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Phenotypic Genetic Diversity Analysis and Comprehensive Evaluation of 200 millet Germplasm Resources
LIZhenjiao
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (17) : 13-18.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Phenotypic Genetic Diversity Analysis and Comprehensive Evaluation of 200 millet Germplasm Resources
This study aimed to elucidate the genetic diversity and comprehensive agronomic performance of foxtail millet germplasm resources in Yulin City of Shaanxi, to support breeding programs. 200 geographically distinct millet accessions were evaluated using variation analysis, genetic diversity assessment, cluster analysis, principal component analysis (PCA), and correlation analysis. Phenotypic characterization revealed the predominant traits including green leaf sheaths, semi-erect plant architecture, conical panicles, medium panicle compactness, short bristles, and yellow grain coloration. Quantitative trait analysis demonstrated highly significant genetic variation (P<0.01), with the highest Shannon-Wiener diversity indices observed for panicle diameter (2.06) and single panicle weight (2.06), and the lowest for panicle length (1.96). Cluster analysis based on Euclidean distance and Ward’s method classified 63.5% of accessions into Cluster III. PCA extracted five principal components, accounting for 91.85% cumulative variance contribution. A weighted comprehensive evaluation (D-value) using membership functions identified ten superior cultivars, including ‘Jingu 45’, ranked by D-value. Pearson correlation analysis revealed significant associations (P<0.01) between the D-value and five key traits, including plant height, panicle diameter, single panicle weight, panicle grain weight, and threshing percentage. These findings highlight the rich genetic diversity of Yulin’s millet germplasm. The top-ranked cultivars exhibit potential for regional promotion and breeding applications, while the five core traits serve as critical indicators for germplasm evaluation.
millet / germplasm resources / variation analysis / diversity analysis / cluster analysis / principal component analysis / correlation analysis / comprehensive evaluation
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井苗, 强羽竹, 王彩兰, 等. 榆林市谷子新品系比较研究[J]. 安徽农业科学, 2019, 47(6):45-46,51.
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刁现民. 中国谷子产业与产业技术体系[M]. 北京: 中国农业科学与技术出版社, 2011:20-30.
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智慧, 牛振刚, 贾冠清, 等. 谷子干草饲用品质性状变异及相关性分析[J]. 作物学报, 2012, 38(5):800-807.
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刘三才, 朱志华, 李为喜, 等. 谷子品种资源微量元素硒和蛋白质含量的测定与评价[J]. 中国农业科学, 2009, 42(11):3812-3818.
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刘敏轩, 陆平. 中国谷子育成品种维生素E含量分布规律及其与主要农艺性状和类胡萝卜素的相关性分析[J]. 作物学报, 2013, 39(3):398-408.
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邵丽华, 王莉, 白文文, 等. 山西谷子资源叶酸含量分析及评价[J]. 中国农业科学, 2014, 47(7):1265-1272.
【目的】通过对山西谷子资源叶酸含量的测定与评价，了解谷子叶酸含量的变异及其与地理分布的关系，为谷子种质营养含量和育种提供依据。【方法】分别在谷子的研究基地长治、汾阳和太原采集目前山西育种和种植中常用品种245个，记录谷子颜色后于60℃下烘干，采用常规方法研磨脱壳去糠，记录米粒颜色后研磨米粒，全部过100目筛子，测定其叶酸含量。叶酸用磷酸二氢钾溶液恒温水浴浸提，加苯胺处理过的活性炭吸附，用3%氨—70%乙醇洗脱，采用高锰酸钾氧化—间接荧光法测定。【结果】①山西省245份不同品种谷子叶酸含量平均为1.53 μg•g-1。谷子叶酸含量数值服从正态分布且为左偏态，说明谷子叶酸含量较多集中在平均值偏高水平。②不同地区谷子叶酸含量不同。同一品种在汾阳种植其叶酸含量显著低于太原和长治。日均温、日照时数和相对湿度对叶酸含量影响不显著，降雨量则显著影响叶酸含量。③谷粒颜色对叶酸含量影响不显著，小米颜色差异显著影响叶酸含量，从高到低依次为：褐色、绿色、黄色、鲜黄、浅黄和白色米粒品种。【结论】山西省谷子资源的叶酸含量存在较为丰富的遗传变异，变异范围0.37—2.37 μg•g-1，变异系数为26.2%。不同生态区谷子叶酸含量存在明显差异，春播晚熟区的叶酸含量显著高于春播中熟区。降雨量显著影响谷子叶酸含量。小米颜色差异对叶酸含量有显著影响。在鉴定评价基础上，以样品叶酸含量的平均数及其标准差（ ±s）为分类依据，筛选了一批高叶酸的谷子种质资源总计24份，占参试材料的9.8%。目前山西省农业生产常用谷子品种晋谷21，其叶酸含量约为2.0 μg•g-1，属于高叶酸含量品种。
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李顺国, 刘斐, 刘猛, 等. 中国谷子产业和种业发展现状与未来展望[J]. 中国农业科学, 2021, 54(3):459-470.
谷子起源于中国,是旱作生态农业绿色发展的主栽作物。国家启动产业技术体系十年来,创制出一批抗除草剂、商品品质显著提升、蒸煮时间显著缩短的育种材料;基因组测序、单倍型图谱和高通量转化技术体系构建等推动了谷子产业技术原始创新能力持续提高;育成了一批中矮秆抗除草剂新品种,创新集成了一批适合不同产区的栽培技术,单户综合生产能力提高20倍以上,单产提高90.8%,总产提高85.7%,全程机械化轻简栽培实现了谷子生产方式历史性变革。谷子是完全市场化作物,近十年来总体价格呈上升趋势,产业规模不断扩大,全国地理标志产品发展迅速,正在形成一批区域公用品牌和产业优势区。随着产业发展的带动,品种权保护与转让逐步增多,一批谷子种业开始起步。在乡村振兴和健康中国战略新的时代背景下,谷子的营养、生态、文化属性给中国谷子产业和种业带来了新的机遇;同时中国谷子种业和产业也面临着种子繁殖系数高、品种权落实力度不够、科研和平台建设有待加强、缺乏突破性大品种等诸多挑战。未来中国谷子特色产业发展将助推乡村振兴并带动种业发展;季节性休耕区、压采地下水区的生态需求将促进谷子生产面积呈现恢复性增长;种业、科研、产业融合呈加快发展趋势。攻克谷子种业重大基础科学问题,构建现代生物育种技术体系,培育突破性新品种,实现科研、种业、产业的一体化发展是中国谷子种业的发展方向。中国谷子种业发展必须坚持原始创新、坚持产业需求、坚持服务主产区、坚持差异化发展、坚持市场主体地位。未来中国谷子产业和种业需攻克的重点任务:突破性新种质创新、高效育种技术平台构建、突破性新品种杂交种培育、构建种子生产技术规范和良种繁育技术体系、提升种业管理服务能力、布局优化制种基地、打造种子优势企业。
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张雪峰. 中国谷子产业发展问题研究[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2014.
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王海岗, 秦慧彬, 田翔, 等. 山西谷子地方品种表型多样性分析[J]. 中国农学通报, 2018, 34(32):19-24.
为了系统分析山西省谷子地方品种的表型遗传多样性，以5627份山西省谷子地方品种为材料，以《中国谷子品种资源目录》、《中国谷子遗传资源目录》和《中国谷子及其粟类作物品种资源目录》中记录的17个数量和质量性状为基本数据，进行遗传多样性评价。结果表明：山西谷子资源主要分布于大同、忻州、吕梁、晋中、长治5市，占全省资源的75.7%；90%谷子资源中为粳性；运城、晋城谷子资源遗传多样性最大。山西谷子资源在苗色、穗型、粒色类型丰富，涵盖了中国谷子资源的基本类型；山西谷子种资源遗传多样性大，类型多，优异资源丰富，为谷子种质创新和分子生物学研究积累丰富的物质基础。
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田伯红. 谷子地方品种和育成品种的遗传多样性研究[J]. 植物遗传资源学报, 2010, 11(2):224-228.
对河南、河北和山东等地的482份谷子地方品种和近30年培育的谷子品种11个形态性状和农艺性状进行种植观察, 研究两类品种的遗传多样性。与地方品种相比, 育成品种形态性状的多样性指数大多低于地方品种, 育成品种的株高比地方品种显著降低, 穗重、穗粒重和出谷率等性状显著提高。地方品种的广泛变异类型是现代谷子育种的重要遗传资源。
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王海岗, 贾冠清, 智慧, 等. 谷子核心种质表型遗传多样性分析及综合评价[J]. 作物学报, 2016, 42(1):19-30.
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戴海芳, 武辉, 阿曼古丽, 等. 不同基因型棉花苗期耐盐性分析及其鉴定指标筛选[J]. 中国农业科学, 2014, 47(7):1290-1300.
【目的】棉花（Gossypium hirsutum）虽是较耐盐碱的作物，但不同品种间耐盐性差异较大。本研究旨在探讨新疆各年代不同基因型棉花苗期耐盐特性，挖掘棉花本身耐盐遗传资源，筛选耐盐性快速鉴定指标并建立可靠的棉花耐盐性数学评价模型，为棉花耐盐新品种选育及大规模品种耐盐性评价奠定基础。【方法】以17个棉花品种为试验材料，按NaCl盐与草炭、蛭石复合基质重量比设置0（CK）、0.6%两个处理水平，棉种经消毒、催芽后播于复合基质，通过苗期盐土栽培持续胁迫的方式，可反映棉株在大田条件中的实际胁迫环境及真实抗逆机制。对各处理下各品种出苗率（ER）、幼苗鲜重（FW）、干重（DW）、植株含水量（PWC）、第一片真叶面积（LA）、叶片净光合速率（Pn）、叶绿素含量（Chl）和相对电导率（REC）等11个生理指标进行测定，以各单项指标的耐盐系数作为衡量耐盐性的依据，运用主成分分析、聚类分析和逐步回归等方法对其耐盐性进行综合评价及分类，并分析各耐盐类型棉花品种生理表现特征。【结果】通过主成分分析，本试验将盐胁迫处理下棉花幼苗叶片的11个单项指标转换成6个彼此独立的综合指标；通过隶属函数分析，得到不同棉花基因型幼苗耐盐性综合评价值（D值），并通过聚类分析，将17个棉花品种划分为4种耐盐类型，其中盐敏感型3个品种，弱耐盐及中度耐盐型各6个，高度耐盐型2个；进一步利用逐步回归方法建立了可靠的棉花幼苗耐盐性评价回归模型D=-1.192+ 0.402REC+0.119LA+0.274FW+0.086Pn+1.019Chl，方程决定系数R2= 0.9921，同时筛选出显著影响棉花幼苗耐盐能力的5个单项指标，即Pn、Chl、LA、FW和REC，对回归方程的估计精度进行评价，各品种估计精度均大于94.44%，表明所筛选鉴定指标对棉花耐盐性影响明显，该方程可用于棉花耐盐性评价。本研究对逐步回归与聚类结果进行相互验证，得到各耐盐类型棉花幼苗的生理表现特征。结果发现，与盐敏感品种相比，强耐盐棉花品种幼苗在盐胁迫下REC较低，Pn、Chl、LA和FW则能保持较高水平，且其幼苗真叶面积可达其它类别品种近2倍。【结论】强耐盐棉花品种幼苗叶片在盐碱环境中受到伤害较轻，能保持较高的真叶面积和光合能力，有利于提高植株耐盐能力和光合产物积累，降低土壤中离子毒害，增强植株耐盐性。在相同逆境中，通过测定REC、Pn、Chl、LA和FW等5个鉴定指标，可进行品种耐盐性强弱的快速鉴定和预测。
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齐国昌, 余春磊, 张鹍飞, 等. 青稞苗期耐盐性鉴定及评价[J]. 麦类作物学报, 2014, 37(7):950-956.
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赵璐. 宁夏和新疆水稻种质资源遗传多样性分析及核心种质构建[D]. 银川: 宁夏大学, 2018.
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田蕾, 陈亚萍, 刘俊, 等. 粳稻种质资源芽期耐盐性综合评价与筛选[J]. 中国水稻科学, 2017, 31(6):631-642.
【目的】 土壤盐渍化是危害水稻生产的重要非生物胁迫之一。鉴定水稻种质资源发芽期耐盐性,筛选耐盐指标,培育耐盐品种,对水稻生产的发展具有重要意义。【方法】 利用125 mmol/L NaCl溶液对64份粳稻种质资源进行盐胁迫,于胁迫后3 d测定发芽数;胁迫5 d、10 d后,测定发芽数、芽长和根长,并计算相对芽长、根长、发芽势、发芽率、盐害率,发芽指数和活力指数。运用多种统计学方法对各种质资源的芽期耐盐性进行综合评价,分析典型耐盐和盐敏感种质盐胁迫条件下的发芽特征。【结果】 相对盐害率与相对根长、相对发芽势、相对发芽率、发芽指数和活力指数均极显著负相关;除相对芽长外各指标间的相关性均达到极显著水平。通过聚类分析将64份粳稻种质资源划分成4个类群。第Ⅰ、Ⅳ类群分别为典型的盐敏感和耐盐类群,第Ⅱ类群为弱耐盐种质为主的混合类群,第Ⅲ类群主要由耐盐种质组成。通过主成分分析将7个评价指标转换为3个主成分,应用隶属函数和权重,获得了客观评价粳稻种质资源耐盐性的综合评价值 D。分别选取D值最高和最低的5份种质资源进行芽期耐盐指标的差异显著性分析,结果表明,两组种质资源盐胁迫5 d的各评价指标差异均达到极显著水平,10 d的评价指标除相对芽长外,均达到了显著差异水平。【结论】 水稻芽期对盐胁迫较为敏感,且耐盐性不同的种质间差异显著。利用逐步回归和主成分分析获得发芽指数、相对根长和相对盐害率3个指标,可作为快速鉴定粳稻种质资源芽期耐盐性的重要指标,若采用多元统计方法评价可靠性更高。
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王海岗. 山西谷子种质资源遗传多样性与主要农艺性状的QTL关联分析[D]. 太原: 山西农业大学, 2019.
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岳琳祺. 谷子种质资源评价与富硒种质筛选[D]. 太原: 山西农业大学, 2021.
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赵香娜, 李桂英, 刘洋, 等. 国内外甜高粱种质资源主要性状遗传多样性及相关性分析[J]. 植物遗传资源学报, 2008(3):302-307.
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华蕾, 袁筱萍. 我国水稻主栽品种SSR多样性的比较分析[J]. 中国水稻科学, 2007, 21(2):150-154.
采用40个SSR标记，比较分析了151份20世纪50年代(78份）和近10年（73份）我国常规稻主栽品种的遗传差异，发现有39个标记具有多态性，多态性位点共检测到213个等位基因，每个位点2～11个，平均5.5个；平均Nei基因多样性指数(He)为0.649，范围在0.309（RM174）～0.869（RM418）。籼粳亚种间SSR多样性差异明显，籼稻平均等位基因数（Na）和Nei基因多样性指数（Na = 4.4，He = 0.458）均高于粳稻品种（Na = 4.0，He = 0.395）。比较了78份20世纪50年代与73份近10年水稻主栽品种的遗传多样性，籼、粳亚种表现出相近的变化趋势，即Nei多样性指数和等位基因数20世纪50年代主栽品种高于近10年的。虽然Nei基因多样性指数的变化并不显著（籼稻：z= 1.471，P=0.141；粳稻：z= 1.932，P=0.053），但等位基因数目的变化达到显著水平（籼稻：z= 2.677，P=0.007；粳稻：z= 3.441，P=0.001）。分子方差分析(AMOVA)表明，遗传变异绝大部分存在于两时期内，尽管时期间平均贡献的遗传变异仅占1.9％，但仍然达到5％的显著水平；籼、粳亚种两时期间平均贡献的遗传变异高于整个分析样本，分别为5.0％和8.2％；籼、粳亚种不同位点的遗传分化程度也各不相同，籼稻和粳稻品种分别有13个（占33.3％）和11个（占28.2％）SSR位点的等位基因在两时期间差异显著，而其余位点的遗传变异则是因时期内品种间的差异引起的。研究表明近10年我国常规稻主栽品种丢失了一部分等位基因，水稻育种仍应加强更广泛的种质亲本的选择。
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陈越, 张敦宇, 丁明亮, 等. 多个省份水稻资源的表型多样性与优异资源的筛选[J]. 浙江农业学报, 2019, 31(11):1779-1789.
为了解我国水稻资源的表型多样性水平,通过变异系数、遗传多样性指数、聚类分析、相关分析、主成分分析、逐步回归分析等方法对来自我国6个省份的60份水稻资源的15个主要表型性状的多样性水平进行了分析。结果表明:15个表型性状的变异系数为9.58%~47.15%,其中,谷粒长的变异系数最小,二次枝梗数的变异系数最大;15个表型性状的遗传多样性指数为1.810 1~2.041 1,其中,剑叶长的遗传多样性指数最大,结实率的遗传多样性指数最小;以水稻资源的来源为单位,6个省份水稻资源的表型性状遗传多样性指数均值为0.944 6~1.963 6,各个省份水稻资源的遗传多样性指数差异较大。聚类分析结果表明,在欧式距离0.4处可将60份水稻资源划分为3个类群,各类群表型性状差异明显;15个表型性状数据主成分分析和综合评价表明,60份水稻资源中四川的蜀恢527为表型综合性状排名第1的资源,同时筛选到株高、谷粒长、谷粒宽、一次枝梗数、二次枝梗数与千粒重共6个可作为水稻资源综合评价的关键指标。上述表型性状数据与由主成分分析得到的可用于评价水稻资源优劣的综合评价值,可筛选出综合性状较优的水稻资源,为后续水稻育种工作提供优良的亲本和中间材料。
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葛平珍, 王昭礼, 余莉, 等. 粒用菜豆种质资源表型遗传多样性分析及综合性评价[J]. 西南农业学报, 2021, 34(7):1386-1394.
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王娟, 李荫藩, 梁秀芝, 等. 北方主栽燕麦品种种质资源形态多样性分析[J]. 作物杂志, 2017(4):27-32.
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张雪婷, 杨文雄, 王世红, 等. 甘肃省近年来育成冬小麦品种主要农艺性状的遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2015(4):27-32.
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解慧芳, 牛静, 邢璐, 等. 117份谷子核心种质资源表型性状的遗传多样性分析[J]. 江苏农业科学, 2023, 51(13):76-81.
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赵小琴, 贾瑞玲, 刘军秀, 等. 120份谷子种质资源的农艺性状表现和遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2022(6):61-69.
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丁银灯, 胡相伟, 聂石辉, 等. 谷子种质资源表型及SSR遗传多样性分析[J]. 植物遗传资源学报, 2018, 19(6):1210-1221.
本研究对国内外124份谷子种质资源进行表型及SSR遗传多样性分析。表型性状分析表明，幼苗叶姿、穗颈2个质量性状变异较丰富；单株秆重、单株生物产量、单穗重3个数量性状变异系数较大，遗传多样性指数较高，表现出丰富的遗传多样性。表型性状聚类采用Ward法，在遗传距离7.0处分为6大类群，各类群性状差异明显。SSR遗传多样性分析表明，52对引物在124份材料中共扩增特异性条带52条，平均遗传相似系数0.834，变化范围为0.615~0.962。聚类分析表明，遗传相似系数为0.746时，124份材料被分为4大类群，第Ⅰ、Ⅱ类群均来自中国河北；第Ⅲ类群来自哈萨克斯坦；第Ⅳ类群占参试材料的87.90%，没有明显的地理聚类特征。但遗传相似系数为0.843、0.870时，进一步可分9个亚群、7个亚亚群，材料又基本按地区聚为一类。表型性状及SSR聚类分析均存在明显的地理聚类特征，结合表型性状鉴定出12份适宜新疆种植的谷子优异种质。
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刘思辰, 曹晓宁, 温琪汾, 等. 山西谷子地方品种农艺性状和品质性状的综合评价[J]. 中国农业科学, 2020, 53(11):2137-2148.
【目的】通过对山西谷子地方品种种质资源农艺性状和品质性状进行综合评价,分析山西谷子种质资源的多样性特点和分布规律,为种质资源的评价和新品种选育提供参考。【方法】利用变异系数、Shannon-Weaver多样性指数对212份山西谷子种质资源的15个性状进行多样性分析和性状差异分析,采用聚类分析、主成分分析、相关性分析以及逐步回归分析对山西谷子种质资源进行综合评价和鉴定指标筛选。【结果】212份山西谷子种质资源多样性指数范围为0.92—2.15,除粒色外,均大于1.00;变异系数范围为3.35%—38.66%,株高、穗长、茎长、茎粗、穗粗、节数、码数、码粒数、单穗重、穗粒重、千粒重、直/支比和粒色变异比较丰富,淀粉和蛋白质变化较小。聚类分析把山西谷子种质资源分为3个类群：第一类群北部品种,来源地包括大同和朔州;第二类群中部品种,来源地包括阳泉、太原、晋中和榆次;第三类群南部品种,来源地包括临汾和运城,与山西地理分布吻合;北部品种中单穗重、穗粒重和千粒重等性状的平均值更高,南部品种中码粒数、单穗重、千粒重、蛋白质、淀粉和直/支比表现出更高的变异性。主成分分析把15个性状归为9个主成分,累计贡献率为89.26%,表明9个主成分包含了谷子表型性状的大部分信息。山西谷子种质资源表型性状的综合得分F值均值为0.521,临汾的黄疙瘩最高（0.709）,大同的牛毛黄最低（0.315）。15个性状和综合得分F值的相关性分析表明,10个农艺性状（株高、穗长、茎长、茎粗、穗粗、节数、码数、码粒数、单穗重和穗粒重）与F值呈极显著正相关,直/支比与F值也呈极显著正相关。采用逐步回归分析法筛选出9个性状,分别为株高、穗长、茎长、码数、码粒数、单穗重、蛋白质、直/支比和粒色。【结论】山西谷子地方品种表型多样性丰富,山西谷子资源划分为南部品种、中部品种和北部品种,划分结果与地理来源吻合。直/支比可作为评价指标引入到谷子种质资源的综合评价中。筛选出9个性状可以作为谷子种质资源性状评价指标。山西谷子南部资源多样性更丰富,可作为谷子品质和特色育种的资源库。
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