黑龍江省曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源生物學性狀聚類及相關(guān)分析

趙云彤，范書華，王　艷，邵廣忠，時新瑞，解國慶，董清山（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院牡丹江分院，黑龍江　牡丹江　157041）

黑龍江省曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源生物學性狀聚類及相關(guān)分析

趙云彤，范書華，王艷，邵廣忠，時新瑞，解國慶，董清山*
（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院牡丹江分院，黑龍江牡丹江157041）

為進一步構(gòu)建篩選優(yōu)良創(chuàng)新種質(zhì)資源，明確品種間相似度及遺傳關(guān)系，合理選擇育種親本材料，文章對55份曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源作聚類分析與評價。結(jié)果表明，基于24項生物學特性聚類分析，歐氏距離為12.95處可將55份曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源分為五大類群，第Ⅰ類群上中等煙比率最高，可作為品質(zhì)育種親本選擇材料，第Ⅱ與Ⅲ類群平均產(chǎn)量較高，是培育高產(chǎn)品種優(yōu)先選擇親本，同時這兩大類群在株高、莖圍、節(jié)距、可見葉數(shù)上均具有明顯優(yōu)勢，可作為優(yōu)良種質(zhì)資源重點開發(fā)利用，第Ⅳ類群植株高度最小，可作為矮源親本保存利用，第Ⅴ類群可作為培育早熟品種親本材料。進一步分析創(chuàng)新種質(zhì)資源的8個主要數(shù)量性狀，結(jié)果顯示曬煙單位面積產(chǎn)量與可見葉片數(shù)、腰葉長、單葉重呈極顯著正相關(guān)，與株高、莖圍呈顯著正相關(guān)，腰葉寬對產(chǎn)量影響不顯著。

曬煙；種質(zhì)資源；聚類分析；相關(guān)分析

趙云彤,范書華,王艷,等.黑龍江省曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源生物學性狀聚類及相關(guān)分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2016,47(4):79-85. Zhao Yuntong,Fan Shuhua,Wang Yan,et al.Clustering and correlation analysis of sun-cured tobacco innovation germplasm based on biological characters in Heilongjiang Province[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(4): 79-85.(in Chinese with English abstract)

網(wǎng)絡(luò)出版時間2016-4-22 10:01:17[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160422.1001.016.html

曬煙是利用陽光晾曬調(diào)制而成的煙葉，主要包括曬紅煙與曬黃煙。一般曬黃煙外觀特征和化學成分與烤煙相近，煙葉曬制后多呈鮮黃、褐黃或紅黃色。曬紅煙則同烤煙差別較大，葉片一般較少，葉肉較厚，曬制后多呈深褐色或紫褐色[1]，煙葉含糖量較低，蛋白質(zhì)和煙堿含量較高，煙味濃重。黑龍江省曬煙栽培歷史悠久，栽培技術(shù)相對純熟，曬煙品種資源表現(xiàn)豐富遺傳多樣性，種間差異較為顯著。但曬煙主要作為旱煙、水煙、斗煙原料[2]，僅小部分作為混合型卷煙原料，市場需求量遠不及烤煙，導致曬煙種植面積和種類減少。因此，有效保護本地區(qū)曬煙資源，發(fā)掘種質(zhì)資源和創(chuàng)新育種材料十分迫切。

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院牡丹江分院是目前黑龍江省唯一一家曬煙育種單位，先后育成7個優(yōu)質(zhì)曬煙品種及兩個雄性不育系雜交種[3]，向國家煙草種質(zhì)資源庫提供曬煙資源348余份[4]。本研究通過系統(tǒng)聚類法分類鑒定與評價55份曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源，對主要數(shù)量性狀作相關(guān)分析，確定品種間相似度及親緣關(guān)系遠近，明確不同曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源特點，進一步構(gòu)建篩選優(yōu)良種質(zhì)資源，為雜交育種更合理選擇親本材料及培育優(yōu)質(zhì)新品種提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

供試材料：利用黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院牡丹江分院保存的優(yōu)質(zhì)曬煙種質(zhì)資源作雜交親本，通過多種選育方法得到穩(wěn)定曬煙新品系及雜交種共計55份。曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源編號及親本來源見表1。

表1　創(chuàng)新種質(zhì)資源編號及親本來源Table 1　Code and source ofmaterials tested

1.2方法

試驗地點為黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院牡丹江分院試驗田（44°25'N，129°30'E），土壤類型為河淤砂土。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復，每小區(qū)種植3行，每行11株，株行距為0.45m×0.8m，每小區(qū)面積10.8m2，四周設(shè)置保護行。全部試驗材料第Ⅰ重復留1行不打頂用于調(diào)查田間部分農(nóng)藝性狀，其余全部打頂用于調(diào)查其他相關(guān)性狀。試驗材料于2015年4月5日播種，4月30日以煙盤假植，5月22日移栽于試驗大田，統(tǒng)一施用煙草專用肥，其他栽培管理措施與一般生產(chǎn)田相同。

1.3測定項目及方法

依據(jù)《煙草種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準（YC/ T344-2010）》，定期觀察記載性狀和數(shù)據(jù)采集[5]。選擇15個質(zhì)量性狀和9個數(shù)量性狀統(tǒng)計分析，包括：1-株型；2-葉形；3-葉面；4-葉耳；5-葉尖；6-葉緣；7-葉色；8-葉片薄厚；9-莖葉角度；10-主脈顏色；11-主脈粗細；12-花序密度；13-花序形狀；14-花色；15-花冠尖；16-株高（cm）；17-莖圍（cm）；18-節(jié)距（cm）；19-可見葉數(shù)（片）；20-腰葉長（cm）；21-腰葉寬（cm）；22-大田生育期（d）；23-產(chǎn)量（kg·hm-2）；24-上中等煙比率（%，依據(jù)評吸得分及感官質(zhì)量綜合評定）。質(zhì)量性狀按照各性狀值代碼數(shù)字化處理后再作分析，各性狀分級代碼見表2；數(shù)量性狀記錄，每份試驗材料至少調(diào)查5個樣本，取平均值。

續(xù)表

表2　煙草材料農(nóng)藝性狀分級代碼Table 2　Grading code for agronomic characters of tobacco plants

1.4數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel 2003和DPS 7.05軟件作統(tǒng)計分析[6]，將55份曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源24個不同生物學性狀相關(guān)數(shù)據(jù)按要求錄入表格，同時作數(shù)據(jù)標準化處理。采用歐氏距離-離差平方和法對創(chuàng)新種質(zhì)資源聚類分析與評價，繪出聚類分析圖，完成曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源分類與篩選[7-8]，分析不同類群中種質(zhì)資源突出特點，為育種材料選擇提供依據(jù)。同時對55份曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源8個主要數(shù)量性狀作相關(guān)分析，明確8個主要數(shù)量性狀間相關(guān)性及對產(chǎn)量具有顯著影響的主要因素。

2　結(jié)果與分析

2.1曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源系統(tǒng)聚類劃分

品種間多個性狀基因型值構(gòu)成的多維空間幾何距離稱為品種間遺傳距離，遺傳距離是衡量品種間性狀綜合遺傳差異指標[9]。本研究采用歐氏距離-離差平方和法對55份曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源24個不同生物學性狀作系統(tǒng)聚類分析，聚類結(jié)果如圖1所示，歐氏距離D=12.95水平上，可將全部創(chuàng)新種質(zhì)資源劃分為五大類群。類群Ⅰ（10份資源）：MC-1、34、11、4、25、37、5、13、18、19；類群Ⅱ（24份資源）：MC-6、23、35、55、48、54、7、40、41、46、51、10、29、49、43、47、44、21、50、22、27、28、39、45，類群Ⅱ在歐式距離為11時，又可分為兩個亞群，亞群Ⅱ-1為MC-6、23、35、55、48、54、7、40、41、46、51、10、29、49、43、47、44，亞群Ⅱ-2為MC-21、50、22、27、28、39、45；類群Ⅲ（兩份資源）：MC-52、53；類群Ⅳ（8份資源）：MC-2、12、3、9、30、31、17、33；類群Ⅴ（11份資源）：MC-8、26、38、14、36、42、15、20、24、32、16。

圖1　聚類結(jié)果Fig.1　Cluster result

2.2不同類群曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源生物學性狀特征分析與評價

由表3和4結(jié)合原始數(shù)據(jù)分析各聚類群特點如下：第Ⅰ類群，共10份創(chuàng)新種質(zhì)資源，此組植株株型均為筒形，莖葉角度中（30°～60°），葉耳大或中，葉面較平，葉片較厚，葉色多為綠色和淺綠色。除MC-18、MC-19花色為紅色外，其余花色均為淡紅色?；ㄐ蛐螤罹鶠榱庑危谢ü诩?，花序密度均為密集。通過數(shù)量性狀分析可見（見表4），此類群突出特點是生育期最短，大田生育期（89.34±1.49）d。雖然該類群平均產(chǎn)量為（2 879.43± 156.08）kg·hm-2，低于第Ⅱ與Ⅲ類群，但其上中等煙比率最高可達68.1%，可見此類群可作為培育早熟及優(yōu)質(zhì)品種親本材料。第Ⅱ類群，共24份創(chuàng)新種質(zhì)資源，包括10份常規(guī)優(yōu)良品系和14份雄性不育系雜交種，該類群植株株型多為筒形和塔型，葉耳大，葉面較皺，葉片薄厚中等，只有4份常規(guī)資源莖葉角度?。?30°），其余莖葉角度值均為大（60°～90°）。葉色多為綠色和深綠色，花色均為淡紅色，花絮形狀為球形或菱形，花絮密度除MC-22、MC-27和MC-28為松散外其余均為密集。由于雜交種優(yōu)勢明顯，第Ⅱ類群大部分植株葉片較大，葉形為寬橢圓，平均值可達66.33 cm× 33.50 cm，植株平均高度增加，莖圍加粗，可見葉片數(shù)為18.93±2.71，比第Ⅰ類群明顯增多。該類群平均產(chǎn)量較高可達（3 006.85±156.78）kg·hm-2，上中等煙比率為46.9%，品質(zhì)上與第I類群存在差異。第Ⅲ類群共兩份創(chuàng)新種質(zhì)，植株株型均為橄欖形，莖葉角度?。?30°），葉色全部為深綠色，葉片薄厚中等，葉形為長橢圓形，花色均為淡紅色，花序形狀均為菱形。該類群株高、莖圍、節(jié)距、可見葉數(shù)等指標均達最大值，單位面積產(chǎn)量也最高，但該類群大田生育期較長需（98.50± 0.71）d。由于此類群也為雄性不育系雜交種，所以與第Ⅱ類群又可優(yōu)先聚為一類（見圖1）。第Ⅱ類群與第Ⅲ類群均可作為培育高產(chǎn)、大葉、晚熟品種的適宜親本材料，第Ⅳ類群共8份資源，此組植株株型為筒形和橄欖形，植株葉形為橢圓形，葉片較厚，葉色為淺綠色，花序形狀均為菱形，花序密度均密集。此類群植株平均高度最小，單位面積產(chǎn)量與第Ⅰ類群相似，但上中等煙比率較?。ㄒ姳?），此類群可作為矮源材料保存利用。第Ⅴ類群共11份創(chuàng)新種質(zhì)資源，植株株型多為筒形，葉形為橢圓形，葉片薄厚中等，花絮形狀為倒圓錐形，花色為淡紅色或白色，此類群可見葉片數(shù)最少，產(chǎn)量最低為（2 357.5±166.32）kg·hm-2，同時曬煙品質(zhì)相對較差，但生育期較短，可作為培育早熟品種親本材料。

表3　創(chuàng)新種質(zhì)資源聚類結(jié)果與性狀特點Table 3　Cluster result and characteristic of innovative germplasms

表4　不同曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源類群數(shù)量性狀平均值Table 4　Mean value of quantitative characters in different innovative germplasm group

2.3曬煙創(chuàng)新種質(zhì)資源主要數(shù)量性狀相關(guān)分析

曬煙品種（系）植物學主要數(shù)量性狀與煙葉產(chǎn)量存在一定相關(guān)性，實際育種工作中，這些數(shù)量性狀是品種選育及創(chuàng)新資源主要參考指標。由于同一品種（系）不同性狀單位不同，為保證各性狀因素在相關(guān)分析中等效性，本研究利用DPS軟件對原始數(shù)據(jù)先作標準化處理，分析結(jié)果見表5。株高與莖圍、葉數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與節(jié)距呈顯著正相關(guān)?？梢姰敃駸熤仓贻^高時，節(jié)距也會隨之增大。莖圍與葉數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與腰葉長呈顯著正相關(guān)。節(jié)距與腰葉寬呈極顯著正相關(guān)。綜合分析曬煙單產(chǎn)與可見葉片數(shù)、腰葉長、單葉重呈極顯著正相關(guān)，與株高、莖圍呈顯著正相關(guān)，腰葉寬對產(chǎn)量影響不明顯。由此推斷，株高和莖圍雖然不是產(chǎn)量構(gòu)成直接因素，但卻對產(chǎn)量構(gòu)成直接因素可見葉片數(shù)有顯著影響，說明一定株高和莖圍水平是保證獲得較多曬煙葉數(shù)基礎(chǔ)。節(jié)距與單位面積產(chǎn)量呈負相關(guān)，可能是由于節(jié)距增加，植株葉片數(shù)相對減少，影響產(chǎn)量，但此因素對產(chǎn)量影響并不顯著。根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，株高、莖圍、腰葉長、可見葉片數(shù)、單葉重均是影響曬煙產(chǎn)量關(guān)鍵因素。因此，育種工作中要注重對有利產(chǎn)量性狀的選擇，同時不能忽視曬煙品質(zhì)性狀。

表5　曬煙種質(zhì)資源主要數(shù)量性狀間相關(guān)分析Table 5　Correlation analysis ofmain quantitative characters of sun-cured tobacco germplasm

3　討論與結(jié)論

本研究采用系統(tǒng)聚類分析法對55份創(chuàng)新種質(zhì)資源聚類分析與評價，結(jié)果共將其分為五大類群，其中，第Ⅰ類群為常規(guī)創(chuàng)新種質(zhì)資源，生育期相對較短，上中等煙比率較高。第Ⅱ類群與第Ⅲ類群主要為雄性不育系雜交種，雜種優(yōu)勢表現(xiàn)為產(chǎn)量較高，株高、莖圍、節(jié)距均與其他類群差異顯著，小部分常規(guī)種質(zhì)資源聚于此類，推測其可能擁有交叉原始祖先親本。第Ⅳ類群植株總體表現(xiàn)莖葉角度小，株高較矮，單位面積產(chǎn)量適中，可作為矮源材料保存利用。第Ⅴ類群曬煙產(chǎn)量最低，但生育期相對較短，父本為毛把煙、大寧旱煙籽的常規(guī)創(chuàng)新種質(zhì)資源均聚在第Ⅴ類群，推斷毛把煙與大寧旱煙籽兩個品種在雜交育種中配合力相對較高。

生物學性狀雖易受環(huán)境影響，但在相同氣候、種植條件和管理水平下，各生物學性狀品種間表現(xiàn)較為穩(wěn)定，更直觀反映品種間親緣關(guān)系[10]。雜交育種時，可參考聚類分析鑒定結(jié)果，明確區(qū)分不同類群資源特點，直接選擇所需親本或親緣關(guān)系較遠的曬煙材料雜交，有利于擴大遺傳背景，解決遺傳基礎(chǔ)狹窄問題[11]，提高育種效率。如果結(jié)合SSR、AFLP、RAPD等分子標記技術(shù)[12-14]，能更準確地聚類并鑒定種質(zhì)資源。曬煙種質(zhì)資源創(chuàng)新方法具有多樣化，近幾年本單位已轉(zhuǎn)育多份穩(wěn)定雄性不育系及其同型系，利用胞質(zhì)雄性不育系培育雜交種是創(chuàng)新種質(zhì)的重要方法之一，一方面雜交種具有雙親優(yōu)勢互補，抗逆性強，育種周期短等優(yōu)點[15]，另一方面可防止因自留種導致品種資源退化和混雜。

大量研究表明，影響煙葉產(chǎn)量外部因素主要有光照、溫度、降水、土壤肥力水平等，當外界環(huán)境與栽培管理措施相同時，產(chǎn)量主要與自身品種有關(guān)，相關(guān)性分析中，牛佩蘭[16]和Lalitha[17]等研究發(fā)現(xiàn)烤煙產(chǎn)量與株高、葉數(shù)、葉長存在較高正相關(guān)。孟祥東等研究發(fā)現(xiàn)，與烤煙產(chǎn)量關(guān)系最密切的是可見葉數(shù)[18]，而徐興陽等研究結(jié)果表明，烤煙產(chǎn)量主要決定于最大腰葉長、株高和節(jié)距，并指出與烤煙產(chǎn)值關(guān)系最密切的是單葉重、最大腰葉長和株高[19]。曬煙與烤煙屬同種作物，本研究發(fā)現(xiàn)曬煙單位面積產(chǎn)量與可見葉片數(shù)、單葉重、腰葉長呈極顯著正相關(guān)，與株高、莖圍呈顯著正相關(guān)，節(jié)距大小和腰葉寬對產(chǎn)量影響不明顯。由此分析，葉片數(shù)、單葉重、腰葉長、株高、莖圍均是影響煙葉產(chǎn)量的有利性狀。

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Clustering and correlation analysis of sun-cured tobacco innovation germplasm based on biological characters in Heilongjiang Province

ZHAO Yuntong,FAN Shuhua,WANG Yan,SHAO Guangzhong,SHI Xinrui,XIE Guoqing,DONG Qingshan(MudanjiangBranchofHeilongjiang Academyof AgriculturalSciences,Mudanjiang Heilongjiang 157041,China)

For further constructing and screening excellent innovation germplasm,to determine the similarity and genetic distance of different variety,thus had a reasonable selection of breedingmaterials,the paper gave a clustering analysis and evaluation of 55 tobacco innovation germplasms.The clustering analysis results showed that the 55 germplasm resources were divided into five groups in Euclidean distance 12.95 based on 24 biological characteristics.The first group had the highest proportion of high-quality tobacco which could be used as the parentmaterial for quality breeding.The second group and the third group both had a characteristic of high yield,they were the ideal parent for breeding high yield varieties.meanwhile,the two groups in plant height,stem diameter,pitch,visible leaf number had obvious advantage, they could be developed and utilized as excellent germplasm resources.The plant height of the fourth group was theminimum,the resources in this group could be used as dwarf parent,and the fifth group could be used as parentmaterials for breeding earlymaturing variety.The correlation of eightmain quantitative characters of innovation germplasm were analyzed,the results showed that the yield of sun-cured tobaccohad an extremely significant positive correlation with leaf number,lumbar leaf length,single leaf weight,and had a significant positive correlation with plant height,stem surrounded.But the effect of waist leaf width on the yield was not significant.

sun-cured tobacco;germplasm resources;cluster analysis;correlation analysis

S572

A

1005-9369（2016）04-0079-07

2015-12-14

中國煙草種質(zhì)資源平臺建設(shè)專項（YCPT11-13）

趙云彤（1983-），女，助理研究員，碩士，研究方向為曬煙育種及栽培。E-mail:zyt-37@163.com

董清山，研究員，研究方向為曬煙育種及栽培。E-mail:mdjdqs@126.com