豌豆種質資源農藝性狀評價及優異資源篩選

陳志凱 侯萬偉

（1 青海大學，810016，青海西寧；2 青海省農林科學院，810016，青海西寧；3 農業農村部作物基因資源與種質創制青?？茖W觀測實驗站/國家農作物種質資源復份庫，810016，青海西寧）

豌豆（PisumsativumL.）為豆科（Leguminosae）豌豆屬（PisumL.）的一年生冷季豆類作物[1]，又名荷蘭豆，是世界上排名第四的食用豆類作物[2]。根據聯合國糧農組織統計，中國是世界上最大的蔬菜豌豆生產國[3]。豌豆富含蛋白質（16%～32%）、淀粉（18%～54%）、纖維素（6%～13%）、蔗糖（1%～2%）和脂類（0.6～5.5%）[4]，豌豆種子中還含有礦物質、維生素和具有保健作用的微量營養元素，如皂苷、α-半乳糖苷、植酸和多酚[5]。此外，豌豆具有共生固氮能力，有助于提高土壤肥力，促進農業的可持續發展[6]。

豌豆是我國第一大食用豆類作物[7]，全世界豌豆總產量和種植面積均在不斷增加，我國的種植面積和總產量均位居世界前列[8]。根據海關數據[8]顯示，2020 年加拿大出口到我國的豌豆量已經高達272 萬t，占加拿大豌豆總出口量的73%，而2021年一季度我國豌豆進口量相比2019 年一季度的豌豆進口量上升21.4%，說明我國豌豆的種植面積仍然較少，有較大的需求缺口，所以需要篩選出優質高產的豌豆品種，提高豌豆產量。

近年來，為了提高豌豆產量，主要針對播期[9-11]、不同物種間作[12-14]和施肥量[15-17]等栽培措施進行了大量研究，但關于高產優質豌豆資源的篩選方面研究較少。朱旭等[18]對22 份豌豆品種（系）的9個農藝性狀進行了分析和評價，結果表明，百粒重是影響豌豆產量的最主要、最直接的因子。李艷蘭等[19]對云豌18 號播期和產量的多重分析表明，播期是影響作物生產的主要因素之一，而播期一定時，單株生產力、有效莢數、有效株數和全生育期是影響產量的主要因素。萬述偉等[20]以271 份豌豆資源為材料，基于2 個質量性狀和7 個數量性狀的遺傳變異水平篩選出高稈、大粒、高產材料。本研究對青海省農林科學院作物育種栽培研究所保存的327 份豌豆資源進行農藝性狀的調查，通過表型性狀綜合評價豌豆種質資源的遺傳多樣性，篩選出性狀優異的豌豆種質資源，為青海特色豌豆新品種選育和產業發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以327 份豌豆種質資源為供試材料，其中53份來自國外，其中亞洲9 份、歐洲36 份、北美洲4份、非洲3 份、大洋洲1 份；274 份來自國內，其中貴州18 份、西藏30 份、云南8 份、山西1 份、中國農業科學院純化材料217 份。

1.2 試驗方法

327 份豌豆材料于2021 年3 月種植在青海省農林科學院作物育種栽培研究所試驗基地，每份材料種植4 行，每行30 株，行距30cm，株距10cm，行長5m。田間管理按當地常規方法進行。

1.3 測定指標與方法

待全株70%～80%成熟時收獲，每個小區隨機選取5 個單株，參考《豌豆種質資源描述規范和數據標準》[21]測量株高、每果節莢數、分枝數、莢數、莢長、莢粒數、單株產量及百粒重。

1.4 數據處理

用Microsoft Excel 2010 軟件整理數據，用SPSS 26 進行差異顯著性、相關性及主成分分析。用Rstudio和R 4.1.3軟件中的ggtree[22]做聚類分析。

2 結果與分析

2.1 豌豆種質資源表型性狀的遺傳多樣性分析

327 份豌豆種質資源的8 個農藝性狀的變異系數范圍為14.41%～35.01%（表1）。其中，莢數和單株產量變異系數均高于30%，株高、分枝數、莢長和百粒重的變異系數均在20%～30%之間，莢粒數的變異系數為16.80%，每果節莢數的變異系數為14.41%。以上結果表明，327 份豌豆種質資源間的性狀差異較大，說明具有非常豐富的遺傳多樣性，有利于在其中篩選優異種質。

表1 豌豆種質資源農藝性狀的多樣性分析Table 1 Diversity analysis of agronomic traits of Pisum sativum L.germplasm resources

2.2 豌豆種質資源各農藝性狀間的相關性分析

327 份豌豆種質資源8 個農藝性狀相關分析結果（表2）表明，單株產量與株高、分枝數、莢長、百粒重和莢數呈極顯著正相關，其中與莢數、百粒重相關性處于較高水平；百粒重與莢長、單株產量呈極顯著正相關，與莢數和每果節莢數呈極顯著負相關，其中與莢長正相關水平較高，與莢數負相關水平較高；莢數與株高、每果節莢數、分枝數、單株產量呈極顯著正相關，與莢長、莢粒數呈極顯著負相關。

表2 主要農藝性狀的相關性分析Table 2 Correlation analysis of main agronomic traits

2.3 豌豆種質資源農藝性狀的主成分分析

不同性狀在對應主成分中特征向量的絕對值決定了其在豌豆種質資源農藝性狀中的作用。由表3 可知，8 個農藝性狀的主要信息集中在前3 個主成分中，累計貢獻率達63.290%，其特征值均大于1，可作為豌豆農藝性狀評價的綜合指標。第1 主成分特征值為2.197，貢獻率為27.460%，其中莢數、百粒重和莢長特征向量絕對值較高；第2 主成分特征值為1.691，貢獻率為21.140%，其中單株產量、百粒重和莢長特征向量絕對值較高；第3 主成分特征值為1.175，貢獻率為14.690%，其中每果節莢數、莢粒數和單株產量特征向量絕對值較高，這3 個主成分均反映產量因子。

表3 豌豆主要農藝性狀的主成分分析Table 3 Principal component analysis of main agronomic traits of Pisum sativum L.

2.4 豌豆種質資源農藝性狀的聚類分析

聚類分析可以將不同類型的豌豆種質資源進行分類，有助于快速篩選出優異資源以及選取差異較大的種質材料，為親本的選擇提供理論依據。對327 份豌豆種質資源進行聚類分析，結果（圖1）表明，可將327 份豌豆種質劃分為4 個類群，各類群的性狀平均值和變異系數見表4。

圖1 豌豆種質資源聚類圖Fig.1 Cluster diagram of Pisum sativum L.germplasm resources

表4 豌豆種質資源各類群性狀的特征Table 4 Characteristics of various traits of Pisum sativum L.germplasm resources

類群A 中共有58 份材料，其主要特征是株高最低、莢長最長、莢粒數最多、百粒重最大。這一類群的豌豆種質可以作為選育矮稈、大粒的優良親本。類群B 中共有96 份材料，其主要特征是每果節莢數最多、單株產量最低。類群C 中共有6 份材料，其主要特征是株高最高、每果節莢最少、分枝數最少、莢數最多、莢長最短、莢粒數最少、單株產量最高、百粒重最少。這一類群的豌豆種質可以作為選育高稈、高產的優良親本。類群D中共有167 份材料，其主要特征是分枝數最多。在農藝性狀方面，類群A 內材料表型變異比較豐富，其中株高、單株產量和百粒重的變異系數分別為18.58%、34.55%和31.83%，均為4 個類群中的最高值。

2.5 豌豆優異種質的篩選

綜合考察各性狀和4 個類群主要特征，從高稈、高產、大粒3 個方面考慮，從327 份豌豆資源中篩選出12 份優異豌豆種質資源（表5）。

表5 豌豆優異種質篩選Table 5 Screening of excellent germplasms of Pisum sativum L.

高稈材料4 份，分別為87 號、148 號、307 號和220 號，株高均大于130cm（群體平均值為89.35cm）。其中，220 號屬于類群C，株高153.8cm，株高為最高，每果節莢數2.2，分枝數2.0，莢長5.28cm，莢粒數4.4，莢數28.4，單株產量17.334g，百粒重17.01g，為特高稈材料，可以作為選育高稈材料的親本。

高產材料4 份，分別為82 號、145 號、46 號和114 號，單株產量均大于25g（群體平均值為14.17g）。其中，114 號屬于類群D，株高110.6cm，每果節莢數2.2，分枝數2.0，莢長7.06cm，莢粒數4.4，莢數25.8，單株產量30.044g，百粒重24.12g，為特高產材料，可以作為選育高產小粒材料的親本。

大粒材料4 份，分別為303 號、276 號、250號和317 號，百粒重均大于30g（群體平均值為17.48g）。其中，317 號屬于類群A，株高43.8，每果節莢數1.6，分枝數2.0，莢長7.28cm，莢粒數4.4，莢數11.2，單株產量10.962g，百粒重35.22g，為特大粒材料，可以作為選育矮稈大粒材料的親本。

3 討論

豌豆種質資源的選育基礎是種質資源多樣性的充分利用，農藝性狀的鑒定和描述是了解不同種質資源特征簡單直觀的方式，簡單直接地將株高、莢長、莢粒數等表型性狀記錄后，便可以通過數據對比將不同種質資源充分發掘出來，進而為優質種質資源的篩選和實現育種目標打下堅實的基礎[23]。從本研究結果可以看出，327 份豌豆種質在不同性狀上均表現出了不同程度的多樣性，根據呂偉等[24]和董博文等[25]的研究，當農藝性狀的變異系數＞10%時，可說明種質資源之間的農藝性狀存在顯著差異，即存在豐富的多樣性。本研究中豌豆種質資源8 個農藝性狀的變異系數范圍是14.41%～35.01%，其中變異系數最高的是莢數（35.01%），其次是單株產量（34.21%），最低的是每果節莢數（14.41%），說明327 份豌豆資源在調查的農藝性狀中均有豐富的遺傳多樣性。從李玲等[26]的研究可知，單株產量可以直接體現群體產量高低，單株產量的多樣性有利于選育出具有高產潛力的優良親本，在本研究中，單株產量的變異系數僅次于莢數，說明這327 份豌豆資源為實現豌豆高產育種目標的高產親本提供了廣闊的資源空間。

主成分分析主要是通過較少的指標反映較多的指標，可以更加方便直觀地看出樣本信息，進而實現篩選的目的[27]。本研究中通過主成分分析得知，前3 個主成分可以反映出8 個性狀的全部信息，累計貢獻率為63.290%，根據這3 個主成分的絕對特征向量大小進行歸納總結，第1 個主成分中莢數的特征向量絕對值最大，主要反映了莢的特征，與產量有間接關系，且單株產量的特征向量為較小的正值，說明莢數對產量的影響較小。第2 個主成分中單株產量的特征向量的絕對值最大，且同時百粒重、莢長的特征向量為較大的正值，主要反映種質的產量。第3 個主成分中莢粒數的特征向量的絕對值最大，同時單株產量的特征向量為較大的正值，百粒重的特征向量為較大的負值，間接反映了產量的關系，也說明在高產育種中，過分追求百粒重去提高產量并不可取。這3 個主成分所包含的性狀之間具有一定的相關性，第1、3 主成分間接反映產量，第2 主成分直接反映產量。在萬述偉等[20]的研究中也得出相似的結論，分枝數和莢數對產量影響較小，百粒重的增大并不一定會導致產量的增加。我們用這兩類主成分和3 個具有代表性的性狀對豌豆種質的產量進行綜合評價。

本研究通過聚類分析將327 份豌豆種質資源劃分為4 個類群，每個類群之間存在明顯差異，其中類群C 為高稈、高產、大粒種質，莢數也屬于最高水平，具有很高的豐產潛力，在龍玨臣等[28]對重慶地區區縣食用品種的篩選中也選育出此類品種。類群A 多為稈長最矮、莢粒數最多、百粒重最大的豌豆資源，可以作為選育矮稈、大粒的優良親本。類群B 為株高偏低（低于平均值），每果節莢數最高，莢粒數較多，但其他農藝性狀均偏低，其中單株產量為4 個類群里面最低，與實現高產的實驗目標相悖，但是可以考慮作為選育食嫩莢類型的優良親本。類群D 材料分枝數最多，其余表型性狀均屬于中等偏上，也可以作為選育高產豌豆的優良親本，實現育種目標。

4 結論

通過分析327 份豌豆種質資源8 個農藝性狀的表型變異，從株高、產量和粒型3 個方面篩選出編號87、148、307、220、82、145、46、114、303、276、250、317 這12 份優異豌豆種質資源，可以作為后續遺傳改良的親本材料加以利用。但是產量是一個數量性狀，且受到基因和環境兩方面的共同影響，因此應該將表型性狀與分子標記技術相結合，對豌豆種質資源關于產量方面進行更加深入的研究，同時結合常規育種手段，及時發掘優良品種的育種潛力，為改良農藝性狀和實現育種目標提供可靠的依據。