青海高原小麦杂交后代群体中农艺和种子性状的遗传变异分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0324

中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (27): 11-20.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0324

青海高原小麦杂交后代群体中农艺和种子性状的遗传变异分析

刘树凤¹(), 沈吉成²^,³, 杨有来¹, 刘瑞娟²^,³, 陈文杰²^,³, 刘德梅²^,³()

¹ 青海省互助县农业推广中心，青海海东 810599
² 中国科学院高原生物适应与进化重点实验室/中国科学院西北高原生物研究所/中国科学院种子创新研究院，西宁 810008
³ 青海省作物分子育种重点实验室，西宁 810008

收稿日期:2025-04-30 修回日期:2025-06-15 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-10-07
通讯作者:
刘德梅，女，1983年出生，青海贵德人，副研究员，研究生，博士，主要从事小麦分子育种。通信地址：810008青海省西宁市新宁路27号，中国科学院西北高原生物研究所，Tel：0971-6143530，E-mail：liudm@nwipb.cas.cn。
作者简介:
刘树凤，女，1972年出生，青海互助人，本科，学士，主要从事小麦育种。通信地址：810599 青海省互助县威远镇北大街15号，青海省互助县农业推广中心，Tel：0972-8322164，E-mail：414569617@QQ.com。
基金资助:
青海省应用基础研究项目“青海高原春小麦条锈病成株抗性基因的聚合分析”(2022-ZJ-737)

Alien-Derived Progeny Populations of Wheat from Qinghai Plateau: Genetic Variation Analysis of Agronomic and Seed Traits

LIU Shufeng¹(), SHEN Jicheng²^,³, YANG Youlai¹, LIU Ruijuan²^,³, CHEN Wenjie²^,³, LIU Demei²^,³()

¹ Agricultural Extension Center of Huzhu County, Qinghai Province, Haidong, Qinghai 810599
² The Key Laboratory of Plateau Biological Adaptation and Evolution, Chinese Academy of Sciences/Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008
³ The Key Laboratory of Crop Molecular Breeding in Qinghai Province, Northwest Institute of Plateau Biology, Xining 810008

Received:2025-04-30 Revised:2025-06-15 Published:2025-09-25 Online:2025-10-07

摘要/Abstract

摘要：

为改良青海高原小麦抗病性与产量，以主栽品种‘高原448’为母本、CIMMYT抗病种质‘Mucuy’为父本构建F₄遗传群体。系统分析145个家系表明：农艺性状变异丰富，株高、分蘖数、穗长、小穗数和穗粒数变异系数分别为11.67%、54.09%、14.74%、11.58%和27.14%；籽粒性状中粒面积与周长变异达24.54%和9.39%。相关性分析揭示穗粒数与籽粒大小（面积r=0.55、周长r=0.57）及小穗数(r=0.37)呈极显著正相关(P<0.01)。主成分分析提取4个主成分（累计贡献率83.117%），其中粒形态指标贡献率46.824%。基于综合隶属函数值筛选出25份优系（综合指数>5.0），结合田间条锈病成株期抗性鉴定，选育出7份兼具‘高原448’高产穗构型（小穗数>16个，穗粒数>44粒）与‘Mucuy’抗病特性的优良品系，本研究为青海小麦抗病高产育种提供新种质和理论支撑。

关键词: 青海高原小麦, CIMMYT春小麦, 高原448, 农艺性状, 籽粒性状, 遗传变异, 优良家系筛选, 综合权重分析

Abstract:

To improve disease resistance and yield of spring wheat in the Qinghai Plateau, an F₄ population was constructed using the elite local cultivar 'Gaoyuan 448' as the female parent and the CIMMYT disease-resistant germplasm 'Mucuy' as the male parent. Systematic analysis of 145 families revealed abundant variation in agronomic traits, with coefficients of variation for plant height, tiller number, spike length, spikelet number per spike, and grain number per spike being 11.67%, 54.09%, 14.74%, 11.58%, and 27.14%, respectively; among grain traits, grain area and perimeter showed variations of 24.54% and 9.39%. Correlation analysis indicated highly significant positive correlations (P<0.01) between grain number per spike and grain size traits (area r=0.55, perimeter r=0.57) as well as spikelet number (r=0.37). Principal component analysis extracted four principal components (cumulative contribution rate 83.117%), with grain morphology indicators contributing 46.824%. Based on comprehensive membership function values, 25 elite lines (comprehensive index >5.0) were selected, combining field evaluation for adult-plant resistance to stripe rust, seven lines were developed that integrate the high-yield spike architecture of 'Gaoyuan 448' (with >16 spikelets per spike and >44 grains per spike) and the disease resistance characteristics of 'Mucuy'. This study provides novel germplasm resources and theoretical support for breeding disease-resistant and high-yielding wheat cultivars in Qinghai.

Key words: Qinghai Plateau wheat, CIMMYT spring wheat, 'Gaoyuan 448', agronomic traits, grain traits, genetic variation, superior line selection, comprehensive trait weighting analysis

刘树凤, 沈吉成, 杨有来, 刘瑞娟, 陈文杰, 刘德梅. 青海高原小麦杂交后代群体中农艺和种子性状的遗传变异分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(27): 11-20.

LIU Shufeng, SHEN Jicheng, YANG Youlai, LIU Ruijuan, CHEN Wenjie, LIU Demei. Alien-Derived Progeny Populations of Wheat from Qinghai Plateau: Genetic Variation Analysis of Agronomic and Seed Traits[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(27): 11-20.

图/表 9

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性状	平均值	变异范围	方差	变异系数/%
株高/cm	84.39	59.33~118.88	97.03	11.67
分蘖数/个	1.61	1.00~6.50	0.75	54.09
穗长/cm	13.41	9.67~21.00	3.91	14.74
小穗数/个	17.15	8.00~22.00	3.94	11.58
穗粒数/个	57.79	2.00~97.00	245.99	27.14
粒面积/mm²	10.66	3.11~17.77	6.85	24.54
粒周长/mm	14.26	8.80~17.17	1.79	9.39
长宽比	2.13	1.60~2.69	0.03	8.17
粒长/mm	5.45	3.29~6.83	0.35	10.89
粒宽/mm	2.65	1.15~3.54	0.13	13.85

性状	平均值	变异范围	方差	变异系数/%
株高/cm	84.39	59.33~118.88	97.03	11.67
分蘖数/个	1.61	1.00~6.50	0.75	54.09
穗长/cm	13.41	9.67~21.00	3.91	14.74
小穗数/个	17.15	8.00~22.00	3.94	11.58
穗粒数/个	57.79	2.00~97.00	245.99	27.14
粒面积/mm²	10.66	3.11~17.77	6.85	24.54
粒周长/mm	14.26	8.80~17.17	1.79	9.39
长宽比	2.13	1.60~2.69	0.03	8.17
粒长/mm	5.45	3.29~6.83	0.35	10.89
粒宽/mm	2.65	1.15~3.54	0.13	13.85

Traits	PH	TN	SL	SN	SGN	GN	GC	L/W	GL	GW
PH	1
TN	0.263^**	1
SL	0	0	1
SN	0	0	0.434^**	1
SGN	0.242^**	0	0.219^**	0.370^**	1
GN	0.217^*	0	0.295^**	0.242^**	0.547^**	1
GC	0.203^*	0	0.328^**	0.256^**	0.568^**	0.945^**	1
L/W	-0.353^**	0	0	0	-0.246^**	-0.469^**	-0.333^**	1
GL	0	0	0.346^**	0.239^**	0.538^**	0.931^**	0.957^**	0	1
GW	0.296^**	0	0.229^**	0.223^*	0.526^	0.954^**	0.896^**	-0.691^**	0.808^**	1

Traits	PH	TN	SL	SN	SGN	GN	GC	L/W	GL	GW
PH	1
TN	0.263^**	1
SL	0	0	1
SN	0	0	0.434^**	1
SGN	0.242^**	0	0.219^**	0.370^**	1
GN	0.217^*	0	0.295^**	0.242^**	0.547^**	1
GC	0.203^*	0	0.328^**	0.256^**	0.568^**	0.945^**	1
L/W	-0.353^**	0	0	0	-0.246^**	-0.469^**	-0.333^**	1
GL	0	0	0.346^**	0.239^**	0.538^**	0.931^**	0.957^**	0	1
GW	0.296^**	0	0.229^**	0.223^*	0.526^	0.954^**	0.896^**	-0.691^**	0.808^**	1

成分	初始特征值			提取平方和载入
成分	总计	方差百分比	累积/%	总计	方差百分比	累积/%
1	4.682	46.824	46.824	4.682	46.824	46.824
2	1.378	13.784	60.608	1.378	13.784	60.608
3	1.225	12.254	72.862	1.225	12.254	72.862
4	1.025	10.254	83.117	1.025	10.254	83.117
5	0.696	6.964	90.08
6	0.531	5.309	95.389
7	0.407	4.071	99.46
8	0.046	0.463	99.923
9	0.005	0.048	99.971
10	0.003	0.029	100

青海高原小麦杂交后代群体中农艺和种子性状的遗传变异分析

Alien-Derived Progeny Populations of Wheat from Qinghai Plateau: Genetic Variation Analysis of Agronomic and Seed Traits

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性状	载荷矩阵				权重
性状	第一主成分	第二主成分	第三主成分	第四主成分	权重
株高/cm	0.272	0.814	0.062	0.011	0.005
分蘖数/个	-0.118	0.547	0.379	0.63	0.261
穗长/cm	0.462	-0.203	0.639	-0.053	0.022
小穗数/个	0.437	-0.015	0.626	-0.49	0.203
穗粒数/个	0.633	0.176	0.223	-0.095	0.039
面积均值/mm²	0.962	-0.086	-0.159	0.138	0.057
周长均值/mm	0.94	-0.178	-0.081	0.204	0.084
长/宽均值	-0.519	-0.481	0.372	0.456	0.189
长均值/mm	0.893	-0.263	-0.036	0.328	0.136
宽均值/mm	0.957	0.07	-0.238	-0.012	0.005

家系编号	芒性	株高/cm	分蘖数/个	穗长/cm	小穗数/个	穗粒数/个	粒面积 /mm²	粒周长/mm	长/宽	粒长/mm	粒宽/mm	综合指数
3025-3	1	82±6.56	2.3±1.15	15.6±0.58	17.36±1	56±5.20	8.30±2.36	13.48±1.52	2.48	5.29±0.65	2.19±0.41	0.52
3025-19	1	73±3.61	1.3±0.58	16±2.15	17±1	60±10.54	12.36±3.39	15.25±1.97	2.29	6.12±0.76	2.72±0.49	0.50
3025-24	1	100±11.02	3±0.25	16±1.56	21±21	88±12.53	14.51±5.50	16.2±2.86	2.04	6.3±1.08	3.18±0.78	0.62
3025-34	0	67.6±12.22	1.6±1.15	12.6±3.79	16±2	59.3±4.51	12.56±2.82	15.31±1.59	2.31	6.16±0.61	2.75±0.44	0.50
3025-35	1	80±6.36	2±1.25	13±3.45	18±1.4	66±15.26	11.53±3.27	14.48±1.67	2.35	5.87±0.56	2.57±0.52	0.54
3025-42	1	85±5.23	1±1.25	12±4.36	14±2	44±16.35	12.88±2.65	15.93±1.60	2.39	6.48±0.54	2.75±0.41	0.59
3025-44	1	94.5±3.54	3±0	16±2.83	19±2.83	76±16.97	11.49±3.52	14.68±2.02	2.18	5.74±0.74	2.71±0.54	0.57
3025-45	1	94±11.31	2.5±0.71	17±0	19±0	81.5±3.54	12.87±3.36	15.43±1.95	2.12	5.97±0.73	2.92±0.52	0.56
3025-47	1	88.83±6.11	1.6±1.21	14.08±1.02	19.17±1.6	72.5±14.39	11.95±3.42	15.06±2.04	2.12	5.81±0.72	2.82±0.56	0.50
3025-53	1	90.5±8.41	1±0	20±1.10	19.67±2.3	80±17.67	13.51±3.89	16.13±2.32	2.01	6.04±0.79	3.08±0.58	0.50
3025-55	0	80±7.35	1.8±1.60	15.17±2.14	17.8±1.17	82.5±6.95	13.35±3.31	15.79±1.82	2.16	6.14±0.61	2.92±0.50	0.53
3025-56	1	89±5.62	1±1.15	21±4.56	21±3.21	73±15.63	14.18±3.49	17.17±2.49	1.99	6.27±0.64	3.21±0.48	0.53
3025-87	1	97.75±5.56	2±0.82	14.75±1.71	17.25±0.96	68.75±18.84	11.7±3.31	15.20±1.98	2.18	5.83±0.68	2.77±0.54	0.50
3025-112	1	78±7.63	1±0	15±1.25	22±3.24	97±20.13	17.77±3.64	16.9±1.61	1.88	6.61±0.56	3.54±0.47	0.55
3025-116	0	82±5.36	1±0	13±2.36	18±2.56	80±10.67	13.56±2.60	15.78±1.59	2.20	6.31±0.58	2.9±0.39	0.51
3025-121	1	71±5.69	1±0	13±1.38	17±1.58	79±12.25	11.79±3.03	15.29±1.54	2.35	6.04±0.64	2.64±0.46	0.50
3025-129	0	71.8±11.71	3.2±3.83	11.4±2.07	16.6±2.61	55.2±15.02	9.17±3.24	13.75±2.00	2.37	5.4±0.79	2.33±0.52	0.53
3025-130	0	85.8±8.61	1±0	14.6±1.14	18.2±1.30	62.4±25.70	13.26±3.86	15.37±1.99	2.29	6.20±0.69	2.80±0.58	0.51
3025-133	1	89±6.36	1±0	15±1.54	20±2.25	79.19±13.25	16.13±2.94	16.26±1.37	1.94	6.39±0.50	3.33±0.45	0.50
3025-139	0	78±4.35	1±0	15±2.15	19±2.36	78.23±11.25	14.06±3.24	15.82±1.81	2.21	6.36±0.69	2.92±0.49	0.53
3025-146	0	70±5.63	1±0	19±1.71	19±2.56	57.36±11.23	12.11±3.31	15.23±1.75	2.24	5.97±0.60	2.73±0.53	0.51
3025-160	0	106±5.69	6±3.35	12±2.15	20±4.02	73.25±10.25	12.7±3.08	15.32±1.74	2.08	5.93±0.60	2.91±0.49	0.70
3025-161	0	91±4.35	2±1.15	12±0.58	19±1.25	74.21±6.25	13.26±2.88	15.24±1.41	2.03	5.95±0.53	3±0.45	0.50
3025-165	0	88±8.49	3±1.41	13±0	18±1.4	61.03±5.66	11.63±3.27	14.77±1.71	2.13	5.7±0.62	2.755±0.53	0.53
3025-166	1	90.5±6.40	6.5±3.70	13.5±1.29	15.5±1	49.5±6.81	8.93±2.74	13.14±1.76	2.19	5.06±0.66	2.395±0.49	0.60

家系编号	严重度	反应型	家系号	严重度	反应型	家系号	严重度	反应型
高原448	90	S	3025-45	80	S	3025-129	100	S
Mucuy	0	R	3025-47	10	MR	3025-130	20	MS
3205-3	100	S	3025-53	90	S	3025-133	10	MR
3025-19	50	MS	3025-55	60	MS	3025-139	90	S
3025-24	70	MS	3025-56	5	MR	3025-146	70	MS
3025-34	10	MR	3025-87	30	MS	3025-160	20	MS
3025-35	30	MS	3025-112	0	R	3025-161	10	MR
3025-42	60	MS	3025-116	10	MR	3025-165	20	MS
3025-44	100	S	3025-121	10	MR	3025-166	30	MS

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