中国野生老芒麦形态多样性研究与种质利用潜力分析

doi:10.11686/cyxb2022132

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (3): 67-79.DOI: 10.11686/cyxb2022132

中国野生老芒麦形态多样性研究与种质利用潜力分析

李春艳¹^,²(), 王艳²(), 李欣瑞¹^,³(), 李英主¹, 李明峰¹^,², 陈丽丽¹, 雷雄¹, 闫利军¹, 游明鸿¹, 季晓菲¹, 张昌兵¹, 吴婍¹, 苟文龙¹, 李达旭¹(), 鄢家俊¹(), 白史且¹()

^1.四川省草原科学研究院，四川成都 611743
^2.西南民族大学青藏高原研究院，四川成都 610041
^3.四川农业大学草业科技学院，四川成都 611130

收稿日期:2022-03-25 修回日期:2022-05-30 出版日期:2023-03-20 发布日期:2022-12-30
通讯作者: 李达旭,鄢家俊,白史且
作者简介:E-mail： baishiqie@126.com
E-mail： 51037529@qq.com
E-mail： ldx136@163.com
李春艳（1996-），女，云南昭通人，在读硕士。 E-mail： lichunyan961028@163.com
王艳（1991-），女，甘肃白银人，硕士。E-mail： 2998378084@qq.com
李欣瑞（1996-），男，内蒙古呼伦贝尔人，在读博士。E-mail： 810106355@qq.com。第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
四川省“十四五”饲草育种攻关-高寒牧区多用途牧草新品种选育及配套技术研究(2021YFYZ0013-2);四川省重点研发项目-抗逆生态型草新品种选育、退化草地治理技术研究与示范(2019YFN0170);国家种质资源红原观测实验站(NAES020GR04)

Morphological diversity and germplasm utilization potential of wild Elymus sibiricus

Chun-yan LI¹^,²(), Yan WANG²(), Xin-rui LI¹^,³(), Ying-zhu LI¹, Ming-feng LI¹^,², Li-li CHEN¹, Xiong LEI¹, Li-jun YAN¹, Ming-hong YOU¹, Xiao-fei JI¹, Chang-bing ZHANG¹, Qi WU¹, Wen-long GOU¹, Da-xu LI¹(), Jia-jun YAN¹(), Shi-qie BAI¹()

^1.Sichuan Academy of Grassland Sciences，Chengdu 611743，China
^2.Institute of Qinghai-Tibetan Plateau，Southwest Minzu University，Chengdu 610041，China
^3.College of Grassland Science and Technology，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China

Received:2022-03-25 Revised:2022-05-30 Online:2023-03-20 Published:2022-12-30
Contact: Da-xu LI,Jia-jun YAN,Shi-qie BAI

摘要/Abstract

摘要：

为揭示野生老芒麦形态变异特征和遗传背景，对我国野生老芒麦主要分布区域不同生态类型的104个居群520份野生老芒麦种质进行了23个形态指标测定和遗传多样性分析。结果表明：不同生境老芒麦材料的形态特征存在显著差异，数量性状变异系数为9.49%~49.56%；聚类分析将104个居群分为具有各自明显特征和开发利用潜力的4类；形态特征与地理环境因子的相关性分析发现，野生老芒麦抽穗早晚及茎秆叶鞘基部小刺等特殊性状与其海拔呈显著相关；主成分分析发现，株高、抽穗、茎节数、单株干鲜重、旗叶长宽等指标代表了老芒麦67.79%形态多样性，是造成老芒麦形态特征变异的主要因素，可作为老芒麦形态分化的重要参考指标。

关键词: 老芒麦, 形态多样性, 聚类分析, 主成分分析

Abstract:

This study investigated the morphological variation exhibited among， and genetic background of 104 wild populations of Elymus sibiricus. Data were collected on 23 morphological indexes and genetic diversity of 520 wild E. sibiricus from the 104 populations， representing different ecological types in the main distribution areas of wild E. sibiricus in China. Significant differences were found in morphological characteristics of E. sibiricus germplasm in different habitats， and the coefficient of variation for quantitative characters ranged from 9.49% to 49.56%. Results of a cluster analysis indicated that the 104 populations could be grouped into four categories with distinct morphological characteristics and development and utilization potential. Correlation analysis showed that some particular traits such as heading， plant height and flag leaf length of wild E. sibiricus were significantly correlated with altitude. Furthermore， a principal component analysis showed that five traits （plant height， heading or not， number of stem nodes， dry and fresh weight per plant， flag leaf length and width） accounted for 67.79% of the morphological diversity of E. sibiricus， and these traits were the main the main sources of morphological variation in E. sibiricus and could be used as an important reference index of morphological variation in E. sibiricus.

Key words: Elymus sibiricus, morphological diversity, cluster analysis, principal component analysis

李春艳, 王艳, 李欣瑞, 李英主, 李明峰, 陈丽丽, 雷雄, 闫利军, 游明鸿, 季晓菲, 张昌兵, 吴婍, 苟文龙, 李达旭, 鄢家俊, 白史且. 中国野生老芒麦形态多样性研究与种质利用潜力分析[J]. 草业学报, 2023, 32(3): 67-79.

Chun-yan LI, Yan WANG, Xin-rui LI, Ying-zhu LI, Ming-feng LI, Li-li CHEN, Xiong LEI, Li-jun YAN, Ming-hong YOU, Xiao-fei JI, Chang-bing ZHANG, Qi WU, Wen-long GOU, Da-xu LI, Jia-jun YAN, Shi-qie BAI. Morphological diversity and germplasm utilization potential of wild Elymus sibiricus[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(3): 67-79.

图/表 9

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性状 Traits	最大值 Maximum	最小值 Minimum	均值 Mean	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficient of variation（%）	香农-维纳多样性指数Shannon-Wiener diversity index （H）
株高Plant height （cm）	124.0	8.9	69.4	29.4	42.31	1.907
旗叶长Flag leaf length （cm）	24.5	9.8	18.2	2.8	15.35	2.079
旗叶宽Flag leaf width （cm）	1.4	0.6	1.1	0.1	14.67	2.029
倒二叶长Penultimate leaf length （cm）	27.0	12.3	20.4	2.5	12.19	1.966
倒二叶宽Penultimate leaf width （cm）	1.5	0.6	1.0	0.2	16.84	2.014
分蘖数Number of tillers	628.4	129.5	310.0	106.2	34.25	1.971
茎节数Number of stem nodes	5.0	1.0	3.5	1.0	31.41	1.811
单株穗数Panicle number per hill	264.2	19.0	132.2	65.5	49.56	1.924
穗长Panicle length （cm）	30.1	16.2	25.5	2.4	9.49	1.807
穗宽Panicle width （cm）	2.3	0.6	1.2	3.9	31.78	1.807
小穗数Panicle number	72.0	29.8	56.1	8.6	15.27	2.035
芒长Awn length （mm）	23.6	10.8	15.5	2.3	14.98	1.893
茎粗Stem diameter （mm）	4.6	2.5	3.5	0.3	9.77	2.039
单株干重Single plant dry weight （g）	943.3	89.3	427.8	184.8	43.21	2.038
单株鲜重Single plant fresh weight （g）	446.7	35.9	210.2	101.5	48.28	2.084
植株被粉Leaves with powder	1.0	0.0	0.7	0.4	53.52	1.421
锈病Rust disease	2.0	0.0	1.5	0.5	33.10	1.828
叶片被毛Leaves with tomentum	2.0	0.0	0.9	0.7	76.14	1.870
叶色Leaf color	3.6	1.0	2.6	0.5	20.00	1.895
茎秆叶鞘小刺Stem leaf sheaths small spines	1.0	0.0	0.1	0.2	36.35	0.450
穗色Panicle color	4.8	0.6	2.8	0.9	34.53	1.800
茎秆基部叶鞘有无绒毛Leaf sheaths at the base of the stalk with or without tomentum	1.0	0.0	0.4	0.4	97.44	1.626
抽穗Heading	1.0	0.0	0.8	0.4	51.90	0.516
总计Total						1.774

性状 Traits	最大值 Maximum	最小值 Minimum	均值 Mean	标准差 Standard deviation	变异系数 Coefficient of variation（%）	香农-维纳多样性指数Shannon-Wiener diversity index （H）
株高Plant height （cm）	124.0	8.9	69.4	29.4	42.31	1.907
旗叶长Flag leaf length （cm）	24.5	9.8	18.2	2.8	15.35	2.079
旗叶宽Flag leaf width （cm）	1.4	0.6	1.1	0.1	14.67	2.029
倒二叶长Penultimate leaf length （cm）	27.0	12.3	20.4	2.5	12.19	1.966
倒二叶宽Penultimate leaf width （cm）	1.5	0.6	1.0	0.2	16.84	2.014
分蘖数Number of tillers	628.4	129.5	310.0	106.2	34.25	1.971
茎节数Number of stem nodes	5.0	1.0	3.5	1.0	31.41	1.811
单株穗数Panicle number per hill	264.2	19.0	132.2	65.5	49.56	1.924
穗长Panicle length （cm）	30.1	16.2	25.5	2.4	9.49	1.807
穗宽Panicle width （cm）	2.3	0.6	1.2	3.9	31.78	1.807
小穗数Panicle number	72.0	29.8	56.1	8.6	15.27	2.035
芒长Awn length （mm）	23.6	10.8	15.5	2.3	14.98	1.893
茎粗Stem diameter （mm）	4.6	2.5	3.5	0.3	9.77	2.039
单株干重Single plant dry weight （g）	943.3	89.3	427.8	184.8	43.21	2.038
单株鲜重Single plant fresh weight （g）	446.7	35.9	210.2	101.5	48.28	2.084
植株被粉Leaves with powder	1.0	0.0	0.7	0.4	53.52	1.421
锈病Rust disease	2.0	0.0	1.5	0.5	33.10	1.828
叶片被毛Leaves with tomentum	2.0	0.0	0.9	0.7	76.14	1.870
叶色Leaf color	3.6	1.0	2.6	0.5	20.00	1.895
茎秆叶鞘小刺Stem leaf sheaths small spines	1.0	0.0	0.1	0.2	36.35	0.450
穗色Panicle color	4.8	0.6	2.8	0.9	34.53	1.800
茎秆基部叶鞘有无绒毛Leaf sheaths at the base of the stalk with or without tomentum	1.0	0.0	0.4	0.4	97.44	1.626
抽穗Heading	1.0	0.0	0.8	0.4	51.90	0.516
总计Total						1.774

区域 Area	香农-维纳多样性指数Shannon wiener diversity index （H）
区域 Area	X₁	X₂	X₃	X₄	X₅	X₆	X₇	X₈	X₉	X₁₀	X₁₁	X₁₂	X₁₃	X₁₄	X₁₅	X₁₆	X₁₇	X₁₈	X₁₉	X₂₀	X₂₁	X₂₂	X₂₃	*
东北地区Northeast China	1.311	1.294	1.096	1.030	1.162	1.166	0.694	1.117	1.107	1.166	1.339	1.079	0.638	1.013	1.100	0.050	0.373	0.753	0.385	0.000	0.733	0.000	0.285	0.821
华北地区Northern China	1.305	1.236	1.077	1.031	1.022	1.225	0.597	1.168	1.145	1.293	1.450	1.134	0.708	0.976	1.008	0.208	0.415	0.547	0.459	0.083	0.652	0.052	0.292	0.830
西北地区Northwest China	1.277	1.244	1.059	1.069	1.025	1.219	0.561	1.118	1.120	1.189	1.312	1.041	0.706	1.044	1.078	0.110	0.309	0.643	0.421	0.007	0.691	0.006	0.285	0.806
青藏高原地区Qinghai-Tibetan plateau area	1.313	1.219	1.072	1.002	1.039	1.220	0.576	1.182	1.181	1.319	1.413	1.135	0.709	1.043	1.078	0.150	0.360	0.669	0.471	0.052	0.758	0.059	0.315	0.841
总计Total																								0.824

区域 Area	香农-维纳多样性指数Shannon wiener diversity index （H）
区域 Area	X₁	X₂	X₃	X₄	X₅	X₆	X₇	X₈	X₉	X₁₀	X₁₁	X₁₂	X₁₃	X₁₄	X₁₅	X₁₆	X₁₇	X₁₈	X₁₉	X₂₀	X₂₁	X₂₂	X₂₃	*
东北地区Northeast China	1.311	1.294	1.096	1.030	1.162	1.166	0.694	1.117	1.107	1.166	1.339	1.079	0.638	1.013	1.100	0.050	0.373	0.753	0.385	0.000	0.733	0.000	0.285	0.821
华北地区Northern China	1.305	1.236	1.077	1.031	1.022	1.225	0.597	1.168	1.145	1.293	1.450	1.134	0.708	0.976	1.008	0.208	0.415	0.547	0.459	0.083	0.652	0.052	0.292	0.830
西北地区Northwest China	1.277	1.244	1.059	1.069	1.025	1.219	0.561	1.118	1.120	1.189	1.312	1.041	0.706	1.044	1.078	0.110	0.309	0.643	0.421	0.007	0.691	0.006	0.285	0.806
青藏高原地区Qinghai-Tibetan plateau area	1.313	1.219	1.072	1.002	1.039	1.220	0.576	1.182	1.181	1.319	1.413	1.135	0.709	1.043	1.078	0.150	0.360	0.669	0.471	0.052	0.758	0.059	0.315	0.841
总计Total																								0.824

抽穗特性 Heading characteristics	编号 No.	居群名称 Population name	来源地 Source	海拔 Altitude （m）	编号 No.	居群名称 Population name	来源地 Source	海拔 Altitude （m）
抽穗期早 Early heading stage	1	SAG-GS18001	甘肃Gansu	2550	18	SAG-SC18012	四川Sichuan	3571
	2	SAG-GS18002	甘肃Gansu	2550	19	SAG-SC18013	四川Sichuan	3261
	3	SAG-GS18003	甘肃Gansu	2770	20	SAG-SC18015	四川Sichuan	3061
	4	SAG-GS18011	甘肃Gansu	3010	21	SAG-XJ18001	新疆Xinjiang	2376
	5	SAG-GS18012	甘肃Gansu	3380	22	SAG-XJ18002	新疆Xinjiang	2237
	6	SAG-QH18003	青海Qinghai	3640	23	SAG-XJ18003	新疆Xinjiang	2038
	7	SAG-QH18015	青海Qinghai	3310	24	SAG-XJ18016	新疆Xinjiang	1171
	8	SAG-QH18016	青海Qinghai	3270	25	SAG-XJ18025	新疆Xinjiang	1465
	9	SAG-SC18002	四川Sichuan	3343	26	SAG-XJ18026	新疆Xinjiang	1417
	10	SAG-SC18003	四川Sichuan	3325	27	SAG-XZ18002	西藏Xizang	3909
	11	SAG-SC18004	四川Sichuan	3335	28	SAG-XZ18004	西藏Xizang	4118
	12	SAG-SC18006	四川Sichuan	2951	29	SAG-XZ18005	西藏Xizang	3969
	13	SAG-SC18007	四川Sichuan	3224	30	SAG-XZ18006	西藏Xizang	3646
	14	SAG-SC18008	四川Sichuan	2831	31	SAG-XZ18007	西藏Xizang	4025
	15	SAG-SC18009	四川Sichuan	2816	32	SAG-XZ18014	西藏Xizang	3786
	16	SAG-SC18010	四川Sichuan	2677	33	SAG-XZ18015	西藏Xizang	3340
	17	SAG-SC18011	四川Sichuan	2792	34	SAG-XZ18018	西藏Xizang	3736
抽穗期晚 Late heading stage	1	SAG-HB18001	河北Hebei	1394	25	SAG-NM18035	内蒙古Inner Mongolia	1340
	2	SAG-HB18002	河北Hebei	1427	26	SAG-NM18038	内蒙古Inner Mongolia	1306
	3	SAG-HB18003	河北Hebei	1369	27	SAG-NM18041	内蒙古Inner Mongolia	1277
	4	SAG-HB18004	河北Hebei	1371	28	SAG-NM18042	内蒙古Inner Mongolia	1515
	5	SAG-HB18005	河北Hebei	1413	29	SAG-NM18043	内蒙古Inner Mongolia	1683
	6	SAG-HB18006	河北Hebei	1434	30	SAG-NM18046	内蒙古Inner Mongolia	1677
	7	SAG-HB18007	河北Hebei	1494	31	SAG-NM18050	内蒙古Inner Mongolia	1214
	8	SAG-HB18008	河北Hebei	1490	32	SAG-XJ18004	新疆Xinjiang	1877
	9	SAG-HB18009	河北Hebei	1479	33	SAG-XJ18005	新疆Xinjiang	1837
	10	SAG-HB18010	河北Hebei	1487	34	SAG-XJ18007	新疆Xinjiang	1841
	11	SAG-HB18011	河北Hebei	1633	35	SAG-XJ18010	新疆Xinjiang	1169
	12	SAG-HB18012	河北Hebei	1671	36	SAG-XJ18012	新疆Xinjiang	130
	13	SAG-HB18013	河北Hebei	1673	37	SAG-XJ18013	新疆Xinjiang	1056
	14	SAG-NM18001	内蒙古Inner Mongolia	583	38	SAG-XJ18015	新疆Xinjiang	1169
	15	SAG-NM18004	内蒙古Inner Mongolia	745	39	SAG-XJ18017	新疆Xinjiang	1191
	16	SAG-NM18006	内蒙古Inner Mongolia	468	40	SAG-XJ18018	新疆Xinjiang	1435
	17	SAG-NM18017	内蒙古Inner Mongolia	800	41	SAG-XJ18021	新疆Xinjiang	1449
	18	SAG-NM18021	内蒙古Inner Mongolia	839	42	SAG-XJ18022	新疆Xinjiang	1432
	19	SAG-NM18027	内蒙古Inner Mongolia	1238	43	SAG-XJ18023	新疆Xinjiang	1530
	20	SAG-NM18030	内蒙古Inner Mongolia	963	44	SAG-XJ18024	新疆Xinjiang	1421
	21	SAG-NM18031	内蒙古Inner Mongolia	1140	45	SAG-XJ18027	新疆Xinjiang	1689
	22	SAG-NM18032	内蒙古Inner Mongolia	1302	46	SAG-XJ18028	新疆Xinjiang	1725
	23	SAG-NM18033	内蒙古Inner Mongolia	1085	47	SAG-XJ18029	新疆Xinjiang	1921
	24	SAG-NM18034	内蒙古Inner Mongolia	1407	48	SAG-XJ18030	新疆Xinjiang	2039
不抽穗No heading	1	SAG-NM18003	内蒙古Inner Mongolia	684	12	SAG-NM18022	内蒙古Inner Mongolia	827
	2	SAG-NM18005	内蒙古Inner Mongolia	746	13	SAG-NM18023	内蒙古Inner Mongolia	818
	3	SAG-NM18007	内蒙古Inner Mongolia	300	14	SAG-NM18024	内蒙古Inner Mongolia	817
	4	SAG-NM18008	内蒙古Inner Mongolia	272	15	SAG-NM18025	内蒙古Inner Mongolia	880
	5	SAG-NM18009	内蒙古Inner Mongolia	189	16	SAG-NM18026	内蒙古Inner Mongolia	1088
	6	SAG-NM18010	内蒙古Inner Mongolia	229	17	SAG-NM18028	内蒙古Inner Mongolia	548
	7	SAG-NM18014	内蒙古Inner Mongolia	789	18	SAG-NM18029	内蒙古Inner Mongolia	1112
	8	SAG-NM18015	内蒙古Inner Mongolia	988	19	SAG-NM18040	内蒙古Inner Mongolia	1155
	9	SAG-NM18016	内蒙古Inner Mongolia	812	20	SAG-NM18044	内蒙古Inner Mongolia	1750
	10	SAG-NM18018	内蒙古Inner Mongolia	714	21	SAG-NM18045	内蒙古Inner Mongolia	1509
	11	SAG-NM18019	内蒙古Inner Mongolia	668	22	SAG-XJ18011	新疆Xinjiang	1139

中国野生老芒麦形态多样性研究与种质利用潜力分析

Morphological diversity and germplasm utilization potential of wild Elymus sibiricus

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Metrics

主成分 Principal component	特征值 Eigenvalue	贡献率 Contribution rate （%）	累计贡献率 Accumulative rate of contribution （%）	主成分 Principal component	特征值 Eigenvalue	贡献率 Contribution rate （%）	累计贡献率 Accumulative rate of contribution （%）
1	6.277	27.289	27.289	13	0.379	1.649	91.544
2	4.263	18.534	45.823	14	0.365	1.587	93.131
3	2.613	11.362	57.185	15	0.341	1.484	94.615
4	1.262	5.489	62.674	16	0.298	1.294	95.908
5	1.176	5.115	67.789	17	0.277	1.205	97.113
6	0.993	4.316	72.105	18	0.218	0.946	98.059
7	0.941	4.092	76.197	19	0.155	0.674	98.734
8	0.778	3.384	79.581	20	0.133	0.579	99.313
9	0.731	3.177	82.758	21	0.081	0.351	99.664
10	0.652	2.836	85.594	22	0.047	0.206	99.871
11	0.531	2.310	87.904	23	0.030	0.129	100.000
12	0.458	1.990	89.895

性状 Traits	1	2	3	4	5
株高Plant height	0.901	0.085	-0.185	0.146	-0.170
抽穗Heading	0.895	0.024	-0.031	-0.167	-0.121
茎节数Number of stem nodes	0.882	0.205	0.032	-0.210	-0.029
单株鲜重Single plant fresh weight	0.825	0.042	-0.122	0.454	0.003
单株干重Single plant dry weight	0.823	0.018	-0.030	0.462	-0.044
植株被粉Leaves with powder	0.717	0.009	-0.233	-0.119	0.232
茎秆基部叶鞘有无绒毛Leaf sheaths at the base of the stalk with or without tomentum	-0.648	0.153	0.054	-0.230	0.117
旗叶宽Flag leaf width	0.163	0.801	0.062	-0.061	-0.083
茎粗Stem diameter	-0.081	0.778	-0.064	-0.183	-0.017
倒二叶宽Penultimate leaf width	0.117	0.766	-0.254	0.066	0.012
旗叶长Flag leaf length	-0.037	0.668	0.535	-0.201	-0.085
倒二叶长Penultimate leaf length	0.180	0.660	0.493	-0.126	0.065
芒长Awn length	-0.064	0.620	-0.033	-0.101	0.243
穗长Panicle length	-0.030	0.600	-0.162	0.251	0.131
分蘖数Number of tillers	-0.177	-0.281	0.797	-0.028	0.182
锈病Rust disease	-0.350	0.246	0.547	-0.195	0.302
小穗数Panicle number	0.142	0.166	-0.521	0.471	-0.105
单株穗数Panicle number per hill	0.144	-0.247	-0.082	0.824	-0.137
穗宽Panicle width	0.008	-0.064	-0.399	0.585	-0.299
穗色Panicle color	0.078	0.042	0.013	-0.355	0.784
茎秆叶鞘小刺Stem leaf sheaths small spines	0.116	-0.242	-0.271	-0.107	-0.677
叶色Leaf color	-0.104	-0.078	0.412	-0.115	0.431
叶片被毛Leaves with tomentum	0.372	0.058	-0.351	0.285	-0.414

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