大葱农艺性状与产量的相关性及灰色关联度分析

甄俊琦，邹明，刘贺娟，任福森，郭志伟，孙强，张蓓，王童童，程相杰

（新乡市农业科学院，河南新乡，453000）

大 葱 （Allium fistulosumL.var.giganteamMakino），属百合科葱属二年生植物，起源于我国西北及相邻的中亚地区，栽培历史悠久，是中国最早栽培的蔬菜之一，山东、河北、河南等省市是中国大葱主要产区[1]。其以嫩叶和假茎为主要的产品器官，含有丰富的营养物质，因其质地细腻，口感清脆爽口，深受人们喜爱[2]。 随着市场需求不断增大，大葱种植面积逐年增加， 我国大葱种植面积从1961 年的0.43 hm2增加到2019 年的3.05 hm2， 总产量从1961 年的4.0 万t 增长到2019 年的110.7 万t[3]。新乡市地处河南北部，南临黄河，北依太行，属于黄河流域生态保护和高质量发展的示范区域，是大葱种植的主产区之一，也是“中原农谷”的所在地[4]。河南地区目前关于大葱的研究主要集中在豫南地区，然后有关豫北地区大葱的研究鲜有报道，因此选育适宜豫北地区种植的高产大葱品种，提升豫北地区大葱育种水平和单株产量，对加快推进“中原农谷”建设起着至关重要的作用。

大葱是一种典型的异花授粉作物，同一品种内基因型丰富，个体间基因型差异较大，随着市场经济的发展和区域交流的不断扩大，栽培用种逐渐向少数综合性状优良的品种集中，一些不符合商品生产、流通的地方品种或农家品种被大量淘汰，同时由于广泛引种、自繁，导致了品种混杂、种性退化，有些优良的地方品种现已濒临灭绝，因此加强大葱育种工作势在必行[5]。 由于大葱产量受多个因子控制，且彼此间关系复杂，是一个综合指标，受自身遗传特性和环境因素的互作影响，利用单一指标进行产量评价具有片面性和不稳定性，因此，对产量构成因子进行准确分析，研究各性状因子间的相互关系及品种间的遗传多样性，对把握育种目标，指导大葱高产品种选育具有重大意义。

灰色关联分析（Grey Relational Analysis，GRA）是一种多因素统计分析方法，其基本思想是通过确定参考数据列和若干个比较数据列的几何形状相似程度来判断其联系是否紧密，反映了曲线间的关联程度， 关联度大说明因素间变化的势态越接近，其相互关系越密切；反之则较低[6]。灰色关联度分析法因简单实用，近些年来被广泛运用在小麦[7，8]、玉米[9，10]、水 稻[11，12]、大 豆[13，14]等 粮 食 作 物 育 种 中，并 在辣椒[15]、茄子[16]等蔬菜作物选育中应用比较普遍，为作物新品种的选育提供了可靠的依据。 然而，到目前为止，还没有发现使用灰色关联度分析法对大葱的农艺性状与产量进行综合评价分析的相关报道。

本研究以新品种选育过程中的56 份大葱材料为试材，采用灰色关联度和相关性分析对其主要农艺性状进行综合评估，从而明确产量形成过程中各农艺性状的相对重要程度及相关性，克服单靠产量性状评价品种优劣的弊端；并通过聚类分析，结合变异系数和遗传多样性等指标， 对56 份材料的多个性状进行综合分析，探究影响大葱产量的主要因素，从而为豫北地区选育出适应性强、品质优异且高产的大葱新品种提供有力的理论依据。

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蔬菜研究所在大葱育种过程中选育的56 份材料， 其编号命名为K1～K56。

1.2 试验方法

试验于2022 年在新乡市农业科学院研发中心基地（35°14′ N，113°54′ E）进行，2022 年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8 cm，行距75 cm，小区面积9.6 m2（3.2 m×3.0 m），每份材料3 次重复，每重复160 株，随机区组设计，田间正常管理。收获时，每个材料按照《葱种质资源描述规范》 选取具有典型特征的代表性植株10 株进行考种，单株产量采用电子秤测定，利用直尺测定株高、假茎长、叶片长、株幅，采用游标卡尺测定假茎中径、假茎底径和叶横径，并计算平均值。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2016 软件进行数据整理及分析， 并统计大葱材料主要农艺性状的平均值、标准差、 变异系数等， 按照H'=-∑（Pi）（lnPi）计算多样性指数 （Shannon-wiener index），式中Pi为第i级中个体占总个体数的比例；利用Origin 2021 进行相关性和聚类分析，根据邓聚龙[17]的灰色关联理论，将56 份大葱材料的单株产量及其农艺性状因素视为一个灰色系统， 采用DPS 7.05 软件进行灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状变异系数分析

对56 份大葱株高、叶片长、叶横径、假茎长、株幅、假茎底径、假茎中径及单株产量8 个性状进行描述统计分析，结果表明（表1），56 份材料间存在明显差异，8 个农艺性状的变异系数在9.89%～25.87%，平均为14.09%。 株高的变异系数最小，为9.89%。按变异程度的大小划分，单株产量的变异程度较高（变异系数＞20%），株高变异系数较低（变异系数≤10%）， 其他6 个性状的变异系数处于中等程度（10%＜变异系数≤20%）。总体来看，单株产量、株幅和假茎底径3 个性状的变异系数均高于平均值，说明大葱品种在单株产量、株幅和假茎底径上的差异较大，特别是单株产量，达到较高变异程度。

表1 主要农艺性状变异统计

2.2 主要农艺性状遗传多样性分析

从表1 可看出，56 份大葱的8 个农艺性状存在广泛的遗传多样性， 多样性指数 （H'） 在1.944～2.035，其中，单株产量的多样性指数最高（2.035），其次是叶片长、叶横径、假茎中径和假茎长，以株高的遗传多样性指数最小。 说明56 份大葱材料在这8 个农艺性状上存在丰富的遗传多样性，这给大葱综合性状改良特别是产量的提高提供了较大可能，可从优化种植方式或提升田间管理水平等方面加以改进。

2.3 主要农艺性状与单株产量的相关性分析

大葱产量由多个农艺性状共同决定，为明确产量与各性状间的相关程度，对大葱的单株产量和其他7 个性状指标进行相关性分析。 从表2 可看出，除了假茎底径与假茎长和株幅无显著相关性外，其他农艺性状间均呈显著或极显著正相关；单株产量与其他农艺性状间均呈极显著正相关，其中与单株产量最密切的是假茎中径，相关系数为0.801 8，其次是叶横径、株高和假茎底径。由此可见，大葱单株产量的形成受假茎中径的影响最大， 受叶横径、株高和假茎底径的影响较大，受株幅的影响最小。

表2 主要农艺性状与单株产量的相关性分析

2.4 主要农艺性状与单株产量的灰色关联度分析

由于各性状因素量纲不同，比较时不能得出准确的结论或难比较，因此以大葱的7 个农艺性状作为比较序列，以单株产量为参考序列进行灰色关联度分析， 得出各农艺性状与单株产量的关联度，计算结果见表3。 由表3 可以看出，56 份大葱材料农艺性状与单株产量的关联度大小为： 假茎中径＞叶横径＞株高＞假茎底径＞叶片长＞假茎长＞株幅。 根据灰色关联度分析原则，一般关联度数值越大，表明该性状对单株产量的影响越大。说明假茎中径是影响单株产量最主要的因素，株幅的影响最小，这与前面相关性分析的结果一致。 因此，在大葱品种选育过程中， 应重视对单株产量影响较大的性状，选择假茎中径、叶横径及株高较大的品种，以提高育种效率。

表3 主要农艺性状与单株产量的灰色关联度分析

2.5 56 份大葱主要农艺性状聚类分析

对56 份大葱材料的8 个主要农艺性状指标进行标准化后采用ward 最小方差和欧氏距离法进行聚类分析，将其分为4 个类群（图1），各类群在农艺性状方面的主要特征如表4 所示。 类群Ⅰ包含1 个材料K51，与其他类群材料相比，此类群单株产量、株高、叶片长、叶横径、假茎长、株幅及假茎中径的数值均最高，假茎底径处于中等靠上水平；类群Ⅱ包含的材料最多，为35 份，单株产量、株高、叶片长、叶横径、假茎长及假茎中径稍次于类群Ⅰ，但假茎底径最大，株幅处于中等水平；类群Ⅲ包含18 份材料，除株幅处于中等水平外，单株产量、株高、叶片长、叶横径、假茎长、假茎底径及假茎中径数值均较低；类群Ⅳ包含2 份材料，即K12和K22，单株产量、株高、叶片长、叶横径、假茎长、株幅、假茎底径及假茎中径的数值在所有类群中均最低。

图1 56 份大葱主要农艺性状聚类分析

表4 56 份大葱各类群农艺性状特征

3 讨论与结论

本试验通过对选育的56 份大葱材料的多个农艺性状进行变异系数、遗传多样性、 相关性、灰色关联度及聚类分析，以期选育出适合豫北地区种植的大葱材料，为大葱新品种选育提供种质基础。变异系数是衡量遗传变异潜力大小的标志，群体中调查性状的选择范围内若某一性状的变异系数越大，说明从该群体中选出具有该性状的优良个体的机会越大[18]；遗传多样性指数反映了大葱不同品种间的遗传变异情况，本研究结果表明大葱品种在单株产量、 株幅和假茎底径上的差异较大，特别是单株产量，变异程度较高，多样性较丰富，所以从该群体中选出单株产量的优良个体的机会极大，这与刘贺娟等[19]的研究一致，为探明大葱高产因子提供了丰富的材料保障。相关性分析发现单株产量与其他农艺性状间均呈极显著正相关，尤其是假茎中径，相关系数为0.801 8，其次是叶横径和株高，而叶片长、假茎长、株幅与当地大葱单株产量相关系数相对较小，田洁等[20]的研究也得到类似的结果，表明这些性状的增加有助于提高大葱产量。

利用灰色关联度分析法能够综合定量评价植株的农艺性状，克服了单靠产量性状评价品种优劣的弊端， 能对多个品种的多个性状进行综合分析，可比较客观地评价品种的优劣，从而筛选出适合当地种植的优质、高产、多抗新品种[11]。 目前此方法已经在多种作物栽培中得到实际应用。 李宁等[21]利用灰色关联度分析法对9 个鲜食糯玉米品种进行分析后指出穗长和生育期对产量的影响最大；张绣荣等[15]利用灰色关联理论对辣椒产量与相关农艺性状进行了综合评价和与分析， 认为平均单果质量、果径应作为选育的重点性状。 灰色关联度分析方法，避免单一靠产量评价品种好坏的弊端，把一个品种作为一个整体，结合当地育种目标，评价品种的综合表现，更加科学可靠[22]。

产量是大葱育种的核心， 也是复杂的数量性状，受多种因素的共同影响，各种影响因素的作用大小是育种中需要迫切关注的问题，而灰色关联度分析就是一种能将其他因素按照影响大小区分开来的一种方法。 本研究利用该方法进行分析发现，产量的关联度大小依次为假茎中径（0.789 9）＞叶横径（0.768 2）＞株高（0.757 4）＞假茎底径（0.755 4）＞叶片长（0.741 3）＞假茎长（0.735 6）＞株幅（0.690 3），与相关性结果保持一致，朱慧珺等[23]的研究结果显示，相关性分析受样本数量影响较大，当样本达不到要求时，试验结果会存在差异；而灰色关联度分析则不受样本数量的影响，能较好地反映事物的客观性，两者结果一致表明本研究所选材料满足测试要求，样本数量满足试验要求，可很好反映单株产量与农艺性状间的关系，进一步保证结果的准确性和科学性。 但田洁等[20]利用通径分析发现，株高对产量的贡献较大，与本研究存在一定差异，可能是由于不同研究所用的材料不一致，环境不一致等因素导致。

本研究结果表明，豫北地区大葱单株产量的形成受假茎中径的影响最大。 可见，假茎中径在育种实践中具有较高的改良应用价值，应该给予足够的重视。 将研究结果应用于大葱材料选育，结合聚类分析结果，优先选择类群Ⅰ、Ⅱ的材料，并在栽培过程中注意提高假茎中径、 叶横径和株高的数值，结合当地栽培环境，加以科学的田间管理措施，加快其育种进程，提高育种效率，以期促进河南大葱产业的持续健康发展。本研究仅综合评价了农艺性状对大葱品种单株产量的影响，没有将大葱材料的抗病性、 抗逆性及营养价值等关键特性纳入评价中，后续将结合灰色关联度进行深入分析。