基于DUS 測試指南的蕹菜個體測量性狀分析與分組性狀篩選

摘 要：為制定蕹菜DUS 測試個體測量性狀分級范圍、篩選蕹菜DUS 測試指南備選分組性狀，以24 份蕹菜種質資源為材料，按照蕹菜DUS 測試指南的要求開展種植試驗并采集數據，統計并分析14 個個體測量性狀的變異程度、相關性，劃分測量性狀分級范圍并進行主成分分析，篩選DUS 測試指南分組性狀。結果表明：24 份蕹菜的14 個個體測量性狀在品種內和品種間均存在較大變異，變異系數范圍分別為7.14%～17.08% 和10.22%～67.9%，其中12 個性狀的品種間變異大于品種內變異；利用最小顯著差法劃分14 個個體性狀的分級范圍，作為蕹菜DUS 測試性狀分級的參考；通過主成分分析得到3 個主要因子，貢獻率分別為46.43%、25.83%、10.79%，并以此為基礎篩選出3 個備選分組性狀。研究可為蕹菜DUS 個體測量性狀分級和種質資源分類研究提供參考。

關鍵詞：蕹菜；個體測量；分組性狀

中圖分類號：S636.9 文獻標志碼：A 文章編號：0253?2301（2024）11?0044?07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2024.11.007

蕹菜Ipomoea aquatica Forsk，為旋花科番薯屬蔓生草本植物，是廣泛種植于我國中部、南部地區的葉用蔬菜，因其莖中空有節，又名空心菜[1]。蕹菜富含多種維生素及鉀、錳、鐵等微量元素和大量的膳食纖維，能夠有效地促進腸胃蠕動，有較高的營養價值[2]。蕹菜原產非洲、亞洲，喜溫暖濕潤不耐寒，分枝性和再生能力強，根系淺、無塊根、節上多有氣生根[3]。蕹菜可分為子蕹和藤蕹兩種類型，除播種繁殖外也可通過嫩莖扦插繁殖。蕹菜在水肥充足的情況下能快速生長，一季可多次采收，有較高的經濟效益，是我國南方重要的葉用蔬菜之一[4]。

DUS 測試，即特異性、一致性和穩定性測試，是通過種植試驗對待測群體的特異性、一致性和穩定性進行數據采集與分析，判定其是否區別于任一已知品種，是我國進行品種管理的重要環節[5]。一個待測群體是否通過DUS 三性判定是進行植物品種權保護、品種審定和登記的先決條件之一，對保護申請人的品種權并以此獲得相應收益、鼓勵申請人繼續育種創新至關重要[6]。個體測量是DUS 測試中測量方式的一種，是對一批目標樣品的性狀進行逐個測量并獲得一組個體記錄[7]。個體測量性狀是DUS 測試性狀中極其重要的一部分，對普遍缺少目測性狀或目測性狀難以區分品種的蔬菜作物而言，個體測量性狀對區分和描述品種起到關鍵作用，相關研究有助于提高DUS 測試準確性、科學性[8?9]。徐麗等[10]以35 份黃秋葵種質為材料，優化了指南個體測量性狀的測量方法并對12 個測量性狀進行分級，為黃秋葵種質資源研究和DUS 測試分級提供參考。章毅穎等[11]以12 份黃瓜種質為材料，分別對黃瓜不同播期的21 個目測性狀和5 個測量性狀數據進行比較，得出對栽培環境的嚴格控制有助于保證DUS 測試準確性。NY/T 3507?2019《植物新品種特異性、一致性、穩定性測試指南 蕹菜（空心菜）》發布于2019 年，相比我國其他主要葉用蔬菜，蕹菜的測試指南研制與發布工作起步較晚，其品種保護工作的推進也相對滯后，針對蕹菜DUS 指南中的性狀研究，尤其是影響因素更為復雜的數量性狀，更是滯后于其他蔬菜作物的研究進展。這一現狀在一定程度上導致蕹菜育種者無法及時獲得品種權保護，進而延緩了蕹菜育種的進度。此外，蕹菜與其他主要以種子為繁殖材料的蔬菜不同，蕹菜還可通過嫩莖進行扦插繁殖，這對蕹菜的品種維權工作造成更大的挑戰。

隨著品種保護申請量的大幅增加，個體測量性狀在區別不同測試品種上的作用更加凸顯，對個體測量性狀的研究能夠有效地提高DUS 測試特異性判定的效率和準確性[12]。本研究以蕹菜DUS 測試指南為標準，以22 份種蕹和2 份藤蕹種質為材料開展種植試驗，記錄、統計和分析了14 個個體測量性狀的變異程度、相關性和參考分級，通過主成分分析得到3 個主成分，并篩選出3 個備選分組性狀，以期為蕹菜種質資源研究和DUS 測試實踐提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以福建省農業科學院作物研究所品種鑒定與保護研究室收集并保存的22 份子蕹和2 份藤蕹種質為材料，見表1。子蕹種質32℃ 條件下浸種并催芽1～2 d，吐白后播種于75 孔穴盤，培養至2 葉1 心時定植； 藤蕹種質剪前一年老熟莖上新芽12～15 cm，水培至莖長15～18 cm、根須3～5 根時定植。子蕹、藤蕹同1 d 內定植于福建省農業科學院作物研究所東張基地，試驗田設置保護行，小區2 畦4 行， 行株距80 cm×80 cm，設2 個重復，每個重復32 株，共64 株。日常管理參照當地蕹菜水肥管理進行。

1.2 數據采集

以NY/T 3507?2019《植物新品種特異性、一致性、穩定性測試指南 蕹菜（空心菜）》為標準，分別在幼苗期、分蘗期、莖蔓生長期和始花期4 個測試階段，對蕹菜指南中14 個個體測量性狀進行數據采集。測量時，選擇同一品種內的20 個典型植株開展，每份種質的每個個體測量性狀得到20 個原始測量數據，其中與幼苗和子葉相關的性狀僅限子蕹類種質測量，藤蕹類種質不測量。

1.3 數據分析

1.3.1 蕹菜種質個體測量性狀變異和相關性分析

通過Excel 計算蕹菜種質各性狀的均值、極差、品種內變異系數和品種間變異系數。通過SPSS 計算分析14 個個體測量性狀之間的相關系數。

1.3.2 蕹菜種質個體測量性狀參考分級范圍

以測量數據為基礎，通過最小顯著差法，計算得到個體性狀的LSD0.05 值。在分級區間劃分時，按照蕹菜DUS 測試指南中給定的分級級數，以平均值為中心，大于2 倍的LSD0.05 值為分級極差進行劃分。同時，要兼顧分級的適用性和廣泛性，各個性狀的分級范圍能完全覆蓋現有性狀的表現。

1.3.3 蕹菜種質個體測量性狀主成分和分組性狀篩選

利用SPSS 處理原始數據，將個體測量性狀作為變量降維為少數幾個主要成分，以排除過于復雜數據對分析的干擾。通過主成分分析篩選個體測量性狀作為分組性狀的補充。

2 結果與分析

2.1 蕹菜種質個體測量性狀差異和相關分析

2.1.1 蕹菜種質個體測量性狀差異分析

由表2 可知，24 個蕹菜種質在14 個個體測量性狀上存在較大的品種間變異，品種間變異系數在10.22%～67.9%，其中葉片寬度和植株始花節位兩個性狀品種間變異系數超過50%，分別為57.17% 和67.9%；品種內變異系數普遍低于品種間，其變異系數在7.14%～17.08%，僅在葉片寬度和葉柄長度兩個性狀上品種內變異系數高于品種間；品種內變異系數超過15% 的有幼苗下胚軸長度和植株始花節位兩個性狀，其變異系數分別為15.86% 和17.08%，說明24 份蕹菜種質這兩個性狀在品種內個體表現有較大差異。

2.1.2 蕹菜種質個體測量性狀相關分析

由表3 可知，24 個蕹菜種質幼苗下胚軸長度與子葉裂片長度、子葉葉片長度、主蔓節間長度和葉片長度存在極顯著相關，相關系數在0.642～0.799；子葉裂片長度與子葉葉片長度、子葉葉片寬度和主蔓節間長度存在極顯著相關，相關系數在0.653～0.929；子葉裂片寬度與主蔓粗度、葉柄長度和葉柄粗度存在極顯著相關，相關系數在0.639～0.770，與植株株高為極顯著負相關，相關系數為?0.662；子葉葉片長度與子葉葉柄長度和主蔓節間長度存在極顯著相關，相關系數分別為0.726 和0.753；子葉葉片寬度與主蔓粗度、葉片寬度、葉柄長度和葉柄粗度存在極顯著相關，相關系數在0.610～0.679，與植株始花節位為極顯著負相關，相關系數為?0.753；植株株高與葉片長度存在極顯著相關，相關系數為0.685；主蔓粗度與葉柄長度和葉柄粗度存在極顯著相關，相關系數分別為0.641 和0.708；葉片寬度與葉柄長度和葉柄粗度存在極顯著相關，相關系數分別為0.860 和0.784，與植株始花節位為極顯著負相關，相關系數為?0.632；葉柄長度與葉柄粗度存在極顯著相關，相關系數為0.731，與植株始花節位存在極顯著負相關，相關系數為?0.702。

2.2 蕹菜種質個體測量性狀參考分級范圍

根據NY/T3507?2019《植物新品種特異性、一致性、穩定性測試指南 蕹菜（空心菜）》規定的個體測量性狀分級數量，在原始測量數據的基礎上通過計算得到各性狀的平均值和LSD0.05 值，劃分各個性狀每個分級的取值范圍，獲得蕹菜種質個體測量性狀參考分級范圍，見表4。

2.3 蕹菜種質個體測量性狀主成分和分組性狀篩選

通過SPSS 對24 個蕹菜種質的14 個個體測量性狀數據進行降維（表5），共得到14 個成分，根據貢獻率的大小提取貢獻率達到10% 以上的成分作為主成分，得到3 個主成分，其貢獻分別為46.43%、25.83%、10.79%，累計貢獻率達84.05%。以這3 個主成分為基礎構建14 個個體測量性狀的成分矩陣（表6），主成分1 包含了幼苗下胚軸長度、子葉裂片長度、子葉葉片長度、子葉葉片寬度、主蔓粗度、葉片寬度、葉柄長度、葉柄粗度和植株始花節位，主要與葉片性狀相關，命名為葉片因子；主成分2 包含了子葉裂片寬度、植株株高、主蔓節間長度和葉片長度，主要與植株性狀相關，命名為植株因子；主成分3 包含子葉葉柄長度，命名為子葉葉柄因子。

根據3 個因子對14 個個體測量性狀的關聯程度，初步確定植株株高、葉柄長度和子葉葉柄長度作為指南分組性狀的備選。

3 討論與結論

本研究24 份蕹菜種質資源絕大部分來源于福建省，包含了子蕹和藤蕹2 種繁殖類型，直立、半直立和匍匐3 種株型，葉片的性狀上包含了條形、箭形、三角形、卵圓形和闊卵圓形5 種葉型，基本覆蓋了現有蕹菜品種的主要種類。這在一定程度上保證了本研究結果的廣泛性和適用性。從對蕹菜種質的品種內變異和品種間變異來看，14 個個體測量性狀表現不一，植株始花節位在二者上均存在最大程度的變異；子葉葉片寬度和子葉葉柄長度，表現出品種內變異大于品種間變異的現象；子葉裂片長度、子葉裂片寬度、子葉葉片長度、植株株高、主蔓節間長度和葉柄粗度6 個性狀的品種內變異系數均小于10%，說明這幾個性狀表現在種內穩定性較好，而幼苗下胚軸長度、葉片寬度和植株始花節位這3 個性狀的品種內變異系數較高，其在種內穩定性上略有不足。DUS 測試需要對待測群體的特異性、一致性和穩定性進行判定，從測試進程上看，一致性通常作為判斷特異性和穩定性的前提條件。這就需要申請人和育種者對品種內變異較大的性狀格外注意。

DUS 測試指南中明確規定了目測性狀的分級和性狀描述，在品種申請量較少的階段，目測性狀可以簡明而直接地進行DUS 三性判定。而隨著累計申請量和授權量的不斷增加、已知品種數據庫的不斷豐富，目測性狀的越來越難以滿足區分待測群體和已知品種的需求。與目測性狀不同，個體測量性狀在進行DUS 測試三性判定時可以通過統計分析來確定待測群體和近似品種是否在某一性狀上存在顯著性差異，從而來判定待測群體是否滿足特異性要求。一個科學、客觀、準確的個體測量性狀分級表對描述待測群體并判斷其是否具備特異性有著重要作用[13]。個體測量性狀分級是DUS 測試對待測品種個體測量性狀實際表現進行賦碼的基礎，由于個體測量性狀絕大多數是數量性狀，其大小數值易受參與統計的樣品數量和當年環境條件的影響。測量性狀分級主要參考測試樣品性狀的平均值和LSD0.05 值，當參試樣品足夠大的時候LSD0.05 值趨于穩定，平均值則在不同年份中有所波動。因此，為了校正不同年份氣候影響等因素，在每個試驗周期對性狀分級表進行調整是十分必要的。

分組性狀能在參加DUS 測試前對待測群體進行簡單分類，能夠有效的減少測試工作量，快速篩選到合適的近似品種，是DUS 測試指南性狀中的重要組成部分[14]。分組性狀一般來源于DUS 測試指南的必測性狀，可以是目測性狀，也可以是測量性狀。主成分分析有助于將影響個體測量性狀表現的復雜因素轉化為少數幾個影響因子。通過主成分分析，能夠快速準確地篩選出具有代表性的分組性狀，減輕在分組過程中的工作量，也有利于種質資源研究的開展。陳燕華等[15]對71 份廣西豌豆種質資源進行農藝性狀的多樣性分析并通過主成分分析得到了7 個主成分，與生育期、產量、株型、籽粒和莢果外觀相關；王美麗等[16]在對36 份甘肅南瓜種質進行多樣性分析，并通過主成分分析得到5 個主成分，與種子、葉片、果實、子葉和瓜臍性狀相關。

本研究以蕹菜DUS 測試指南為標準，對24 個蕹菜種質資源進行田間種植試驗，統計、分析了14 個體測量性狀的變異程度、性狀之間的相關性，根據指南的分級級數對14 個性狀的表達狀態進行劃分，通過主成分分析得到了3 個主成分分別命名為葉片因子、植株因子和子葉葉柄因子，并以此為基礎篩選出3 個性狀作為備選分組性狀。本研究為蕹菜DUS 測試分級和相關種質資源研究提供參考。

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（責任編輯：柯文輝）

基金項目：福建省人民政府、中國農業科學院“ 5511” 協同創新工程（ XTCXGC2021016）； 福建省農業科學院科技創新平臺專項（CXPT202401）；福建省農業科學院青年科技創新團隊（CXTD0078）。