粒色，黄色籽粒是该类群特有的粒色特征；具有较高的株高和始荚高的特征，可作为选育适宜机械化收获的种质资源。

表4 绿豆品种各类群农艺性状特征特性

第Ⅱ类群：包含43 份绿豆品种，幼茎色以紫色为主，绿色幼茎仅2 份；粒色以绿色为主，蓝青色7 份、黑色6 份；种皮光泽以光为主，毛绿豆仅2 份。12 个数量性状中，荚长和百粒重的平均值及变异系数均为3 个类群中最大的，分别为9.80 cm、11.40%和6.41 g、13.51%；株高、始荚高、单株有效分枝数和单株粒重均为3 个类群中最小的，分别为54.11 cm、19.31%，20.77 cm、16.62%，5.28 个、8.21%和11.36 g、21.58%；主茎节数的平均值11.30 个，是3 个类群中最小的，但变异系数为11.49%，是3 个类群中最大的；单株荚数的平均值为22.87 个，是3 个类群中最小的；产量的变异系数为4.65%，是3 个类群中最小的；抗倒伏性以强为主，中和弱均为2 份；抗病性以高抗为主，中耐7 份、耐6 份、弱耐5 份、不耐2 份。综合各性状可以看出，此类群属于矮秆、长荚、大粒型，但丰产性低。

第Ⅲ类群：包含29 份绿豆品种，幼茎色全部为紫色，即紫色幼茎是此类群的主要特征；粒色以绿色为主，其次是蓝青，黑色最少；种皮光泽以光为主，毛绿豆仅2 份。12 个数量性状中产量的变异系数是3 个类群中最大的，为20.98%，产量平均值为2 229.60 kg/hm2；主茎节数、单株荚数和单荚粒数的平均值均为3 个类群中最大，分别为11.70 个、26.54 个和11.38 粒，但变异系数最小，分别为9.45%、21.07%和7.07%；单株有效分枝数和单株粒重的平均值是3 个类群中最大的，分别为5.49 个和13.05 g，变异系数分别为8.38%、21.75%；荚长的变异系数为10.67%，是3 个类群中最小的，平均值为9.75 cm；百粒重的平均值为6.07 g，是3 个类群中最小的，变异系数为12.44%；抗倒伏性以强为主，弱次之，中等抗倒伏性最少；抗病性以高抗为主，耐6 份、中耐5 份、不耐2 份、弱耐1 份。综合上述性状可知，该类群属于高产类群，此类可作为品种选育的幼茎色特异性材料。

3 结论与讨论

种质资源的遗传多样性是品种选育工作的基础。通过深度挖掘绿豆优质种质资源的遗传信息和遗传背景，为今后内蒙古绿豆选育工作提供优异资源。作物种质资源研究的两个基本方法就是对农艺性状进行鉴定和描述，因此，使用不同分析方法对现有资源进行综合评价，是提高种质资源利用效率的有效途径[18]。

本试验对113 份参试绿豆品种的15 个农艺性状进行分析，结果表明，供试材料具有丰富的遗传变异信息，在3 个质量性状中种皮光泽的变异系数和遗传多样性指数均表现为最低；粒色的变异系数和遗传多样性指数均表现为最高；在15 个农艺性状中单荚粒数的变异系数最低，产量的遗传多样性指数最低；抗病性的变异系数最高，荚长的遗传多样性指数最高。数量性状的遗传多样性指数高于质量性状，表明本试验中供试材料的数量性状的遗传多样性较质量性状更丰富，这与任红晓等[19]的研究结果一致。郭鹏燕等[20]在对不同地理来源的绿豆进行农艺性状遗传多样性的研究中，得出百粒重、单株荚数、荚宽可以成为综合评价绿豆品种的代表性指标的结论。高运青等[21]研究认为，筛选出一些具有优异性状和特异性状的材料可作为遗传资源应用在育种和示范推广的工作中，这与本试验目的相同。本试验将参试的113 份绿豆品种分为3 个类群：第Ⅰ类群具有高秆、抗倒伏性强的特点，可作为选育适宜机械化收获的育种材料，其中，苏绿3 号株高和始荚高均较高，在内蒙古种植抗倒伏性较弱，但其特有粒色（黄绿色）可作为特异种质资源保存；第Ⅱ类群虽然丰产性较低，但可作为选育矮秆、大粒型的特异性资源的材料，其中，吉绿6 号为大籽粒品种代表，0506 反黑-1-5-2-1、渝黑绿4 号、黑珍珠等粒色为黑色的特异性资源；第Ⅲ类群属于高产类群，可作为品种选育的幼茎色特异性材料，其中，吉绿8 号、冀绿2 号、白绿11 号等高产品种在株高、产量等方面均适宜内蒙古种植。

本试验中供试品种表现出丰富的遗传多样性，与品种遗传背景不同及在不同地域种植性状表现不同有关，这与任红晓等[22]对我国传统名优绿豆种质资源进行表型性状形态多样性研究结果相近，认为名优绿豆种质资源间遗传背景与其地理分布具有相关性。本试验通过对绿豆种质资源不同农艺性状的分析，为内蒙古绿豆育种提供了丰富的原始材料。