大葱种质资源多样性分析

刘贺娟 焦禹顺 任福森 郭志伟 陈昊放 孙 强

（河南省新乡市农业科学院，新乡市大葱工程技术研究中心，河南新乡 453000）

大葱（Allium fistulosumL.var.giganteamMakino）属于百合科（Liliaceae）葱属（Allium），是以叶鞘组成的肥大假茎和嫩叶为产品的一个栽培种（周长久，1995）。大葱营养丰富，所含的植物菌素能提高食欲，增强消化功能，还具有杀菌消炎作用（韩春然，2007）。我国是大葱的起源中心，具有悠久的栽培历史、广阔的地理栽培分布和丰富的种质资源。根据在欧洲数据库采集的数据，我国54 份大葱种质资源保存在Gatersleben（德国）基因库中，53 份保存在国际园艺研究中心（UK）的蔬菜基因库中（Hanelt &Hammer，1991）。目前国家种质资源库保存的大葱资源有233 份，分葱36 份（戚春章等，1997）。但大葱种质资源庞大的规模不利于资源的管理和高效利用，正确评价大葱种质资源有助于保证遗传资源的有效利用，为大葱新品种选育奠定基础。

聚类分析是根据研究对象的特征，将性质相近的事物进行分类的方法。Anderberym（1973）最早将聚类分析应用于育种研究中，目前聚类分析已经成为育种工作中的常用方法（陈运起 等，2006；董玉深 等，2006；刘玉爱 等，2006）。高莉敏（2005）对我国23 份大葱种质资源的数量性状进行了测定和研究，依据形态性状指标进行Q 型聚类分析，主要依据大葱株高和葱白粗度，将大葱品种分为“高粗”“矮粗”“高细”和“矮细”4 个类型。梁艳荣等（2006）对44 份大葱材料的12 个农艺性状进行聚类分析，将供试材料分为五大组群，大部分日本材料分为一组，有3 组为国内材料，还有一组为混合型，每个地区栽培的材料都有各自的形态特征，即具有一定的地域性。利容千等（1986）对4 个大葱品种进行了核型分析，认为汉川大葱、北方大葱、汕头葱亲缘关系较近，而惠州红葱亲缘关系较远。孟祥栋等（1998）利用随机扩增多态性DNA（RAPD）技术分析了中国栽培的几个主要葱属品种，10 个品种共扩增出102 条条带，其中68 条具多态性。苗锦山等（2010）基于大葱数量性状的数据资料将搜集到的国内外116 份大葱种质划分为5个组群，聚类结果较好地区分了大葱主要栽培区种质资源形态相似性和差异，从形态学角度初步明确了不同生态区域资源之间的亲缘关系远近。本试验以新乡市农业科学院现代农业研究所近年来收集的大葱种质作为原始种质库，对大葱的16 个表型性状进行调查，计算各性状的多样性指数并进行聚类分析，根据聚类结果对种质资源进行初步分类，以期能够提高大葱种质资源的利用效率，加快大葱育种进程。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为新乡市农业科学院现代农业研究所近年来收集的98 份大葱种质，各种质的基本信息见表1。试验于2017～2018 年在新乡市农业科学院研发中心基地进行。2017 年和2018 年分别于3月15 日和3 月16 日播种育苗，6 月下旬露地种植，11 月下旬收获。定植株距为8 cm，行距为70 cm。在大葱收获时，选取具有材料典型特征的代表性植株10 株进行调查。

1.2 项目测定

按照《农作物种质资源标准和规范》（http：//www.cgrchina.cn/?page_id=12112）对大葱种质的7个质量性状和9 个数量性状进行调查记录。7 个质量性状分别是假茎形状、假茎紧实性、叶节紧密度、叶片伸展角度、叶色、叶姿、叶片蜡粉，9 个数量性状分别是单株质量、株高、开展度、假茎长、假茎底径、假茎中径、叶片长、叶横径，单株叶数。

1.3 数据分析

用SPSS 22.0 软件对数据进行分析。按照焦禹顺等（2018）的方法将数量性状分为10 个等级，各质量性状按照《葱种质资源描述规范和数据标准》进行赋值，并按照公式计算多样性指数（Shannonwiener index），式中Pk为第k等级中种质数占总种质数的比例。使用R 软件绘制聚类分析图，样本间距离采用欧氏距离，类间距选择离差平方和法。

表1 供试大葱种质编号、名称及来源

续表

2 结果与分析

2.1 大葱种质资源质量性状多样性分析

按照《葱种质资源描述规范和数据标准》对大葱种质的质量性状进行赋值，并统计7 个质量性状的频率分布，计算各性状的多样性指数。从表2 可以看出，叶节紧密度的多样性指数最高，为1.040，其次是叶色，为1.038，其他质量性状的多样性指数均小于1。叶节紧密度有疏（19.39%）、中（46.94%）、密（33.67%）3 种类型；叶色以深绿为主，占全部种质的50.00%，其次为绿（39.80%）；假茎形状有直筒（80.61%）、圆锥（10.20%）、近纺锤（2.04%）、鸡腿状（7.41%）4 种类型；假茎紧实性以紧实（83.67%）为主；叶姿主要为直（83.67%）；叶面蜡粉以中（68.37%）为主，多（28.57%）次之；叶片伸展角度＜30° 和30°～60°的种质分别占58.16%和41.84%。

表2 大葱种质资源质量性状频率分布及多样性

2.2 大葱种质资源数量性状多样性分析

对大葱种质的9 个数量性状进行田间调查和统计分析，从表3 可以看出，各数量性状的多样性指数普遍高于质量性状，变化范围为1.367～2.043，其中株高的多样性指数最高（2.043），叶片长（2.036）和开展度（2.000）次之。变异系数最大的性状是单株质量，达37.02%，开展度的变异系数也达到20%以上，其他数量性状的变异系数在14%～20%之间。

表3 大葱种质资源数量性状变异统计

2.3 大葱种质资源表型性状聚类分析

使用SPSS 22.0 软件对大葱种质资源的16 个表型性状进行系统聚类，可以将大葱种质分为4 个类群（图1）。各类群的主要表型性状如表4 所示。

类群Ⅰ包含35 份种质，假茎形状主要是直筒类型，还有一部分是圆锥状。与其他类群的种质资源相比，类群Ⅰ种质的单株质量、开展度、假茎底径、假茎中径、叶片长、叶横径都是最小的，叶色以深绿为主，总体上 看属于直筒型大葱中的“矮细”类型，以五叶齐、新科冬葱等为代表。

图1 基于表型性状的大葱种质聚类分析结果

表4 大葱种质各类群表型性状特征

类群Ⅱ包含8 份种质，以鸡腿葱为主。单株质量中等，株高较小但是开展度最大，假茎长最短但是假茎底径最大，叶片长较小但是叶横径最大，以新葱5 号等具有新研80 大葱血缘的鸡腿葱为代表。

类群Ⅲ包含29 份种质，直筒类型占大多数。单株质量、株高、开展度均为中等，假茎长较长但是假茎底径较小，叶片长较长但是叶横径较小，假茎疏松和叶节紧密度为疏的种质比其他类群多，叶色以绿色为主，属于直筒类型大葱中的“高细”类型，以农研巨葱王、菏葱2 号等为代表。

类群Ⅳ包含26 份种质，绝大多数是直筒类型。单株质量、株高、假茎长、假茎中径和叶片长都是最大，单株叶数最多，叶色以深绿为主，叶面蜡粉以多为主，属于直筒类型大葱中的“高粗”类型，代表种质为新葱6 号、辽葱2 号等。

3 讨论与结论

目前我国在大葱育种方面的研究还比较薄弱，研究人员少、水平低。普通大葱及其野生近缘种中存在很多有利的基因资源，有待进一步开发利用。随着农业基础性长期性工作—作物种质资源数据填报工作和“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”的开展，必将有更多的大葱种质资源被发现、收集，对这些资源进行观测和精准鉴定，将会对种质资源的有效保护和高效利用起到积极作用。

本试验通过对收集的98 份大葱种质资源的16个表型性状进行多样性分析和聚类分析，以期挖掘出一些核心材料，为大葱新品种选育提供种质基础。多样性分析结果表明，大葱种质的遗传多样性丰富，质量性状中多样性指数最高的2 个性状是叶节紧密度和叶色，数量性状中多样性最丰富的3 个性状是株高、叶片长和开展度；变异系数最大的是单株质量，其次是开展度、假茎底径和假茎长。根据聚类分析结果可将大葱种质分为4 个类群，类群Ⅰ的种质多为“矮细”类型的直筒状葱。类群Ⅱ的种质表现为假茎短的鸡腿状葱。类群Ⅲ的种质主要为植株“高细”、假茎较疏松、出叶孔间距大的直筒状葱。类群Ⅳ的种质主要为“高粗”类型、蜡粉多、叶数多的直筒状葱。长葱白类型、短葱白类型和鸡腿型大葱均占有一定的市场。一般认为，短葱白类型比长葱白类型更适宜密植。如果将长葱白类型进一步细分为“高细”和“高粗”类型，并且加大“高细”类型的种植密度，则有可能获得更高的单位面积产量。假茎紧实性对大葱的商品性状具有重要影响，叶节紧密度和叶片伸展角度则决定了大葱的株型，蜡粉对病虫害的预防有一定的作用，叶数会影响光合作用的强弱。根据本试验的分类结果，类群Ⅳ中存在假茎“高粗”、紧实、株型紧凑、蜡粉多、叶数多的种质资源，可以重点考虑加以利用。

苗锦山等（2010）在测量鸡腿葱假茎直径时，使用“底部粗茎和中部细茎和的1/2”即整个假茎直径的平均值作为测量指标，结果将鸡腿葱和短葱白类型均划分为“矮粗”型大葱，而本试验使用“假茎底径”和“假茎中径”两个测量项目作为大葱茎粗的评价指标，最终将鸡腿葱和类似的“近纺锤”型葱单独聚为一类，从结果上看，使用“假茎底径”和“假茎中径”两个指标来评价大葱茎粗似乎更加科学。同时，“假茎底径”与“假茎中径”的比值（或两者的差值与“假茎中径”的比值）与假茎形状存在某种相关关系，但是由于假茎形状依赖于人为划分，这种相关关系是否真实存在还需要进一步研究。

本试验使用表型数据快速获得了大葱种质资源的表型信息，并根据表型数据对大葱种质资源进行初步分类，但是由于环境因素的影响，有时表型信息并不能代表真实的遗传信息。贾俊香和陶承光（2008）、贾俊香等（2018）分别使用RAPD和ISSR 分子标记对大葱种质资源的亲缘关系进行了研究，为深入理解大葱种质的遗传信息提供了参考。根据这一研究思路，可以将相关的分子标记运用在本试验的大葱种质资源鉴定中，对本试验结果进行进一步确认，以便更加有目的地选择育种亲本，加快大葱品种选育的进程。