43份蘆筍種質資源遺傳多樣性評價

張冰冰， 葉艷英， 尹玉玲， 金水鳳， 羅穩根， 周勁松， 羅紹春， 湯泳萍

(1.江西省農業科學院蔬菜花卉研究所，江西南昌 330200； 2.江西省吉安市農作物良種場，江西吉安 343016)

蘆筍(L.)又名石刁柏，為多年生宿根性蔬菜，富含皂苷、蕓香苷、黃酮、多糖等多種活性成分，尤其是天冬門酰胺、精氨酸硒、抗壞血酸、膽堿等含量較高，被譽為蔬菜之王。蘆筍原產于歐亞大陸及北非河谷及草原地帶，清朝末年傳入我國。現今，我國已成為世界第一大蘆筍生產及出口國，年產量約為780萬t，約占世界總貿易量的50%，農業產值已接近200億元。蘆筍產業已發展成為前景廣闊的朝陽產業。

我國蘆筍種質資源相對貧乏，遺傳背景較狹窄，雌雄異株，育種年限長，嚴重制約了優異品種選育。為解決我國蘆筍產業品種制約問題，亟須系統深入地進行蘆筍新品種選育和繁殖制種技術研究，篩選適應我國氣候條件的蘆筍品種。蘆筍種質資源的收集、鑒定與評價、利用是蘆筍品種創制與基因挖掘的重要基礎。目前種質資源遺傳多樣性的研究主要有形態學、細胞學、生化標記、分子標記等方法。形態學方法簡單直觀、易于觀察，是種質資源鑒定與評價最直接、最快速、最高效的一種方法。為進一步挖掘蘆筍的利用價值，選育高品質蘆筍品種，本研究收集43份國內外蘆筍新品種(系)，通過設施避雨栽培技術，在江西省吉安市農作物良種場進行比較試驗。通過對15個主要農藝及品質性狀的變異分析、相關分析、通徑分析、灰色關聯度分析、主成分分析和聚類分析，研究其遺傳多樣性，以期為蘆筍資源利用和新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

共收集國內外蘆筍品種(系)43個，均為二倍體品種(表1)，其中京紫龍2號為紫蘆筍，其余均為綠蘆筍。

表1 供試試驗材料信息

V16 Aitlas美國V38JX1510江西省V17Supreme美國V39JX1511江西省V18California Early美國V40JX1504江西省V19Purple Passion美國V41豐島2號浙江省V20Green Pride美國V42京綠1號北京市V21WB-210F1美國V43京綠龍 3號北京市V22 Atals美國

1.2 試驗設計

吉安市農作物良種場連體大棚試驗地為江西省典型紅壤黏土。2017年8月中旬穴盤育苗，10月31日移栽定植，每畦栽單行，株距30 cm，行距為130～160 cm，密度1 500株/667 m。每畦定植2個蘆筍品種(系)，每材料61株，隨機區組排列，每品種(系)2個重復。參照《蘆筍設施避雨栽培技術規程》進行田間管理。

1.3 項目測定及方法

1.3.1 產量和商品性 2019年3月1日始光頭筍時期第1次采筍，逐日記載產量至4月1日，并轉換成小區產量(，kg)/667 m進行分析。參照Zhu等的方法進行分級，嫩莖基部直徑大于1.2cm為優質筍(，kg/667 m)、大于0.6 cm 為商品性筍(，kg/667 m)。

1.3.2 農藝性狀和抗病性 2019年初記錄各種質見筍日期，并根據2018年底割母莖時間12月10日，轉換成見筍時間(，d)。每重復隨機連續30株插牌標記抽筍數(，支)。插牌單株地上部生長量最大時，測單株株高(，cm)、莖粗(，cm)、生育指數(，cm)、第二主莖株高(，cm)和第一分枝高度(，cm)。其中，莖粗為距地面 5 cm 的直徑，公式：生育指數=株高×莖粗。

江西省位于長江中下游南岸，屬亞熱帶季風氣候，雨量豐沛，多年平均年降水量1 638 mm，4—6月為降雨集中期，降水量接近全年一半，是中國多雨省區之一。蘆筍露天種植，極易受莖枯病(蘆筍癌癥)危害，植株提前枯萎，甚至全田毀滅，故采用大棚避雨栽培生產。整體調查每個種質小區蘆筍褐斑病、菌核病、根腐病、莖枯病的發生，評價其抗病性()，分別標注好、一般、差。

1.3.3 品質性狀測定 計算優質筍率(，%)與商品筍率(，%)，參照《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南 蘆筍》嫩筍筍頭形狀、鱗芽包裹程度、筍身粗細對筍均勻度()和筍外觀品質()分級，分別標注好、一般、差。

1.4 統計分析

分級結果好、一般、差分別賦值為2、1、0進行分析。采用Microsoft Excel 2010處理各性狀數據，并計算其最小值、最大值、平均值、標準差、變異幅度、變異系數；進行10級分類，從第1級[<(-2)]到第10級[≥(+2)]，中間每級間差05，為平均值，為標準差。每一級的相對頻率用于計算Simpson多樣性指數進行描述和評價，公式：=1-∑()，表示某性狀第個代碼值(即第級)出現個數，為總個體數。 采用SPSS 25.0進行相關性分析、通徑分析、主成分分析、系統聚類分析。采用DPS 7.05進行灰色關聯度分析。其中相關性分析采用皮爾遜(Pearson)相關系數表示。參考Salkind等對相關性的分級，0～0.2為極弱相關或不相關，>0.2～0.4為弱相關，>0.4～0.6為中等相關，>0.6～0.8為強相關，>0.8～1.0為極強相關。

2 結果與分析

2.1 蘆筍種質資源不同性狀的多樣性

由表2可知，15個農藝及品質性狀的變異系數范圍為8.03%～53.90%，筍外觀品質最大，為53.90%，其次是優質筍產量，為40.90%，見筍時間和商品筍率最小，均為8.03%。變異系數由大到小排序：筍外觀品質>優質筍產量>抗病性>商品筍筍產量>筍粗細均勻度>總產量>生育指數>抽筍數>莖粗>第一分枝高度>第二主莖株高>株高>優質筍率>見筍時間=商品筍率。Simpson多樣性指數范圍為0.279 1～0.850 2，優質筍產量最大，為0.850 2，第二主莖株高次之，為0.845 9，筍粗細均勻度最小，為0.279 1，按由大到小排序：優質筍產量>第二主莖株高>優質筍率>總產量>莖粗>商品筍筍產量>第一分枝高度>生育指數>見筍時間>株高>抽筍數>抗病性>筍外觀品質>商品筍率>筍粗細均勻度。綜上，該批蘆筍種質資源類型豐富，遺傳多樣性較高，種質之間存在的差異大，有利于優異種質的比較和篩選。

表2 蘆筍種質資源農藝與品質性狀的多樣性分析

2.2 蘆筍種質農藝及品質性狀的相關性

表3結果顯示，蘆筍總產量與優質筍產量、商品筍產量極顯著極強正相關；與株高極顯著強正相關；與莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度和優質筍率極顯著中等正相關，上述性狀與蘆筍總產量密切相關。而與其他性狀相關系數均小于0.3，呈弱相關或極弱相關且不顯著，說明蘆筍總產量與這些性狀無關。見筍時間與株高極顯著強負相關，與莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度極顯著中等負相關，說明出筍越早株高越低，進而影響到其他株型性狀。品質性狀中，優質筍率與總產量、商品筍產量極顯著中等正相關，與優質筍產量極顯著強相關，說明優質筍率是蘆筍產量品質的典型代表性狀。筍粗細均勻度與抽筍數、抗病性極顯著中等正相關，筍外觀品質與抽筍數極顯著弱正相關，與抗病性極顯著強正相關，表明蘆筍抽筍數、抗病性與蘆筍品質密切相關，選育抽筍數多、抗病性強的材料有利于提升蘆筍品質。

表3 蘆筍種質農藝與品質性狀的相關性分析

2.3 蘆筍種質總產量與各性狀的通徑分析

以蘆筍總產量為因變量、其他性狀為自變量進行通徑分析。線性回歸方差分析表明，=676.832且達到極顯著水平，說明蘆筍總產量與各性狀間存在極顯著線性關系，可以進行下一步通徑分析(表4)。各性狀對蘆筍總產量的直接作用大小排序為：優質筍產量(0.566)>商品筍產量(0.533)>生育指數(|-0.158|)>莖粗(0.125)>優質筍率(|-0.124|)>商品筍率(|-0.111|)>第二主莖株高(0.036)>抗病性(0.032)>株高(0.024)>第一分枝高度(|-0.023|)>筍外觀品質(|-0.019|)>筍粗細均勻度(|-0.013|)>抽筍數(0.011)>見筍時間(|-0.008|)。直接通徑系數越大，性狀對產量的影響也越大，優質筍產量和商品筍產量對蘆筍總產量直接貢獻最大。而莖粗、第二主莖株高、抗病性、株高、抽筍數增加，蘆筍總產量也增加。

表4 蘆筍種質資源總產量與各性狀的通徑分析

從間接通徑系數可知，優質筍產量通過商品筍產量的間接通徑系數(0.546)最大，而商品筍產量通過優質筍產量的間接通徑系數(0.514)次之，說明優質筍產量通過商品筍產量對蘆筍總產量產生較大的影響；株高、莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度、優質筍率通過商品筍產量的間接通徑系數分別為0.321、0.267、0.314、0.313、0.299、0.290，說明這6個性狀通過商品筍產量對蘆筍總產量產生較大影響。結果進一步證實了優質筍產量與商品筍產量是直接影響蘆筍總產量的重要性狀，株高、莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度、優質筍率也對蘆筍產量產生較大的影響。

2.4 蘆筍種質總產量與各性狀的灰色關聯度分析

以蘆筍總產量為母因素，其他性狀為子因素進行灰色關聯度分析(表5)，依據各性狀關聯度值排序為：優質筍產量>商品筍產量>優質筍率>株高>生育指數>第二主莖株高>第一分枝高度莖粗>莖粗>筍外觀品質>抽筍數>抗病性>商品筍率>筍粗細均勻度>見筍時間。其結果與“2.2”“2.3”節結果基本一致，可相互驗證。

表5 蘆筍種質資源總產量與各性狀的灰色關聯度分析

2.5 蘆筍種質性狀的主成分分析

對43份蘆筍種質的15個農藝及品質性狀進行KMO和Bartlett’s檢驗，KMO系數為0.703，Bartlett’s球形檢驗=0.000<0.05，說明本研究考察性狀適合進行下一步主成分分析。根據特征值大于1的原則提取了4個因子(表6)，前4個特征根在15個特征根中累計貢獻率達79.121%，基本能反映全部特征。

表6 最大方差法旋轉因子載荷矩陣

K150.2290.1800.745-0.366特征值4.5933.5042.4711.300貢獻率(%)30.62323.35916.4728.667累計貢獻率(%)30.62353.98270.45479.121

第1主成分特征值為4.593，貢獻率為30.623%；正向載荷較高的有株高、莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度、見筍時間，這些性狀皆為植株農藝性狀指標，故第1主成分命名為蘆筍植株農藝因子。第2主成分特征值為3.504，貢獻率為23.359%；正向載荷較高的性狀有蘆筍總產量、優質筍產量、商品筍產量、優質筍率，均為直接產量因子，故第2主成分命名為蘆筍產量因子。第3主成分特征值為2.471，貢獻率為16.472%，正向載荷較高的性狀有抗病性、筍外觀品質、抽筍數、筍粗細均勻度，多數與嫩筍性狀有關，故第3主成分命名為嫩筍性狀因子。第4主成分特征值為1.300，貢獻率為8.667%，正向載荷較高的僅商品筍率1個指標，因此第4主成分命名為商品筍率因子。

根據第2主成分產量因子各性狀載荷量的大小研究其對總產量的影響，排序為：優質筍產量(0.929)>商品筍產量(0.876)>優質筍率(0.776)>生育指數(0.327)>株高(0.305)>莖粗(0.294)>第二主莖株高(0.292)>第一分枝高度(0.268)>筍外觀品質(0.180)>見筍時間(|-0.073|)>商品筍率(0.066)>筍粗細均勻度(|-0.028|)>抗病性(0.017)>抽筍數(0.004)。結果顯示優質筍產量和商品筍產量依舊是影響蘆筍總產量的直接因素，優質筍率對產量的影響也較大，農藝性狀中生育指數對產量的影響最大，株高、莖粗、第二主莖株高、第一分枝高度對產量的影響次之。

主成分綜合評價見表7，依據各種質主成分綜合得分進行排名，可分為4級。包括3份性狀優良(≥1)、15份性狀較好(0.1≤<1)、3份性狀一般(0≤<0.1)、22份性狀較差(<0)。對主成分綜合評價篩選的3份性狀優良種質(V4、V18、V3)與其田間表現比較分析，具有產量高、株型高大、出筍早的優質特征，表明主成分綜合評價具有一定的代表性。

表7 蘆筍種質資源主成分綜合評價

2.6 43份蘆筍種質系統聚類分析

組間連接法對43份蘆筍種質的15個農藝及品質性狀聚類分析，當閾值為10.0時將供試種質劃分為4個群集(圖1)，各類群的性狀平均值與變異系數見表8。第Ⅰ群集包括20份種質，占供試種質的46.51%，主要特征是綜合性狀一般材料，性狀特征介于第Ⅱ群集和第Ⅲ群集之間。

表8 蘆筍種質資源各群集性狀特征表現

第Ⅱ群集包括8份種質，占供試種質的18.60%，主要特征是蘆筍總產量較低(58.17 kg/667 m)，株高(114.38 cm)、莖粗(0.37 cm)、生育指數(41.88 cm)、第二主莖株高(96.50 cm)和第一分枝高度(27.50 cm)，表現株型矮小，見筍時間晚(115.25 d)。

第Ⅲ群集包括14份種質，占供試種質的32.56%，主要特征是蘆筍總產量較高(111.42 kg/667 m)，株高(157.71 cm)、莖粗(0.53 cm)、生育指數(84.25 cm)、第二主莖株高(140.71 cm)和第一分枝高度(45.79 cm)，表現株型高大、見筍時間早(106.93 d)。

第Ⅳ群集包括1份種質，占供試種質的2.33%，主要特征是蘆筍總產量最高(161.41 kg/667 m)、株高(185.00 cm)、莖粗(0.57 cm)、生育指數(105.45 cm)、第二主莖高度(165.00 cm)和第一分枝高度(55.00 cm)，表現株型最高大壯碩，見筍時間最早(97.00 d)，即最優種質。

2.7 優異種質篩選

根據性狀鑒定結果，綜合考慮矮稈(株高≤100 cm)，高稈(株高≥170 cm)，出筍早(見筍時間<100 d)，高產(總產量≥120 kg/667 m)等性狀，篩選上述4類優異種質共9份(表9)，其中矮稈種質2份，為JX1506(江西)、京紫龍2號(北京)，隸屬于聚類群集Ⅱ；高稈種質4份，分別為Dogeras、Jersey knight、UC115、Imperial，均收集于美國，隸屬于聚類群集Ⅲ；高產種質2份，為巨豐(山東)、JX1516(江西)，隸屬于聚類群集Ⅲ；兼具高稈、出筍早、高產最優種質1份，為California early(美國)，隸屬于群集聚類Ⅳ，有利于進一步生產與育種利用。

表9 蘆筍優異種質性狀特征表現

3 結論與討論

種質資源遺傳多樣性研究對資源引選、親本組配、雜種優勢利用及新品種創制具有重要的指導意義。農藝性狀與作物生產直接相關，易識別鑒定，是作物種質研究和遺傳分類的重要依據。但農藝性狀復雜多樣，易受環境影響，選擇難度大，因此科學方法的運用顯得尤為重要。本研究搜集43份國內外蘆筍新品種(系)，對15個主要農藝及品質性狀進行變異分析、Simpson 多樣性指數、相關分析、通徑分析、灰色關聯度分析、主成分分析、系統聚類分析，研究其遺傳多樣性，結果可為育種實踐提供參考。

3.1 蘆筍種質遺傳多樣性

遺傳變異系數是遺傳變異潛力大小的標志，表示群體中直接選擇的范圍。對43份蘆筍種質的主要農藝及品質性狀分析發現，變異系數最大為53.90%，最小為8.03%，平均26.33%，Simpson多樣性指數最大為0.850 2，最小為0.279 1，平均0.749 0，說明該批蘆筍種質資源性狀的資源類型豐富，農藝性狀差異明顯，具有豐富的遺傳多樣性。優質筍產量、商品筍產量、莖粗、生育指數、第一分枝高度、 抽筍數、 抗病性、筍外觀品質等8個性狀的變異系數均在20%以上，且均大于0.6，說明上述性狀指標具有較大的選擇潛力，可利用雜交配組進行高產、高抗、品優的選育。

3.2 蘆筍種質產量與各性狀的多重分析

相關性分析結果顯示，各性狀至少與其他1個性狀存在極顯著或顯著相關。優質筍產量、商品筍產量與蘆筍總產量極顯著強正相關，是影響其總產量的直接因素。總產量與株高極顯著強相關，與莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度極顯著中等相關，與優質筍率極顯著中等相關，說明這些性狀的變化直接影響蘆筍總產量的變化，其結論在通徑分析、灰色關聯度分析和主成分因子載荷量中都得到相互驗證，表明上述性狀的改良有利于快速提升蘆筍品質。值得注意的是，見筍時間與產量指標呈弱負相關且不顯著，與株高、莖粗、生育指數、第二主莖株高、第一分枝高度呈中等或強負相關且極顯著，說明見筍時間通過影響蘆筍株形而影響產量。但蘆筍最重要的采收時間為春季光頭筍時期，出筍越早，越有利于提前上市，產品價格越高。據調查發現，1、2月份春節期間上市的鮮蘆筍比平時價格高20～30元/kg。因此在創制新品種時應注意育種目標與生產實際結合，選育貼合市場的優良品種。陳河龍等認為，株高、第一分枝高度、莖粗是蘆筍的主要農藝性狀，株高與產量密切相關。王培等認為，蘆筍品種間株高和莖數差異顯著，與產量密切相關。李霞等認為，優質筍率是評價蘆筍質量的重要指標。本研究結果與前人結論基本一致，但是主成分累計貢獻率為79.12%，說明還有一些性狀未被考慮在內，如一級分枝數、一級分枝間距、筍鱗片數量、長寬度等。

3.3 蘆筍種質主成分綜合評價與系統聚類分析

主成分分析可將較多的性狀進行降維分類，以提煉出較少的比較獨立的主成分，用于作物農藝性狀的評價和篩選，既能把握其綜合性狀表現，又能簡化選擇程序，且更具有科學性。本研究通過主成分分析，將15個性狀降為4個主成分，分別反映了蘆筍的植株農藝因子、產量因子、嫩筍性狀因子與商品筍率因子，累計貢獻率79.121%。通過主成分綜合評價，將43份種質劃分為4類，其中3份性狀優良，15份性狀較好，3份性狀一般，22份性狀較差。育種工作者可根據上述4個主要特征及材料群集，有針對性地發掘育種中間材料，進而有效利用資源。

系統聚類分析不僅可揭示品種類群間的遺傳差異，還可了解類群內品種的遺傳相似性，為作物新品種選育提供科學依據。本研究當閾值為10時，將43份蘆筍種質劃分為4類，分別為綜合性狀一般種質，低產、株型矮小、晚出筍種質，高產、株型高大、早出筍種質與最優種質。與主成分綜合評價結果比較分析，發現3份性狀優良種質分別隸屬于第Ⅲ和第Ⅳ群集，性狀較好的15份種質除V10和V11隸屬于第Ⅰ群集外，其余均隸屬第Ⅲ群集。表明雖算法不同，但其對種質的最終評價基本可以相互印證。

3.4 蘆筍優異種質篩選

選擇優良品種是發展蘆筍產業、保障經濟效益的關鍵。通過聚類分析篩選獲得14份高產種質和1份最優種質。Bussell等研究發現，通過兩季測產評價蘆筍多年產量，其方法的可靠性被Scholten等在品種選育和生產中驗證。因此上述15份種質可用于下一步品種生產推廣綜合評價。

除高產種質用于推廣生產外，其他優異種質可用于基因的挖掘和新品種的創制。依據對蘆筍性狀改良實際，從43份蘆筍種質中篩選了高稈、矮稈、出筍早、高產等優異種質9份，可作為蘆筍育種的親本材料。