甘肃地方红花种质资源主要经济性状综合评价△

毋玲玲，宿翠翠，魏玉杰

甘肃省农业工程技术研究院/甘肃省特种药源植物种质创新与安全利用重点实验室，甘肃 武威 733006

甘肃引黄灌区地处河西走廊东部，辖19 个县区，东临黄河，北依腾格里沙漠，南靠长岭山，属于干旱型大陆气候，年平均降水量186 mm，蒸发量3600 mm，且风大沙多，年平均风速为3.5 m·s-1，最大风速21 m·s-1，年均温度8.2 ℃，≥10 ℃的活动积温为3 038.2 ℃，日照时数2726 h[1-2]。灌区自建成以来，对该区干旱缺水状况和农业生产条件改善起到重要的作用，现已发展灌溉面积6.53×104hm2。中药材红花是适宜该区域大面积种植的中药材品种，投入低、管理简便，适合药农广泛种植。

红花Carthamus tinctoriusL.为菊科（Composilae）红花兰属（Carthamus）植物，喜温暖，抗寒、抗旱、耐瘠薄、耐盐碱，适应性强[3]。近年来，随着社会经济快速发展和移民的大规模搬迁，迫于日益严重的黄河水资源缺乏、耕地盐碱化及种植结构调整，红花在引黄灌区的种植面积不断增加，但当地红花种植农户生产用品种大都未经过提纯复壮，自繁自用，种源混杂，群体的一致性、稳定性差，导致出现采摘困难、花期延长等问题，严重影响该地区红花生产推广及新品种选育。

种植资源研究是品种选育的基础工作，主成分分析和聚类分析是种质资源研究评价鉴定常用的统计分析方法[3-10]。我国红花种植资源遗传多样性丰富，已收集、鉴定、保存、评价的国内外红花种质资源约4000 余份，大批高产、抗旱、耐盐碱、抗病耐瘠的优质红花种质资源被筛选鉴定[4-6]。为合理高效利用红花种质资源，本研究对14 份甘肃红花种质资源的14 个主要经济性状进行测量、测定，利用红花形态标记相似性，从生育特性、产出特性等角度分析不同红花种质资源的生长特性，研究其遗传亲缘关系，筛选可利用的优质红花种质，以期为该地区红花品种改良、优质新品种选育及生产推广提供理论参考。

1 材料

1.1 样品

以收集到的14 份甘肃本地红花种质资源为供试材料进行研究，由甘肃省农业工程技术研究院宿翠翠助理研究员鉴定为红花Carthamus tinctoriusL.。材料来源地为河西走廊玉门市、山丹县、民勤县、古浪县等地区，具体信息见表1。

表1 甘肃红花样品信息

1.2 仪器

HX202T 型电子天平（慈溪市天东衡器厂）；AEG-220 型分析天平［岛津（中国）有限公司］；600 型高效液相色谱仪［沃特斯（中国）有限公司］；SB-4200DTD 型超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；ST243 型索氏浸提系统［脂肪测定仪，福斯分析仪器（苏州）公司］；KX-250 型高速多功能粉碎机（浙江武义鼎藏日用金属制品厂）；DGH1000B 型电热鼓风干燥箱（武汉瑞华仪器设备有限公司）。

1.3 试药

甲醇（优级纯，国药集团化学试剂有限公司）；乙腈（优级纯，上海星可高纯溶剂有限公司）；磷酸（优级纯，成都市科隆化学品有限公司）；石油醚（沸程30～60 ℃，分析纯，烟台市双双化工有限公司）；对照品羟基红花黄色素A（HSYA，上海融禾医药科技发展有限公司，批号：78271-02-4，纯度：98%）。

2 方法

2.1 试验区概况

试验区域位于甘肃省农业工程技术研究院试验基地内，纬度N37°67′，经度E102°85′，海拔1723 m，全年日照时数2800～3000 h，有效积温（＞10 ℃）2800～3300 ℃，昼夜温差12～16 ℃，无霜期约150 d，年降雨量150 mm。土壤类型为砂壤土，肥力中等；灌溉类型滴灌；前茬作物为“百号”，肥力中等，伏秋深翻晒土，灌冬水。

2.2 田间试验

采用顺序排列，不设重复，每份材料种2 膜，每小区2膜，膜宽1.4 m，1膜3行，每膜下铺设2条滴灌带；行长2 m，株行距20 cm×40 cm；小区间距50 cm。于2019 年3 月28 日播种，出苗后及时放苗、定苗，全生育期视需水情况滴水4～5 次。播种前一次性施入底肥尿素75 kg·hm-2、磷二铵225 kg·hm-2、硫酸钾300 kg·hm-2，分枝期视地力状况追施尿素60～75 kg·hm-2，现蕾期、开花期进行调查记载，成熟后取样进行考种。

2.3 性状调查测定

田间性状调查按照《红花种质资源描述规范和数据标准》[11]，生育期记载播种期、出苗期、莲座期、分枝期、现蕾期、初花期、盛花期、成熟期；开花期及时采摘花丝并计算干花丝产量（红花）；成熟期每份资源取样10 株进行室内考种，测定株高、茎粗、根长、第一分枝高度、一级有效分枝数、二级有效分枝数、三级有效分枝数、顶果球直径、千粒质量、单株籽粒产量及小区产量等性状。

2.4 HSYA含量测定

按《中华人民共和国药典》2020年版[12]方法测定。

2.5 籽粒含油率测定

红花籽粒测产后，将籽粒于65 ℃烘干粉碎后，采用ST243 型索氏浸提系统（脂肪测定仪）进行籽粒含油率测定。

2.6 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 22.0 软件进行供试材料各性状指标的平均值、标准差、极大值、极小值、变异系数及遗传多样性指数（H′）数据处理分析。

H′采用香农-威纳指数（Shannon-Weiner index）信息多样性指数[6]，用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性，信息量越大，不确定性也越大，因而H′也就越高。H′按公式（1）计算。

式中，Pi为属于第i个性状在第i个级别的种质资源份数占总种质材料数的比例，S为某一性状表型级别数。

相关性分析、主成分分析、聚类分析采用SPSS 22.0 软件进行数据处理，根据红花形态标记的相似性，采用组间连接法和平方欧氏距离法，对不同地区红花种质资源进行系统聚类分析。

3 结果

3.1 不同红花种质资源生育期差异性分析

对14 份红花种质资源生育期进行调查，结果见表2。各材料于3 月27 日播种，集中在4 月5—7 日出 苗；GL1、YM5、YM4、YM2、YM3、YM1、MQ3、MQ2、MQ1、GL2 集中在4 月20—23 日接连长出互生叶，进入莲座期，SD1、SD2、GL3、GL4 莲座期相较于其他材料晚约7 d；GL2 分枝期最早（5 月23 日），YM2 次之（5 月25 日），GL4最晚，6月1日进入分枝期，其他品种均晚4 d以上；MQ2、MQ1 最早开始现蕾，分别于6 月15、17 日开始现蕾，SD1、SD2、GL4 现蕾期较晚，于6 月24—25 日开始现蕾，其他品种现蕾期集中于6 月19—20 日。初花期最早出现的是GL1（7 月7 日），最晚出现的是YM1、MQ3，分别于7 月17 日、16 日现花，相差约10 d，其他品种在7 月9—13 日现花。初花期到盛花期时间较长的为YM2，间隔9 d；SD2、GL1、YM5、YM4、YM1、MQ2、MQ1、GL4、GL2 间隔约7 d；SD1、YM3、MQ3、GL3 间隔约4 d。全生育期MQ2最短，为141 d；SD2、MQ3、GL4次之，为143 d；SD1、GL1、YM5、GL3 为144 d，YM3 为145 d；YM1 为146 d；GL2、MQ1、YM4 为147 d；YM2生育期最长，为149 d。

表2 甘肃红花种质资源生育期

3.2 红花种质资源遗传主要经济性状多样性分析

对供试的14份红花种质资源14个主要经济性状进行变异分析，结果见表3。从表3 可以看出，株高变幅125.00～159.00 cm，均值为141.21 cm；茎粗变幅1.37～2.01 cm，均值为1.66 cm；根长变幅7.00～19.00 cm，均值为12.86 cm；第一分枝高度变幅1.00～40.00 cm，均值为9.21 cm；一级有效分枝数变幅4.00～31.00 个，均值为18.21 个；二级有效分枝数变幅16.00～83.00 个，均值为45.79 个；三级有效分枝数变幅3.00～38.00 个，均值为16.36 个；顶果球直径变幅2.36～3.26 cm，均值为2.82 cm；千粒质量变幅33.33～50.30 g，均值为40.01 g；单株籽粒变幅29.88～170.58 g，均值为78.98 g；小区产量变幅0.33～1.57 kg，均值为0.90 kg；单株干花产量变幅3.19～5.00 g，均值4.09 g；HYSA 质量分数变幅1.89%～3.35%，均值2.62%；籽粒含油率变幅19.80%～28.11%，均值24.06%。红花14 个主要经济性状平均变异系数为32.03%。其中，第一分枝高度、三级有效分枝数变异系数分别达123.74%、64.00%；株高、茎粗、顶果球直径、千粒质量、单株干花产量、HYSA质量分数、籽粒含油率一致性较好，变异系数较低，均在20.00%以下；根长、一级有效分枝数、二级有效分枝数、单株籽粒产量、小区产量变异范围均为20.00%～50.00%；说明本供试红花种质资源在主要经济性状上具有丰富的变异性。

表3 甘肃红花主要经济性状变异参数及H′

采用Shannon-Winner 信息H′对14 份红花种质的14 个主要经济性状进行遗传多样性分析，14 份红花种植资源主要经济性状H′均较表现较高，平均H′为1.656。其中，株高的H′最高，为2.242；单株干花产量的H′最低，为0.303，两者相差1.939。遗传H′排序为株高＞茎粗＞千粒质量＞顶果球直径＞小区产量＞根长＞三级有效分枝数＞单株籽产量＞一级有效分枝数＞籽粒含油率＞第一分枝高度＞二级有效分枝数＞HYSA 质量分数＞单株干花产量。

通过对14 份红花种质资源进行系统评价，容易筛选出第一分枝高度、第三有效分枝数很高的种质资源。通过定向选育，可以使红花植株的群体结构得到改善，有效提高光合效率，同时易于采摘。株高、茎粗、一级有效分枝数、二级有效分枝数、顶果球直径等性状较难通过系统选育的方法加以改良。其中，株高更易受到水、肥、年份等外部环境的影响，通过适宜的栽培方式可以达到理想的目标要求。

3.3 红花种质资源主要经济性状相关性分析

14 份红花种质资源14 个主要经济性状相关性分析结果见表4，籽粒含油率与第一分枝高度呈极显著正相关关系，r为0.422，与茎粗、根长、有效分枝数、单株干花产量呈不显著负相关关系；HYSA质量分数和单株干花产量呈显著正相关关系，r为0.613，与茎粗呈显著负相关，r为-0.318；单株干花产量和株高、一级有效分枝数呈显著正相关，r分别为0.331、0.308，与第一分枝高度呈极显著负相关，r为-0.403；千粒质量和株高、第一分枝高度、顶果球直径极呈显著正相关关系，r分别为0.598、0.438、0.445，与茎粗呈显著正相关关系，r为0.327；单株籽产量与一级有效分枝数、顶果球直径呈极显著正相关关系，r分别为0.426、0.469，与三级有效分枝数r为-0.343；小区产量与一级有效分枝数呈显著正相关关系，r为0.342；与二级有效分枝数、千粒质量、单株籽产量呈极显著正相关关系，r分别为0.512、0.545、0.495，与三级有效分枝数呈极显著负相关关系，r为-0.428；千粒质量、单株籽粒产量、小区产量与单株干花产量、HSYA 含量呈不显著负相关；顶果球直径与株高呈极显著正相关关系，与茎粗呈显著正相关关系，r分别为0.412、0.318，与根长呈显著负相关关系，r为-0.307；三级有效分枝数与茎粗、根长呈显著正相关关系，r分别为0.336、0.346，与一级有效分枝数呈显著负相关关系，r为-0.439，与株高、第一分枝高度、二级有效分枝数呈不显著负相关；二级有效分枝数与根长呈显著正相关，与一级有效分枝数呈极显著正相关关系，r分别为0.389、0.594，与第一分枝高度呈显著负相关，r为-0.469；一级有效分枝数与第一分枝高度呈显著负相关关系，r为-0.365；株高与茎粗相互之间呈显著正相关关系，r为0.645。对表4 数据进行分析发现，红花株高、茎粗、根长、第一分枝高度、一级有效分枝数、三级有效分枝数直接影响顶果球大小及籽粒、干花产量和籽粒含油率的高低，三级有效分枝数越多，千粒质量、单株籽产量、单株干花产量越低，第一分枝越大，籽粒含油率越高，一、二、三级有效分枝数和单株干花产量越少，在优势种质选育过程中可以选择株高和第一分枝高度适中、一级有效分枝数较多、茎粗适中、根长适中、三级有效分枝数较少、顶果球较大的种质资源。

表4 甘肃红花主要经济性状相关性

3.4 红花种质资源经济性状综合评价

3.4.1红花种质资源经济性状主成分分析 采用SPSS 22.0 软件对14 份红花种质资源株高等14 个主要经济性状进行主成分分析，主要经济性状的特征向量及贡献率见表5～6。从表5 可以看出，在供试14 份红花种质资源14 个主要经济性状可提取所有主成分构成中，前5 个主成分包含了14 个主要经济性状的大部分信息，累积方差贡献率达78.948%。因此，将这5 个主成分作为综合变量来评价供试红花种质资源是可行的。

表5 甘肃红花主要经济性状主成分值

第一主成分的特征向量值为2.859，方差贡献率为20.421%。其中，特征值最大的为小区产量，其次为一级有效分枝数、单株籽粒产量和千粒质量，特征值为负值的有茎粗、三级有效分枝数、单株干花产量、HSYA 含量，可称之产量因子。向量关系显示，随着一级有效分枝数、单株籽产量、千粒质量和小区产量的增大，单株干花产量和HSYA 含量降低，三级有效分枝数变少。

表6 甘肃红花各主成分方差贡献率及累积方差贡献率

第二主成分的特征向量值为2.385，方差贡献率为17.036%，正向特征值较大的有株高和茎粗，其次为顶果球直径和千粒质量，特征向量值为负值的有小区产量和HSYA 含量，株高、茎粗、顶果球直径的大小影响千粒质量的大小，可以称之为地上株型控制因子。向量关系显示，随着株高、茎粗、顶果球直径的增加，千粒质量增大，但小区产量和HSYA 含量降低。因此，该主成分值增加可以促进千粒质量的增加，但特征值不宜过高。

第三主成分的特征向量值为2.059，方差贡献率为14.704%，该主成分中特征值最大为根长，其次为二级有效分枝数和三级有效分枝数，特征值为负值的有第一分枝高度、顶果球直径、千粒质量、单株籽粒产量和HSYA 含量，可称之为地下株型因子。向量关系显示，随着根长、二级有效分枝数和三级有效分枝数的增加，第一分枝高度变矮，顶果球直径变小，籽粒产量和HSYA 含量降低。因此，该主成分值以小为优势因子。

第四主成分的特征向量值为1.918，方差贡献率为13.698%，该主成分中特征值最大的为第一分枝高度，其次为籽粒含油率，特征值为负值的有茎粗、根长、一级有效分枝数、二级有效分枝数、三级有效分枝数，可称之为分枝因子。向量关系显示，随着第一分支高度因子的增加，籽粒含油率增加，茎粗变小、根长变短、各级有效分枝数减少，该主成分值以适中为宜。

第五主成分的特征向量值为1.832，方差贡献率为13.089%，该主成分中特征值最大的为HYSA质量分数，其次为单株干花产量，特征值为负的有茎粗、第一分枝高度、二级有效分枝数、三级有效分枝数、千粒质量、单株籽粒产量、小区产量，可称之为品质因子。向量关系显示，株高、一级有效分枝数、顶果球直径正向影响单株花产量和HYSA质量分数，该主成分值亦以大为宜。

3.4.2基于主成分和聚类分析评价红花种质资源 鉴于本研究中14 个主要经济性状指标具有不同的量纲，同时其数量级差别也较大，因此需要对原始数据进行标准化处理，将标准化处理的数据代入每个主成分中，分别计算5 个主成分得分Fj（j=1，2，3，4，5），再利用模糊隶属函数对各主成分进行归一化处理，计算各自权重系数Uj（j=1，2，3，4，5）。根据5 个主成分旋转后的方差贡献率及对应的权重系数，按公式（2）计算综合评价得分Fi值，对各供试材料主要经济性状进行综合评价，F值越高，综合经济性状越好。

式中，i=1，2，3……14。

由表7 可知，14 份红花种质资源F值为0.259～0.619，F平均值为0.459。其 中，MQ2 的F值表现最高，为0.619；YM5 的F值表现最低，为0.259，说明MQ2 的综合经济性状最好，YM5的综合经济性状最差。综合经济性状表现由高到低的顺序为MQ2＞GL4＞GL3＞MQ3＞GL2＞YM2＞MQ1＞SD1＞YM3＞GL1＞YM4＞SD2＞YM1＞YM5，表现较好的是民勤县红沙梁乡王化村收集的种质资源。

表7 不同品种红花种质资源主要经济性状各主成分综合得分及排序

3.5 红花种质资源表型性状聚类分析

利用SPSS 22.0 数据统计软件将14 个主要经济性状进行标准化转换后，采用欧式距离平均联接（组间）法对供试14 份红花种质资源进行系统聚类，在平方欧氏距离为5.0 处将14 份红花种质资源分为五大类群（图1），各种质类群的特征见表8。

表8 红花种质资源各类群主要经济性状特征及分类结果

图1 红花种质资源主要经济性状聚类图

其中，第Ⅰ类群包含9 份资源（YM1、GL4、GL2、SD1、SD2、MQ3、MQ1、YM4、YM5），该类群的特征指标相对于其他4个类群均处于相对中间偏低位置，表现偏高最为突出的是株高（143.00 cm）和单株干花产量（4.22 g），根长（12.11 cm）、小区产量（0.76 kg）表现最差，其他性状指标居中偏低；第Ⅱ类群包含2 份资源（YM3、GL3），该类群的主要特征是第一分枝高度（33.00 cm）和籽粒含油率（27.49 %）表现最为突出，茎粗（1.56 cm）、一级有效分枝数（12.50 个）、二级有效分枝数（25.50 个）表现最差，其他形状指标居中偏高；第Ⅲ类群包含1 份资源（YM2），该类群主要特征根长（19.00 cm）、三级有效分枝数（27 个）表现最高，千粒质量（36.40 g）和籽粒含油率（19.80%）最低；第Ⅳ类群包含1 份资源（GL1），该类群主要特征二级有效分枝数（83 个）和三级有效分枝数（23 个）和单株干花产量及HSYA含量表现较高，株高（125.00 cm）、顶果球直径（2.64 cm）、单株籽粒产量（29.88 g）表现最差；第Ⅴ类群包含1 份资源（MQ2），该类群的主要特征是株高（150.00 cm）、茎粗（1.82 cm）、一级有效分枝数（28个）、顶果球直径（3.12 cm）、千粒质量（47.50 g）、单株籽粒产量（170.58 g）、小区产量（1.57 kg）表现为最高，三级有效分枝数（5 个）最少，单株干花产量、HSYA含量和籽粒含油率适中偏高。

4 结论与讨论

主要经济性状分析描述和评价鉴定是红花种质资源多样性研究的最重要基础工作，也是红花优质种质资源筛选过程中关键的组成部分[13-16]。本研究采用Shannon-Winner 信息多样性指数对14 份红花种质的14 个主要经济性状进行遗传多样性研究分析，结果显示，供试14 份红花种质资源主要经济性状具有较高的遗传多样性，其中，株高H′最高，变异系数最小；第一分枝高度变异系数最大，H′最小的为单株干花产量。此研究结果与许兰杰等[6]研究结果部分相似，但株高和茎粗易受到栽培环境水分、养分及种植年份等外部环境的影响，可通过优化栽培方式达到理想的目标要求[17-18]。供试14 份红花种质资源14 个主要经济性状之间存在不同程度的相关性，筛选时可将株高、茎粗、第一分枝高度、各级有效分枝数、千粒质量、单株干花产量作为选育甘肃红花新品种的主要目标性状，同时要特别注意根长与二、三级有效分枝数，不应过高，以免影响产量。

杨航等[7]利用主成分分析和隶属函数法对贵州地方芝麻种质资源8 个品质性状进行分析评价，筛选出5 份了高含油量、高油酸、高烟油酸的优良育种材料；张涛等[10]利用因子分析和聚类对30 份黄山黄皮种质9 个果皮品质性状进行了评价，筛选出果实大、可食率、可溶性固形物含量高的果实性状综合最优的一个亚类13 份种质。本研究同采用隶属函数法和主成分分子法，对供试14 份甘肃红花种质资源14 个主要经济性状进行了分析和综合评价，结果表明，可提取的5个主成分累积方差贡献率达78.948%，反映了供试红花主要经济性状大部分信息。第一主成分是产量的综合反映，代表分枝数与产量的直接关系；第二主成分和第三主成分主要是株型的综合反映，代表株型与产量和HSYA 含量的直接关系；第四主成分主要分枝高度和分枝数的综合反映，代表红花籽粒含油率与第一分枝高度和一、二、三级有效分枝数的直接关系；第五成分主要是红花品质的综合反映，在红花种质资源初筛评价时，第一主成分值、第二主成分值、第四主成分值、第五主成分值可以以大为优势因子，第三主成分值可以以小为优势因子。在主成分分析的基础上通过隶属函数对14 个主要经济性状进行标准化量纲处理，用主要经济性状综合评价F值反映红花种质资源的整体优劣程度，其中，综合性状最优的为MQ2，综合性状最差的为YM5。

聚类分析将14份红花种植资源的14个主要经济性状按照亲缘关系将性状相近的划为一类，共划分为5 个类群，各类群均有明显的特征。其中，第Ⅴ类群在株高、茎粗、一级有效分枝数、顶果球直径、千粒质量、单株籽粒产量、小区产量均表现为最高，单株干花产量、HYSA 质量分数和籽粒含油率亦居中偏高，属于高产优质的种质，与主成分分析综合评价性状最优的种质一致，可作为高产育种的亲本材料加以利用选育。此结果与郭丽芬等[4]对40 份云南红花地方种质资源农艺性状聚类分析第Ⅳ、Ⅴ类群特征相似，千粒质量好，丰产性能高，综合性状优良。

本研究通过对收集甘肃不同地方的14 份红花种质资源14 个主要经济性状进行了生育期、多样性、相关性、主成分及聚类分析与综合评价，由于表型性状易受生长环境及栽培管理方式等因素影响[19-20]，在种质资源鉴定方面具有一定的缺陷，不够全面掌握种质遗传特性，且本研究样本量略微偏少，可为甘肃地方红花种质资源遗传的多样性评价鉴定提供参考，若需全面反映供试红花种质资源遗传多样性还需进一步结合生物技术分子标记，准确研究评价甘肃地方红花遗传多样性，为红花品种改良和新品种选育提供科学依据。