基于6个重要农艺性状的四川地区大蒜资源表型评价

2018-03-08苗明军李金刚李全兴刘独臣常

中国蔬菜 2018年3期

李菊苗明军李金刚李全兴李志游敏杨亮刘独臣常伟*

（1四川省农业科学院园艺研究所，蔬菜种质与品种创新四川省重点实验室，农业部西南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，四川成都 610066；2彭州市农村发展局，四川彭州 611930；3郫都区农业和林业局，四川成都 611730）

大蒜（Allium sativumL.）为百合科葱属植物，原产于中亚和西亚，是重要的香辛类蔬菜。大蒜在我国栽培历史悠久，种质资源非常丰富，据统计，国家无性繁殖蔬菜种质资源圃已保存大蒜种质资源600余份，是我国保存大蒜种质资源最多的机构。前人在大蒜种质资源的农艺性状研究方面取得了一定进展。陈书霞等（2012）对国内外40份大蒜种质资源的16个农艺性状和4个品质指标进行分析，将这40份大蒜资源分为4大类，并筛选出10个高产优质品种。王海平等（2014）对212份大蒜资源的表型性状进行遗传多样性分析，找到8个反映植株生长发育、产品特征和产量构成的主成分，将大蒜资源划分为2类5亚类，并筛选出3份单产大于15 t·hm-2的大蒜资源。孔素萍等（2015）对国内78份大蒜资源主要农艺性状的变异特征进行分析，明确了株型因子、蒜薹因子及叶形鳞芽因子是影响大蒜鳞茎和蒜薹产量的主要因子。罗莉斯等（2015）对贵州大蒜种质资源的农艺性状进行聚类分析，将32份大蒜资源分为2个类群。

我国是世界上最大的大蒜生产国和出口国，常年生产面积维持在80万hm2左右，占世界大蒜生产面积的60%以上，主要产区分布在山东、河南、江苏、云南和四川等地（侯加林，2017）。其中四川常年大蒜生产面积约4万hm2。以前生产中的主栽品种多为地方品种，由于大蒜是无性繁殖作物，病毒病通过亲代传递逐年积累，严重影响大蒜生产，因此外地引种逐渐取代地方品种成为大蒜种源。由于引种途径各异，许多大蒜资源的背景资料缺乏详细记录，这给四川地区大蒜的育种工作造成极大困难。笔者对《川东北及川西南蔬菜种质资源考察搜集目录》中收集的81份大蒜资源的农艺性状进行主成分分析和聚类分析，旨在为提高四川大蒜种质资源的利用效率和大蒜的品种选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试81份大蒜种质资源均来源于《川东北及川西南蔬菜种质资源考察搜集目录》，材料名称及采集地见表1。2015～2016年对《川东北及川西南蔬菜种质资源考察搜集目录》中的大蒜资源进行繁育，调查大蒜的6个主要农艺性状，包括株高、叶长、叶宽、假茎长、假茎粗、鳞茎质量。

1.2 试验方法

试验在四川省农业科学院园艺研究所简阳基地进行。分别于大蒜生长期和采收期进行农艺性状指标数据采集，每份资源选择10株有代表性的植株进行测定，记录大蒜的株高、叶长、叶宽、假茎长和假茎粗；鳞茎采收洗净晾干后，测定单头质量。所有数据均为10株测定的平均值。

1.3 数据分析

试验数据采用Excel软件和DPS 7.05软件进行统计分析，不同种质资源间性状差异用变异系数表示；利用DPS 7.05软件进行主成分分析、聚类分析和相关性分析。

表1 供试81份大蒜种质资源名称及采集地

2 结果与分析

2.1 大蒜考察地的地理分布及海拔高度

考察地点主要位于绵阳、广元、巴中、达州、攀枝花、阿坝藏族羌族自治州、凉山彝族自治州和重庆共8个市（州）的22个区（县）66个乡（镇），平均海拔高度1 271 m，海拔最低的考察地点位于雷波县南田乡，为530 m；海拔最高的考察地点位于盐源县白乌乡，为2 620 m。

2.2 大蒜种质资源的农艺性状分析

对81份大蒜资源的6个农艺性状进行统计分析，结果表明（表2）：大蒜的6个农艺性状中变异系数最大的是鳞茎质量，为73.43%，变幅为6.7～87.5 g；其次是假茎长，变异系数为52.64%，变幅为2.3～39.4 cm；假茎粗、株高和叶长的变异系数分别为28.46%、25.49%、23.31%；叶宽的变异系数最小，为19.13%。表明所分析的大蒜资源之间性状差异较大，多样性较为丰富。

表2 大蒜种质资源的农艺性状分析

2.3 大蒜种质资源主要农艺性状的主成分分析

对大蒜资源的6个农艺性状进行主成分分析，根据累计贡献率≥85%的标准（表3），在所有主成分构成中，不同大蒜种质资源的绝大部分信息主要集中在前3个主成分，累计贡献率达87.804 6%。

表3 大蒜种质资源主要农艺性状的主成分分析

其中第1主成分贡献率最大，其特征值为3.331 9，贡献率为55.531 1%。载荷较高且符号为正的农艺性状有株高和叶长，表明第1主成分是反映植株株型的主要因子，即株型因子。第2主成分的特征值为1.128 9，贡献率为18.815 3%。特征向量值最大的性状是鳞茎质量，其次是叶宽和假茎粗，而株高和假茎长有较高的负值，表明第2主成分是反映鳞茎质量的主要因子，即鳞茎产量因子。当第2主成分的各向量值高时，鳞茎质量增加，植株较矮，叶片更宽，假茎短而粗。第3主成分的特征值为0.807 5，贡献率为13.458 2%。以鳞茎质量的特征向量值最高，其次是假茎长，而叶宽和假茎粗有较高的负值，表明第3主成分也是反映鳞茎质量的主要因子。当第3主成分的各向量值高时，鳞茎质量增加，叶片更窄，假茎长且细。

2.4 大蒜种质资源的聚类分析

利用DPS 7.05数据统计软件，采用离差平方和法，对81份大蒜种质资源的6个农艺性状数据进行聚类分析（图1），在欧氏距离169.8处将供试资源分为4个类群。

类群Ⅰ包含27份资源，编号分别为1、2、24、26、45、46、47、49、50、51、52、53、54、57、58、60、61、63、64、67、68、71、74、75、77、79、80。主要特点是株高在31.8～52.8 cm之间，平均值43.4 cm；叶长在22.9～42.1 cm之间，平均值35.9 cm；叶宽在1.7～3.0 cm之间，平均值2.3 cm；假茎长在6.6～15.7 cm之间，平均值11.1 cm；假茎粗在0.8～1.8 cm之间，平均值1.3 cm；鳞茎质量在17.9～46.2 g之间，平均值28.4 g。

类群Ⅱ包含20份资源，编号分别为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、35、43、66、78、81。主要特点是株高在16.0～45.3 cm之间，平均值34.9 cm；叶长在11.9～35.4 cm之间，平均值 27.8 cm；叶宽在1.3～2.7 cm之间，平均值 2.2 cm；假茎长在3.5～12.3 cm之间，平均值 7.2 cm；假茎粗在0.5～1.6 cm之间，平均值 1.0 cm；鳞茎质量在6.7～18.0 g之间，平均值11.9 g。20份大蒜资源的鳞茎质量平均值仅为81份大蒜资源总体平均值的一半，而小瓣品种更易形成独头蒜，表明该类群可作为独头蒜栽培和育种的重要资源。

类群Ⅲ包含7份资源，编号分别为48、55、59、70、72、73、76。主要特点是株高在8.7～63.3 cm之间，平均值45.7 cm；叶长在8.7～52.1 cm之间，平均值38.4 cm；叶宽在1.6～3.6 cm之间，平均值2.5 cm；假茎长在2.3～24.5 cm之间，平均值14.3 cm；假茎粗在0.7～2.0 cm之间，平均值1.5 cm；鳞茎质量在55.0～87.5 g之间，平均值69.2 g。7份大蒜资源的鳞茎质量平均值约为81份大蒜资源总体平均值的3倍，表明该类群适合作为选育高产大蒜品种的重要资源。

类群Ⅳ包含27份资源，编号分别为17、18、20、21、22、23、25、27、28、29、30、31、32、33、34、36、37、38、39、40、41、42、44、56、62、65、69。主要特点是株高在45.0～71.4 cm之间，平均值57.2 cm；叶长在27.6～49.5 cm之间，平均值42.4 cm；叶宽在1.3～3.5 cm之间，平均值2.4 cm；假茎长在13.1～39.4 cm之间，平均值21.9 cm；假茎粗在1.0～3.1 cm之间，平均值1.5 cm；鳞茎质量在7.1～30.5 g之间，平均值15.7 g。

图1 基于6个主要农艺性状的81份大蒜种质资源聚类结果

2.5 大蒜种质资源各指标间的相关性

由表4可知，大蒜各种质资源分布的海拔高度与鳞茎质量呈显著正相关，与株高、假茎长呈极显著负相关；株高与叶长、叶宽、假茎长、假茎粗呈极显著正相关；叶长与叶宽、假茎长、假茎粗呈极显著正相关；叶宽与假茎粗呈极显著正相关，与假茎长呈显著正相关；假茎长与假茎粗呈极显著正相关。

表4 大蒜种质资源各指标间的相关性

3 结论与讨论

种质资源是作物育种的物种基础，挖掘优异大蒜种质是大蒜品种选育与改良中最为重要的工作。大蒜在我国已有2 000多年的栽培历史，且在世界各地广泛种植，在不同生态环境下，经过人为定向选择培育和自然淘汰，形成了变异丰富的大蒜种质资源。为了更好地利用大蒜种质资源，本试验对收集的大蒜种质进行鉴定与评价，以期为四川地区大蒜育种及栽培提供理论依据和科学指导。

主成分分析和聚类分析广泛应用于芒果（辛明等，2014）、加工番茄（韩泽群和姜波，2014）、丝瓜（王娇阳等，2014）、西瓜（王志强等，2014）等园艺作物。主成分分析法可以将多个农艺性状指标转化为少数几个综合指标。在种质资源分析与评价中，确定主要的几个影响因子可以简化选择程序，极大提高选择效率。本试验利用主成分分析法对大蒜的6个农艺性状进行分析，得到3个主成分，其中第1主成分反映植株株型，第2、3主成分反映鳞茎质量。此外，81份大蒜资源鳞茎质量的变异系数高达73.43%，表明大蒜虽为无性繁殖，但在产量性状上变异幅度很大。鳞茎质量是大蒜选育的主要目标性状（王海平等，2011），在选择大蒜品种时应选择鳞茎产量高、综合性状优良的品种。

在主成分分析的基础上，本试验采用聚类分析法将81份大蒜资源分为4个类群，其中，类群Ⅱ鳞茎质量平均值为11.9 g，表明该类群适合作为选育独头蒜品种的重要资源。类群Ⅲ拥有极高的鳞茎质量，平均值达69.2 g，表明该类群适合作为选育大蒜鳞茎高产专用品种的核心亲本资源。

海拔高度是影响作物生长的重要因素，不同海拔高度可通过改变光合作用产物分配格局及干物质的积累速率来影响作物生长发育和产量。研究表明，随着海拔高度的升高，紫色马铃薯的产量不断增加（郑顺林等，2013），玉米（龚顺良，2004）、烤烟（陈光宇，2016）植株会不断变矮，但大麦产量随着海拔的升高呈现出先升高后降低的趋势（孟亚雄等，2016）。本试验发现，海拔高度与鳞茎质量呈显著正相关，表明在一定范围内（530～2 620 m），随着海拔高度升高大蒜鳞茎质量呈增加趋势，但由于其相关系数较小，说明二者的关系可能受到其他因素的影响，如种植水平、土壤条件等。若要准确阐述大蒜鳞茎质量与海拔的关系，需要进一步开展深入研究。海拔高度与株高、假茎长呈极显著负相关，这可能与高海拔地区的紫外线、温度、光照、湿度等生态因子有关。

综上所述，在大蒜的品种选育过程中，依据主成分分析法和聚类分析法对大蒜种质资源进行综合评价，发掘优异大蒜种质，有助于缩短优质、高产大蒜新品种的选育进程。然而由于农艺性状受自然环境的影响较大，且承载的信息量有限，难以准确地阐述种质资源的遗传变异情况。因此，应当结合分子生物学、细胞学等手段对现有大蒜资源丰富的表型多态性进行深入鉴定，从分子和细胞层面揭示大蒜种质间变异的机理，以期为大蒜资源的品种选育和遗传改良提供科学依据。

陈光宇．2016．山间不同海拔高度对烟地微环境和烤烟生长发育的影响〔硕士论文〕．重庆：西南大学．

陈书霞，周静，申晓青，常燕霞，杜俊娜，孟焕文，程智慧．2012．大蒜种质产量和品质性状主成分聚类分析与综合评价．植物遗传资源学报，13（3）：429-434．

龚顺良．2004．高寒山区不同海拔高度对玉米杂交种生物学性状和品质影响的研究〔硕士论文〕．重庆：西南农业大学．

韩泽群，姜波．2014．加工番茄品种多性状综合评价方法研究．中国农业科学，47（2）：357-365．

侯加林．2017．大蒜生产机械化现状与展望．章丘：葱姜蒜、辣椒生产全程机械化发展论坛会议．

孔素萍，孙敬强，吴雄，杨妍研，霍雨猛，徐坤．2015．大蒜主要农艺性状变异特征及其与产量相关构成分析．中国农业科学，48（6）：1240-1248．

罗莉斯，李德文，王少铭，于二汝，魏桂民，李慧琳，王军．2015．32份贵州大蒜资源农艺性状的聚类分析与评价．贵州农业科学，43（10）：8-10．

孟亚雄，赵向田，马小乐，李葆春，杨轲，石菁，汪军成，任盼荣，王育才，张海娟，王化俊．2016．海拔对啤酒大麦产量和品质的影响．麦类作物学报，36（9）：1258-1263．

王海平，李锡香，沈镝，宋江萍，邱杨，Simon P W．2011．大蒜资源鳞茎产量构成性状评价与种质分类研究．华北农学报，26（S1）：153-162．

王海平，李锡香，沈镝，邱杨，宋江萍，张晓辉，Simon P W．2014．基于表型性状的中国大蒜资源遗传多样性分析．植物遗传资源学报，15（1）：24-31．

王娇阳，赵永彬，冯春梅．2014．浙江省丝瓜种质资源主成分分析和聚类分析．植物遗传资源学报，15（6）：1374-1379．

王志强，郭松，刘声锋，郭守金，于蓉，田梅，董瑞．2014．西瓜种质资源果实主要数量性状的主成分分析．东北农业大学学报，45（3）：59-64．