21個(gè)灰樹(shù)花菌株農(nóng)藝性狀的主成分和聚類分析*

謝紅艷，萬(wàn)魯長(zhǎng)，黃春燕，姚 強(qiáng)，李 瑾，韓建東，楊 鵬，宮志遠(yuǎn)

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)部廢棄物基質(zhì)化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100）

21個(gè)灰樹(shù)花菌株農(nóng)藝性狀的主成分和聚類分析*

謝紅艷，萬(wàn)魯長(zhǎng)，黃春燕，姚 強(qiáng)，李 瑾，韓建東，楊 鵬，宮志遠(yuǎn)**

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)部廢棄物基質(zhì)化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100）

為選育灰樹(shù)花[Grifola frondosa（Dicks.）Gray]優(yōu)良菌株，對(duì)收集的21個(gè)菌株的11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分和聚類分析。結(jié)果表明，前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)85.157%；利用這三個(gè)主成分值進(jìn)行系統(tǒng)聚類，在歐氏距離為19時(shí)，可把21個(gè)灰樹(shù)花菌株分成4類，其中第一類包括G-6（金鄉(xiāng)灰樹(shù)花）、G-11（灰3）、G-12（灰4）、G-17（灰樹(shù)花GF54）、G-18（慶灰151） 和G-19（慶灰152）6個(gè)菌株，其子實(shí)體朵型大、菌蓋小、產(chǎn)量高、顏色深、多糖含量高，為主成分綜合得分和排名前6位，綜合性狀表現(xiàn)好，可作為品種選育的優(yōu)良材料。

灰樹(shù)花；農(nóng)藝性狀；多糖；主成分分析；聚類分析

灰樹(shù)花[Grifola frondosa（Dicks.）Gray]又名栗子蘑、蓮花菌、貝葉多孔菌、舞茸（日本）等，屬于薄孔菌科 （Meripilaceae） 灰樹(shù)花屬 （Grifola）[1]，是1種珍稀食、藥兩用菌?；覙?shù)花肉質(zhì)脆嫩，味如雞絲，富含蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、多糖、甾醇、生物堿、三萜等多種生物活性物質(zhì)[2]。灰樹(shù)花多糖具有抗腫瘤，免疫調(diào)節(jié)[3-4]，促進(jìn)造血干細(xì)胞的增殖分化[5]，抗氧化[6]，降血糖[7]、血脂[8]，刺激皮膚成纖維細(xì)胞增殖和膠原蛋白合成[9]，保肝[10]等多重功效。

我國(guó)灰樹(shù)花栽培菌種主要來(lái)源于野生馴化和日本引進(jìn)，存在適應(yīng)性差、抗雜菌能力弱、生物轉(zhuǎn)化率低等不足，急需選育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新品種[11]。此外，由于菌種管理混亂，品種混雜，存在同物異名、同名異物現(xiàn)象，生產(chǎn)中隨意引種，可追溯性差，菌種質(zhì)量缺乏保證。種質(zhì)資源是育種工作的基礎(chǔ)，對(duì)灰樹(shù)花種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定和綜合評(píng)價(jià)，并從中篩選出優(yōu)良菌株和適于灰樹(shù)花品種篩選的性狀指標(biāo)，可為灰樹(shù)花種質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)利用和新品種培育提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)為栽培生產(chǎn)中合理選用菌種提供參考。

本研究對(duì)收集的21份灰樹(shù)花種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析和聚類分析，剖析供試菌株的類群特點(diǎn)，并進(jìn)行系統(tǒng)鑒定和綜合評(píng)價(jià)，為灰樹(shù)花優(yōu)良菌株篩選和育種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

供試灰樹(shù)花菌株見(jiàn)表1。

表1 供試灰樹(shù)花菌株Tab.1 Tested Grifola frondosa strains in this paper

1.2 試驗(yàn)配方

母種培養(yǎng)基和液體菌種培養(yǎng)基為PDA加富培養(yǎng)基：土豆200 g、麩皮10 g、酵母粉2 g、磷酸二氫鉀1 g、無(wú)水硫酸鎂1 g、蛋白胨3 g、葡萄糖20 g、瓊脂20 g（選加），水1 L。

培養(yǎng)料配方：棉籽殼42%、栗木屑40%、麩皮16%、紅糖1%、石膏1%，含水量60%～65%，pH自然。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 液體菌種

在250 mL的三角瓶中倒入120 mL的液體培養(yǎng)基，將保藏菌種轉(zhuǎn)接于PDA加富培養(yǎng)基平板上進(jìn)行活化，用直徑5 mm的打孔器制成同質(zhì)等量的菌塊，接種到液體培養(yǎng)基中，封好透氣封口膜，25℃下160 r·min-1培養(yǎng) 10 d。

1.3.2 栽培要點(diǎn)

培養(yǎng)料經(jīng)拌料機(jī)混勻后用自動(dòng)裝袋機(jī)裝入聚丙烯袋 （18 cm×35 cm） 中，每袋裝濕料 1.2 kg～1.3 kg，料高19 cm，袋口套環(huán)。121℃滅菌2 h，待培養(yǎng)料溫度降至25℃以下接種。每個(gè)栽培袋接種10 mL液體菌種。封好袋口，置于培養(yǎng)室23℃恒溫避光培養(yǎng)，相對(duì)濕度為60%～70%。培養(yǎng)40 d～50 d后，菌絲長(zhǎng)滿菌袋，繼續(xù)培養(yǎng)，白天開(kāi)燈，給予一定的光照，促進(jìn)菌絲生理成熟和原基形成，待菌絲變濃白后，轉(zhuǎn)入出菇室進(jìn)行出菇管理。在菌袋壁上選取菌絲濃密處割“∨”形口出菇[12]，每邊長(zhǎng)3 cm。割口朝上并在菌袋上面覆蓋雙層報(bào)紙，將報(bào)紙噴濕以保持割口處微環(huán)境的濕度。每天報(bào)紙噴濕，待割口處原基長(zhǎng)到高5 mm，揭掉報(bào)紙。出菇室內(nèi)溫度18℃～20℃，濕度90%～95%，白天光照強(qiáng)度200 lx～500 lx，夜間無(wú)光照，CO2濃度在1 000 mL·m-3以下。子實(shí)體長(zhǎng)到七成熟適時(shí)采收。

1.3.3 性狀調(diào)查

測(cè)量和計(jì)算第1潮鮮菇的各農(nóng)藝性狀，包括單個(gè)子實(shí)體的朵長(zhǎng)（X1）、朵寬（X2）、朵高（X3）、菌蓋長(zhǎng)度（X4）、菌蓋寬度（X5）、菌蓋厚度（X6）和單菇重（X7），統(tǒng)計(jì)出菇率（X8），計(jì)算生物學(xué)效率（X9），按照NY/T 1676-2008《食用菌中粗多糖含量的測(cè)定》測(cè)定子實(shí)體中多糖含量（X10）。質(zhì)量性狀是子實(shí)體顏色（X11），采用1、2和3分別代表乳白色、灰白色和灰黑色。生物學(xué)效率為子實(shí)體鮮重（g） 除以培養(yǎng)料干重（g） 乘以100%。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2007統(tǒng)計(jì)各數(shù)量性狀的平均值，應(yīng)用SPSS18.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，并以主成分得分作為聚類樣本數(shù)據(jù)，選用歐氏距離測(cè)距，類平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

將21個(gè)灰樹(shù)花菌株進(jìn)行栽培品比試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)各農(nóng)藝性狀，測(cè)定子實(shí)體多糖含量結(jié)果見(jiàn)表2。各農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析見(jiàn)表3。

灰樹(shù)花各農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析（表3）表明，子實(shí)體顏色與菌蓋厚度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與朵高和多糖含量呈顯著正相關(guān)；子實(shí)體多糖含量與朵高呈顯著正相關(guān)，與菌蓋厚度呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明朵型較高，菌蓋薄的子實(shí)體顏色深，多糖含量也高。生物學(xué)效率與朵長(zhǎng)、朵寬、單菇重和出菇率呈極顯著正相關(guān)，與菌蓋長(zhǎng)和菌蓋寬呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明朵型大、菌蓋小、單菇較重、出菇率高的菌株對(duì)栽培基質(zhì)的轉(zhuǎn)化率高。出菇率與朵長(zhǎng)、朵寬和單菇重呈極顯著正相關(guān)，與菌蓋長(zhǎng)和菌蓋寬呈顯著負(fù)相關(guān)；單菇重與朵長(zhǎng)和朵寬呈極顯著正相關(guān)，與菌蓋長(zhǎng)和菌蓋寬呈顯著負(fù)相關(guān)；菌蓋寬與菌蓋長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，與朵寬呈顯著負(fù)相關(guān)；菌蓋長(zhǎng)與朵寬呈顯著負(fù)相關(guān)；朵高與朵長(zhǎng)和朵寬呈顯著正相關(guān)；朵寬與朵長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)。

表2 供試灰樹(shù)花菌株農(nóng)藝性狀Tab.2 Agronomic traits of tested Grifola frondosa strains

表3 農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.3 Matrix of correlation coefficients for 11 agronomic traits of Grifola frondosa

2.2 主成分分析

對(duì)灰樹(shù)花11個(gè)農(nóng)藝性狀因子進(jìn)行主成分分析，前3個(gè)特征值大于1的主成分，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85.157%，根據(jù)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率＞85%的標(biāo)準(zhǔn)，可以用這三個(gè)主成分概況不同灰樹(shù)花菌株11個(gè)農(nóng)藝性狀的絕大部分信息，見(jiàn)表4。

表4 主成分的特征向量、特征值、方差貢獻(xiàn)率和累積方差貢獻(xiàn)率Tab.4 Eigen vector,eigenvalue,variance contribution rate,accumulated variance contribution rate of principal component

第一主成分特征值為5.337，方差貢獻(xiàn)率為48.519%，對(duì)應(yīng)特征向量中，載荷值較大的性狀依次是單菇重、生物學(xué)效率、朵寬、朵長(zhǎng)和出菇率，主要反映子實(shí)體的產(chǎn)量和朵型大小。第二主成分的特征值為2.413，方差貢獻(xiàn)率為21.940%，其特征向量以子實(shí)體顏色、多糖含量和朵高的載荷值較大，主要反映子實(shí)體的品質(zhì)。第三主成分的特征值為1.617，方差貢獻(xiàn)率為14.698%，對(duì)應(yīng)特征向量中，以菌蓋長(zhǎng)和菌蓋寬的載荷值較大。

2.3 綜合得分及排名

綜合得分越高，表明該灰樹(shù)花菌株的綜合性狀越好。分析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 主成分得分、綜合得分和排名Tab.5 Principal component scores,comprehensive scores and ranking of 21 Grifola frondosa strains

由表5可知，菌株G-19綜合得分最高，各農(nóng)藝性狀表現(xiàn)優(yōu)異，而菌株G-4綜合得分最低，表現(xiàn)最差。

2.4 聚類分析

將灰樹(shù)花農(nóng)藝性狀經(jīng)主成分分析的因子得分值作為變量，以歐氏距離作為樣品相似度的距離公式，采用類平均法對(duì)21個(gè)灰樹(shù)花菌株進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，類間距離為19時(shí)，可將21個(gè)灰樹(shù)花菌株分為4類，第Ⅰ類包括6個(gè)菌株，分別為G-17、G-18、G-12、G-19、G-6和G-11。主要特點(diǎn)是子實(shí)體朵型大，菌蓋小，產(chǎn)量高，子實(shí)體顏色均為灰黑色，多糖含量高；第Ⅱ類包括8個(gè)菌株，分別為 G-8、G-14、G-5、G-13、G-9、G-7、G-20和G-10，主要特點(diǎn)是朵型較大，菌蓋較大，產(chǎn)量高，子實(shí)體顏色均為乳白色，多糖含量較低；第Ⅲ類包括菌株G-3、G-16、G-4和G-21，主要特點(diǎn)是朵型小，菌蓋較大，產(chǎn)量較低，多糖含量較低；第Ⅳ類包括菌株G-2、G-15和G-1，朵型小，菌蓋大，產(chǎn)量低，子實(shí)體顏色乳白色至灰白色，多糖含量較低。

圖1 21個(gè)灰樹(shù)花菌株的聚類分析圖Fig.1 Dendrogram formed by cluster analysis of 21 Grifola frondosa strains

3 討論

主成分分析可將多個(gè)主要農(nóng)藝指標(biāo)轉(zhuǎn)化為較少的幾個(gè)主成分。這幾個(gè)主成分提供了性狀85%以上的信息，且是綜合的、相對(duì)獨(dú)立的指標(biāo)體系，數(shù)值直觀，容易分析。本研究將21個(gè)灰樹(shù)花菌株的11個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)簡(jiǎn)化為3個(gè)綜合指標(biāo)，為灰樹(shù)花親本選配提供有利的科學(xué)依據(jù)?；覙?shù)花多糖具有高效的醫(yī)療保健效果[13]，被開(kāi)發(fā)成藥品和保健品用于癌癥的治療已有20多年，子實(shí)體多糖含量是灰樹(shù)花優(yōu)良品種篩選的重要性狀指標(biāo)。本研究對(duì)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析表明，子實(shí)體多糖含量與朵高和子實(shí)體顏色呈顯著正相關(guān)，與菌蓋厚度呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，在灰樹(shù)花選育中，應(yīng)注意選擇朵型高、子實(shí)體顏色深、菌蓋薄的菌株。

在主成分分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析，可有效地剔除一些無(wú)關(guān)大局的因子，使試驗(yàn)結(jié)果更加精確[14]。本研究通過(guò)對(duì)21株灰樹(shù)花的3個(gè)主成分進(jìn)行系統(tǒng)聚類，將21株灰樹(shù)花分成4類，各個(gè)類群各具特征，其中第Ⅰ類群包含6個(gè)菌株，其子實(shí)體朵型大，菌蓋小，產(chǎn)量高，子實(shí)體顏色均為灰黑色，多糖含量高，且通過(guò)主成分分析得到的這六個(gè)菌株的綜合得分及排名也在前6位。篩選出的6個(gè)灰樹(shù)花菌株分別為慶灰152、金鄉(xiāng)灰樹(shù)花、GF54、灰3、慶灰151和灰4，其綜合性狀表現(xiàn)好，可以作為優(yōu)良品種的重要選育材料來(lái)源。

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Principal Component and Clustering Analysis of Agronomic Traits of 21 Grifola frondosa Strains

XIE Hong-yan,WAN Lu-zhang,HUANG Chun-yan,YAO Qiang,LI Jin,HAN Jian-dong,YANG Peng,Gong Zhi-yuan
(Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization,Ministry of Agriculture,Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Control and Prevention,Institute of Agricultural Resources and Environment,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China)

Principal component and clustering analysis of 21 Grifola frondosa(Dicks.)Gray strains based on principal agronomic traits were carried out for breeding purpose.The results revealed that the cumulative contribution value of the 3 highest level principal components was 85.157%.Systematic clustering analysis was performed using the 3 principal component scores as variables.The 21 strains were divided into 4 categories while the euclidean distance was 19.The first cluster consisted of 6 strains,such as G-6(Jinxiang huishuhua),G-11(Hui 3),G-12(Hui 4),G-17(Huishuhua GF54),G-18(Qinghui 151)and G-19(Qinghui 152),which exhibited large cluster of fruiting body,small pileus,high yield,deep color and high polysaccharide content,with comprehensive scores ranking the first 6.The 6 strains possessed desirable comprehensive characteristics and had excellent potential for strain breeding.

Grifola frondosa;agronomic traits;polysaccharides;principal component analysis;clustering analysis

S646.9

A

1003-8310（2017）06-0053-05

10.13629/j.cnki.53-1054.2017.06.012

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年科研基金（2015YQN36）；山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目（2014LZ028）；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-20）；山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程（CXGC2017A01）；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系食用菌創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（SDAIT-07-01）。

謝紅艷（1980-），女，博士，助理研究員，主要從事食用菌種質(zhì)資源、育種、栽培研究。E-mail:hyxieswan＠163.com

**通信作者：宮志遠(yuǎn)（1964-），男，本科，研究員，主要從事食用菌育種、栽培、基質(zhì)研制。E-mail:sdgzy2656＠126.com

2017-09-11