基于6個重要農藝性狀的四川地區(qū)大蒜資源表型評價

李 菊 苗明軍 李金剛 李全興 李 志 游 敏 楊 亮 劉獨臣常 偉*

（1四川省農業(yè)科學院園藝研究所，蔬菜種質與品種創(chuàng)新四川省重點實驗室，農業(yè)部西南地區(qū)園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，四川成都 610066；2彭州市農村發(fā)展局，四川彭州 611930；3郫都區(qū)農業(yè)和林業(yè)局，四川成都 611730）

大蒜（Allium sativumL.）為百合科蔥屬植物，原產于中亞和西亞，是重要的香辛類蔬菜。大蒜在我國栽培歷史悠久，種質資源非常豐富，據統計，國家無性繁殖蔬菜種質資源圃已保存大蒜種質資源600余份，是我國保存大蒜種質資源最多的機構。前人在大蒜種質資源的農藝性狀研究方面取得了一定進展。陳書霞等（2012）對國內外40份大蒜種質資源的16個農藝性狀和4個品質指標進行分析，將這40份大蒜資源分為4大類，并篩選出10個高產優(yōu)質品種。王海平等（2014）對212份大蒜資源的表型性狀進行遺傳多樣性分析，找到8個反映植株生長發(fā)育、產品特征和產量構成的主成分，將大蒜資源劃分為2類5亞類，并篩選出3份單產大于15 t·hm-2的大蒜資源。孔素萍等（2015）對國內78份大蒜資源主要農藝性狀的變異特征進行分析，明確了株型因子、蒜薹因子及葉形鱗芽因子是影響大蒜鱗莖和蒜薹產量的主要因子。羅莉斯等（2015）對貴州大蒜種質資源的農藝性狀進行聚類分析，將32份大蒜資源分為2個類群。

我國是世界上最大的大蒜生產國和出口國，常年生產面積維持在80萬hm2左右，占世界大蒜生產面積的60%以上，主要產區(qū)分布在山東、河南、江蘇、云南和四川等地（侯加林，2017）。其中四川常年大蒜生產面積約4萬hm2。以前生產中的主栽品種多為地方品種，由于大蒜是無性繁殖作物，病毒病通過親代傳遞逐年積累，嚴重影響大蒜生產，因此外地引種逐漸取代地方品種成為大蒜種源。由于引種途徑各異，許多大蒜資源的背景資料缺乏詳細記錄，這給四川地區(qū)大蒜的育種工作造成極大困難。筆者對《川東北及川西南蔬菜種質資源考察搜集目錄》中收集的81份大蒜資源的農藝性狀進行主成分分析和聚類分析，旨在為提高四川大蒜種質資源的利用效率和大蒜的品種選育提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試81份大蒜種質資源均來源于《川東北及川西南蔬菜種質資源考察搜集目錄》，材料名稱及采集地見表1。2015～2016年對《川東北及川西南蔬菜種質資源考察搜集目錄》中的大蒜資源進行繁育，調查大蒜的6個主要農藝性狀，包括株高、葉長、葉寬、假莖長、假莖粗、鱗莖質量。

1.2 試驗方法

試驗在四川省農業(yè)科學院園藝研究所簡陽基地進行。分別于大蒜生長期和采收期進行農藝性狀指標數據采集，每份資源選擇10株有代表性的植株進行測定，記錄大蒜的株高、葉長、葉寬、假莖長和假莖粗；鱗莖采收洗凈晾干后，測定單頭質量。所有數據均為10株測定的平均值。

1.3 數據分析

試驗數據采用Excel軟件和DPS 7.05軟件進行統計分析，不同種質資源間性狀差異用變異系數表示；利用DPS 7.05軟件進行主成分分析、聚類分析和相關性分析。

表1 供試81份大蒜種質資源名稱及采集地

2 結果與分析

2.1 大蒜考察地的地理分布及海拔高度

考察地點主要位于綿陽、廣元、巴中、達州、攀枝花、阿壩藏族羌族自治州、涼山彝族自治州和重慶共8個市（州）的22個區(qū)（縣）66個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），平均海拔高度1 271 m，海拔最低的考察地點位于雷波縣南田鄉(xiāng)，為530 m；海拔最高的考察地點位于鹽源縣白烏鄉(xiāng)，為2 620 m。

2.2 大蒜種質資源的農藝性狀分析

對81份大蒜資源的6個農藝性狀進行統計分析，結果表明（表2）：大蒜的6個農藝性狀中變異系數最大的是鱗莖質量，為73.43%，變幅為6.7～87.5 g；其次是假莖長，變異系數為52.64%，變幅為2.3～39.4 cm；假莖粗、株高和葉長的變異系數分別為28.46%、25.49%、23.31%；葉寬的變異系數最小，為19.13%。表明所分析的大蒜資源之間性狀差異較大，多樣性較為豐富。

表2 大蒜種質資源的農藝性狀分析

2.3 大蒜種質資源主要農藝性狀的主成分分析

對大蒜資源的6個農藝性狀進行主成分分析，根據累計貢獻率≥85%的標準（表3），在所有主成分構成中，不同大蒜種質資源的絕大部分信息主要集中在前3個主成分，累計貢獻率達87.804 6%。

表3 大蒜種質資源主要農藝性狀的主成分分析

其中第1主成分貢獻率最大，其特征值為3.331 9，貢獻率為55.531 1%。載荷較高且符號為正的農藝性狀有株高和葉長，表明第1主成分是反映植株株型的主要因子，即株型因子。第2主成分的特征值為1.128 9，貢獻率為18.815 3%。特征向量值最大的性狀是鱗莖質量，其次是葉寬和假莖粗，而株高和假莖長有較高的負值，表明第2主成分是反映鱗莖質量的主要因子，即鱗莖產量因子。當第2主成分的各向量值高時，鱗莖質量增加，植株較矮，葉片更寬，假莖短而粗。第3主成分的特征值為0.807 5，貢獻率為13.458 2%。以鱗莖質量的特征向量值最高，其次是假莖長，而葉寬和假莖粗有較高的負值，表明第3主成分也是反映鱗莖質量的主要因子。當第3主成分的各向量值高時，鱗莖質量增加，葉片更窄，假莖長且細。

2.4 大蒜種質資源的聚類分析

利用DPS 7.05數據統計軟件，采用離差平方和法，對81份大蒜種質資源的6個農藝性狀數據進行聚類分析（圖1），在歐氏距離169.8處將供試資源分為4個類群。

類群Ⅰ包含27份資源，編號分別為1、2、24、26、45、46、47、49、50、51、52、53、54、57、58、60、61、63、64、67、68、71、74、75、77、79、80。主要特點是株高在31.8～52.8 cm之間，平均值43.4 cm；葉長在22.9～42.1 cm之間，平均值35.9 cm；葉寬在1.7～3.0 cm之間，平均值2.3 cm；假莖長在6.6～15.7 cm之間，平均值11.1 cm；假莖粗在0.8～1.8 cm之間，平均值1.3 cm；鱗莖質量在17.9～46.2 g之間，平均值28.4 g。

類群Ⅱ包含20份資源，編號分別為3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、35、43、66、78、81。主要特點是株高在16.0～45.3 cm之間，平均值34.9 cm；葉長在11.9～35.4 cm之間，平均值 27.8 cm；葉寬在1.3～2.7 cm之間，平均值 2.2 cm；假莖長在3.5～12.3 cm之間，平均值 7.2 cm；假莖粗在0.5～1.6 cm之間，平均值 1.0 cm；鱗莖質量在6.7～18.0 g之間，平均值11.9 g。20份大蒜資源的鱗莖質量平均值僅為81份大蒜資源總體平均值的一半，而小瓣品種更易形成獨頭蒜，表明該類群可作為獨頭蒜栽培和育種的重要資源。

類群Ⅲ包含7份資源，編號分別為48、55、59、70、72、73、76。主要特點是株高在8.7～63.3 cm之間，平均值45.7 cm；葉長在8.7～52.1 cm之間，平均值38.4 cm；葉寬在1.6～3.6 cm之間，平均值2.5 cm；假莖長在2.3～24.5 cm之間，平均值14.3 cm；假莖粗在0.7～2.0 cm之間，平均值1.5 cm；鱗莖質量在55.0～87.5 g之間，平均值69.2 g。7份大蒜資源的鱗莖質量平均值約為81份大蒜資源總體平均值的3倍，表明該類群適合作為選育高產大蒜品種的重要資源。

類群Ⅳ包含27份資源，編號分別為17、18、20、21、22、23、25、27、28、29、30、31、32、33、34、36、37、38、39、40、41、42、44、56、62、65、69。主要特點是株高在45.0～71.4 cm之間，平均值57.2 cm；葉長在27.6～49.5 cm之間，平均值42.4 cm；葉寬在1.3～3.5 cm之間，平均值2.4 cm；假莖長在13.1～39.4 cm之間，平均值21.9 cm；假莖粗在1.0～3.1 cm之間，平均值1.5 cm；鱗莖質量在7.1～30.5 g之間，平均值15.7 g。

圖1 基于6個主要農藝性狀的81份大蒜種質資源聚類結果

2.5 大蒜種質資源各指標間的相關性

由表4可知，大蒜各種質資源分布的海拔高度與鱗莖質量呈顯著正相關，與株高、假莖長呈極顯著負相關；株高與葉長、葉寬、假莖長、假莖粗呈極顯著正相關；葉長與葉寬、假莖長、假莖粗呈極顯著正相關；葉寬與假莖粗呈極顯著正相關，與假莖長呈顯著正相關；假莖長與假莖粗呈極顯著正相關。

表4 大蒜種質資源各指標間的相關性

3 結論與討論

種質資源是作物育種的物種基礎，挖掘優(yōu)異大蒜種質是大蒜品種選育與改良中最為重要的工作。大蒜在我國已有2 000多年的栽培歷史，且在世界各地廣泛種植，在不同生態(tài)環(huán)境下，經過人為定向選擇培育和自然淘汰，形成了變異豐富的大蒜種質資源。為了更好地利用大蒜種質資源，本試驗對收集的大蒜種質進行鑒定與評價，以期為四川地區(qū)大蒜育種及栽培提供理論依據和科學指導。

主成分分析和聚類分析廣泛應用于芒果（辛明等，2014）、加工番茄（韓澤群和姜波，2014）、絲瓜（王嬌陽 等，2014）、西瓜（王志強 等，2014）等園藝作物。主成分分析法可以將多個農藝性狀指標轉化為少數幾個綜合指標。在種質資源分析與評價中，確定主要的幾個影響因子可以簡化選擇程序，極大提高選擇效率。本試驗利用主成分分析法對大蒜的6個農藝性狀進行分析，得到3個主成分，其中第1主成分反映植株株型，第2、3主成分反映鱗莖質量。此外，81份大蒜資源鱗莖質量的變異系數高達73.43%，表明大蒜雖為無性繁殖，但在產量性狀上變異幅度很大。鱗莖質量是大蒜選育的主要目標性狀（王海平 等，2011），在選擇大蒜品種時應選擇鱗莖產量高、綜合性狀優(yōu)良的品種。

在主成分分析的基礎上，本試驗采用聚類分析法將81份大蒜資源分為4個類群，其中，類群Ⅱ鱗莖質量平均值為11.9 g，表明該類群適合作為選育獨頭蒜品種的重要資源。類群Ⅲ擁有極高的鱗莖質量，平均值達69.2 g，表明該類群適合作為選育大蒜鱗莖高產專用品種的核心親本資源。

海拔高度是影響作物生長的重要因素，不同海拔高度可通過改變光合作用產物分配格局及干物質的積累速率來影響作物生長發(fā)育和產量。研究表明，隨著海拔高度的升高，紫色馬鈴薯的產量不斷增加（鄭順林 等，2013），玉米（龔順良，2004）、烤煙（陳光宇，2016）植株會不斷變矮，但大麥產量隨著海拔的升高呈現出先升高后降低的趨勢（孟亞雄 等，2016）。本試驗發(fā)現，海拔高度與鱗莖質量呈顯著正相關，表明在一定范圍內（530～2 620 m），隨著海拔高度升高大蒜鱗莖質量呈增加趨勢，但由于其相關系數較小，說明二者的關系可能受到其他因素的影響，如種植水平、土壤條件等。若要準確闡述大蒜鱗莖質量與海拔的關系，需要進一步開展深入研究。海拔高度與株高、假莖長呈極顯著負相關，這可能與高海拔地區(qū)的紫外線、溫度、光照、濕度等生態(tài)因子有關。

綜上所述，在大蒜的品種選育過程中，依據主成分分析法和聚類分析法對大蒜種質資源進行綜合評價，發(fā)掘優(yōu)異大蒜種質，有助于縮短優(yōu)質、高產大蒜新品種的選育進程。然而由于農藝性狀受自然環(huán)境的影響較大，且承載的信息量有限，難以準確地闡述種質資源的遺傳變異情況。因此，應當結合分子生物學、細胞學等手段對現有大蒜資源豐富的表型多態(tài)性進行深入鑒定，從分子和細胞層面揭示大蒜種質間變異的機理，以期為大蒜資源的品種選育和遺傳改良提供科學依據。

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