湖北省大蒜资源主要农艺性状及其与大蒜素含量的关联分析

郭凤领 吴金平 矫振彪

摘要：为充分了解湖北省大蒜（Allium sativum L.）资源之间的亲缘关系及大蒜素含量，以38份大蒜資源为材料，对其农艺性状的遗传多样性及其大蒜素含量的关系进行分析。结果表明，湖北省栽培的大蒜种质资源表型变异丰富，其中，假茎高的变异系数最大（46.5%），其次是蒜薹质量（43.91%）、鳞茎盘厚（40.48%）和鳞茎质量（39.28%）；数量性状的多样性指数均大于质量性状的多样性指数，且株高的多样性指数最大（2.05）。农艺性状的聚类分析表明，38份大蒜资源分为两大组群，不同类群相似性较小，亲缘关系较远；同一类群相似性较大，亲缘关系较近。农艺性状和大蒜素含量的主成分分析表明，营养生长构成因子、产量构成因子和营养品质构成因子构成了主要的3个因子，贡献率达80.913%。通过大蒜产量及大蒜素含量多个因子综合评价，筛选出较好的育种材料9份。

关键词：大蒜（Allium sativum L.）；农艺性状；大蒜素；聚类分析

中图分类号：S633.4 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）20-0106-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.024 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： To fully understand the genetic relationship among garlic resources in Hubei province and thier allicin content，the genetic diversity of 38 garlic resources were conducted in the present study，the agronomic characters and the allicin content were analyzed. The results showed that the morphological diversity was high among accessions assessed. The main height of pseudo-stem variation was clover number（46.5%），followed by garlic-scape weight（43.91%），thick of bulb plate （40.48%） and bulbs weight（39.28%）. The index of genetic diversity of the agronomic traits of quantitative characteristics was higher than qualitative character，and the largest one was plant height（2.05）. Based on cluster analysis of agronomic traits and principal components analysis，38 garlic resources in Hubei were divided into two groups，and each group had its respective character. Agronomic traits and the allicin content were analyzed by principal component analysis，the main three factors were constituted by vegetative growth，yield components and nutritional quality，the contribution rate was 80.913%. Multiple factors comprehensive by the production of garlic and allicin content was evaluated，nine breeding materials were selected.

Key words： garlic（allium sativum l.）； agronomic traits； allicin； cluster analysis

大蒜（Allium sativum L.）为单子叶植物百合科葱属植物蒜的鳞茎，营养丰富，此外大蒜中含有的独特辛辣味物质大蒜素是由20多种易挥发物质构成，使大蒜具有区别其他蔬菜的特殊作用，如杀菌防腐作用，使大蒜成为一种重要的药食兼用蔬菜[1]。大蒜种植已有2 000多年的历史，以无性繁殖为主，在其漫长的传播、栽培过程中，已形成若干不同生态类型的地方品种，其鳞茎大小、皮色、辛辣味等都具有差异[2]。王海平等[3]对中国无性繁殖蔬菜资源圃保存的212份大蒜资源进行鉴定表明，中国大蒜种质资源遗传背景丰富。

笔者团队成员参与了2015年启动的“第三次全国农作物资源普查与收集行动”，调查了湖北省恩施、武穴、咸宁、襄阳等22个县（市），通过普查发现由于引种途径各异，许多大蒜品种缺乏背景资料，给大蒜新品种选育工作造成了一定的困难。因此，对收集的38份大蒜资源农艺性状进行分析，并根据其表型性状进行聚类，同时与大蒜素含量进行关联分析，以期为湖北省大蒜品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

田间试验于2016-2017年在湖北省农业科学院经济作物研究所蔬菜试验基地（武汉）进行。

1.2 试验材料

供试材料见表1。2016年9月下旬播种，2017年5月下旬收获，种植株行距15 cm×20 cm。每份资源种植小区面积 6 m2，重复3次，随机区组排列。田间管理按常规方法进行。

1.3 性状调查

根据《大蒜种质资源描述规范和数据标准》[4]，每小区选取10株代表性植株，调查相关农艺性状。

1.4 大蒜素检测

参考大蒜及制品中大蒜素的测定气相色谱法（NY/T 1800-2009）测定大蒜素。试验条件略有变动。

1.4.1 仪器 气相色谱仪（安捷伦7890，美国），配FID检测器。

1.4.2 标准工作曲线的制作 DATS为200 mg/L，DADS为200 mg/L的标准曲线工作溶液（纯度均大于98%，上海源叶生物科技有限公司）。

1.4.3 色谱柱 DB-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。

1.4.4 温度 进样口温度为160 ℃，检测器温度为160 ℃。柱温：30 ℃/min 由50 ℃升到160 ℃，保持3 min，然后100 ℃/min升到230 ℃，保持3 min。

1.4.5 气体及流量 载气为氮气，纯度≥99.999%，流量为1.0 mL/min，尾吹气为60 mL/min；燃气为氢气，纯度≥99.999%，流量为50 mL/min；助燃气为空气，流量为500 mL/min。

1.4.6 进样方式及进样量 分流进样，分流比为10∶1；进样量为1 μL。

1.5 统计方法

采用Excel 2007进行数据处理，计算平均值、标准差及变异系数，多样性指数的计算采用Shannon-Weaver信息指数，即H′=Σpilnpi，式中，Pi为此物种个体数占群落总数的比例；在聚类分析过程中，种质间距离为欧式距离，聚类方法采用离差平方和法，并用DPS软件聚类并生成树状图[5]。

2 结果与分析

2.1 大蒜主要农艺性状的变异特征

由表2可以看出，大蒜品种间主要农艺性状变异丰富，其变异系数达12.01%～46.50%，其中鳞芽长变异系数最小，为12.01%；而构成植株长势的地上假茎高变异系数较大，为46.50%；蒜薹质量、鳞茎盘厚、鳞茎质量变异系数依次减小，分别为43.91%、40.48%、39.28%，表明湖北省大蒜资源主要农艺性状均存在较大的变异，这为优异资源的筛选创造了条件。

在18个数量性状中，株高的多样性指数最大，为2.05，鳞茎盘厚的最小，为1.65。可见，变异系数大的性状多样性指数不一定高。

2.2 大蒜种质资源主要质量性状的分布

从表3可以看出，7个主要质量性状，多样性指数最高的为鳞茎皮色（1.11），最小的为叶色（0.21），其次是株型和叶片挺直度（0.48），说明鳞茎皮色多样性丰富。

2.3 基于形态性状的聚类分析

对38份大蒜种质形态性状的田间鉴定资料进行聚类分析（图1），在欧氏距离为16处可将全部供试材料划分为二大组群，两大组群分别包括的种质数为14份和24份。第一组群在欧氏距离为9.0处可分为2个亚类（Ⅰ和Ⅱ），第二组群在欧氏距离10.0处可分为2个亚类（Ⅲ和Ⅳ），4个亚类包括的种质数分别为13、1、15和9份。

从表4可以看出，第一组群内，Ⅰ亚类大蒜素含量较低，第Ⅱ亚类不抽薹，Ⅰ亚类中蒜薹较重，平均达2.37 g，Ⅱ亚群大蒜素含量较高，比Ⅰ亚类高144.57 mg/kg；第二组群内，Ⅲ亚类鳞茎、花苞、蒜薹质量和大蒜素含量均小于Ⅳ亚类，Ⅳ亚类大蒜素含量高达2 936.87 mg/kg。

2.4 主成分分析

用DPS 数据处理系统得出的特征根和特征向量见表5。从特征根及特征向量可以看出，前3个特征根累计贡献率为80.913%，且各主成分的因子载荷在各种质间存在较大差异，表明大蒜变异的方向较多。第一主成分贡献率达54.294%，叶片数、株高、叶长、鳞茎横径、鳞茎纵径、鳞芽数、鳞芽长、鳞芽宽、蒜薹长等指标有较高的载荷，鉴于入选的特征根，把第一主成分称为大蒜营养生长构成因子，该主成分主要反映了大蒜营养生长构成要素，表明大蒜在充分的营养基础上，能形成较高产量的蒜薹和鳞茎。第二主成分贡献率达17.891%，株幅、花苞长、鳞茎盘厚、蒜薹质量等指标有较高的载荷，花苞长和蒜薹株幅的相关系数最大。第三主成分的贡献率为8.728%，主要是鳞茎质量和大蒜素含量，鉴于入选的特征根，把第三主成分称为大蒜产量和品质构成因子。

在大蒜品种选育中，为确保高产优质，应注意在对鳞茎质量等产量构成因子选择的同时，要结合其对营养生长指标及大蒜素含量进行综合选择才能筛选到高产优质的品种或者品系。

根据供试各品种主成分分量优劣的表现，评选出高产优质的资源编号为4、5、7、10、13、16、19、20、39等9个品种，这9份资源是38份供试材料中主要生长、产量、大蒜素含量表现比较优良的资源。

3 讨论

大蒜有“植物黄金”之称，既是重要的调味品蔬菜，又是重要的药用植物[6，7]，含有多种营养成分。因大蒜具有很高的营养价值和药用价值，精深加工产品走俏欧洲、美国。世界大蒜种植面积154.7万hm2，产量为2 005.8万t；中国大蒜种植面积79.1万hm2，产量为1 203.5万t（2014年，来自联合国粮食及农业组织以及根据中国食品商会大蒜分会的数据）。大蒜以无性繁殖为主，因此对大蒜资源创新研究少，在知网通过主体和关键词检索“大蒜”+“种质资源”，仅有71篇报道。孔素萍等[8]对78份国内外大蒜主要农艺性状变异特征及其与产量相关构成分析，明确了大蒜具有丰富的遗传多样性，且大蒜农艺性状之间多存在极显著相关关系，除蒜薹和鳞茎自身性状外，株高和茎粗是决定大蒜蒜薹和鳞茎产量形成的关键农艺性状。本研究选用的湖北省大蒜种质资源，從测定的大蒜18个主要农艺性状的变异系数看，其变异范围达12.01%～46.50%，说明大蒜虽为无性繁殖且来源于同一省份，但在不同生态环境下，通过人为定向选择培育和自然淘汰，还是形成了变异丰富的资源以及适宜一定生态环境的生态型，从而表现出极为丰富的遗传多样性，其中尤以构成植株长势的地上假茎高变幅较大，其次是蒜薹质量、鳞茎盘厚、鳞茎质量。

本试验从营养生长、产量及大蒜素含量3个方面对38份大蒜种质遗传多样性进行了研究，结果表明大蒜种质各性状表现出丰富的多样性，各品种间的农艺性状及品质性状存在显著差异。从大蒜种质主成分分析结果可以看出，3个主成分包含了营养生长构成因子、产量构成因子和营养品质构成因子等大蒜产量及大蒜素含量多个方面，能夠较客观地揭示大蒜种质的特点。筛选出的主成分数目较多，反映了各性状的贡献率分散；累积贡献率增长不明显，说明大蒜性状变异的多向性以及各种质之间的遗传多样性。本研究从38份大蒜种质中筛选出编号为4、5、7、10、13、16、19、20、39等9个高产优质的品种，可以将其作为优良品种的重要选育材料来源。

参考文献：

[1] 王薇薇，郭 军，梅 燚，等.大蒜种质资源的综合评价与聚类分析[J].江苏农业学报，2017，33（2）：397-403.

[2] 陆帼一，樊治成，杜慧芳.大蒜品种生态型与引种的关系[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2001，29（4）：55-58.

[3] 王海平，李锡香，沈 镝，等.基于表型性状的中国大蒜资源遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2014，15（1）：24-31.

[4] 李锡香，朱德蔚.大蒜种质资源描述规范和数据标准[M].北京： 中国农业出版社，2006.

[5] 唐启义.DPS数据处理系统——实验设计、统计分析及数据挖掘[M].第二版.北京：科学出版社，2010.

[6] SINGH，N，SINGY P. Amaranth：Potential source for flour enrichment[A].VICTOR R P， RONALD ROSS W，VINOOD B P，et al. Flour and Breads and Their Fortification in Health and Disease Prevention[C].San Diego，US：Academic Press，2011.101-111.

[7] KHAR A，BANERJEE K，JADHAV M R，et al. Evaluation of Indian garfic ecotypes for allicin and other allyl thiosulphinates[J].Food Chemistry，2011，128（4）：988-996

[8] 孔素萍，孙敬强，吴 雄，等.大蒜主要农艺性状变异特征及其与产量相关构成分析[J].中国农业科学，2015，48（6）：1240-1248.