大蔥種質(zhì)資源多樣性分析

劉賀娟 焦禹順 任福森 郭志偉 陳昊放 孫 強(qiáng)

（河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，新鄉(xiāng)市大蔥工程技術(shù)研究中心，河南新鄉(xiāng) 453000）

大蔥（Allium fistulosumL.var.giganteamMakino）屬于百合科（Liliaceae）蔥屬（Allium），是以葉鞘組成的肥大假莖和嫩葉為產(chǎn)品的一個栽培種（周長久，1995）。大蔥營養(yǎng)豐富，所含的植物菌素能提高食欲，增強(qiáng)消化功能，還具有殺菌消炎作用（韓春然，2007）。我國是大蔥的起源中心，具有悠久的栽培歷史、廣闊的地理栽培分布和豐富的種質(zhì)資源。根據(jù)在歐洲數(shù)據(jù)庫采集的數(shù)據(jù)，我國54 份大蔥種質(zhì)資源保存在Gatersleben（德國）基因庫中，53 份保存在國際園藝研究中心（UK）的蔬菜基因庫中（Hanelt &Hammer，1991）。目前國家種質(zhì)資源庫保存的大蔥資源有233 份，分蔥36 份（戚春章等，1997）。但大蔥種質(zhì)資源龐大的規(guī)模不利于資源的管理和高效利用，正確評價大蔥種質(zhì)資源有助于保證遺傳資源的有效利用，為大蔥新品種選育奠定基礎(chǔ)。

聚類分析是根據(jù)研究對象的特征，將性質(zhì)相近的事物進(jìn)行分類的方法。Anderberym（1973）最早將聚類分析應(yīng)用于育種研究中，目前聚類分析已經(jīng)成為育種工作中的常用方法（陳運(yùn)起 等，2006；董玉深 等，2006；劉玉愛 等，2006）。高莉敏（2005）對我國23 份大蔥種質(zhì)資源的數(shù)量性狀進(jìn)行了測定和研究，依據(jù)形態(tài)性狀指標(biāo)進(jìn)行Q 型聚類分析，主要依據(jù)大蔥株高和蔥白粗度，將大蔥品種分為“高粗”“矮粗”“高細(xì)”和“矮細(xì)”4 個類型。梁艷榮等（2006）對44 份大蔥材料的12 個農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，將供試材料分為五大組群，大部分日本材料分為一組，有3 組為國內(nèi)材料，還有一組為混合型，每個地區(qū)栽培的材料都有各自的形態(tài)特征，即具有一定的地域性。利容千等（1986）對4 個大蔥品種進(jìn)行了核型分析，認(rèn)為漢川大蔥、北方大蔥、汕頭蔥親緣關(guān)系較近，而惠州紅蔥親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。孟祥棟等（1998）利用隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA（RAPD）技術(shù)分析了中國栽培的幾個主要蔥屬品種，10 個品種共擴(kuò)增出102 條條帶，其中68 條具多態(tài)性。苗錦山等（2010）基于大蔥數(shù)量性狀的數(shù)據(jù)資料將搜集到的國內(nèi)外116 份大蔥種質(zhì)劃分為5個組群，聚類結(jié)果較好地區(qū)分了大蔥主要栽培區(qū)種質(zhì)資源形態(tài)相似性和差異，從形態(tài)學(xué)角度初步明確了不同生態(tài)區(qū)域資源之間的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近。本試驗(yàn)以新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究所近年來收集的大蔥種質(zhì)作為原始種質(zhì)庫，對大蔥的16 個表型性狀進(jìn)行調(diào)查，計算各性狀的多樣性指數(shù)并進(jìn)行聚類分析，根據(jù)聚類結(jié)果對種質(zhì)資源進(jìn)行初步分類，以期能夠提高大蔥種質(zhì)資源的利用效率，加快大蔥育種進(jìn)程。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究所近年來收集的98 份大蔥種質(zhì)，各種質(zhì)的基本信息見表1。試驗(yàn)于2017～2018 年在新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院研發(fā)中心基地進(jìn)行。2017 年和2018 年分別于3月15 日和3 月16 日播種育苗，6 月下旬露地種植，11 月下旬收獲。定植株距為8 cm，行距為70 cm。在大蔥收獲時，選取具有材料典型特征的代表性植株10 株進(jìn)行調(diào)查。

1.2 項(xiàng)目測定

按照《農(nóng)作物種質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范》（http：//www.cgrchina.cn/?page_id=12112）對大蔥種質(zhì)的7個質(zhì)量性狀和9 個數(shù)量性狀進(jìn)行調(diào)查記錄。7 個質(zhì)量性狀分別是假莖形狀、假莖緊實(shí)性、葉節(jié)緊密度、葉片伸展角度、葉色、葉姿、葉片蠟粉，9 個數(shù)量性狀分別是單株質(zhì)量、株高、開展度、假莖長、假莖底徑、假莖中徑、葉片長、葉橫徑，單株葉數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 22.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。按照焦禹順等（2018）的方法將數(shù)量性狀分為10 個等級，各質(zhì)量性狀按照《蔥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行賦值，并按照公式計算多樣性指數(shù)（Shannonwiener index），式中Pk為第k等級中種質(zhì)數(shù)占總種質(zhì)數(shù)的比例。使用R 軟件繪制聚類分析圖，樣本間距離采用歐氏距離，類間距選擇離差平方和法。

表1 供試大蔥種質(zhì)編號、名稱及來源

續(xù)表

2 結(jié)果與分析

2.1 大蔥種質(zhì)資源質(zhì)量性狀多樣性分析

按照《蔥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》對大蔥種質(zhì)的質(zhì)量性狀進(jìn)行賦值，并統(tǒng)計7 個質(zhì)量性狀的頻率分布，計算各性狀的多樣性指數(shù)。從表2 可以看出，葉節(jié)緊密度的多樣性指數(shù)最高，為1.040，其次是葉色，為1.038，其他質(zhì)量性狀的多樣性指數(shù)均小于1。葉節(jié)緊密度有疏（19.39%）、中（46.94%）、密（33.67%）3 種類型；葉色以深綠為主，占全部種質(zhì)的50.00%，其次為綠（39.80%）；假莖形狀有直筒（80.61%）、圓錐（10.20%）、近紡錘（2.04%）、雞腿狀（7.41%）4 種類型；假莖緊實(shí)性以緊實(shí)（83.67%）為主；葉姿主要為直（83.67%）；葉面蠟粉以中（68.37%）為主，多（28.57%）次之；葉片伸展角度＜30° 和30°～60°的種質(zhì)分別占58.16%和41.84%。

表2 大蔥種質(zhì)資源質(zhì)量性狀頻率分布及多樣性

2.2 大蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀多樣性分析

對大蔥種質(zhì)的9 個數(shù)量性狀進(jìn)行田間調(diào)查和統(tǒng)計分析，從表3 可以看出，各數(shù)量性狀的多樣性指數(shù)普遍高于質(zhì)量性狀，變化范圍為1.367～2.043，其中株高的多樣性指數(shù)最高（2.043），葉片長（2.036）和開展度（2.000）次之。變異系數(shù)最大的性狀是單株質(zhì)量，達(dá)37.02%，開展度的變異系數(shù)也達(dá)到20%以上，其他數(shù)量性狀的變異系數(shù)在14%～20%之間。

表3 大蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀變異統(tǒng)計

2.3 大蔥種質(zhì)資源表型性狀聚類分析

使用SPSS 22.0 軟件對大蔥種質(zhì)資源的16 個表型性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類，可以將大蔥種質(zhì)分為4 個類群（圖1）。各類群的主要表型性狀如表4 所示。

類群Ⅰ包含35 份種質(zhì)，假莖形狀主要是直筒類型，還有一部分是圓錐狀。與其他類群的種質(zhì)資源相比，類群Ⅰ種質(zhì)的單株質(zhì)量、開展度、假莖底徑、假莖中徑、葉片長、葉橫徑都是最小的，葉色以深綠為主，總體上 看屬于直筒型大蔥中的“矮細(xì)”類型，以五葉齊、新科冬蔥等為代表。

圖1 基于表型性狀的大蔥種質(zhì)聚類分析結(jié)果

表4 大蔥種質(zhì)各類群表型性狀特征

類群Ⅱ包含8 份種質(zhì)，以雞腿蔥為主。單株質(zhì)量中等，株高較小但是開展度最大，假莖長最短但是假莖底徑最大，葉片長較小但是葉橫徑最大，以新蔥5 號等具有新研80 大蔥血緣的雞腿蔥為代表。

類群Ⅲ包含29 份種質(zhì)，直筒類型占大多數(shù)。單株質(zhì)量、株高、開展度均為中等，假莖長較長但是假莖底徑較小，葉片長較長但是葉橫徑較小，假莖疏松和葉節(jié)緊密度為疏的種質(zhì)比其他類群多，葉色以綠色為主，屬于直筒類型大蔥中的“高細(xì)”類型，以農(nóng)研巨蔥王、菏蔥2 號等為代表。

類群Ⅳ包含26 份種質(zhì)，絕大多數(shù)是直筒類型。單株質(zhì)量、株高、假莖長、假莖中徑和葉片長都是最大，單株葉數(shù)最多，葉色以深綠為主，葉面蠟粉以多為主，屬于直筒類型大蔥中的“高粗”類型，代表種質(zhì)為新蔥6 號、遼蔥2 號等。

3 討論與結(jié)論

目前我國在大蔥育種方面的研究還比較薄弱，研究人員少、水平低。普通大蔥及其野生近緣種中存在很多有利的基因資源，有待進(jìn)一步開發(fā)利用。隨著農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)性長期性工作—作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)填報工作和“第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”的開展，必將有更多的大蔥種質(zhì)資源被發(fā)現(xiàn)、收集，對這些資源進(jìn)行觀測和精準(zhǔn)鑒定，將會對種質(zhì)資源的有效保護(hù)和高效利用起到積極作用。

本試驗(yàn)通過對收集的98 份大蔥種質(zhì)資源的16個表型性狀進(jìn)行多樣性分析和聚類分析，以期挖掘出一些核心材料，為大蔥新品種選育提供種質(zhì)基礎(chǔ)。多樣性分析結(jié)果表明，大蔥種質(zhì)的遺傳多樣性豐富，質(zhì)量性狀中多樣性指數(shù)最高的2 個性狀是葉節(jié)緊密度和葉色，數(shù)量性狀中多樣性最豐富的3 個性狀是株高、葉片長和開展度；變異系數(shù)最大的是單株質(zhì)量，其次是開展度、假莖底徑和假莖長。根據(jù)聚類分析結(jié)果可將大蔥種質(zhì)分為4 個類群，類群Ⅰ的種質(zhì)多為“矮細(xì)”類型的直筒狀蔥。類群Ⅱ的種質(zhì)表現(xiàn)為假莖短的雞腿狀蔥。類群Ⅲ的種質(zhì)主要為植株“高細(xì)”、假莖較疏松、出葉孔間距大的直筒狀蔥。類群Ⅳ的種質(zhì)主要為“高粗”類型、蠟粉多、葉數(shù)多的直筒狀蔥。長蔥白類型、短蔥白類型和雞腿型大蔥均占有一定的市場。一般認(rèn)為，短蔥白類型比長蔥白類型更適宜密植。如果將長蔥白類型進(jìn)一步細(xì)分為“高細(xì)”和“高粗”類型，并且加大“高細(xì)”類型的種植密度，則有可能獲得更高的單位面積產(chǎn)量。假莖緊實(shí)性對大蔥的商品性狀具有重要影響，葉節(jié)緊密度和葉片伸展角度則決定了大蔥的株型，蠟粉對病蟲害的預(yù)防有一定的作用，葉數(shù)會影響光合作用的強(qiáng)弱。根據(jù)本試驗(yàn)的分類結(jié)果，類群Ⅳ中存在假莖“高粗”、緊實(shí)、株型緊湊、蠟粉多、葉數(shù)多的種質(zhì)資源，可以重點(diǎn)考慮加以利用。

苗錦山等（2010）在測量雞腿蔥假莖直徑時，使用“底部粗莖和中部細(xì)莖和的1/2”即整個假莖直徑的平均值作為測量指標(biāo)，結(jié)果將雞腿蔥和短蔥白類型均劃分為“矮粗”型大蔥，而本試驗(yàn)使用“假莖底徑”和“假莖中徑”兩個測量項(xiàng)目作為大蔥莖粗的評價指標(biāo)，最終將雞腿蔥和類似的“近紡錘”型蔥單獨(dú)聚為一類，從結(jié)果上看，使用“假莖底徑”和“假莖中徑”兩個指標(biāo)來評價大蔥莖粗似乎更加科學(xué)。同時，“假莖底徑”與“假莖中徑”的比值（或兩者的差值與“假莖中徑”的比值）與假莖形狀存在某種相關(guān)關(guān)系，但是由于假莖形狀依賴于人為劃分，這種相關(guān)關(guān)系是否真實(shí)存在還需要進(jìn)一步研究。

本試驗(yàn)使用表型數(shù)據(jù)快速獲得了大蔥種質(zhì)資源的表型信息，并根據(jù)表型數(shù)據(jù)對大蔥種質(zhì)資源進(jìn)行初步分類，但是由于環(huán)境因素的影響，有時表型信息并不能代表真實(shí)的遺傳信息。賈俊香和陶承光（2008）、賈俊香等（2018）分別使用RAPD和ISSR 分子標(biāo)記對大蔥種質(zhì)資源的親緣關(guān)系進(jìn)行了研究，為深入理解大蔥種質(zhì)的遺傳信息提供了參考。根據(jù)這一研究思路，可以將相關(guān)的分子標(biāo)記運(yùn)用在本試驗(yàn)的大蔥種質(zhì)資源鑒定中，對本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)，以便更加有目的地選擇育種親本，加快大蔥品種選育的進(jìn)程。