21個灰樹花菌株農藝性狀的主成分和聚類分析*

謝紅艷，萬魯長，黃春燕，姚 強，李 瑾，韓建東，楊 鵬，宮志遠

（山東省農業科學院農業資源與環境研究所，農業部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東省農業面源污染防控重點實驗室，山東 濟南 250100）

21個灰樹花菌株農藝性狀的主成分和聚類分析*

謝紅艷，萬魯長，黃春燕，姚 強，李 瑾，韓建東，楊 鵬，宮志遠**

（山東省農業科學院農業資源與環境研究所，農業部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東省農業面源污染防控重點實驗室，山東 濟南 250100）

為選育灰樹花[Grifola frondosa（Dicks.）Gray]優良菌株，對收集的21個菌株的11個農藝性狀進行主成分和聚類分析。結果表明，前3個主成分的累積貢獻率達85.157%；利用這三個主成分值進行系統聚類，在歐氏距離為19時，可把21個灰樹花菌株分成4類，其中第一類包括G-6（金鄉灰樹花）、G-11（灰3）、G-12（灰4）、G-17（灰樹花GF54）、G-18（慶灰151） 和G-19（慶灰152）6個菌株，其子實體朵型大、菌蓋小、產量高、顏色深、多糖含量高，為主成分綜合得分和排名前6位，綜合性狀表現好，可作為品種選育的優良材料。

灰樹花；農藝性狀；多糖；主成分分析；聚類分析

灰樹花[Grifola frondosa（Dicks.）Gray]又名栗子蘑、蓮花菌、貝葉多孔菌、舞茸（日本）等，屬于薄孔菌科 （Meripilaceae） 灰樹花屬 （Grifola）[1]，是1種珍稀食、藥兩用菌?；覙浠ㄈ赓|脆嫩，味如雞絲，富含蛋白質、維生素、礦物質、多糖、甾醇、生物堿、三萜等多種生物活性物質[2]?；覙浠ǘ嗵蔷哂锌鼓[瘤，免疫調節[3-4]，促進造血干細胞的增殖分化[5]，抗氧化[6]，降血糖[7]、血脂[8]，刺激皮膚成纖維細胞增殖和膠原蛋白合成[9]，保肝[10]等多重功效。

我國灰樹花栽培菌種主要來源于野生馴化和日本引進，存在適應性差、抗雜菌能力弱、生物轉化率低等不足，急需選育優質、高產，具有自主知識產權的新品種[11]。此外，由于菌種管理混亂，品種混雜，存在同物異名、同名異物現象，生產中隨意引種，可追溯性差，菌種質量缺乏保證。種質資源是育種工作的基礎，對灰樹花種質資源進行鑒定和綜合評價，并從中篩選出優良菌株和適于灰樹花品種篩選的性狀指標，可為灰樹花種質資源的開發利用和新品種培育提供理論基礎，同時為栽培生產中合理選用菌種提供參考。

本研究對收集的21份灰樹花種質資源的農藝性狀進行主成分分析和聚類分析，剖析供試菌株的類群特點，并進行系統鑒定和綜合評價，為灰樹花優良菌株篩選和育種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

供試灰樹花菌株見表1。

表1 供試灰樹花菌株Tab.1 Tested Grifola frondosa strains in this paper

1.2 試驗配方

母種培養基和液體菌種培養基為PDA加富培養基：土豆200 g、麩皮10 g、酵母粉2 g、磷酸二氫鉀1 g、無水硫酸鎂1 g、蛋白胨3 g、葡萄糖20 g、瓊脂20 g（選加），水1 L。

培養料配方：棉籽殼42%、栗木屑40%、麩皮16%、紅糖1%、石膏1%，含水量60%～65%，pH自然。

1.3 試驗方法

1.3.1 液體菌種

在250 mL的三角瓶中倒入120 mL的液體培養基，將保藏菌種轉接于PDA加富培養基平板上進行活化，用直徑5 mm的打孔器制成同質等量的菌塊，接種到液體培養基中，封好透氣封口膜，25℃下160 r·min-1培養 10 d。

1.3.2 栽培要點

培養料經拌料機混勻后用自動裝袋機裝入聚丙烯袋 （18 cm×35 cm） 中，每袋裝濕料 1.2 kg～1.3 kg，料高19 cm，袋口套環。121℃滅菌2 h，待培養料溫度降至25℃以下接種。每個栽培袋接種10 mL液體菌種。封好袋口，置于培養室23℃恒溫避光培養，相對濕度為60%～70%。培養40 d～50 d后，菌絲長滿菌袋，繼續培養，白天開燈，給予一定的光照，促進菌絲生理成熟和原基形成，待菌絲變濃白后，轉入出菇室進行出菇管理。在菌袋壁上選取菌絲濃密處割“∨”形口出菇[12]，每邊長3 cm。割口朝上并在菌袋上面覆蓋雙層報紙，將報紙噴濕以保持割口處微環境的濕度。每天報紙噴濕，待割口處原基長到高5 mm，揭掉報紙。出菇室內溫度18℃～20℃，濕度90%～95%，白天光照強度200 lx～500 lx，夜間無光照，CO2濃度在1 000 mL·m-3以下。子實體長到七成熟適時采收。

1.3.3 性狀調查

測量和計算第1潮鮮菇的各農藝性狀，包括單個子實體的朵長（X1）、朵寬（X2）、朵高（X3）、菌蓋長度（X4）、菌蓋寬度（X5）、菌蓋厚度（X6）和單菇重（X7），統計出菇率（X8），計算生物學效率（X9），按照NY/T 1676-2008《食用菌中粗多糖含量的測定》測定子實體中多糖含量（X10）。質量性狀是子實體顏色（X11），采用1、2和3分別代表乳白色、灰白色和灰黑色。生物學效率為子實體鮮重（g） 除以培養料干重（g） 乘以100%。

1.3.4 數據處理和統計分析

用Excel 2007統計各數量性狀的平均值，應用SPSS18.0軟件進行相關性分析和主成分分析，并以主成分得分作為聚類樣本數據，選用歐氏距離測距，類平均法進行系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀的相關性分析

將21個灰樹花菌株進行栽培品比試驗，統計各農藝性狀，測定子實體多糖含量結果見表2。各農藝性狀的相關性分析見表3。

灰樹花各農藝性狀的相關性分析（表3）表明，子實體顏色與菌蓋厚度呈極顯著負相關，與朵高和多糖含量呈顯著正相關；子實體多糖含量與朵高呈顯著正相關，與菌蓋厚度呈顯著負相關，說明朵型較高，菌蓋薄的子實體顏色深，多糖含量也高。生物學效率與朵長、朵寬、單菇重和出菇率呈極顯著正相關，與菌蓋長和菌蓋寬呈顯著負相關，說明朵型大、菌蓋小、單菇較重、出菇率高的菌株對栽培基質的轉化率高。出菇率與朵長、朵寬和單菇重呈極顯著正相關，與菌蓋長和菌蓋寬呈顯著負相關；單菇重與朵長和朵寬呈極顯著正相關，與菌蓋長和菌蓋寬呈顯著負相關；菌蓋寬與菌蓋長呈極顯著正相關，與朵寬呈顯著負相關；菌蓋長與朵寬呈顯著負相關；朵高與朵長和朵寬呈顯著正相關；朵寬與朵長呈極顯著正相關。

表2 供試灰樹花菌株農藝性狀Tab.2 Agronomic traits of tested Grifola frondosa strains

表3 農藝性狀間的相關系數矩陣Tab.3 Matrix of correlation coefficients for 11 agronomic traits of Grifola frondosa

2.2 主成分分析

對灰樹花11個農藝性狀因子進行主成分分析，前3個特征值大于1的主成分，其累計方差貢獻率達到85.157%，根據累計方差貢獻率＞85%的標準，可以用這三個主成分概況不同灰樹花菌株11個農藝性狀的絕大部分信息，見表4。

表4 主成分的特征向量、特征值、方差貢獻率和累積方差貢獻率Tab.4 Eigen vector,eigenvalue,variance contribution rate,accumulated variance contribution rate of principal component

第一主成分特征值為5.337，方差貢獻率為48.519%，對應特征向量中，載荷值較大的性狀依次是單菇重、生物學效率、朵寬、朵長和出菇率，主要反映子實體的產量和朵型大小。第二主成分的特征值為2.413，方差貢獻率為21.940%，其特征向量以子實體顏色、多糖含量和朵高的載荷值較大，主要反映子實體的品質。第三主成分的特征值為1.617，方差貢獻率為14.698%，對應特征向量中，以菌蓋長和菌蓋寬的載荷值較大。

2.3 綜合得分及排名

綜合得分越高，表明該灰樹花菌株的綜合性狀越好。分析結果見表5。

表5 主成分得分、綜合得分和排名Tab.5 Principal component scores,comprehensive scores and ranking of 21 Grifola frondosa strains

由表5可知，菌株G-19綜合得分最高，各農藝性狀表現優異，而菌株G-4綜合得分最低，表現最差。

2.4 聚類分析

將灰樹花農藝性狀經主成分分析的因子得分值作為變量，以歐氏距離作為樣品相似度的距離公式，采用類平均法對21個灰樹花菌株進行系統聚類分析，結果見圖1。

從圖1可以看出，類間距離為19時，可將21個灰樹花菌株分為4類，第Ⅰ類包括6個菌株，分別為G-17、G-18、G-12、G-19、G-6和G-11。主要特點是子實體朵型大，菌蓋小，產量高，子實體顏色均為灰黑色，多糖含量高；第Ⅱ類包括8個菌株，分別為 G-8、G-14、G-5、G-13、G-9、G-7、G-20和G-10，主要特點是朵型較大，菌蓋較大，產量高，子實體顏色均為乳白色，多糖含量較低；第Ⅲ類包括菌株G-3、G-16、G-4和G-21，主要特點是朵型小，菌蓋較大，產量較低，多糖含量較低；第Ⅳ類包括菌株G-2、G-15和G-1，朵型小，菌蓋大，產量低，子實體顏色乳白色至灰白色，多糖含量較低。

圖1 21個灰樹花菌株的聚類分析圖Fig.1 Dendrogram formed by cluster analysis of 21 Grifola frondosa strains

3 討論

主成分分析可將多個主要農藝指標轉化為較少的幾個主成分。這幾個主成分提供了性狀85%以上的信息，且是綜合的、相對獨立的指標體系，數值直觀，容易分析。本研究將21個灰樹花菌株的11個農藝性狀指標簡化為3個綜合指標，為灰樹花親本選配提供有利的科學依據。灰樹花多糖具有高效的醫療保健效果[13]，被開發成藥品和保健品用于癌癥的治療已有20多年，子實體多糖含量是灰樹花優良品種篩選的重要性狀指標。本研究對農藝性狀的相關性分析表明，子實體多糖含量與朵高和子實體顏色呈顯著正相關，與菌蓋厚度呈顯著負相關。因此，在灰樹花選育中，應注意選擇朵型高、子實體顏色深、菌蓋薄的菌株。

在主成分分析的基礎上進行聚類分析，可有效地剔除一些無關大局的因子，使試驗結果更加精確[14]。本研究通過對21株灰樹花的3個主成分進行系統聚類，將21株灰樹花分成4類，各個類群各具特征，其中第Ⅰ類群包含6個菌株，其子實體朵型大，菌蓋小，產量高，子實體顏色均為灰黑色，多糖含量高，且通過主成分分析得到的這六個菌株的綜合得分及排名也在前6位。篩選出的6個灰樹花菌株分別為慶灰152、金鄉灰樹花、GF54、灰3、慶灰151和灰4，其綜合性狀表現好，可以作為優良品種的重要選育材料來源。

[1]李傳華，曲明清，曹暉，等.中國食用菌普通名名錄[J].食用菌學報，2013，20（3）：50-72.

[2]龐菲.灰樹花化學成分及抗腫瘤細胞增殖作用研究[D].上海：華東師范大學，2010.

[3]Mao GH,Ren Y,Feng WW,et al.Antitumor and immunomodulatory activity of a water-soluble polysaccharide from Grifola frondosa[J].Carbohydr.Polym.,2015(134):406-412.

[4]Meng M,Cheng D,Han LR,et al.Isolation,purification,structural analysis and immunostimulatory activity of watersoluble polysaccharides from Grifola frondosa fruiting body[J].Carbohydr.Polym.,2017(157):1134-1143.

[5]Lin H,Cheung SWY,Nesin M,et al.Enhancement of umbilical cord blood cell hematopoiesis by maitake Beta-glucan is mediated by granulocyte colony-stimulating factor production[J].Clin.Vaccine Immunol.,2007,14 (1):21-27.

[6]Mao G,Zou Y,Feng W,et al.Extraction,preliminary characterization and antioxidant activity of Se-enriched maitake polysaccharide[J].Carbohydr.Polym.,2014,101(1):213-219.

[7]Xiao C,Wu Q,Xie Y,et al.Hypoglycemic effects of Grifola frondosa(Maitake)polysaccharides F2 and F3 through improvement of insulin resistance in diabetic rats[J].Food Funct.,2015,6 (11):3567-3575.

[8]Yang BK,Park JB,Song CH.Hypolipidemic effect of exopolymer produced in submerged mycelial culture of five different mushrooms[J].J.Microbiol.Biotechnol.,2002,12(6):957-961.

[9]Lee BC,Bae JT,Pyo HB,et al.Biological activities of the polysaccharides produced from submerged culture of the edible Basidiomycete Grifola frondosa[J].Enzyme Microb.Technol.,2003,32(5):574-581.

[10]Ma X,Li C,Qi W,et al.Protective effect of extracellular polysaccharides from Grifola frondosa mycelium on CCl4-injured liver in vitro[J].Bioact.Carbohydr.Dietary Fibre.,2015,6(1):7-14.

[11]郭家瑞，王衛國，李磊，等.灰樹花研究概述[J].食用菌，2010，32（4）：1-2.

[12]胡汝曉，彭運祥，王春暉，等.工廠化生產中灰樹花最適出菇方式研究[J].湖南農業科學，2013（4）：28-30.

[13]He XR,Wang XX,Fang JC,et al.Polysaccharides in Grifola frondosa mushroom and their health promoting properties:a review[J].Int.J.Biol.Macromol.,2017(101):910-921.

[14]祁建民，李維明，林荔輝，等.黃麻種質資源數量分類研究[J].作物學報，1996，22（5）：587-594.

Principal Component and Clustering Analysis of Agronomic Traits of 21 Grifola frondosa Strains

XIE Hong-yan,WAN Lu-zhang,HUANG Chun-yan,YAO Qiang,LI Jin,HAN Jian-dong,YANG Peng,Gong Zhi-yuan
(Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization,Ministry of Agriculture,Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Control and Prevention,Institute of Agricultural Resources and Environment,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China)

Principal component and clustering analysis of 21 Grifola frondosa(Dicks.)Gray strains based on principal agronomic traits were carried out for breeding purpose.The results revealed that the cumulative contribution value of the 3 highest level principal components was 85.157%.Systematic clustering analysis was performed using the 3 principal component scores as variables.The 21 strains were divided into 4 categories while the euclidean distance was 19.The first cluster consisted of 6 strains,such as G-6(Jinxiang huishuhua),G-11(Hui 3),G-12(Hui 4),G-17(Huishuhua GF54),G-18(Qinghui 151)and G-19(Qinghui 152),which exhibited large cluster of fruiting body,small pileus,high yield,deep color and high polysaccharide content,with comprehensive scores ranking the first 6.The 6 strains possessed desirable comprehensive characteristics and had excellent potential for strain breeding.

Grifola frondosa;agronomic traits;polysaccharides;principal component analysis;clustering analysis

S646.9

A

1003-8310（2017）06-0053-05

10.13629/j.cnki.53-1054.2017.06.012

山東省農業科學院青年科研基金（2015YQN36）；山東省農業良種工程項目（2014LZ028）；國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-20）；山東省農業科學院農業科技創新工程（CXGC2017A01）；山東省現代農業產業技術體系食用菌創新團隊建設項目（SDAIT-07-01）。

謝紅艷（1980-），女，博士，助理研究員，主要從事食用菌種質資源、育種、栽培研究。E-mail:hyxieswan＠163.com

**通信作者：宮志遠（1964-），男，本科，研究員，主要從事食用菌育種、栽培、基質研制。E-mail:sdgzy2656＠126.com

2017-09-11