33個大白菜品種表型遺傳多樣性評價

范偉強(qiáng)　尹婧　王超楠　黃志銀　李梅　張紅　劉曉暉　張勝雪　張斌

摘? ? 要：對33個大白菜品種在天津地區(qū)的表型多樣性分析，旨在為天津乃至京冀地區(qū)大白菜新品種推廣與更新提供參考依據(jù)。采集供試材料的9個質(zhì)量性狀和5個數(shù)量性狀數(shù)據(jù)，并通過賦值法對性狀進(jìn)行賦值分級，完成變異、相關(guān)性、主成分和聚類分析。變異分析結(jié)果顯示，短縮莖高在各品種間存在最為廣泛的變異，變異系數(shù)為33.86%，葉球橫徑在各品種間差異較小，變異系數(shù)僅為9.76%;相關(guān)性分析結(jié)果顯示，多個性狀間存在一定的相關(guān)性，其中相關(guān)性極顯著的有4對，相關(guān)性顯著的有10對;主成分分析結(jié)果顯示，前5個主成分方差累計貢獻(xiàn)率達(dá)到69.16%，包括葉球抱合類型和株型、顏色、質(zhì)量、成熟度、抗病性等相關(guān)因子，這些因子可以反映大白菜種質(zhì)的主要表型性狀信息;聚類分析結(jié)果顯示，在平方歐式距離系數(shù)為20處可將供試材料分為6個組群。綜上，利用具代表性的表型性狀數(shù)據(jù)，對大白菜品種的遺傳多樣性進(jìn)行評價分析是科學(xué)合理的。

關(guān)鍵詞：大白菜;農(nóng)藝性狀;相關(guān)性分析;主成分分析;聚類分析

中圖分類號：S634.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）10-032-07

Phenotypic genetic diversity evaluation of 33 Chinese cabbage varieties

FAN Weiqiang1， YIN Jing1， WANG Chaonan2， HUANG Zhiyin1， LI Mei1， ZHANG Hong1， LIU Xiaohui2， ZHANG Shengxue1， ZHANG Bin2

（1. State Key Laboratory of Vegetable Germplasm Innovation/ Tianjin Key Laboratory of Vegetable Genetics and Breeding Enterprises/Tianjin Kerun Vegetable Research Institute， Tianjin 300381， China; 2. Vegetable Research Institute， Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300381， China）

Abstract： The phenotypic diversities of 33 Chinese cabbage varieties in Tianjin were analyzed in order to provide reference for the promotion and renewal of new Chinese cabbage varieties in Tianjin and even Beijing， Hebei. The data of 9 quality characters and 5 quantitative characters of the tested materials were collected， and the characters were assigned and graded by the assignment method to complete the variation， correlation， principal component and cluster analysis. The results of variation analysis showed that there was the most extensive variation of shortened stem height among varieties， which was 33.86%. The difference of leaf bulb transverse diameter among varieties was small， and the coefficient of variation was only 9.76%. The results of correlation analysis showed that there was a certain correlation among multiple personality traits， including 4 pairs with very significant correlation and 10 pairs with significant correlation. The results of principal component analysis showed that the cumulative contribution rate of variance of the first five principal components reached 69.16%， including leaf ball embracing type， plant type， color， quality， maturity， disease resistance and other related factors， which can reflect the information of main phenotypic characters of Chinese Cabbage germplasm; The results of cluster analysis showed that the tested materials could be divided into 6 groups at the square Euclidean distance coefficient of 20. In conclusion， it is scientific and reasonable to evaluate and analyze the genetic diversities of Chinese cabbage varieties by using representative phenotypic character data.

Key words： Chinese cabbage; Agronomic traits; Correlation analysis; Principal component analysis; Cluster analysis

大白菜（Brassica rapa L. ssp. pekinensis）是十字花科蕓薹屬二年生草本植物，栽培歷史悠久，起源于我國，是我國第二大蔬菜作物，年種植面積180萬hm2左右[1-2]。大白菜品質(zhì)柔嫩，營養(yǎng)豐富，可供炒食、煮食、涼拌、做餡、加工腌制等。大白菜種類豐富，依據(jù)栽培地區(qū)、種植季節(jié)、球型大小、葉球顏色等形成多種多樣的大白菜類型[3-4]，因此，大白菜的種植要根據(jù)需求選擇優(yōu)質(zhì)適用的品種。

近年來，我國對白菜類蔬菜農(nóng)藝性狀的鑒定與評價研究已有不少報道，胡海嬌等[5]以收集的48份不結(jié)球白菜種質(zhì)資源為材料進(jìn)行田間表型鑒定，分析了其遺傳多樣性;韓睿等[6]通過對47份大白菜種質(zhì)在青海地區(qū)的適應(yīng)性及多樣性分析，為青海地區(qū)秋季大白菜優(yōu)良品種的推廣及科學(xué)種植提供了理論依據(jù);賴佳等[7]為揭示不結(jié)球白菜單株產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀間的關(guān)系，對18個不結(jié)球白菜品系的單株產(chǎn)量與8個主要農(nóng)藝性狀間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行了分析;謝鑫鑫等[8]調(diào)查了46份不結(jié)球白菜種質(zhì)資源的17個農(nóng)藝性狀，通過差異性、相關(guān)性、主成分與系統(tǒng)聚類分析等方法，對其農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析和綜合評價。筆者在本研究中針對33個大白菜品種運(yùn)用差異性、相關(guān)性、主成分與系統(tǒng)聚類等分析方法，對其株型、葉球抱合類型、葉球縱徑、單株總質(zhì)量、葉球質(zhì)量、葉球顏色等14個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析評價，科學(xué)、客觀、公正地評價其部分農(nóng)藝性狀間的關(guān)系，以期為天津乃至京冀地區(qū)大白菜新品種的創(chuàng)新與推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為各科研單位提供的大白菜品種共33個（表1）。其中中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所3個，北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心2個，天津科潤蔬菜研究所4個，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院3份，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院5個，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所2個，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院3個，青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院5個，河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所6個。

1.2 試驗地概況

供試材料種植于天津市寶坻區(qū)天津科潤蔬菜研究所試驗田，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，一年之中四季分明，春秋短，冬夏長，年平均氣溫11.6 ℃，年降水量612.5 mm，歷年無霜期平均在184 d。土壤質(zhì)地為壤質(zhì)，肥力較高。

試驗采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，2017年7月30日育苗，8月25日定植，每份材料種植100株，株行距30～40 cm，設(shè)保護(hù)行，常規(guī)田間管理，按照《大白菜種質(zhì)資源描述規(guī)范》的要求進(jìn)行性狀調(diào)查，統(tǒng)計的主要農(nóng)藝性狀有14個，包括商品熟性、葉球緊實度、單株總質(zhì)量、葉球質(zhì)量、葉球縱徑、葉球橫徑、短縮莖高、株型、葉球抱合類型、葉球顏色、中肋色、葉球內(nèi)葉顏色、霜霉病抗性、軟腐病抗性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

表型數(shù)據(jù)采用Excel 2021進(jìn)行統(tǒng)計整理。統(tǒng)計后對9個質(zhì)量性狀（商品熟性、葉球緊實度、株型、葉球抱合類型、葉球顏色、中肋色、葉球內(nèi)葉顏色、霜霉病抗性、軟腐病抗性）按照《大白菜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行數(shù)量化處理（表2）[9]，把5個數(shù)量性狀（單株總質(zhì)量、葉球質(zhì)量、葉球縱徑、葉球橫徑、短縮莖高）分成6級并賦值（表3），賦值計算公式：1級定義為a≤X-2δ，6級定義為a≥X+2δ，每級間差1δ（a為具體數(shù)值，X為平均值，δ為標(biāo)準(zhǔn)差）。使用SPSS 24.0軟件進(jìn)行相關(guān)性、主成分和系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量性狀的差異分析

33個大白菜品種的5個數(shù)量性狀均存在一定的差異（表4），變異系數(shù)區(qū)間為9.76%～33.86%，其大小順序為短縮莖高（33.86%）>葉球縱徑（26.92%）>葉球質(zhì)量（14.17%）>單株總質(zhì)量（12.99%）>葉球橫徑（9.76%）。其中短縮莖高變異系數(shù)最大，為33.86%，變異幅度為1.50～7.30 cm，說明短縮莖高在各品種間存在最為廣泛的變異，可選擇潛力最大。葉球橫徑變異系數(shù)最小，僅為9.76%，是各種質(zhì)間較穩(wěn)定的性狀，在品種創(chuàng)新與篩選上影響較小。

2.2 主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

14個主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析結(jié)果見表5。從表5可以看出，除霜霉病抗性和軟腐病抗性與其他性狀相關(guān)性較低外，其他性狀間均存在顯著或極顯著的相關(guān)性。其中商品熟性與葉球抱合類型（0.451**）呈極顯著正相關(guān);葉球緊實度與葉球內(nèi)葉顏色（0.347*）呈顯著正相關(guān);單株總質(zhì)量與葉球內(nèi)顏色（-0.429*）呈顯著負(fù)相關(guān);葉球質(zhì)量與葉球縱徑（0.431*）、株型（0.346*）、軟腐病抗性（0.354*）呈顯著正相關(guān);葉球橫徑與葉球抱和類型（0.375*）呈顯著正相關(guān)，與短縮莖高（-0.402*）呈顯著負(fù)相關(guān);短縮莖高與株型（0.354*）呈顯著正相關(guān);株型與葉球顏色（-0.383*）呈顯著負(fù)相關(guān)，與葉球抱合類型（-0.797**）、中肋色（-0.534**）呈極顯著負(fù)相關(guān);葉球抱合類型與葉球顏色（0.407*）顯著正相關(guān)，與中肋色（0.465**）呈極顯著正相關(guān)。

2.3 主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

對33個大白菜品種的14個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，提取特征值大于1的主成分，共有5個，其特征值主成分累計貢獻(xiàn)率達(dá)到69.16%（表6），基本上涵蓋了14個農(nóng)藝性狀的主要信息，其包含因子可以作為大白菜品種表型篩選與創(chuàng)新的主要指標(biāo)。提取這5個因子的主成分特征向量（表7）。由表6、表7可知，第1個主成分特征值為3.32，貢獻(xiàn)率為23.716%，起主要作用的指標(biāo)有葉球抱合類型（-0.857）、株型（0.834）、葉球顏色（-0.518）、葉球質(zhì)量（0.517）、中肋色（-0.660），主要反映大白菜的葉球形狀與顏色信息。第2個主成分特征值為2.137，貢獻(xiàn)率為15.267%，起主要作用的指標(biāo)有葉球緊實度（0.594）、單株總質(zhì)量（-0.697）、葉球內(nèi)葉顏色（0.748），主要反映大白菜的質(zhì)量和葉球內(nèi)葉顏色信息。第3個主成分特征值為1.585，貢獻(xiàn)率為11.321%，起主要作用的指標(biāo)有葉球質(zhì)量（0.525）、葉球縱徑（0.851），主要反映大白菜的葉球質(zhì)量與大小信息。第4個主成分特征值為1.494，貢獻(xiàn)率為10.671%，起主要作用的指標(biāo)有短縮莖高（-0.521）、葉球橫徑（0.55）、軟腐病抗性（0.706），主要反映大白菜的大小和抗病性的信息。第5個主成分特征值為1.146，貢獻(xiàn)率為8.185%，起主要作用的指標(biāo)有商品熟性（0.565）、葉球顏色（-0.623）、霜霉病抗性（0.425），主要反映大白菜的成熟性與葉球顏色的信息。

2.4 主要農(nóng)藝性狀的聚類分析

對33個大白菜品種的14個主要農(nóng)藝性狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一轉(zhuǎn)換，運(yùn)用SPSS24.0統(tǒng)計軟件，采用組間連接系統(tǒng)聚類方法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，在平方歐式距離系數(shù)為20處可將33個大白菜品種分為6個組群（圖1）。第Ⅰ組群包括11個大白菜品種，代表品種為耐抽薹春綠1號、秋綠75、秋綠60等，該類群主要表現(xiàn)為株型直立，葉球抱合類型為翻心，外葉色為綠色和淺綠色兩種，內(nèi)葉色為黃色和淺黃色兩種，霜霉病抗性為高抗;第Ⅱ組群僅有1個大白菜品種雜2，該種質(zhì)的產(chǎn)量最高，毛菜重與凈菜重均為試材中最大，葉柄色與心葉色均為白色，生育期最長，是試材中最晚熟品種;第Ⅲ組群包括2個大白菜品種，為桔紅2號、17-M4，該類群主要表現(xiàn)為球型疊抱，外葉色為黃綠色，區(qū)別于其他組群，葉柄色為綠白;第Ⅳ組群包括2個大白菜品種，為ZHSH108、青研CH-1，該類群主要表現(xiàn)為葉球縱徑較大，葉球橫徑較小，葉球顏色和中肋色分別為淺綠色和綠白色兩種，霜霉病抗性為高抗，軟腐病抗性都為抗病;第Ⅴ組群包括16個大白菜品種，代表品種為京秋5號、京秋3號、凱豐一號、青研系列，該類群主要表現(xiàn)為株型半直立與開展，球型為疊抱和合抱，葉球顏色為淺綠色，中肋色為綠白色和淺綠色兩種，商品熟性平均水平相對較早。第Ⅵ組群包括1個大白菜品種，為2016-3，該類群主要表現(xiàn)為葉球質(zhì)量較高，葉球橫徑較大，是試材中葉球橫徑最大的品種（圖2）。

3 討論與結(jié)論

大白菜品種豐富多樣，品種更新受地區(qū)、消費習(xí)慣等因素影響，直觀、快速、簡便易行地鑒定農(nóng)藝性狀是研究種質(zhì)資源最基本的方法和途徑之一[10-11]，其中產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性是備受關(guān)注的性狀，利用主成分分析、相關(guān)性分析和聚類分析等方法基于表型或基因型數(shù)據(jù)對作物品種的多樣性進(jìn)行評價已成為較普遍的做法，并廣泛應(yīng)用在多種作物的遺傳多樣性研究、分類和品種選育中[12]。筆者在本研究中選取了14個重要的農(nóng)藝性狀對供試品種進(jìn)行系統(tǒng)評價分析，為天津乃至京冀地區(qū)大白菜新品種推廣與更新提供參考依據(jù)。

筆者對33個大白菜品種的14個農(nóng)藝性狀進(jìn)行了調(diào)查分析，研究結(jié)果表明供試材料具有豐富的遺傳多樣性。相關(guān)性分析表明：各性狀間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)度，改變其中一個性狀的特性可能引起其他幾個性狀的相應(yīng)變化[13]。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單株總質(zhì)量與葉球縱徑呈顯著正相關(guān)，這與馬英夏等[14]單株總質(zhì)量與葉球縱徑顯著正相關(guān)的結(jié)論一致。主成分分析表明：前5個因子所含信息量占總體信息的69.16%，基本上可以反映大白菜農(nóng)藝性狀的總體信息。因此，在新品種的選擇中，可根據(jù)目標(biāo)調(diào)整各主成分的大小，選擇適宜品種。

供試33個大白菜品種在平方歐式距離系數(shù)為20處分為6個組群，第Ⅰ類有11個品種，該類群主要為青麻葉類型品種，主要表現(xiàn)為株型直立，葉球抱合類型為翻心。第Ⅱ類有1個品種，第Ⅲ類有2個品種，第Ⅳ類有2個品種，第Ⅵ類有1個品種，這4類大白菜品種區(qū)別于其他組群的大白菜品種分別表現(xiàn)在單株總質(zhì)量、葉球顏色、葉球質(zhì)量與葉球橫徑性狀上，這4類所占比重小，可能是供試品種資源不夠廣泛、個別性狀差異大導(dǎo)致的。同時，表型性狀受環(huán)境和栽培因素影響較大，而且表型性狀的調(diào)查也存在一定的誤差[15]。第Ⅴ類有16個品種，這類品種較多，其株型與葉球顏色基本一致，只是葉球的緊實度與葉球質(zhì)量存在一定的差異。聚類分析較準(zhǔn)確地將供試品種系統(tǒng)歸類，可為品種的分類比較、擇優(yōu)選取提供科學(xué)參考。

筆者對大白菜種質(zhì)資源基于部分表型數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒定分析，基本實現(xiàn)了對供試材料的初步評價。近幾年，分子生物學(xué)發(fā)展迅速，種質(zhì)間的遺傳差異可以通過分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行分析鑒定[16]，在后續(xù)工作中，可以將分子生物學(xué)技術(shù)與表型評價相結(jié)合，以便全面系統(tǒng)地分析種質(zhì)的特征特性與遺傳特點。

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