冀西北高寒環(huán)境下結(jié)球甘藍品種農(nóng)藝性狀綜合評價及優(yōu)異品種篩選

申領艷，栗淑芳，康少輝，陳寶剛，蘇浴源，石汶汶，閆鳳岐

（1張家口市農(nóng)業(yè)科學院，河北張家口 075000；2張家口市農(nóng)業(yè)信息中心，河北張家口 075000）

0 引言

冀西北張家口壩上地區(qū)，氣候環(huán)境特殊，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3.2℃，無霜期100天左右，年降水量300 mm左右。年蔬菜種植面積達到5.33萬hm2，其中甘藍1.2萬hm2，主要供給北京及其周邊地區(qū)，成為當?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)。由于該地區(qū)無霜期短、氣候冷涼、晝夜溫差大，同時采用膜下滴灌兩茬種植模式，對甘藍品種在這種特定環(huán)境條件下的綜合農(nóng)藝性狀和品質(zhì)有著特殊的要求。目前壩上甘藍品種80%都是‘中甘21’，品種相對單一，已不能適應多樣化市場變化的要求，成為制約當?shù)馗仕{產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，迫切需要選育和推廣抗逆性強、品質(zhì)優(yōu)良、類型豐富的品種。

對品種資源在特定環(huán)境下的重要農(nóng)藝性狀的評價，是了解其生長發(fā)育特點以及豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性能的基礎，也是品種選育和新品種推廣的前提。目前，綜合農(nóng)藝性狀鑒定和多元統(tǒng)計分析方法已被廣泛且有效地應用于玉米[1-3]、大豆[4-6]、豌豆[7]、小麥[8-10]、甜瓜[11-12]、番茄[13-14]、油菜[15-17]、花椰菜[18]、甘藍[19-20]等農(nóng)作物品種資源評價和遺傳育種中。但在結(jié)球甘藍作物上，針對冀西北特殊生態(tài)環(huán)境下品種農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)評價和優(yōu)異品種的篩選尚未見報道。因此，本研究著眼當?shù)亍⒓骖櫲珖M、研究、篩選在冀西北高寒環(huán)境下生長表現(xiàn)突出、商品品質(zhì)優(yōu)良的甘藍品種，以滿足市場的要求。同時，在客觀鑒定結(jié)球甘藍品種遺傳差異的基礎上，探尋評價育種材料的綜合指標，合理利用甘藍品種資源，為高寒地區(qū)春早熟甘藍育種工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和栽培地點

供試甘藍品種35個，均由張家口市農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所收集的甘藍品種，詳見表1。

試驗于2018年6月，在河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學院（張北喜順溝）試驗田進行，試驗地周邊地勢開闊，無樹木、建筑物等遮蔭，地面平整、前茬作物一致、土壤及肥力均勻。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積6 m2；采用起壟黑地膜覆蓋栽培，每壟2行，小行距40 cm，大行距60 cm，株距25 cm，每小區(qū)插牌作標記。試驗地周圍設保護行。春季4月30日催芽播種，采用72孔穴盤保護地育苗。苗期管理與當?shù)馗仕{的苗期管理方法一致。

1.3 數(shù)據(jù)采集及其標準化法

在成熟期分別對35個品種的各小區(qū)隨機抽樣進行性狀調(diào)查，獲得每小區(qū)各性狀的基礎數(shù)據(jù)。調(diào)查的主要性狀有41項，其中包括22個質(zhì)量性狀和19個數(shù)量性狀。22個質(zhì)量性狀即外葉形狀、外葉葉翼、葉球色、葉柄橫切面形狀、葉球形狀、葉球內(nèi)顏色、短縮莖側(cè)莖、球頂形狀、球底形狀、株型、外葉葉緣、葉緣波紋大小、外葉裂刻、外葉葉面、外葉色、中肋顏色、葉面光澤、外葉葉脈、外葉翻卷、蠟粉、葉球外露性、葉球覆蓋度；19個數(shù)量性狀，即株高、株幅、外莖高、外莖粗、葉長、葉寬、葉形指數(shù)、中肋長、柄寬、柄厚、柄長、外葉數(shù)、外葉重、單球重、葉球縱徑、葉球橫徑、球形指數(shù)、中心柱高、中心柱粗。收獲前，每小區(qū)隨機選取8株進行觀察測量。

表1 供試甘藍品種來源

1.3.1 質(zhì)量性狀調(diào)查和賦值 按照李錫香等[21]編著的《結(jié)球甘藍種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》進行各質(zhì)量性狀的觀察和數(shù)據(jù)采集，并對甘藍的質(zhì)量性狀予以賦值，然后進行分析（表2）。

表2 甘藍品種質(zhì)量性狀賦值

1.3.2 數(shù)量性狀調(diào)查與標準化 按照《結(jié)球甘藍種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[21]進行各數(shù)量性狀的測量和數(shù)據(jù)采集（表3）。

1.4 統(tǒng)計分析方法

對甘藍品種調(diào)查的原始數(shù)據(jù)保存于Excel 2003，用DPS軟件計算數(shù)量性狀的最大值、最小值、平均值、標準差、變異系數(shù)，并進行主成分分析的數(shù)據(jù)處理。用軟件NTSYS-pc2.11進行農(nóng)藝性狀聚類分析，先對質(zhì)量性狀數(shù)據(jù)進行賦值，并對數(shù)量性狀的數(shù)據(jù)進行分級處理，即分成10級，1級＜x-2δ，10級≥x+2δ（x為均值，δ為標準差），每級間隔0.5δ[22-23]。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0，1格式，最后進行農(nóng)藝性狀聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量性狀比較與分析

2.1.1 數(shù)量性狀變異的基本統(tǒng)計 數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計量見表4。各性狀變異系數(shù)從大到小依次為：外葉重＞外莖高＞中肋長＞外葉數(shù)＞株高＞葉柄厚＞單球重＞外葉長＞外莖粗＞葉球橫徑＞球形指數(shù)＞中心柱高＞株幅＞葉柄寬＞外葉寬＞中心柱粗＞葉形指數(shù)＞葉球縱徑。外葉重的變異系數(shù)最大，為37.09%；其次外莖高、中肋長2個性狀變異系數(shù)在20%～30%之間；株高、外葉數(shù)、葉柄厚、單球重、外葉長、外莖粗、葉球橫徑、球形指數(shù)、中心柱高9個性狀變異系數(shù)在10%～20%之間；株幅、外葉寬、葉形指數(shù)、葉柄寬、葉球縱徑、中心柱粗6個性狀變異系數(shù)在5%～10%之間。

表3 甘藍品種數(shù)量性狀觀測項目

表4 甘藍品種各性狀變異

2.1.2 數(shù)量性狀的主成分分析 對數(shù)量性狀進行主成分分析，因子的篩選及其貢獻率結(jié)果列于表5，可見信息主要集中在前4個主成分中，其累計貢獻率達到84.31%，說明已覆蓋數(shù)量性狀的主要信息。其主成分1的貢獻率最大，為52.68%，主成分2的貢獻率次之，為13.67%，主成分3、4的貢獻率分別為7.21%和5.65%。

表5 特征值、貢獻率、累計貢獻率比較

由表6可知，第1主成分的特征向量中，載荷絕對值較高，向量為正的性狀有外葉長、株高、外葉重、株幅、葉柄厚、葉球橫徑、葉形指數(shù)、葉柄長、外葉寬、外葉數(shù)、單球重，這幾個性狀呈正相關，說明株高越高，葉片大而多，葉柄越粗壯，單球重越重，產(chǎn)量就越高。較高向量為負的性狀有葉球縱徑、球形指數(shù)，說明葉球縱徑越大，球形指數(shù)越大。向量為正和負的這2類性狀呈負相關，說明植株越高大，球形指數(shù)越小，單球重越重，產(chǎn)量越高。此類性狀均與產(chǎn)量性狀直接有關，可認為是產(chǎn)量因子。

第2主成分的特征向量中，載荷絕對值較高，向量為正的性狀有中心柱高、葉球縱徑、外莖高。較高向量為負的性狀只有外葉數(shù)。向量為正和負的這2類性狀呈負相關，說明中心柱越高，葉球縱徑越大，外莖越高，外葉數(shù)越少。此類性狀均與外葉數(shù)有關，可認為是外葉因子。

第3主成分的特征向量中，載荷絕對值較高，向量為正的性狀有葉柄寬、中肋長。特征向量值分別為0.61和0.56，向量為負的是葉柄長為-0.31，前2個性狀與后1個性狀呈負相關，說明葉柄越寬，中肋越長，葉柄越短，可認為是葉柄因子。

第4主成分的特征向量中，載荷絕對值較高，向量為正的性狀是中心柱粗、葉形指數(shù)、外葉數(shù)、葉球縱徑、球形指數(shù)，這5個性狀呈正相關。說明中心柱越粗，葉形指數(shù)越高，外葉數(shù)越多，葉球也高，球形指數(shù)就越大。此類性狀對葉球形狀有影響，可認為是球形因子。2.1.3品種主成分因子得分及排名 各品種的綜合得分=52.68%×Seores(Prin1)+13.67%×Seores(Prin2)+7.21%×Seores(Prin3)+5.65%×Seores(Prin4)。由表7可知，品種標準化主成分的綜合得分越低，甘藍的綜合數(shù)量性狀表現(xiàn)越差。綜合得分分別為第一、第二、第三、第四名的甘藍品種是G26、G29、G24、G28，葉球均呈扁圓形，株型半直立，蠟粉多，植株高大，株幅大，外葉葉面積大，外葉數(shù)多，葉球色呈綠白。單球產(chǎn)量從高到低依次為G26＞G29＞G28＞G24，單株產(chǎn)量比其他所有參試品種高。其他綜合得分依次為G5，G4，G1，G17，G32，G20，G23，G35，G2，G30，其葉球呈近圓形，葉球色均呈綠，植株高度適中，單球產(chǎn)量從高到低依次為G4＞G30＞G1＞G32＞G35＞G5＞G23＞G2＞G17＞G20。 葉球呈橢圓形的有G11，G12，G13，G14，G15，G21，G22，其綜合得分在第18名之后。

表6 入選的特征向量

表7 各品種標準化的主成分總分及名次

2.2 基于農(nóng)藝性狀的甘藍品種聚類分析

對參試材料的所有性狀的數(shù)據(jù)進行標準化處理后，采用UPGMA法對35份甘藍品種材料進行聚類分析，由圖1可以看出，大多數(shù)品種間的相似性比較高，在相似系數(shù)0.80處可以將所有參試材料分為3個類群。第I類群30份甘藍品種，包括：G1、G6、G10、G35、G7、G2、G21、G3、G9、G12、G14、G4、G19、G11、G13、G16、G18、G22、G15、G25、G23、G8、G30、G32、G31、G33、G34、G17、G20、G27；第II類群包括5份甘藍品種：G24、G26、G29、G28；第III類僅僅只有G5。第I類群甘藍品種的葉球色僅G8呈綠白外，其他品種葉球色均為綠色，球形呈近圓形和橢圓形，葉球內(nèi)顏色呈乳白色和淺黃色，球頂形狀呈闊圓形和圓形，株高30.27 cm，株 幅 57.77 cm，葉 長 32.85 cm，葉 寬32.00 cm，外葉數(shù)11.29片，外葉重616.97 g，球重1244.61 g，球形指數(shù)0.97；第II類群甘藍品種的葉球色均呈綠白，球形均呈扁圓，葉球內(nèi)顏色呈黃色，球頂形狀呈平形，株型均為半直立，中肋顏色為綠，蠟粉多，株高 46.58 cm，株幅 72.92 cm，葉長 46.16 cm，葉寬38.69 cm，外 葉 數(shù) 15.72，外 葉 重 1344.64 g，球 重1665.25 g，球形指數(shù)0.71；第III類群，葉球色為黃綠、球形呈近圓形，中肋顏色為綠白。結(jié)果表明葉球形狀呈近圓和橢圓在農(nóng)藝性狀表現(xiàn)上較大相似性歸為一類群，而葉球形狀呈扁圓歸為一類群。

3 討論與結(jié)論

目前，市場上農(nóng)作物品種的同質(zhì)化程度較高。總體而言，本研究中35個甘藍品種的質(zhì)量性狀存在明顯變異，數(shù)量性狀的變異系數(shù)差異也較大，尤其外葉重性狀變異系數(shù)最大為37.09%，與任喜波等[24]的研究結(jié)果一致，但與趙樂杰等[25]、方榮等[26]的研究結(jié)果不一致，這可能因所測的性狀項目不完全相同、試驗材料不同、地域環(huán)境不同等有關。株幅、外葉寬、葉形指數(shù)、葉柄寬、葉球縱徑、中心柱粗6個性狀變異系數(shù)較小，選擇范圍不大。聚類分析表明，絕大多數(shù)雜優(yōu)品種之間的親緣關系較遠，但是G9和G12，G33和G34的相似性很高。聚類分析與主成分分析的結(jié)果顯示了較好的吻合性，主成分綜合得分排在前列的G24，G26，G28和G29在聚類分析中歸為一類。這些結(jié)果為了解品種特性及其遺傳背景，正確選擇利用和推廣品種奠定了基礎。

圖1 35份甘藍品種農(nóng)藝性狀的聚類結(jié)果

利用主成分分析將在冀西北高寒條件下生長的35個結(jié)球甘藍品種19個數(shù)量性狀歸為4個主成分，即產(chǎn)量因子、外葉因子、葉柄因子、葉球因子，它們對綜合表現(xiàn)的累計貢獻率達到84.31%。主成分1至4，貢獻率依次減小，說明對品種農(nóng)藝綜合表現(xiàn)的影響依次減小。因此，在生產(chǎn)實踐中，應首先注重對貢獻率大的主成分因子的改良，即甘藍綜合農(nóng)藝表現(xiàn)的遺傳改良工作的重點應放在對產(chǎn)量及外葉性狀的改良上。同時，也可以通過對各品種農(nóng)藝性狀主成分的綜合得分排名，選出適合冀西北等特殊生態(tài)條件下優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種。采用此方法選出優(yōu)質(zhì)的品種，前人已有研究，如任喜波等[24]對6個早熟甘藍品種進行主成分分析法，并篩選出3個綜合得分較高品種。趙樂杰等[25]對11份秋甘藍種質(zhì)資源進行成分分析和聚類分析，篩選出了性狀優(yōu)良的秋甘藍育種親本材料。但同時采用主成分綜合得分排名和表型性狀聚類法，且主成分綜合得分排在前列的品種在聚類分析中歸為一類，結(jié)果顯示了較好的吻合性，且不多見。

冀西北地區(qū)海拔跨度從幾百米到兩千多米，呈現(xiàn)出不同的氣候梯度和立體氣候特點。其中，800 m以上的，夏季氣候冷涼，夏季高溫月份7月的平均氣溫為17～25℃，且晝夜溫差大，呈現(xiàn)出冬長春短無夏、氣候冷涼的特點，為甘藍提供了適宜的生產(chǎn)條件，也是夏季蔬菜優(yōu)勢帶。壩上地區(qū)6月初定植甘藍，7月底份采收，很好地彌補了這一蔬菜供應淡季。

在冀西北鮮食甘藍生產(chǎn)中，習慣種植葉球呈近圓形，葉球色均呈綠的品種。葉球呈扁圓形的甘藍品種，在冀西北只能作為深加工品種。通過綜合評分，篩選出了15個綜合性狀表現(xiàn)突出的品種‘：YR-湖南’‘、亞利郎’‘、綠石70’、‘巨野70’‘、贊美55號’、‘新里綠’、‘秀綠’、‘球王 19’、‘中甘 15 號’、‘月季冠’、‘春望’、‘中甘21’‘、綠福圓’‘、寶甘一號’和‘鐵頭四號’。其中‘YR-湖南’‘、亞利郎’‘、綠石70’、‘巨野70’這4個品種綜合性狀得分排名前4，即植株高大，株幅大，株型半直立，蠟粉多，葉球呈扁圓形，單球重較大，這類品種可以進行深加工，制成脫水菜和腌菜，供出口。其他11個品種綜合性狀得分也較高，葉球呈近圓形，葉球色均呈綠，植株高度適中等特點，這類品種適合鮮食和熟食，其應用價值頗高，可作為優(yōu)良的推廣品種和潛在的育種材料。

由于本試驗分析了35個材料的41個重要農(nóng)藝性狀的變異分析，主成分和聚類分析，結(jié)果顯示數(shù)量性狀的變異系數(shù)從大到小依次為：外葉重＞下莖高＞中肋長＞外葉數(shù)＞株高＞柄厚＞單球重＞外葉長＞下莖粗＞葉球橫徑＞球形指數(shù)＞中心柱高＞展開度＞葉柄寬＞外葉寬＞中心柱粗＞葉形指數(shù)＞葉球高；主成分分析將數(shù)量性狀歸為4個主成分，即產(chǎn)量因子、外葉因子、葉柄因子、葉球因子，它們對綜合表現(xiàn)的累計貢獻率達到84.31%。主成分1至4，貢獻率依次減小，說明對品種農(nóng)藝綜合表現(xiàn)的影響依次減小；表型性狀聚類在主成分分析的基礎上進行分析，田間農(nóng)藝性狀特征進行分析發(fā)現(xiàn)，第I類群甘藍品種葉球形呈近圓形和橢圓形，葉球內(nèi)顏色呈乳白色和淺黃色；第II類群甘藍品種的葉球形均呈扁圓，葉球內(nèi)顏色呈黃色；第III類群甘藍品種葉球形呈近圓形，葉球內(nèi)顏色呈黃綠。但表型聚類分析的結(jié)果不但受基因型，而且也受環(huán)境影響。必須嚴格控制環(huán)境、合理的試驗設計、田間管理的一致性，是確保聚類分析結(jié)果才更準確。另外由于樣本數(shù)量偏少，且未對抗性及營養(yǎng)成分進行鑒定，研究結(jié)果具有一定的局限性。如要取得更可靠的數(shù)據(jù)支撐，應增加樣本數(shù)量，進一步進行分子鑒定、抗性及品質(zhì)分析，客觀全面來評價參試材料親緣關系和性狀之間的變異特性及規(guī)律，可準確的篩選出綜合性狀較好的材料，為推廣品種和潛在的育種材料選擇提供更高的理論參考。