38份油用亞麻資源經濟性狀多樣性分析與綜合評價

陳宇，守合熱提·牙地卡爾，祖勒胡瑪爾·烏斯滿江，阿里別里根·哈孜太，高鋼，陳繼康，邵德義，朱增芳，哈尼帕·哈再斯*，張正*

(1.中國農業科學院麻類研究所/農業農村部麻類生物學與加工重點實驗室，湖南 長沙 410221；2.伊犁州農業科學院研究所，新疆 伊犁 835099)

亞麻(Linum usitatissimumL.)，別名胡麻，是亞麻科(Linaceae)亞麻屬(Linum)一年生草本纖維經濟植物，具有悠久的栽培歷史，可分為油用亞麻、纖維用亞麻和油纖兼用亞麻[1-2]。 其中亞麻籽中富含α-亞麻酸、棕櫚酸和膳食性纖維等多種優質營養成分，具有排毒減肥、降壓減脂、防癌抗癌等功效，在食用油和保健食品領域中備受消費者青睞[3-5]。 目前，油用亞麻資源的經濟性狀鑒定通常集中在部分有代表性的產量性狀和品質性狀指標上，產量性狀指標包括株高、分支數、千粒重等，品質性狀指標包括籽粒含油量和各類脂肪酸組分等。 與國外相比，我國擁有的亞麻種質資源數量小、類型不足、研究不夠深入，并且亞麻產地較多，各產地間自然條件差異較大，因此深入分析不同地區、不同亞麻種質資源的產量性狀和品質性狀指標具有重要的意義[5-6]。

不同亞麻資源經濟性狀鑒定需要將產量性狀和品質性狀等指標相結合來進行綜合評價，因此，簡單有效的鑒定步驟和評價方法是篩選優質資源的關鍵。 目前，眾多學者從不同角度研究并提出了品種鑒定選育的指標選擇和評價方法，針對不同作物、不同生育期、不同地區等種質資源提出了更加全面的分析及評價方法，目前已在大豆[7]、玉米[8]、西瓜[9]、水稻[10]等作物中應用，如主成分分析法、隸屬函數法、聚類分析法等，將多指標多方法相結合能更好地制定評價方案，評價結果更加真實可靠。

本研究選取伊犁綜合試驗站提供的來自不同地區的38 份亞麻資源為試驗材料，對其單株產量性狀和品質性狀進行比較分析和綜合評價，以期通過研究篩選特異種質，為亞麻種質資源創新和品質育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究選取來自河北、甘肅和新疆3 個產地的38 份亞麻資源，具體資源信息見表1。

表1 38 份亞麻資源信息表Table 1 38 flax variety information sheets

1.2 測定項目與方法

參考《亞麻種質資源描述規范和數據標準》，在亞麻植株收獲前取樣，測定各小區亞麻植株株高、工藝長度、分莖數、分枝數、株果數；用天平、種子分析儀等測定亞麻植株單株粒數、單株粒重、每果粒數、千粒重等產量性狀指標；亞麻籽粒含油率參照CB/T 14488.1-2008 中8.3.6 進行處理，根據步驟9 進行測定；亞麻籽粒各類脂肪酸含量測定參考孟桂元等[11]的方法。

1.3 數據統計與分析

隸屬函數值按式(1)計算。

式中:Xj—第j個綜合指標，j=1，2，3，…，n；Xmin、Xmax—第j個綜合指標的最值；U(Xj)—第j個綜合指標的隸屬函數值。

權重按式(2)計算。

式中:Wj—第j個綜合指標的權重；Rj—第j個綜合指標的貢獻率。

綜合評價值按式(3)計算。

式中:D—不同產地亞麻經濟性狀指標的綜合評價值。

采用Excel 2017 軟件進行數據統計整理；Shannon-Weave 多樣性指數(H’)計算參考關虎等[12]方法；用IBM SPSS Statistics 25 軟件進行相關性分析、聚類分析和主成分分析(PCA)，聚類分析采用組間連接方法，遺傳距離為平方歐式距離。

2 結果與分析

2.1 38 份亞麻資源經濟性狀多樣性分析

參試不同亞麻資源的經濟性狀測定值統計見下表2。 38 份亞麻籽粒的亞麻酸含量平均值為44.13%，亞麻酸含量最高的是隴西白胡麻，為54.85%，亞麻酸含量最低的是隴亞5 號，為33.82%，變異系數僅為7.95%，說明亞麻酸含量在亞麻資源間比較穩定。 從表2 可以看出，變異系數最大的是分莖數，變異系數達到47.57%，其平均值為1.53，標準差為0.73；棕櫚酸變異系數最小，只有7.94%，其平均值和標準差分別為5.64 和0.45。 其他13 個經濟性狀變異系數由高到低排序依次為:單株粒數＞單株粒重＞株果數＞分枝數＞千粒重＞工藝長度＞每果粒數＞油酸＞含油率＞硬脂酸＞亞油酸＞株高＞亞麻酸。 其中分莖數、單株粒數、單株粒重、株果數、分枝數這5 個性狀的變異系數均超過了30%。 綜上所述，供試亞麻資源間經濟性狀差別很大，具有豐富的遺傳背景，為亞麻育種提供優異的種質基礎。

表2 38 份亞麻單株產量性狀和籽粒品質性狀的統計結果Table 2 Statistical results of yield traits and seed quality traits in 38 flax monocots

研究表明，15 個經濟性狀遺傳多樣性指數變幅在5.06 ～5.24，平均為5.21，總體來看，15 個經濟性狀的多樣性指數都比較高，其中棕櫚酸和亞麻酸的遺傳多樣性指數最高，均為5.24，分莖數的遺傳多樣性指數最低，為5.06。 多樣性指數從大到小排列依次為:棕櫚酸＞亞麻酸＞株高＞亞油酸＞硬脂酸＞含油率＞油酸＞每果粒數＞工藝長度＞千粒重＞分枝數＞株果數＞單株粒重＞單株粒數＞分莖數。

2.2 38 份亞麻資源經濟性狀的相關性分析

由表3 可知，15 對品質性狀組合中有1 對性狀組合呈極顯著負相關，3 對性狀呈顯著正相關，1對性狀呈顯著負相關(表3)。 亞麻酸含量與棕櫚酸、亞油酸含量呈顯著正相關，相關系數分別為0.336和0.375，與硬脂酸含量呈顯著負相關，與油酸含量呈極顯著負相關，表明隨著亞麻酸含量的升高，棕櫚酸和亞油酸含量升高，油酸和硬脂酸含量降低。 含油率與棕櫚酸、亞油酸和亞麻酸含量呈負相關，與油酸和硬脂酸含量呈正相關。 亞油酸含量與油酸、硬脂酸含量呈負相關，與棕櫚酸含量呈顯著正相關，相關系數為0.383。 硬脂酸含量與棕櫚酸呈含量負相關，與油酸含量呈正相關，說明隨著硬脂酸含量的提高，棕櫚酸含量降低，油酸含量增加。 油酸含量和棕櫚酸含量呈負相關。

表3 38 份亞麻籽粒品質性狀間相關性分析Table 3 Correlation analysis among quality traits of 38 flaxseed grains

36 對產量性狀組合中有9 對性狀組合呈極顯著正相關，有1 對呈極顯著負相關(表4)。 株高與每果粒數和千粒重呈負相關，與分莖數、株果數和工藝長度呈(極)顯著正相關，相關系數分別為0.411、0.375 和0.825。 工藝長度與分莖數、分枝數和株果數呈正相關，與單株粒數、單株粒重、每果粒數和千粒重呈負相關，均未達到顯著水平。 分莖數與株果數、單株粒數和單株粒重呈極顯著正相關，相關系數分別為0.772、0.700 和0.655，與分枝數呈正相關，與每果粒數和千粒重呈負相關。分枝數與株果數和單株粒重呈極顯著正相關，相關系數分別為0.563 和0.591，與單株粒數呈正相關，與千粒重呈顯著正相關，與每果粒數呈顯著負相關。 株果數與單株粒數和單株粒重呈極顯著正相關，與每果粒數呈負相關，與千粒重呈正相關。 單株粒數與單株粒重呈極顯著正相關，相關系數為0.744，與每果粒數呈顯著正相關，與千粒重呈顯著負相關，表明隨著單株粒數的增加，單株粒重和每果粒數增加，千粒重降低。 單株粒重與千粒重呈正比，與每果粒數呈負相關。 每果粒數與千粒重呈極顯著負相關，相關系數為-0.730。

表4 38 份亞麻單株產量性狀間相關性分析Table 4 Correlation analysis among yield traits of 38 flax monocots

從相關性來看，株果數與株高、分莖數、分枝數、單株粒數、單株粒重關系更加密切，除了與每果粒數呈較弱的負相關外，與其他產量性狀都呈現正相關，且大部分呈極顯著正相關。 因此，用株果數可以表征亞麻產量性狀，但所測的6 個品質性狀里，單個品質性狀無法衡量亞麻總體品質性狀。

2.3 38 份亞麻資源經濟性狀的主成分分析

2.3.1 主成分提取

以38 份亞麻資源的15 種經濟性狀指標構成38×15 的矩陣，對其進行主成分分析，結果見表5。 由表5 可知，前5 個主成分對應特征值均大于1，其方差貢獻率分別為29.181%、21.687%、13.973%、7.938%和7.233%，累計方差貢獻率達80.013%，說明可以用前5 個主成分代替15 個經濟性狀指標對38 份亞麻資源進行綜合評價。 由表6 可知，5 個主成分對應的特征向量為:

表5 38 份亞麻經濟性狀指標主成分分析的特征值、貢獻率和累積貢獻率Table 5 The eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of 38 flax economic traits in principal component analysis

表6 38 份亞麻經濟性狀指標性狀主成分的特征向量Table 6 Eigenvectors of the principal components of 38 traits of flax economic trait indicators

由表5、6 可知，PC1 的方差貢獻率為29.181%，其中單株粒重和株果數的特征向量值絕對值較大，分別為0.419 和0.396，可知PC1 主要由株粒重和株果數決定；PC2 的方差貢獻率為21.687%，其中千粒重和單株粒數的特征向量值絕對值較大，分別為0.412 和0.397，可知PC2 主要由千粒重和單株粒數決定；PC3 的方差貢獻率為13.973%，其中株高和工藝長度的特征向量值絕對值較大，分別為0.459和0.577，可知PC3 主要由株高和工藝長度決定；PC4 的方差貢獻率為7.938%，其中硬脂酸和分枝數的特征向量值絕對值較大，分別為0.733 和0.325，可知PC4 主要由硬脂酸含量和分枝數決定；PC5 的方差貢獻率為7.233%，其中棕櫚酸和油酸的特征向量值絕對值較大，分別為0.619 和0.486，可知PC5主要由棕櫚酸和油酸含量決定。 綜上所述，株粒重、株果數、千粒重、單株粒數、株高、工藝長度、硬脂酸、分枝數、棕櫚酸和油酸可以作為38 份亞麻資源經濟性狀的綜合評價指標。

2.3.2 綜合評價

(1)隸屬函數分析

通過IBM SPSS Statistics 25 軟件將數據進行標準化處理。 根據式(1)可計算出每個亞麻資源綜合指標的隸屬函數值。 5 個綜合指標的隸屬函數值不同，PC1 對應的亞麻資源869 和隴西白胡麻的隸屬函數值分別為1.000 和0，說明869 在PC1 上表現出的品質最優，隴西白胡麻在PC1 上表現出的品質最差。 同理可得，P.I 177451 和慶陽胡麻在PC2 上表現分別為品質最優和最差；靜寧紅胡麻和BGOLD 在PC3 上表現分別為品質最優和最差；隴亞5 號和外引6 在PC4 上表現分別為品質最優和最差；慶陽老和0216-16-8 在PC5 上表現分別為品質最優和最差。

(2)各綜合指標權重的確定

根據綜合指標貢獻率的大小，第1 綜合指標貢獻率為29.181%，第2 綜合指標貢獻率為21.687%，第3 綜合指標貢獻率為13.973%，第4 綜合指標貢獻率為7.938%，第5 綜合指標貢獻率為7.233%。 可根據式(2)求出權重。 經計算，5 個綜合指標權重分別為0.292、0.217、0.140、0.079和0.072(表7)。

表7 38 份亞麻經濟性狀指標評價綜合指標值、隸屬函數值、D 值及排序Table 7 Comprehensive index values，affiliation function values， D-values and ranking of 38 flax economic trait indicators evaluation

(3)經濟指標數據的綜合評價

根據式(3)計算出D值大小，通過對D值排序，得出38 份亞麻資源優劣順序為:隴亞5 號＞869＞安西紅胡麻＞P.I 177451＞861＞天水市老胡麻＞88(88)-1-10＞西禮紅胡麻＞民勤胡麻＞隴西紅胡麻＞隴亞4 號＞武威紅胡麻＞禮縣底腳＞88(125-1)＞靈臺五星＞P.I 1181058＞線胡麻＞定西17 號＞隴西白胡麻＞靈臺轉那＞定亞18 號＞伊亞2 號＞No.547＞榆中紅胡麻＞78-18-1-34-1-2＞FIELD No.17＞靜寧紅胡麻＞BGOLD＞0216-16-8＞LINAGRDSSES＞8513＞定亞21＞DEHISCTNT＞慶陽老＞BLANC＞慶陽胡麻＞AC.Emerson＞外引6。

2.3.3 聚類分析

采用組間連接法對表7 中的D值進行聚類分析，建立了聚類樹狀圖(圖1)，從圖中可以看出，當平方歐式距離為12 時，聚類分析將其劃分為3 大類，其綜合評價值依次降低。 第I 類包括隴亞5號、869、安西紅胡麻等16 個資源；第II 類包括線胡麻、定西17 號、隴西白胡麻等15 個資源；第Ⅲ類包括定亞21、慶陽老、慶陽胡麻等7 個資源。

圖1 聚類樹狀圖Fig.1 Clustering dendrogram

3 討論

性狀指標的合理選擇是進行作物綜合評價的關鍵，大量學者從不同角度提出了綜合評價方案，涉及的主要性狀類別不同，如陳婷婷等[13]研究發現，影響花生經濟性狀的主要指標包括蛋白和總氨基酸含量等，而徐瀾等[14]認為影響小麥經濟性狀的主要指標包括千粒重和成穗數等。 針對不同作物及作物利用方向的不同，所選評價指標也大不一樣，完善油用亞麻經濟性狀綜合評價體系在亞麻品種選育上至關重要。 采用隸屬函數的方法可對不同隸屬關系的性狀指標進行綜合評價，通過提取主成分來提高評價結果準確性，在品種選育上被廣大學者認為是一種可靠的評價方法[15]。

本研究多樣性分析顯示，38 份供試油用亞麻資源的15 個經濟性狀的變異性較大，變異幅度達到7.94%～47.57%，僅棕櫚酸、亞油酸、亞麻酸和株高4 個指標變異系數小于10，其他均大于10，說明這些亞麻性狀變異豐富，具有很大研究潛力。 相關性分析顯示，絕大多數性狀之間都有顯著性或者極顯著性差異，如油酸和亞麻酸之間存在極顯著負相關，這與謝冬微等[16]的研究結果一致，表明這些性狀之間互相影響，存在復雜的相關性，在關注目標性狀的同時也要兼顧其他性狀。

通過主成分分析法，將供試的38 份油用亞麻15 個主要經濟性狀指標簡化為5 個具有代表性的主成分，累計貢獻率達80%以上，能更科學地反映供試材料經濟性狀的綜合特征，同時大大減少了數據處理量，數據更加直觀和容易處理。 根據各個資源的D值大小進行聚類分析，劃分等級，可將亞麻經濟性狀表現較好的歸為一類，供后續試驗。 最終D值排名最高的是隴亞5 號，其亞麻酸含量只有33.82%，但變異系數小，說明亞麻酸含量在亞麻資源間比較穩定，根據D值可進一步進行隴亞5 號、869 和安西紅胡麻的單株選擇，以期更科學、全面、客觀地遴選出優異的亞麻資源。

本研究僅對38 份油用亞麻資源經濟性狀指標進行了分析和評價，但在亞麻育種研究中，必須增加植株抗性、田間適應性等關鍵指標進行綜合評價，才能更好適應生產需要。

4 結論

38 份亞麻資源變異系數最大的指標是分莖數，為47.57%，最小的指標是棕櫚酸，為7.94%，其中分莖數、分枝數、株果數、單株粒數和單株粒重的變異系數均超過30%，說明供試亞麻資源間經濟性狀差別很大，具有豐富的遺傳背景。 而15 個經濟性狀指標的遺傳多樣性指數變化幅度不大，分莖數和棕櫚酸的多樣性指數為兩個最值，分別為最小值5.062 和最大值5.243。 相關性分析發現，在15 個經濟性狀指標內，株果數和單株粒重呈極顯著正相關，相關系數達到最大，為0.887。 主成分分析提取出5 個主成分，累計方差貢獻率達80.013%，其中株粒重、株果數、千粒重、單株粒數、株高、工藝長度、硬脂酸、分枝數、棕櫚酸和油酸可以作為38 份亞麻資源經濟性狀的綜合評價指標。 通過隸屬函數法計算出每個亞麻資源的D值，通過D值進行亞麻資源優劣排序為:隴亞5 號＞869＞安西紅胡麻＞P.I 177451＞861＞天水市老胡麻＞88(88)-1-10＞西禮紅胡麻＞民勤胡麻＞隴西紅胡麻＞隴亞4 號＞武威紅胡麻＞禮縣底腳＞88(125-1)＞靈臺五星＞P.I 1181058＞線胡麻＞定西17 號＞隴西白胡麻＞靈臺轉那＞定亞18 號＞伊亞2 號＞No.547＞榆中紅胡麻＞78-18-1-34-1-2＞FIELD No.17＞靜寧紅胡麻＞BGOLD＞0216-16-8＞LINA GRDSSES＞8513＞定亞21＞DEHISCTNT＞慶陽老＞BLANC＞慶陽胡麻＞AC.Emerson＞外引6，得出經濟性狀最佳的亞麻資源為隴亞5 號，最差亞麻資源為外引6，此評價結果與各亞麻資源間產量性狀指標數據變化趨勢基本一致。 將各亞麻資源D值進行聚類分析，把D值前16 位分到第Ⅰ類群，D值后7 位分到第Ⅲ類群，其他分在第Ⅱ類群。