不同地區(qū)樓蔥栽培種的性狀與品質(zhì)分析

馬江濤，方海田，劉慧燕，張光弟

（寧夏食品微生物應(yīng)用技術(shù)與安全控制重點實驗室，寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏回族自治區(qū)銀川 750021）

樓蔥（Allium fisulosumL.var.viviparum Makino）是百合科蔥屬中頂球洋蔥的一個變種，又名龍爪蔥、羊角蔥、龍角蔥、天蔥等，多年生草本植物，具有抗旱性強、營養(yǎng)豐富和蔥香味濃郁等特點。在我國，樓蔥種植范圍較廣，在寧夏、甘肅、陜西、河北、福建等地均有種植[1]。寧夏樓蔥主要分布區(qū)域為同心和鹽池地區(qū)，其中同心地區(qū)的樓蔥產(chǎn)量高。樓蔥與洋蔥的區(qū)別在于鱗莖卵狀至卵狀矩圓形，傘形花序具有大量珠芽，珠芽常常在花序上就生長出幼葉，具淡紅色中脈。目前已有對樓蔥的相關(guān)報道。在營養(yǎng)價值方面，方海田等[2-4]研究表明，SYJ（石羊圈）樓蔥的抗氧化能力強于市售紅蔥，具有豐富的營養(yǎng)價值；梁艷榮等[5]研究表明，蔥類因食用方式不同而所要求的品質(zhì)指標(biāo)不同。在工業(yè)上，樓蔥提取物可應(yīng)用于食品化妝品生產(chǎn)[6-7]。吳慶等[8]對樓蔥品質(zhì)性狀分析發(fā)現(xiàn)，寧夏同心地區(qū)樓蔥與其他地區(qū)相比遺傳距離較大，但測定指標(biāo)較少。樓蔥的應(yīng)用較廣，這就需要對現(xiàn)有樓蔥種質(zhì)進(jìn)行研究，以供不同用途所需，選育出具有高干物質(zhì)率、耐貯運和品質(zhì)優(yōu)的樓蔥優(yōu)勢種，是生產(chǎn)中亟待解決的問題之一。

品種選育是遺傳育種的重要手段之一，也是快捷獲得高品質(zhì)作物的重要途徑。種質(zhì)資源是新品種選育的基礎(chǔ)。主成分分析、相關(guān)性分析、HCA 分析（聚類分析）被研究者越來越廣泛地應(yīng)用到多樣品多指標(biāo)的性狀分析中[9-11]，是篩選地域優(yōu)勢種及育種的基本手段。利用系統(tǒng)聚類分析各性狀間的差異，可為品種選育提高一定的科學(xué)性[12]。本研究通過對12 個地區(qū)樓蔥栽培種的種質(zhì)資源收集，對14 種數(shù)量性狀與6 個品質(zhì)性狀指標(biāo)做相關(guān)性分析、主成分分析及HCA 分析。將3 種方法結(jié)合，綜合分析樓蔥品種主要數(shù)量性狀與品質(zhì)性狀的遺傳多樣性，找到種質(zhì)資源間數(shù)量性狀親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的親本，以優(yōu)勢種源的辨別為主要出發(fā)點，提高目標(biāo)性狀育種的親本可靠度，并拓寬資源遺傳背景[13-14]，最后通過灰色關(guān)聯(lián)度分析品質(zhì)性狀與數(shù)量性狀之間的關(guān)聯(lián)性，為提高育種水平提供理論依據(jù)，探明不同樓蔥栽培種資源固有的品質(zhì)遺傳特性，指導(dǎo)品種復(fù)壯，構(gòu)建目標(biāo)性狀遺傳群體，為樓蔥的育種及栽培研究者提供更加清晰的繁育材料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

2018 年以來，搜集了12 份國內(nèi)樓蔥栽培種資源作為試驗材料，來源如表1（見下頁）所示，種源材料定植在寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)。

蒽酮、硫酸、葡萄糖、考馬斯亮藍(lán)G-250、95%乙醇、磷酸、牛血清血蛋白、氯化鈉、乙酸鈉、乙酸、茚三酮、還原茚三酮、乙二醇甲醚，所用試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

游標(biāo)卡尺M(jìn)NT－150，上海迎特貿(mào)易有限公司；真空冷凍干燥機LPS－1055A，無錫萊浦儀器設(shè)備有限公司；超聲清洗器TES－1004/10，上海臺姆超聲設(shè)備有限公司；恒溫水浴箱DH30-06II，上海丙林電子科技有限公司；電子天平，杭州萬特衡器有限公司；冰箱，海信電器公司；紫外分光光度計，尤尼克上海儀器有限公司；烘箱BPG-9246A，上海實貝儀器設(shè)備廠；離心機H1850R，湘儀離心機儀器有限公司；索氏提取器，鄭州興華玻璃儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

在樓蔥進(jìn)入采摘期后進(jìn)行采樣，就地將每種蔥樣用游標(biāo)卡尺、電子天平等儀器對14 種數(shù)量性狀進(jìn)行測量。清理采摘回來的樓蔥，將樓蔥外表皮剝除后，測定6 種品質(zhì)性狀。所有指標(biāo)重復(fù)測定3 次。之后對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析、聚類分析及灰色關(guān)聯(lián)度分析。

1.2.2 蔥樣數(shù)量性狀的測量

性狀名稱及編號，X1：單株質(zhì)量/g；X2：株高/cm；X3：假莖質(zhì)量/g；X4：假莖長/cm；X5：假莖直徑/cm；X6：葉長/cm；X7：葉扁寬/cm；X8：宿存葉片數(shù)；X9：出葉孔間距/mm；X10：單株分蘗數(shù)；X11：花葶高/cm；X12：“龍子”數(shù)；X13：假莖指數(shù)；X14：葉形指數(shù)。

單株質(zhì)量：取10 株稱量質(zhì)量計算平均值；株高：蔥假莖底部至最長葉片頂端的長度；假莖長：蔥假莖底部至倒二葉葉鎖口的長度；假莖直徑：假莖最粗部分的直徑；葉長：最長葉片的長度；葉扁寬：將最長葉片壓扁，測最寬處長度；宿存葉片數(shù)：統(tǒng)計綠色面積超過葉片總面積2/3 以上葉片數(shù)；出葉孔間距：底部3 片葉出葉孔之間的長度除以2；花葶高：花葶高從露出葉片的部位開始測量至頂端；“龍子”數(shù)：樓蔥頂部的生長錐分化為花芽后，逐步發(fā)育成花莖，花莖頂端著生花苞，稱總苞，總苞成熟后開裂，內(nèi)有許多小鱗莖，稱“龍子”。其中假莖指數(shù)計算公式見式（1），葉形指數(shù)計算公式見式（2）。

將樓蔥干燥的外表皮除去，干燥理后，使用排水法測定樓蔥緊實度。用天平測出假莖的質(zhì)量m；在玻璃杯中加入適量的水，用天平測出它們的質(zhì)量m1；在裝水的玻璃杯中放入假莖，記下水面的位置；將假莖取出再加水，使水面達(dá)到剛才標(biāo)記位置，用天平測出它們的質(zhì)量m2；計算公式見式（3）。干物質(zhì)率測定采用烘干稱重法，將樓蔥烘干后測定其干物質(zhì)質(zhì)量，干物質(zhì)率計算公式見式（4）。

式中，ρ水表示水的密度。

1.2.3 品質(zhì)性狀測定

總糖含量使用蒽酮比色法測定[15]；可溶性蛋白質(zhì)含量使用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測定[16－17]；游離氨基酸含量使用茚三酮比色法測定[18]；香辛油含量使用索氏提取法測定[19]。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

利用Excel 2013 軟件對試驗所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析；使用統(tǒng)計分析軟件SPSS 22.0對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析及HCA 分析，結(jié)果用表格及樹狀圖表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 樓蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀主成分分析

主成分分析是將多種指標(biāo)簡化為少量綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計分析方式，用少數(shù)變量盡可能多的體現(xiàn)原來變量的完整信息，保證原信息損失小且變量數(shù)目盡可能少[20]。本研究采用主成分分析法分析樓蔥的14 種數(shù)量性狀，目的是去除大量信息及重疊信息所帶來的分析障礙。選取前4 個主成分代表綜合評定樓蔥品質(zhì)的14 個變量，主成分累計貢獻(xiàn)率到70%可代表所有變量。初始特征值和方差貢獻(xiàn)率見表2，14 個性狀對前4 個主成分載荷量見表3。

第一主成分主要包括X1（單株質(zhì)量）、X2（株高）、X3（假莖質(zhì)量）、X11（花葶高）四個荷載值較高性狀，其中單株質(zhì)量與株高荷載值最高，分別為0.938、0.932，X3（假莖質(zhì)量）與X11（花葶高）載荷值分別為0.92、0.886，其他性狀的載荷值較低或為負(fù)值。說明這四種性狀可直接影響樓蔥外形，稱為外形因子。

第二主成分中，有顯著正向影響的指標(biāo)為X14（葉形指數(shù)），載荷值為0.872，X10（單株分蘗數(shù)）次之，可稱其為葉形因子；X7（葉扁寬）有負(fù)向影響，載荷值為-0.719，即第二主成分增大會導(dǎo)致X7（葉扁寬）下降。

第三主成分中，X12（“龍子”數(shù)）影響較大，荷載值為0.678，X13（假莖指數(shù)）次之，可稱為繁殖因子；X12（“龍子”數(shù)）減少X5（假莖直徑）增大，X10（單株分蘗數(shù)）增多，而X13（假莖指數(shù)）下降。

第四主成分中，X13（假莖指數(shù)）影響最大，載荷值為0.719，可稱為指數(shù)因子，X8（宿存葉片數(shù)）也有顯著影響，載荷值為0.501，載荷值為負(fù)值且絕對值較高的有X5（假莖直徑）和X12（“龍子”數(shù)），此數(shù)據(jù)說明適當(dāng)降低X13（假莖指數(shù)）會增加X5（假莖直徑）和X12（“龍子”數(shù)）。

表2 初始特征值和方差貢獻(xiàn)率Table 2 Initial feature values and variance contribution rates

表3 14 個性狀對前4 個主成分的載荷量Table 3 14 personality load on the first 4 main components

綜上所述，影響樓蔥分類的主要指標(biāo)有X1（單株質(zhì)量）、X2（株高）、X3（假莖質(zhì)量）、X11（花葶高）、X14（葉形指數(shù)）和X13（假莖指數(shù)）。

2.2 樓蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀相關(guān)性分析

使用相關(guān)性分析來衡量變量間相關(guān)性和密切程度，樓蔥數(shù)量性狀相關(guān)性系數(shù)如表4（見下頁）所示。由表4可知，單株質(zhì)量與株高、假莖質(zhì)量、假莖長、假莖直徑、葉長、出葉孔間距、花葶高呈極顯著正相關(guān)，與單株分蘗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；株高與假莖質(zhì)量、假莖長、假莖直徑、葉長、出葉孔間距、花葶高、葉形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單株分蘗數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；假莖質(zhì)量與假莖長、假莖直徑、葉長、出葉孔間距、花葶高呈極顯著正相關(guān)，與單株分蘗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；假莖長與假莖直徑、葉長、花葶高呈極顯著正相關(guān)，與單株分蘗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；葉扁寬與單株分蘗數(shù)、葉形指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；單株分蘗數(shù)與“龍子”數(shù)呈顯著正相關(guān)；單株分蘗數(shù)增多會促進(jìn)“龍子”數(shù)的增加，但也會抑制樓蔥單株質(zhì)量、株高、假莖、假莖長、葉扁寬的增加，如若想提高樓蔥的質(zhì)量等因素，可適當(dāng)減少單株分蘗數(shù)。假莖直徑與花葶高呈極顯著正相關(guān)，與假莖指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，證明假莖直徑越大可提升花葶高長度，但假莖指數(shù)會明顯降低；宿存葉片數(shù)與“龍子”數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，宿存葉片數(shù)會抑制“龍子”數(shù)的增加。

表4 數(shù)量性狀間相關(guān)性系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between quantitative characters

表5 樓蔥種質(zhì)資源品質(zhì)性狀相關(guān)矩陣Table 5 Correlation matrix of quality traits of onion germplasm resources

2.3 樓蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀HCA 分析

將不同地區(qū)樓蔥的14 個數(shù)量性狀根據(jù)簇間最小距離進(jìn)行聚類分析，可將12 個樣本劃為5 大類，各類群之間存在一定的遺傳差異性，聚類成樹狀圖，如圖1 所示。第一類聚集了9 個樣品，包括包括新疆、內(nèi)蒙、甘肅、陜西、山西及西藏地區(qū)全部蔥樣，這一類主要聚集了宿存葉片數(shù)較大，但其余數(shù)量性狀指數(shù)均趨于供試樓蔥平均值的一類栽培種。第二類聚集了1 個樣品，為青海大通的白皮鱗莖樓蔥，這一類聚集了具有較小出葉孔間距及葉長較短的一類栽培種。第三類聚集了1 個樣品，為寧夏同心HSQ 樓蔥，這一類聚集了株高和假莖長兩個數(shù)量性狀較優(yōu)的一類栽培種。第四類聚集了1 個樣品，為寧夏同心SYJ 樓蔥，該類群是在單株質(zhì)量、假莖質(zhì)量、葉長、花葶高及葉形指數(shù)方面表現(xiàn)較優(yōu)、可食用部分占比大的一類品種。

2.4 樓蔥品質(zhì)性狀相關(guān)性分析

由表5 可知，游離氨基酸總量與緊實度、蛋白質(zhì)含量存在顯著相關(guān)性。緊實度、干物質(zhì)率、總糖含量、蛋白質(zhì)含量、香辛油含量之間具有極顯著相關(guān)性，可以通過某一個物質(zhì)含量來預(yù)測與其相關(guān)的其它指標(biāo)的表現(xiàn)。

樓蔥資源不同品質(zhì)性狀間相關(guān)性密切[21-23]，干物質(zhì)率與其余性狀之間存在十分穩(wěn)定的正相關(guān)關(guān)系，熟食樓蔥的要求是干物質(zhì)含量高，同時兼顧營養(yǎng)成分的含量，樓蔥有干物質(zhì)率高的顯著優(yōu)勢是具極高的食用價值。緊實度與總糖含量之間是極顯著正相關(guān)，緊實度測定方法是非破壞性的，所以依據(jù)緊實度的高低進(jìn)行選擇是品質(zhì)育種中方便而高效的方式，由下文主成分分析可知樣品10、11 號樓蔥的緊實度最高，表明其具有較優(yōu)的品質(zhì)性狀，可作為很好的克隆繁育材料。

2.5 樓蔥品質(zhì)性狀主成分分析

應(yīng)用主成分分析法分析出不同地區(qū)12 份樓蔥的品質(zhì)性狀在樓蔥產(chǎn)量構(gòu)成中的占比，得到樓蔥性狀特征值和累計的貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表6。前2 個主成分特征值合計較大，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到89.99%，綜合了大部分有效信息，故選取前2 個主成分代表綜合評定樓蔥品質(zhì)6 個變量，可代表所有變量。第一主成分PC1 反映了原有信息量的74.87%，第二主成分PC2 反映了原有信息量的12.85%。

表6 樓蔥品質(zhì)主成分的方差貢獻(xiàn)率和特征值Table 6 Feature sitority and variance contribution rate of the main ingredient of onion quality

部分研究者采用PCA 得分圖反映品質(zhì)指標(biāo)與樣品之間的關(guān)聯(lián)性[24-26]。圖2 可明顯地看出PC1 和PC2 與各樣品的關(guān)聯(lián)性。如圖2 所示，把12 份樣品散布于PC1-PC2 平面圖上可以將不同資源有效分開。如緊實度、干物質(zhì)率高的7、11 落在PC1 與PC2 的正向區(qū)間，緊實度、干物質(zhì)率較低的1、4、8 落在PC1 和PC2 的第三區(qū)間。故主成分分析可有效區(qū)分不同地區(qū)樓蔥品質(zhì)的分布情況。

2.6 樓蔥品質(zhì)與數(shù)量性狀灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是對一個變化發(fā)展的體系進(jìn)行發(fā)展動態(tài)量化對比的一種分析方式[27]。按照灰色系統(tǒng)理論，將不同地區(qū)12 個樓蔥樣品以及14 個數(shù)量性狀視為一個整體，即灰色系統(tǒng)，各個農(nóng)藝性狀為系統(tǒng)中的一個因素。設(shè)不同品種樓蔥的品質(zhì)為參考數(shù)列Y，單株質(zhì)量、株高、假莖質(zhì)量、宿存葉片數(shù)、假莖直徑、葉長、葉扁寬、假莖長、“龍子”數(shù)、單株分蘗數(shù)、花葶高、出葉孔間距、假莖指數(shù)、葉形指數(shù)分別為比較數(shù)列。求出樓蔥各個數(shù)量性狀和品質(zhì)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,然后將所得的各個數(shù)據(jù)減去平均值之后除以標(biāo)準(zhǔn)差，所得的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)化值，結(jié)果如表8所示。利用所得數(shù)據(jù)代入式5 求出參考數(shù)列Y與比較數(shù)列Xi的絕對差值Δij，其中i為數(shù)量性狀序號，i=1，2，3···14；j為品種序號。

根據(jù)絕對差值和式6，求第j個品質(zhì)指標(biāo)與其第i個數(shù)量性狀之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中minΔij表示比較序列絕對差值中的最小值；maxΔij表示比較序列絕對差值中的最大值；ρ表示分辨系數(shù)，取值為0.5。

由表7（見下頁）計算可得，品質(zhì)與數(shù)量性狀的最小差值為0.003，與數(shù)量性狀的最大差值為3.515 4。將計算結(jié)果代入上式，計算結(jié)果見表8。

表7 試驗數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化值Table 7 Standardized values for experimental data

表8 品質(zhì)與各數(shù)量性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 8 Correlation coefficient between quality and quantitative characters

將表8 中所得數(shù)量性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)代入式7，最終得出樓蔥品質(zhì)與數(shù)量性狀之間的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度按大小排序，結(jié)果見表9（見第47 頁）。

根據(jù)表9 可得，樓蔥品質(zhì)性狀與各數(shù)量性狀之間關(guān)聯(lián)度大小依次為假莖直徑、出葉孔間距、單株質(zhì)量、假莖長、株高、花葶高、葉扁寬、假莖質(zhì)量、葉長、宿存葉片數(shù)、龍子數(shù)、單株分蘗數(shù)、葉形指數(shù)、假莖指數(shù)。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析的原則，關(guān)聯(lián)度大的數(shù)列與參考數(shù)列關(guān)系密切，關(guān)聯(lián)度小的數(shù)列與參考數(shù)列關(guān)系疏遠(yuǎn)，因此假莖直徑對樓蔥品質(zhì)性狀的影響最大，其次為出葉孔間距和單株質(zhì)量，故可選擇假莖直徑等因素綜合評定樓蔥的品質(zhì)；而單株分蘗數(shù)、葉形指數(shù)和假莖指數(shù)3 個數(shù)量性狀對樓蔥品質(zhì)性狀的影響較小。在選擇遺傳育種品質(zhì)優(yōu)良的樓蔥品種時可主要以假莖直徑、出葉孔間距、單株質(zhì)量等因素為指標(biāo)。對不同地區(qū)特定的氣候條件下的品種應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法做具體分析，根據(jù)分析結(jié)果對不同育種材料采取相對應(yīng)的技術(shù)措施。目前關(guān)于樓蔥品質(zhì)與數(shù)量性狀灰色關(guān)聯(lián)度分析的報道較少，可為之后的研究打下一定的基礎(chǔ)。

表9 品質(zhì)與各數(shù)量性狀之間的關(guān)聯(lián)度及排序Table 9 Correlation and sequencing of quality traits and agronomic traits

3 結(jié)論

本研究通過對12 個不同地區(qū)樓蔥14 種數(shù)量性狀與6 種品質(zhì)性狀的分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)量性狀4 個主成分間具有極顯著相關(guān)性，品質(zhì)性狀兩個主成分選擇緊實度、干物質(zhì)率為代表綜合評定樓蔥的品質(zhì)，且兩個主成分間同樣具有極顯著相關(guān)性。利用這數(shù)量性狀4 個主成分因子為綜合指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類，寧夏同心2 個地區(qū)SYJ 石羊圈、HSQ 黃水橋的樓蔥種質(zhì)距其他種質(zhì)資源間親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，且結(jié)合品質(zhì)性狀主成分分析PC1、PC2 得分圖可得，這兩個地區(qū)的樓蔥品質(zhì)較高于其它地區(qū)品種得樓蔥，與吳慶等[8]研究結(jié)果相符，同時本研究結(jié)合了數(shù)量性狀與品質(zhì)性狀說明在選育高品質(zhì)樓蔥時應(yīng)選擇假莖直徑、出葉孔間距、單株質(zhì)量較高的單株和株系。研究結(jié)果對樓蔥育種開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持，不僅為探究樓蔥的遺傳多樣性提供了理論依據(jù)，還有利于樓蔥的功能性研究及市場開發(fā)。但本研究涉及品種及品質(zhì)指標(biāo)較少，為了使樓蔥的綜合評價體系更完善，后期可增加對樓蔥的品種與品質(zhì)指標(biāo)的測定。