Phenotypic diversity analysis of new rapeseed germplasm materials derived from interspecific hybridization between Brassica juncea × B. napus

doi:10.19802/j.issn.1007-9084.2020288

Abstract

Abstract:

In order to broaden the genetic background of Brassica napus, 54 new lines of B. napus were created by interspecific hybridization between B. juncea and B. napus, and their phenotypic diversity was analyzed. The results showed that，（1） the variation coefficient of 22 quantitative traits ranged from 1.64 to 2.04. The genetic diversity index of 22 morphological traits ranged from 0 to 1.86. Among them, the diversity level of silique length, siliques per plant, seeds weight per plant, growth duration, branch height, protein content and oil content were higher than those of other B. napus reported at home and abroad, which indicated that interspecific hybridization between B. juncea and B. napus could create rich genetic variation and broaden the genetic background of B. napus. （2） Principal component analysis transformed 44 phenotypic traits into 10 comprehensive indexes. The yield and quality related traits such as silique number of the main inflorescence, siliques per plant, seeds per silique, erucic acid , linoleic acid, oleic acid, protein, oil content and other yield and quality related traits were the main indicators reflecting the phenotypic characteristics of new type B. napus. The target line might be obtained by selecting. (3) Affected by the directional breeding of B. napus, the materials tested in this experiment have the phenotypic characteristics biased to B. napus. Cluster analysis integrated 44 phenotypic characteristics, and divided 54 lines into 3 groups, of which 29 lines and parents of B. napus were clustered into one group, representing the parent group of B. napus. The 18 lines were clustered into one group, which was far away from the parent of B. napus group, having less advantage in vegetative growth, and poor comprehensive characteristics with low yield. The 7 lines were clustered into the same group, which was close to B. napus parent, having strong nutritional growth advantage with high yield. For the 7 lines had excellent comprehensive characteristics, they might be used as further breeding objects in this area.

Key words: new rapeseed germplasm, phenotypic diversity, principal component analysis, cluster analysis

CLC Number:

S565.4

Feng-ping SONG, Jia-qing CHENG, Zhen-xing LIU, Zhi-qiang CHENG, Tian-tian CHENG, Zu-qing MENG. Phenotypic diversity analysis of new rapeseed germplasm materials derived from interspecific hybridization between Brassica juncea × B. napus[J]. CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES, 2021, 43(6): 971-981.

Figures/Tables 8

Table 1

Table 2

Fig. 1

Table 3

Table 4

Factor loading matrix and contribution rate of traits of 54 tested rapeseed lines

性状Trait	主成分Factor
性状Trait	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
子叶形状CotS	0.22	0.18	0.29	-0.44	-0.27	0.31	-0.34	0.18	0.1	0.01
心叶色CLC	0.32	0.49	0.2	-0.01	-0.34	0.07	0.01	0.37	0.02	0.17
真叶刺毛SH	0.33	0.16	-0.16	-0.07	-0.26	-0.06	-0.22	0.2	0.57	-0.02
基叶叶形BLS	0.34	0.46	-0.12	0.28	-0.14	0.06	0	0.2	-0.13	0.23
叶色LC	0.23	0.24	0.29	-0.11	-0.23	0.15	-0.13	0.1	0.1	0.21
叶脉色LVC	0.15	-0.2	-0.22	0.23	-0.26	0.31	-0.17	-0.3	-0.22	0.05
叶柄横切面形状PetSe	-0.13	0.28	-0.1	0.02	-0.14	-0.02	0.23	0.29	-0.35	0.36
叶缘形状LMS	0.16	-0.02	-0.02	-0.19	0.06	0.26	-0.16	-0.29	0.15	0.18
叶尖形状LAS	0.12	0.05	-0.13	0.02	-0.32	0.04	0.21	-0.53	-0.02	-0.04
蜡粉QW	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
薹茎叶形状SLS	0.21	-0.12	-0.08	-0.18	0.1	-0.27	-0.14	0.01	-0.15	-0.26
薹茎叶着生状态APSL	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
花冠大小CorS	0.12	-0.25	0.05	0.02	0.31	0.53	-0.13	0.06	-0.06	0.11
花瓣颜色PetC	-0.25	-0.13	0.12	0.4	0.38	0.22	-0.38	-0.14	0.13	0.2
花瓣形状PetS	0.12	0.06	-0.31	0.48	-0.27	-0.3	-0.23	-0.13	-0.22	-0.27
花瓣形态PetCh	0.08	0.17	-0.21	-0.52	-0.28	-0.04	0.36	0.05	-0.16	-0.2
花瓣着生状态PGP	-0.2	-0.06	0.48	0.05	0.2	0.09	0.25	0.03	0.13	0.54
幼茎色YSC	-0.11	0.19	0.19	0.24	0.11	0.23	0.34	-0.22	0.4	-0.35
薹茎色SteC	0.02	0.41	0.4	0.12	-0.13	0.08	0.15	0.09	0.02	-0.17
苗期生长习性GH	-0.27	0.24	0.12	-0.33	0.29	0.16	0.23	0.11	-0.39	-0.2
角果着生状态SA	0.12	-0.03	0.21	-0.37	0.3	0.01	-0.2	-0.17	-0.04	0.33
角果色SilC	-0.06	-0.12	0.11	0.45	-0.37	-0.11	-0.28	0.38	0.22	0.04
茎粗SteD	0.52	0.08	-0.02	0.14	0.29	-0.03	0.2	0.12	-0.2	-0.01
株高PH	0.6	0.16	0.44	0.29	0.3	0.18	0.08	-0.07	-0.12	-0.17
主花序长度MIL	0.04	-0.23	0.49	-0.18	0.36	-0.19	-0.11	0.32	0.09	-0.37
一次有效分枝数VPBN	0.66	-0.12	-0.22	0.31	0.03	0.14	0.04	-0.26	-0.04	0.18
二次有效分枝数VSBN	0.49	-0.5	-0.39	-0.17	0.12	-0.18	0.12	-0.02	0.15	0.16
有效分枝高度BH	0.22	0.47	0.4	0.39	0.06	0.43	0.1	-0.14	-0.09	-0.13
角果长度SL	-0.39	-0.3	0.14	0.45	-0.02	-0.24	0.08	0.3	0.06	0.06
每角果粒数SPS	-0.35	0.35	0.07	-0.01	0.06	-0.06	0.51	-0.23	0.18	0.17
主花序有效角果数SNMI	0.71	0.21	0.32	-0.12	0.21	-0.13	-0.06	0.09	0.26	-0.18
单株有效角果数VSPP	0.75	-0.36	-0.08	-0.09	0.27	-0.24	-0.02	0.08	0.06	0.06
着果密度SD	0.68	0.38	-0.11	-0.15	-0.26	-0.12	0.2	-0.05	0.1	0.01
千粒重KSW	-0.42	-0.26	0.03	0.45	0.04	-0.07	0.41	0.18	0.18	-0.07
单株产量SWPP	0.66	-0.27	-0.03	0.14	0.17	-0.13	0.47	-0.11	0.14	0.06
开花天数FP	-0.22	-0.28	0.1	-0.58	0.14	0.12	0.09	0.06	0.05	-0.02
生育期GD	0.34	-0.14	0.14	0.36	0.15	-0.05	-0.09	0.18	-0.34	-0.18
蛋白PT	-0.06	-0.03	0.6	-0.04	-0.15	-0.6	0.07	-0.29	-0.02	0.12
含油量OT	-0.09	0.13	-0.65	0.01	0.25	0.51	-0.04	0.24	0.1	-0.21
芥酸EA	-0.18	0.67	-0.29	0.09	0.39	-0.3	-0.19	-0.1	0.2	0.03
硫苷QC	0.05	0.34	0.14	0	0.24	-0.36	-0.28	-0.04	-0.44	0.19
亚麻酸LinolenicA	-0.2	0.14	0.34	-0.14	-0.16	-0.01	-0.29	-0.44	-0.03	-0.25
亚油酸LinoleicA	0.11	-0.62	0.44	0.08	-0.4	0.13	-0.13	-0.16	0	-0.07
油酸OA	0.18	-0.59	0.23	-0.1	-0.36	0.28	0.29	0.19	-0.25	0
特征值Numerical value	4.86	3.76	3.22	3.01	2.51	2.34	2.18	1.95	1.75	1.62
贡献率Contribution rate/%	11.3	8.74	7.48	6.99	5.83	5.43	5.07	4.53	4.08	3.78
累计贡献率Total account	11.3	20.04	27.52	34.51	40.34	45.77	50.83	55.36	59.44	63.22

Table 4

Fig. 2

Fig. 3

Table 5

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性状Traits		性状赋值分级 Classification of traits description					多样性指数Diversity index
性状Traits		0	1	2	3	4	多样性指数Diversity index
1	子叶形状 Cotyledon shape		心脏形Heart	肾脏形 Kidney	叉形Fork		1.56
2	心叶色Cordate leaf color		黄绿 Yellow-green	绿色Green	紫色Purple		1.5
3	真叶刺毛Spiny hair	无None	少Little	多Many			0.91
4	基叶叶形Basal leaf shape		完整叶Entire	裂叶Lacerate	花叶Parted		0.55
5	叶色Leaf color		浅绿 Light-green	黄绿 Yellow-green	深绿Dark-green	紫红 Purple	0.93
6	叶脉色Leaf vein color		白色White	绿色Green	紫色Purple		0.13
7	叶柄横切面形状 Petiole section		圆形Round	半圆形 Semi-round	扁平形Flat		0.94
8	叶缘形状 Leaf margin shape	全缘 Entire	锯齿Dentate	波状 Undulate	缺刻 Doubly dentate		1.47
9	叶尖形状Leaf apex shape		圆Round	中等 Intermediate	尖Acute		1.05
10	蜡粉Quantity of wax	无None	少Little	多Many			0
11	薹茎叶形状 Shape of sterm-leaf		披针形 Needle	狭长三角形 Long-triangle	剑形 Sword		1.56
12	薹茎叶着生状态 Attaching patter of stem-leaf		不包茎 on-clasping	半包茎 Semi-clasping	全包茎 Full-clasping		0
13	花冠大小Corolla size		小Small	中Middle	大Big		1.55
14	花瓣颜色Petal color		白色White	乳白 Milk-white	黄色 Yellow	橘黄 Orange	0.13
15	花瓣形状Petal shape		圆形Round	椭圆Elipse	球拍 Racket	窄长 Narrow-long	1.86
16	花瓣形态Petal character		平展 Flat	皱缩 Crimple			0.31
17	花瓣着生状态Petals growth pattern		分离 Apart	覆瓦 Tile	侧叠 Overlapping		1.42
18	幼茎色Young-stem color		绿色 Green	微紫 Shallow purple	紫色 Purple		0.98
19	薹茎色Stem color		绿色 Green	微紫 Shallow purple	紫色 Purple		0.68
20	苗期生长习性 Growth habit		匍匐 Grovel	半直立Half-erection	直立 Erection		0.87
21	角果着生状态 Silique angular		平生 Flat	斜生 Inclined	直生 Straight	垂生 Droop	1.32
22	角果色Silique color		黄色 Yellow	黄绿 Yellow-green	微紫 Shallow-purple		0.97

等级 Class	性状观测值 Phenotypic observation
1	Xi≤X-2s
2	X-2s<Xi≤X-1.5s
3	X-1.5s<Xi≤X-s
4	X-s<Xi≤X-0.5s
5	X-0.5s<Xi≤X
6	X<Xi≤X+0.5s
7	X+0.5s<Xi≤X+s
8	X+s<Xi≤X+1.5s
9	X+1.5s<Xi≤X+2s
10	Xi≥X-2s

性状 Properties	最大值	最小值	平均值	标准差	变异系数	多样性指数
性状 Properties	Max	Mix	Average	SD	CV	Diversity Index
茎粗 Stem diameter / mm	22.25	10.10	14.01	2.18	0.16	1.95
株高Plant hight /cm	188.36	120.69	148.24	15.02	0.10	2.01
主花序长度Main inforescence length /cm	76.38	44.07	59.91	7.65	0.13	2.01
一次有效分枝数Valid primary branch number	12.33	4.67	7.74	1.44	0.19	1.96
二次有效分枝数Valid secondary branch number	18.67	3.34	10.23	3.51	0.34	1.95
一次有效分枝高度Branch height /cm	68.41	3.67	31.22	14.97	0.48	2.00
角果长度Silique length /cm	11.63	5.44	8.08	1.58	0.20	2.04
每角果粒数Seeds per silique	34.63	19.44	27.10	3.45	0.13	1.96
主花序有效角果数Silique number of the main inflorescence	87.00	38.22	56.78	9.69	0.17	2.03
单株有效角果数Siliques per plant	763.78	220.89	449.18	136.66	0.30	1.98
着果密度Silique density（个/cm）	1.64	0.60	0.96	0.18	0.19	1.98
千粒重1000-seeds weight /g	5.42	2.74	3.86	0.56	0.14	2.01
单株产量 Seeds weight per plant /g	55.29	12.21	28.62	9.64	0.34	1.98
总花期Florescence period /d	32.00	16.00	22.87	3.45	0.15	1.98
生育期Growth duration /d	125.00	102.00	119.07	4.50	0.04	1.93
蛋白含量Protein content /（μmol/g）	31.75	14.55	20.92	3.93	0.19	2.02
含油量Oil content / %	51.50	34.63	44.79	4.53	0.10	1.97
芥酸Erucic acid /%	35.78	-1.59	10.70	10.64	0.99	1.64
硫苷总量Qlucosinolates Content /（μmol/g）	102.94	19.40	57.97	25.04	0.43	1.98
亚麻酸 Linolenic acid / %	11.56	6.86	8.94	1.06	0.12	1.98
亚油酸Linoleic acid / %	19.80	5.61	12.30	2.70	0.22	1.99
油酸Oleic acid /%	69.52	23.44	51.54	13.54	0.26	1.90

性状 Trait	第1类群 Group 1	第2类群 Group 2	第3类群 Group 3
茎粗SteD	13.60	15.15	14.09
株高PH	143.02	154.82	150.92
主花序长度MIL	58.32	63.52	60.31
一次有效分枝数VPBN	6.91	8.70	8.08
二次有效分枝数VSBN	7.57	14.38	11.01
有效分枝高度BH	34.38	25.78	30.30
角果长度SL	8.73	8.36	7.59
每角果粒数SPS	28.28	23.71	27.13
主花序有效角果数SNMI	50.70	62.18	60.16
单株有效角果数VSPP	312.90	713.17	483.87
着果密度SD	0.88	0.99	1.02
千粒重KSW	4.05	3.70	3.78
单株产量SWPP	21.80	41.21	30.61
开花 d数FP	22.78	24.29	22.67
生育期GD	117.50	121.43	120.67
蛋白PT	19.05	22.91	21.46
含油量OT	47.35	42.25	43.91
芥酸EA	12.89	9.93	9.27
硫苷QC	53.66	53.92	60.79
亚麻酸LinolenicA	8.95	8.89	8.91
亚油酸LinoleicA	11.36	13.08	12.70
油酸OA	49.50	50.17	53.48

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