Morphological diversity and germplasm utilization potential of wild Elymus sibiricus

doi:10.11686/cyxb2022132

Abstract

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

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.

Figures/Tables 9

References 29

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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
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