《Advances in Agriculture》：Genetic Diversity and Performance Evaluation of Durum Wheat (Triticum durum Desf.) Genotypes for Grain Yield and Rust Resistance in the Wolaita Zone, Southern Ethiopia
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本综述系统评价了埃塞俄比亚Wolaita地区34个硬粒小麦基因型及2个标准对照的农艺性状与遗传多样性。研究采用简单格子设计，揭示了基因型在籽粒产量(GY)、千粒重(TSW)、收获指数(HI)及对黄锈病(YR)、叶锈病(LR)、秆锈病(SR)抗性等方面存在显著差异(p≤ 0.05)。鉴定出多个高产、抗病且适应性强的优良种质（如213037、222450），其表现出高遗传力(H2b)和高遗传进度(GA)，为当地硬粒小麦育种提供了宝贵的遗传资源和选择策略。
1. 引言
硬粒小麦是全球广泛种植的谷类作物之一，是超过25亿人的主食来源。埃塞俄比亚是撒哈拉以南非洲地区主要的硬粒小麦生产国，但其全国平均产量（2.97吨/公顷）远低于潜在水平，原因包括改良品种获取有限、病害流行、周期性干旱以及管理措施欠佳。在该研究区域，关于硬粒小麦基因型在生物和非生物胁迫条件下表现的信息有限。因此，本研究旨在评估和鉴定具有高产潜力、对主要小麦锈病（黄锈病、叶锈病、秆锈病）具有抗性的硬粒小麦基因型，并估计这些基因型之间的遗传变异性，这些基因型来源于生物多样性保护研究所。试验在Wolaita地区的Sodo Zuria（Kokate）和Damote Gale（Ade Koysha）地区的两个农民田块进行，共使用了36份硬粒小麦材料（34个基因型和2个标准对照）。研究对促进该地区硬粒小麦生产具有重要意义。
2. 材料与方法
2.1. 试验点描述
田间试验在2020年主季进行，地点位于Damote Gale Woreda的Ade Koysha和Sodo Zuria Woreda的Kokate。试验点地理坐标、海拔、土壤特性和气候条件各异。Ade Koysha海拔1907米，土壤pH 5.2，砂壤土，年降水量1125毫米，平均温度21°C。Kokate海拔2200米，土壤pH 5.17，粘壤土，年降水量1351毫米，平均温度14°C。这些地点代表了该地区多样的农业生态条件。
2.2. 试验材料与设计
试验材料为36份硬粒小麦基因型，包括34份选育材料和2个标准对照品种（Quami和Alemtena）。试验采用简单格子设计（6 × 6），两次重复。每个小区面积1.5平方米（1.5米长 × 1米宽），7行。数据从中间5行（1平方米）收取，以避免边际效应。
2.3. 农艺管理
试验地整地平整。种植时按100公斤/公顷施用了推荐的NPSB肥料。尿素按150公斤/公顷的分次施用量施用，一半在种植时施用，另一半在40天后施用。作物生长期间进行了包括锄草在内的所有管理措施。
2.4. 数据收集
数据收集分为基于小区和基于单株两种。基于小区的数据从中间五行记录。基于单株的测量，每个小区随机选取10株挂牌，计算平均值。
2.4.1. 单株数据
测量性状包括：株高(PH)、穗长(SL)、每穗粒数(NSPS)、每穗小穗数(NSPLS)、单株总分蘖数(TTPP)、单株有效分蘖数(PTPP)。
2.4.2. 小区数据
测量性状包括：抽穗期(DH)、成熟期(DM)、灌浆期(GFP)、地上部生物量(AGB)、千粒重(TSW)、籽粒产量(GY)、收获指数(HI)。锈病反应数据在成株期按1-9级标准每周记录。
2.5. 统计分析
2.5.1. 方差分析
使用SAS软件分别对每个地点进行方差分析(ANOVA)。在进行联合方差分析前，使用F统计量检验了误差方差的同质性。处理平均值使用5%显著水平的LSD检验进行比较。
2.5.2. 遗传参数分析
估计了表型方差(VP)、基因型方差(Vg)、环境方差(Ve)。计算了表型变异系数(PCV)和基因型变异系数(GCV)，其中GCV和PCV >20%为高，10-20%为中等，<10%为低。计算了广义遗传力(H2b)，>60%为高，30-60%为中等，<30%为低。估计了5%选择强度下的遗传进度(GA)及其占平均值的百分比(GAM)，GAM >20%为高，10-20%为中等，<10%为低。
2.5.3. 相关系数分析
计算了表型相关系数()和基因型相关系数()。
2.5.4. 多元方差分析
使用平均连接法进行聚类分析。使用广义Mahalanobis D2统计量计算簇间遗传距离。
3. 结果与讨论
3.1. 方差分析
在两个地点的方差分析表明，大多数测量的性状在基因型间存在显著差异，除了在Ade Koysha的AGB、TTPP、PTPP、SL、NSPLS以及在Kokate的NSPS、TTPP、PTPP、NSPLS和LR。联合方差分析显示，除了NSPS和TTPP外，所有性状在基因型间均存在显著差异(p< 0.01 和 p≤ 0.05)。大多数性状也表现出显著的基因型与地点互作效应。GY的联合分析揭示了显著的基因型与环境（地点）互作。基因型方差对总变异的贡献最大（82.52%），其次是基因型与环境互作效应（约17.10%），环境（地点）方差贡献最小（0.38%）。
3.1.1. 单点表现
在Ade Koysha，DH平均66天，DM平均107天。GY范围0.24-4.77吨/公顷，平均1.8吨/公顷。标准对照Alemtena和Quami的产量分别为3.53和4.15吨/公顷。在Kokate，平均GY（2.03吨/公顷）比Ade Koysha高12.8%。两个地点均有基因型（如213037, 222450）表现优于对照。HI、PH、SL等性状在两个地点也表现出显著变异。大多数基因型对三种锈病表现出抗性（严重度评分1-3级）。结果表明Kokate地点条件更有利于硬粒小麦生长。
3.2. 遗传参数估计
3.2.1. PCV与GCV
在所有评估性状中，PCV始终大于GCV，表明存在环境影响。在Ade Koysha，PCV值范围从DM的4.4%到黄锈病抗性的100%。GY、HI、TSW和对锈病的抗性等性状表现出高的PCV和GCV值(>20%)，表明存在较大的遗传变异性，基于表型的选择有效。而DH和DM等性状的GCV和PCV值较低(<10%)，表明环境影响较大，直接表型选择效果可能有限。
3.2.2. 遗传力估计
在Ade Koysha，所有评估性状的遗传力估计值均属于高遗传力范畴（54%至97%），表明观察到的表型变异主要受遗传因素控制，环境影响小，通过选择获得遗传增益的潜力高。
3.2.3. 遗传进度
在Ade Koysha，GY、黄锈病抗性、HI、NSPS、秆锈病抗性、TSW、LR抗性和PH等性状表现出高的GAM(≥20%)，表明这些性状的加性基因作用占主导，选择有效。DM表现出低的GAM。具有高遗传力同时高GAM的性状（如GY, TSW）表明受强加性遗传控制，是选择的良好目标。
3.3. 性状相关性
3.3.1. 表型与基因型相关系数（Ade Koysha）
在Ade Koysha，GY与GFP、TSW、HI和NSPS呈极显著正表型相关。GY与DH、DM、黄锈病和LR抗性呈极显著负相关。基因型相关分析显示，DH与DM、TSW与HI、HI与NSPS之间存在强正相关(p< 0.01)。HI与黄锈病、DH与GFP、HI与DH之间存在强负相关。
3.3.2. 表型与基因型相关系数（Kokate）
在Kokate，GY与HI和AGB呈显著正表型相关。基因型相关分析显示，AGB与HI、HI与TSW、SL与PH、DH与PH、AGB与PH、黄锈病与SL之间存在正显著相关。DH与GFP、HI与黄锈病之间存在强负相关。
3.3.3. 跨地点相关系数
跨地点联合数据分析表明，GY在表型水平上与HI和TSW显著相关。与NSPLS、DM、DH以及三种锈病呈负相关。基因型相关系数通常高于表型相关系数，表明这些性状之间存在内在联系。籽粒产量与HI（0.87, 0.96）和TSW（0.52, 0.63）在表型和基因型上均呈极显著正相关。
3.4. 多元分析
3.5. 聚类分析
基于16个性状的平均值，将36份硬粒小麦材料分为5个簇。簇I包含24份材料。簇II仅含1份材料，最为特殊。簇III包含5份材料。簇IV包含4份材料（包括两个标准对照）。簇V包含2份材料。簇间遗传距离最大的是簇I和V（D2= 39.72）以及簇II和III（D2= 38.82），表明这些簇之间遗传分化大。簇I和III之间的遗传距离最小（D2= 20.9）。
3.5.1. 遗传距离
簇间遗传距离范围在20.90（簇I与III）至39.72（簇I与V）之间。选择遗传距离较远的簇（如I和V，II和III）中的材料进行杂交，可能产生更强的杂种优势和更广泛的遗传变异，有利于选择。
3.5.2. 簇平均值
簇III在GY、AGB、有效分蘖等方面平均值最高，且成熟较早。簇IV在TSW、HI以及对黄锈病和LR的抗性方面表现突出。簇I在PH和每穗小穗数方面平均值高。簇II表现为晚抽穗、晚熟、灌浆期短、HI低、对黄锈病敏感。簇V在AGB、TSW、GY等方面值最低，但灌浆期较长、抽穗较早。簇III的材料具有最高产潜力，可作为重要亲本。簇I（多小穗）与簇IV（抗黄锈病）、簇V（矮秆适于机械化）与簇III（高产）之间的杂交可能产生优良重组体。
4. 结论
本研究揭示了硬粒小麦材料在重要农艺性状和抗病性方面存在显著的遗传变异。筛选出多个高产、抗锈病的优良基因型（如213037, 222450, 214348）。遗传参数分析表明GY、TSW、HI等性状具有高遗传力和高遗传进度，适合早代选择。相关性分析确定了TSW和HI是影响产量的关键因子。聚类分析将材料分为具有不同特点的类群，为亲本选配和杂交组合设计提供了指导。建议农民采用这些高产抗病材料，育种者应将其纳入多点试验和国家育种计划，以选育出适应性强、高产、抗病的硬粒小麦新品种。
