大蒜品種資源生育和產量性狀主成分聚類分析及評價

劉國偉，任艷云，高園園，張龍平?，劉艷芝，徐祥文，高發瑞，馬井玉，張連秋

（濟寧市農業科學研究院，山東濟寧272031）

大蒜品種資源生育和產量性狀主成分聚類分析及評價

劉國偉，任艷云，高園園，張龍平?，劉艷芝，徐祥文，高發瑞，馬井玉，張連秋

（濟寧市農業科學研究院，山東濟寧272031）

根據數值分類學的原理，分別于大蒜生長期和收獲后，對來源于我國各地的57份大蒜品種資源的15個性狀指標進行調查，并進行了主成分和聚類分析。前4個主成分對總的特征根累計貢獻率為85.54%，其中第一主成分貢獻率為63.68%，主要生物學信息為蒜頭產量構成因子。根據主成分分析，評選出性狀優良品種資源9份，分別可作為蒜頭和蒜薹品種改良的目標種質。歐式距離聚類圖在D=26.00時把57個品種資源劃分為4個類群加7個品種，揭示了不同地區品種資源的相對遺傳距離和區域生態特點，根據不同類群品種間的親緣關系和性狀特點，結合主成分分析的因子特點，可為大蒜品種改良利用提供科學依據。

大蒜；主成分；聚類分析；綜合評價

大蒜營養成分豐富，富含大蒜素，具有抗血 栓、保護肝臟、抗癌和提高免疫力的功能，是我國出口量第一的優勢蔬菜產品［1-3］。以金鄉為代表的大部分蒜區已連續種植30余年，長期連作，加之長期無性繁殖和引種途徑單一等原因，導致病毒積累、種性變異。據調查，與10年前相比，部分蒜區蒜頭產量下降了20%～30%，給當地農民造成了重大的經濟損失。為了從根本上解決連作障礙的問題，有必要對我國大蒜優良品種資源進行鑒定和評價，拓展栽培種遺傳基礎，提高育種水平［4-10］。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種資源共57份，分別來自全國15個省市（山東、江蘇、浙江、安徽、河北、寧夏、陜西、山西、新疆、四川、云南、天津、遼寧、廣東、內蒙古），各品種資源材料自2009年引進后已在濟寧市汶上縣連續種植3年，詳細種質資源編號及來源見表1。

表1 供試57份大蒜品種資源編號及來源Table 1 Names and origins of the 57 major garlic cultivars tested in this study

1.2 試驗設計及統計方法

2012年9月至2013年6月在汶上縣次丘棉花原種場，2013年9月至2014年6月在汶上縣南站鎮西王村種植合作社農場種植品種資源圃，行距20 cm，株距12 cm，覆膜種植。小區長5 m，寬2 m，重復3次，田間管理、施肥澆水與本地區管理習慣相同。分別于大蒜抽薹期前7 d、抽薹期及抽薹后每隔7 d調查其生育性狀最大值，包括帶根植株質量、去根植株質量、根質量、株高、假莖長、假莖粗、根長、根數、葉寬、單葉面積、蒜薹長、蒜薹直徑、蒜薹單根質量，在收獲后調查蒜頭質量、蒜頭直徑。每個品種選30株調查，10株為1個重復。

應用DPS軟件中的主成分及歐氏距離聚類分析，計算主成分和遺傳距離，評選出綜合性狀優良的品種資源，分析相關因子的貢獻和組成，為品種遺傳改良提供數據支持。

2 結果與分析

2.1 主成分分析

由表2可以看出，前4個特征根的累積貢獻率已達到 85.54%，第一主成分貢獻率達63.68%，根據特征根的生物學信息，第一主成分為蒜頭產量構成因子，根據向量間的關系，可以看出蒜頭質量、植株質量（帶根植株質量和去根植株質量）、單葉最大面積和蒜頭直徑具有較高的因子載荷，以上4個因子是蒜頭產量構成的關鍵因子，因而在品種選育時，蒜頭和植株較重、直徑大、葉面積大是首選的性狀特征。第二主成分貢獻率為9.50%，其生物學信息主要為假莖長、根長、根數。第三主成分貢獻率為7.11%，生物學信息為假莖和蒜薹的性狀特征，關鍵因子包括假莖長、蒜薹長、蒜薹單根質量和蒜薹直徑。第四主成分貢獻率為5.25%，生物學信息為假莖部特征，包括假莖長和假莖粗。以上4個主成分分析可以看出，第一主成分貢獻率較大，其他3個主成分的貢獻率均較小，表明蒜頭產量構成因素在大蒜生育性狀分析中影響較大，而其他如生物學產量、蒜薹產量等因素影響較小。

2.2 優良種質資源主成分及蒜頭蒜薹產量

根據各個種質主成分分析的排序，評選出9個優秀種質資源（表3），來源分別為山東微山魯村河東、浙江寧波、寧夏銀川、安徽淮北、陜西咸陽、江蘇豐縣、山東萊蕪、山東章丘明水、內蒙古呼和浩特，這些種質除來自陜西咸陽的以外，第一主成分均較大，蒜頭產量突出，分別比對照金鄉白皮增產24.12%～42.89%，其中來自浙江寧波、安徽淮北、江蘇豐縣和內蒙古呼和浩特的4個種質產量性狀最為突出，可作為高產品種的目標種質。來自陜西咸陽的種質第三主成分較為突出，蒜薹產量顯著優于其他種質，比對照金鄉白皮增產73.77%，另外江蘇豐縣和寧夏銀川的大蒜蒜薹比對照增產58.96%和50.66%，以上3個種質可作為蒜薹選育品種的目標種質。

表3 九個優良種質資源的主成分及蒜頭蒜薹產量Table 3 Coefficients of the first four principal components for 9 elite cultivars and yield of garlic bulb and sprout

2.3 系統聚類分析

57個種質資源聚類分析圖如圖1和表4，圖中虛線取值D=26.00時可把57個種質劃分為4個類群加7個種質，其中7個種質編號為15、39、8、32、38、50、57。15號種質（新疆烏魯木齊）與其他種質遺傳關系最遠（D=51.19），39號種質（浙江臺州）次之（D=37.98），8號種質（寧夏銀川）第3（D=32.19），32號種質（山東德州2）第4（D=31.51），38號（新疆烏魯木齊2）第5（D= 28.62），50號（云南昆明）第6（D=27.68），57號（四川成都）距離第7（D=26.77）。以上7個種質中15號和57號2個種質出苗和熟期均較晚，出苗一般比其他種質晚30 d左右，熟期晚30 d左右，但15號種質生育后期生長健壯，無干葉和病害，蒜頭質量雖不高，但生物產量顯著高于其他種質，可以作為系統選育的種質繼續選拔熟期偏早的單株，而57號生育后期雖生長健壯，但經濟產量和生物產量均較低，不適合繼續選拔，8號和39號種質經濟產量（蒜頭質量65.31 g和63.77 g）與生物產量（植株質量 126.66 g和125.59 g）均比較突出，39號種質株高（92.80 cm）高于其他種質，可作為重點選拔的種質資源。32號、38號、50號和57號各形態指標均較小，可選擇變異株進行選拔。

4個類群（類群Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ），類群Ⅰ包括1、5、10、14、25、26、48合計7個種質，這一類群主成分表現最為突出，經濟產量與生物產量均最高，各生育性狀指標均表現最好，這一類群來源包括山東的微山、萊蕪和章丘，以及浙江寧波、安徽淮北、江蘇豐縣、內蒙古呼和浩特。類群Ⅱ包括2、7、16、17、35、37、40、43、46、47、52、54、55，合計13個種質，這一類群各項性狀指標在4個類群中排序第3，來源包括山東蒼山、煙臺，四川彭州、成都以及河北永年、天津、遼寧鐵嶺，云南昆明、廣東惠州。類群Ⅲ包括3、4、6、9、11、12、13、18、19、20、21、22、23、24、27、28、29、30、31、33、34、41、42、44、45、49、53，合計27個種質，這一類群各項性狀指標在4個類群中排名第二，蒜薹指標與第一類群比較接近，可作為蒜薹選育種質材料，來源比較豐富，包括山東、江蘇、浙江、安徽、陜西、山西、河北。類群Ⅳ包括36、51、56，合計3個種質，各項性狀指標較小，分別是來源西南部地區云南普洱、四川彭州、四川成都的特有種質。

圖1 五十七個大蒜種質基于形態學的聚類分析Fig.1 UPGMA dendrogram of 57 garlic cultivars on the basis of morphological markers

表4 不同類群和品種的性狀指標Table 4 Characteristic index of different group and cultivars

3 討論

3.1 我國大蒜資源的遺傳多樣性

我國地跨熱帶、亞熱帶和北溫帶，各地海拔高度差異大，生態環境多樣，形成了豐富的大蒜資源類型，優良品種眾多。本研究對我國華北、華東、西北、東北、西南和華南地區的大蒜種質的15個生育性狀指標進行了評價，可以看出，我國大蒜種質資源遺傳豐富，各性狀指標差異顯著，不同類群之間差距較大，根據以往研究，大蒜品種具有明顯的區域適應性［11］，因而本研究結果適用于山東金鄉及周邊生態類型相似地區，對于上述地區，生育性狀突出的種質來源于我國的華東和華北地區，這些地區的優良種質與其他地區的種質相比，各項指標中根數和葉面積的差異最為顯著，根據不同的性狀指標，分別可作為蒜頭和蒜薹生產用種的目標種質。東北及西北部地區種質出苗和成熟期顯著晚于其他地區種質，但新疆地區的優良種質資源生育后期表現突出，葉色深綠，無病害，生物產量顯著高于其他種質，可不斷馴化并選拔成熟期早的變異單株進行選育。西南及華南地區的種質性狀指標較小，但口感辛辣濃郁，下一步將重點進行品質檢測，選拔大蒜素含量高的優良種質。

3.2 大蒜主成分分析和聚類分析

蒜頭產量構成因子在主成分分析中的載荷較高，累計貢獻量較大，而其他蒜薹產量因子以及營養生長因子載荷較低，累計貢獻率不明顯，篩選出的9個優良種質主成分分析蒜頭構成因子載荷較高，比金鄉白皮增產顯著；聚類分析把57個大蒜種質劃分為4個類群和7個遺傳距離較遠的種質，歐式距離在8.87～51.03之間，聚類圖客觀地反映了遺傳差異性與相似性特點，可以看出，我國西北地區、西南地區的部分種質以及華南地區個別種質與其他種質遺傳距離較遠，而西南地區的特有地方種質具有較高的遺傳相似性，華北地區和華東地區的種質分界并不明顯，根據各種質的形態指標劃分為不同類群。主成分分析能夠直觀清晰地鑒別產量性狀和形態學指標，而聚類分析可以揭示種質間相對遺傳距離，并作為親本利用的參考，結合以上兩種分析方法，能為大蒜生產異地調種，控制連作障礙等問題提供數據支持。

參考前人研究，在大蒜不同品種性狀評價研究方面，研究對象多集中于山東、四川、陜西等幾個大蒜主產區的主要種質［11］，對于非主產區及偏遠地區的種質研究較少，本研究拓寬了種質來源，對于不同生態型品種的親緣關系和分布特征有了更加全面的分析，但是大蒜品種本身具有區域性較強的特點，需要進一步拓寬種質資源的評價分析，作者也將繼續加強相關研究工作。

（

）：

［1］ 劉世琦.蔬菜栽培學［M］.北京：化學工業出版社，2007：173-178.

［2］ 徐培文.國外大蒜生產［J］.世界農業，2000，257（9）：22-23.

XU PW.Foreign Garlic Production［J］.World Agriculture，2000，257（9）：22-23.（in Chinese）

［3］ 徐培文，劉珠江，孔素萍，等.大蒜種質創新和育種研究進展［J］.中國蔬菜，2006（6）：31-33.

XU PW，LIU Z J，KONG SP，et al.The research progress of garlic germ plasm enhancement and breeding［J］.China Vegetables，2006（6）：3l-33.（in Chinese）

［4］ 劉素慧，劉世琦，張自坤，等.大蒜連作對其根際土壤微生物和酶活性的影響［J］.中國農業科學，2010，43（5）：1000 -1001.

LIU SH，LIU SQ，ZHANG Z K，et al.Influence of garlic continuous cropping on rhizosphere soil microorganisms and enzyme activities［J］.Scientia Agricultura Sinica，2010，43（5）：1000-1001.（in Chinese with English abstract）

［5］ 孫秀山，封海勝，萬書波，等.連作花生主要微生物類群與土壤酶活性變化及其交互作用［J］.作物學報，2001，27（5）：617-621.

SUN X S，FENG H S，WAN SB，et al.Changes of main microbial strains and enzymes activities in peanut continuous cropping soil and their interactions［J］.Acta Agronomica Sinica，2001，27（5）：617-621.（in Chinese with English abstract）

［6］ 尉輝.大蒜連作障礙的主要表現及EM菌劑調節的研究［D］.泰安：山東農業大學，2011.

WEIH.Studies on main performance and biological regulation of replant disease in garlic［D］.Tai'an：Shandong Agricultural University，2011.（in Chinese with English abstract）

［7］ 陶愛莽，祁建民，林培青，等.紅麻優異種質產量和品質性狀主成分聚類分析與綜合評價［J］.中國農業科學，2008，41（9）：2859-2867.

TAOAM，QIJM，LIN PQ，etal.Cluster analysis and evaluation of elite kanaf germ plasm based on principal components［J］.Scientia Agricultura Sinica，2008，41（9）：2859-2867.（in Chinese with English abstract）

［8］ 陸信娟，楊峰，樊繼德，等.大蒜主要農藝性狀的相關與通徑分析［J］.江西農業學報，2010，22（3）：58-61.

LU X J，YANG F，FAN JD，etal.Correlation and path analysis of main agronomic characters of garlic（Allium sativum L.）［J］.Acta Agriculturae Jiangxi，2010，22（3）：58-61.（in Chinese with English abstract）

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

［10］ PANTHEE D R，KC R B，REGMIH N，et al.Diversity analysis of garlic（Allium sativum L.）germplasms available in Nepal based on morphological characters［J］.Genetic Resources&Crop Evolution，2006，53（1）：205-212.

［11］ 陳書霞，周靜，申曉青，等.大蒜種質產量和品質性狀主成分聚類分析與綜合評價［J］.植物遺傳資源學報，2012，13（3）：429-434.

CHEN SX，ZHOU J，SHENXQ，et al.Cluster analysis and evaluation of garlic（Allium sativum L.）germplasm based on principal components［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2012，13（3）：429-434.（in Chinese with English abstract）

（責任編輯 張 韻）

Cluster analysis and evaluation of agronomic characters in garlic variety resources based on principal components

LIU Guo-wei，REN Yan-yun，GAO Yuan-yuan，ZHANG Long-ping?，LIU Yan-zhi，XU Xiang-wen，GAO Fa-rui，MA Jing-yu，ZHANG Lian-qiu
（Jining Institute of Agricultural Sciences，Jining 272031，China）

Based on the principal of numerical classification，15 agronomic traits of57 garlic variety resources were investigated in the growth period and harvest period，and principal component analysis and cluster analysis were carried out in this paper.The first4 principal accounted for85.54%of variation among the cultivars.The first principal accounted for 63.68%which might be regarded as garlic bulb yield component factor.The top 9 cultivars were selected based on the principal component which could be garlic bulb and sprout variety improvement.At the level of D=26.00，all variety resources were classified into 4 groups and 7 cultivars.The two classifying ways，which explained the relative genetic distance and regional ecological characteristics，could both provide scientific evidence to the garlic varieties improvement.

garlic；principal component；cluster analysis；comprehensive evaluation

S633.4

A

1004-1524（2016）09-1508-06

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.09.08

2015-11-09

山東省農業重大應用技術創新課題“大蒜無公害安全生產技術體系建立與應用”（2012）；山東省現代農業產業技術體系項目（SDAIT-02-022-10）；濟寧市科技發展計劃項目“大蒜種質資源引進評價及創新利用研究”（2013）

劉國偉（1979—），男，山東濟寧人，農藝師，從事作物栽培學與耕作學研究。E-mail：lgw_8303@163.com

?通信作者，張龍平，E-mail：zhanglp258@126.com

浙江農業學報Acta Agriculturae Zhejiangensis，2016，28（9）：1508-1513 http://www.zjnyxb.cn劉國偉，任艷云，高園園，等.大蒜品種資源生育和產量性狀主成分聚類分析及評價［J］.浙江農業學報，2016，28（9）：1508-1513.