蒜黃種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的綜合評價及聚類分析

葛潔　樊繼德　楊青青　陸信娟　劉燦玉　趙永強　史新敏　李勇　張碧薇　楊峰

摘要：通過對15個蒜黃種質(zhì)資源的12個數(shù)量性狀進行主成分分析和聚類分析，旨在建立蒜黃品種的綜合評價標準。結(jié)果表明，不同蒜黃材料間性狀變異程度較大，變異系數(shù)為7%～29%;性狀間存在不同程度的相關(guān)性，其中產(chǎn)量與株高、葉長顯著相關(guān)，與地上部假莖長極顯著相關(guān)，生長指標與產(chǎn)量間信息重疊。主成分分析法將蒜黃的12個數(shù)量性狀綜合為4個指標，即蒜黃生長因子、產(chǎn)量因子、口感因子和風(fēng)味因子，集中了原始性狀79%以上的信息。依據(jù)主成分貢獻率大小進行綜合評判，選擇植株高大、葉片肥大、產(chǎn)量高、纖維素含量高、大蒜素含量高的蒜黃作為優(yōu)質(zhì)材料。通過聚類分析將供試材料分為3個類群，對照主成分分析綜合評價得分情況可知，類群Ⅰ的綜合性狀表現(xiàn)相對較好，類群Ⅱ的表現(xiàn)中等，類群Ⅲ的表現(xiàn)則較差。

關(guān)鍵詞：蒜黃;相關(guān)性分析;主成分分析;聚類分析;綜合評價;農(nóng)藝性狀

中圖分類號： S633.402.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2021）19-0029-06

蒜黃是將大蒜鱗莖在黑暗條件下進行軟化栽培形成的產(chǎn)品，其葉呈蠟黃色，基部嫩白，食用部位為其柔嫩的黃色蒜葉及葉鞘[1]。蒜黃具有蒜的香辣味道，但辣味不濃，鮮嫩營養(yǎng)，有抑菌、殺菌作用，是人們普遍種植和喜食的蔬菜[2-4]。隨著人們生活水平的不斷提高，市場上蒜黃需求量日益增大，對其品質(zhì)及安全性提出了更高要求[5]。蒜黃種質(zhì)資源的篩選是提高其產(chǎn)量和改善其品質(zhì)的有效方法。

種質(zhì)資源評價有利于資源的高效利用和遺傳信息的挖掘，表型多樣性是遺傳多樣性的直觀表達[6-7]。種質(zhì)資源的鑒定需要綜合性狀指標進行，目前主成分分析和聚類分析方法被廣泛應(yīng)用于作物資源評價和分類中[8]。李菊等結(jié)合海波高度對81份大蒜種質(zhì)資源進行鑒定與評價，為四川地區(qū)大蒜育種及栽培奠定了理論依據(jù)[9];劉國偉等對我國各地的57個大蒜種質(zhì)資源性狀進行調(diào)查，通過主成分分析篩選出優(yōu)良的品種資源，并通過聚類分析揭示了不同地區(qū)大蒜的親緣關(guān)系[10];王海平等將29個大蒜種質(zhì)資源的性狀歸為8個主成分，并找出影響產(chǎn)量的主要因子為鱗莖質(zhì)量、鱗莖直徑、鱗莖高和鱗芽數(shù)[11];陳書霞等通過性狀主成分表現(xiàn)，在40個供試大蒜中評選出10個優(yōu)質(zhì)品種，并根據(jù)遺傳相似性將供試大蒜聚類為4個類群，全部遺傳系數(shù)為0.07～064[12];Khar等對大蒜葉長、株高等性狀進行主成分分析，并通過二維分類法將93份種質(zhì)聚為五大類[13]。然而，目前國內(nèi)外對蒜黃種質(zhì)資源的綜合評價研究甚少。

本研究旨在通過對15個供試大蒜種質(zhì)資源蒜黃生產(chǎn)、產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)性狀分布狀況及其相關(guān)性的研究，對蒜黃品種進行主成分分析和聚類分析，旨在建立種質(zhì)資源綜合評價機制，篩選一些綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)異的品種，為蒜黃品種改良和依據(jù)生產(chǎn)需求選用適當?shù)钠贩N提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試15份大蒜材料的基本信息見表1，均由江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2試驗方法

于2020年11月在江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所園藝研究室倉庫中進行蒜黃栽培，進行3次重復(fù)試驗。挑選鱗莖飽滿、生長健壯、無病蟲害的蒜頭，浸種后播于水培箱中，將其緊密整齊排列，覆土以避免蒜黃倒伏。遮光培養(yǎng)，室溫保持在10 ℃ 以上，濕度不高于90%。于培養(yǎng)28～32 d蒜黃達30 cm以上時收獲，收獲期剪刀貼著基質(zhì)上方進行切割。

1.3測定指標

在蒜黃收獲期測定相關(guān)指標，5株為1個生物學(xué)重復(fù)，共設(shè)3個重復(fù)。參考李錫香等的方法[14]測定植株生長指標，包括株高、葉長、葉寬、地上假莖粗、地上假莖高;測定播種前大蒜的蒜頭質(zhì)量、收獲時蒜黃植株地上部鮮質(zhì)量，收獲指標用產(chǎn)量表示，計算公式：產(chǎn)量=地上部鮮質(zhì)量/蒜頭質(zhì)量;品質(zhì)指標包括可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、纖維素、大蒜素、游離氨基酸含量等。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定，維生素C含量采用鉬藍比色法測定，可溶性總糖含量采用蒽酮法測定，大蒜素含量采用苯腙法測定，纖維素含量的測定采用比色法，游離氨基酸含量采用茚三酮溶液顯色法測定[15]。

1.4數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理，通過SPSS 20.0將蒜黃主要數(shù)量性狀進行標準化，并進行性狀間的相關(guān)性分析、主成分分析，得到成分矩陣、得分系數(shù)矩陣等以對蒜黃品種進行綜合評價。以歐氏距離為聚類統(tǒng)計量，采用最遠距離法進行聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同蒜黃種質(zhì)收獲性狀的變異分析

由表2可以看出，在15種蒜黃材料間，收獲性狀指標的差異均達到極顯著水平，其中產(chǎn)量、可溶性糖含量、大蒜素含量、纖維素含量、游離氨基酸含量的變異程度大。不同品種的蒜黃產(chǎn)量為0.24～0.61 kg，變異系數(shù)為20%;可溶性糖含量為 4.25%～9.46%，變異系數(shù)為22%;大蒜素含量均值為224 mg/g，在146～3.38 mg/g內(nèi)變化，變異系數(shù)為20%;游離氨基酸含量均值為277.47 μg/g，變化范圍為164.95～592.84 μg/g，變異系數(shù)最大，為29%。包括株高、葉長、葉寬、地上假莖粗、地上假莖長在內(nèi)的生長指標的變異系數(shù)較小，為7%～12%。由此可見，在蒜黃不同種質(zhì)間，收獲指標和品質(zhì)指標的變異程度較大，是主要的變異性狀，而生長指標的變異程度較小。

由15個蒜黃種質(zhì)的收獲性狀變異系數(shù)可以看出，不同種質(zhì)蒜黃的主要特征性狀存在較大差異，不同材料間性狀變異程度較大，具有較豐富的遺傳信息和開發(fā)潛力。

2.2蒜黃不同性狀間的相關(guān)性分析

由表3可以看出，生長指標、收獲指標和品質(zhì)指標等各相對指標之間存在不同程度的相關(guān)性。在66對相對指標的相關(guān)系數(shù)中，有4對呈顯著相關(guān)（P<0.05），5對呈極顯著相關(guān)（P< 0.01）。產(chǎn)量與各項品質(zhì)指標間均沒有相關(guān)性，但是與生長指標間則具有不同程度的相關(guān)性。產(chǎn)量與株高、葉長呈顯著相關(guān)，與地上部假莖長呈極顯著相關(guān)。上述研究結(jié)果表明，生長指標與產(chǎn)量間存在信息重疊，具有一定程度的一致性。各性狀指標在蒜黃不同品種中發(fā)揮著不同作用，如果把各個指標同等納入品種評價中，就會對最終結(jié)果造成影響，從而產(chǎn)生誤差。因此可見，需要對各性狀指標進行歸類和簡化，采用主成分分析法對不同蒜黃品種的收獲性狀進行綜合評價。

2.3蒜黃不同性狀的主成分分析

蔬菜的品種評價是受多種因素影響的綜合性狀，使用單一指標不能全面準確地反映[16]，因此應(yīng)使用多個指標進行綜合評價。由表3的相關(guān)系數(shù)矩陣可以看出，不同性狀間具有一定的相關(guān)性，因此可以采用主成分分析法。由表4可知，前4個主成分的累計貢獻率達79%以上，這4個主成分集中了12個原始收獲性狀79%的信息，因此可見，主成分分析法將蒜黃的12個性狀綜合為4個綜合指標性狀。主成分1與株高（0.697）、葉長（0.733）、葉寬（0741）的相關(guān)性較強，貢獻率為32.40%，是綜合指標中最重要的成分，能夠反映蒜黃的生長情況，是蒜黃的生長因子;主成分2與產(chǎn)量（0.772）的相關(guān)性較強，代表指標為產(chǎn)量，貢獻率為23.08%，主要反映蒜黃的產(chǎn)量因子;主成分3的代表指標為纖維素含量（0.825），貢獻率為14.05%，能夠反映蒜黃的口感，是口感因子;主成分4與大蒜素含量（0540）的相關(guān)性強，貢獻率為9.81%，能夠反映蒜黃的風(fēng)味與營養(yǎng)，是風(fēng)味因子。主成分3和主成分4可統(tǒng)稱為蒜黃的品質(zhì)因子。綜上，生產(chǎn)蒜黃的栽培品種篩選與上述指標密切相關(guān)，排列順序為生長因子、收獲因子、品質(zhì)因子。

2.4蒜黃種質(zhì)篩選的綜合評價

由蒜黃主要性狀指標標準化后的數(shù)值與系數(shù)特征向量可以得出4個主成分得分表達式：

PC₁=0.539X₁+0.449X₂+0.540X₃+0.577X₄-0436X₅-0.336X₆+0.520X₇+0.697X₈+0.733X₉+0.741X₁₀+0.664X₁₁+0.430X₁₂;

PC₂=0.772X₁-0.601X₂-0.285X₃-0.399X₄+0.323X₅+0.250X₆-0.046X₇+0.606X₈+0.579X₉-0424X₁₀-0.440X₁₁+0.572X₁₂;

PC₃=-0.077X₁-0.203X₂-0.351X₃+0089X₄-0.481X₅+0.825X₆-0.565X₇+0.108X₈+0.048X₉+0.384X₁₀+0.339X₁₁+0.027X₁₂;

PC₄=-0.117X₁+0.363X₂+0.304X₃-0326X₄+0.540X₅+0.119X₆-0.390X₇-0.095X₈-0.043X₉+0.123X₁₀+0.275X₁₁+0.523X₁₂。

主成分對應(yīng)的貢獻率為權(quán)重，可以得出蒜黃種質(zhì)間的綜合評價得分（Dn）表達式：Dn=0.324 0PC1+0.230 8PC2+0.140 5PC3+0.098 1PC4。

15個蒜黃材料性狀主成分得分及綜合評價見表5。綜合得分越高，表明綜合品質(zhì)表現(xiàn)越好。排名前5的品種編號為63、62、39、44、37[金盛4號、05頭薹兩用、金紅六號、荷蘭（產(chǎn)地）-5、金豐二號]，表明這5個品種的綜合性狀良好，其中最好的是63號材料;38、48、42、52、43號材料（寒豐早、萊蕪白皮A、邳州紫皮大蒜、徐紫1號、云南元謀紫-3）的得分居中，表明其綜合表現(xiàn)一般;而60、15、21、14、50號材料（品298、陜西商洛市商南縣黑皮蒜、云南頭蒜8號、萊蕪白皮B、西藏白蒜）的綜合得分較低，說明這些品種的綜合品質(zhì)表現(xiàn)較差。

2.5蒜黃種質(zhì)篩選的聚類分析

為了便于篩選性狀良好的蒜黃品種，對上述評價得到的綜合得分進行系統(tǒng)聚類分析。采用平方歐氏距離計算品種間綜合得分的距離，利用最長距離法對得分值進行聚類?；?5個蒜黃材料的12個性狀指標，采用平方歐氏距離計算品種間的性狀距離，利用最長距離法進行聚類。由圖1可以看出，在遺傳距離為15處，可將15個蒜黃材料分為3個類群，其中類群Ⅰ包含金豐二號、05頭薹兩用、邳州紫皮大蒜、金紅六號、寒豐早、萊蕪白皮A和金盛4號7個蒜黃品種，該類群的蒜黃包括產(chǎn)量、株高、葉長及地上假莖長在內(nèi)的收獲指標和生產(chǎn)指標較高，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、大蒜素、游離氨基酸含量較高，纖維素含量較低，說明類群Ⅰ的品質(zhì)指標良好;類群Ⅱ包含云南元謀紫-3、品298、陜西商洛市商南縣黑皮蒜和荷蘭（產(chǎn)地）-5共4個蒜黃品種，該類群的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量較高，產(chǎn)量、株高、葉長等收獲指標和生產(chǎn)指標同樣較高，說明類群Ⅱ的綜合性狀較好，類群Ⅰ、類群Ⅱ可為高產(chǎn)、高品質(zhì)蒜黃品種的培育提供育種材料;類群Ⅲ包含萊蕪白皮B、西藏白蒜、徐紫1號和云南頭蒜8號，其產(chǎn)量最低，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、游離氨基酸含量最低，纖維素含量較高，株高、葉長、葉寬、假莖粗等生長指標較低，與主成分分析綜合評價得分排在后面的品種較為一致，表明蒜黃的綜合表現(xiàn)相對較差。

類群Ⅰ聚集的7個品種與主成分分析綜合評價得分排在前面的品種基本一致，說明類群I的蒜黃綜合性狀表現(xiàn)相對較好。類群Ⅱ的蒜黃品種評價對照主成分分析綜合評價得分情況，該類群蒜黃品種的綜合性狀表現(xiàn)中等。類群Ⅲ聚集對應(yīng)的基本為綜合評價得分排序較靠后的蒜黃品種，表明該類群品種的評價表現(xiàn)較差。

3結(jié)論與討論

蒜黃是大蒜經(jīng)過暗培養(yǎng)軟化生產(chǎn)的蔬菜，其栽培方式簡單、營養(yǎng)豐富，但是目前關(guān)于蒜黃種質(zhì)資源綜合評價方面的研究還很不足。本研究選取15個蒜黃品種，對其包括生長、收獲、品質(zhì)性狀在內(nèi)的12個主要農(nóng)藝性狀進行研究。結(jié)果表明，蒜黃品種間的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)為7%～29%，變異程度較大，范圍較廣，遺傳信息豐富。很多數(shù)量性狀集中于生長、品質(zhì)相關(guān)性狀，并且在種內(nèi)具有較高的穩(wěn)定性，在種間則表現(xiàn)出一定的變化。由此可見，此類性狀能夠有助于品種的分類及評價[17]。

通過對12個主要農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性分析可知，不同性狀間具有較為明顯的正負相關(guān)性，但產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀間無顯著性相關(guān)關(guān)系，與邰書靜的研究結(jié)果（產(chǎn)量與品質(zhì)受遺傳因素、環(huán)境因素和栽培管理措施的共同影響）[18]一致。由此可見，產(chǎn)量與品質(zhì)的相互關(guān)系表現(xiàn)比較復(fù)雜，用單一的相關(guān)性結(jié)果來表述這種關(guān)系過于片面，對產(chǎn)量與品質(zhì)影響的各個因素都可能引起這種相互關(guān)系的變化。而蒜黃產(chǎn)量與株高、葉長呈顯著相關(guān)，與地上部假莖長呈極顯著相關(guān)，生長指標與產(chǎn)量間存在一定程度的相關(guān)性，與大蒜種質(zhì)資源中生長指標與產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系表述基本一致[19]。由此可見，蒜黃的株高、葉長、地上部假莖長等性狀可以作為選育高產(chǎn)蒜黃的參考指標。

蒜黃種質(zhì)評價需要較為全面的指標進行綜合分析，不能僅以產(chǎn)量為標準。主成分分析法可將主要性狀指標進行分類和簡化[20-24]，最終將12個性狀轉(zhuǎn)化為4個主成分進行表示，累計貢獻率達79%以上，4個主成分分別為生長因子、產(chǎn)量因子、口感因子和風(fēng)味因子。在此基礎(chǔ)上計算各品種在主成分上的得分，通過主成分綜合模型計算出每個品種的綜合得分，評選結(jié)果顯示，綜合得分最高的是金盛4號，其產(chǎn)量最高，包括株高、葉長、地上部假莖長在內(nèi)的生長指標最高;西藏白蒜的可溶性糖、可溶性蛋白含量等品質(zhì)指標最低，生長指標同樣較低，綜合特性最低，這與實際觀測發(fā)現(xiàn)的性狀表現(xiàn)一致。部分品種的實際觀測性狀與綜合得分排名不一致，如品298實際觀測的生長和品質(zhì)指標均較為良好，但在綜合評價中排名靠后，說明僅分析數(shù)量性狀對品種鑒定有一定的局限性。由此可見，選育和評價栽培品種，還需對其進行抗病性、耐儲運性、環(huán)境適應(yīng)性和感官評價等方面的研究。

本研究在主成分分析的基礎(chǔ)上，通過對主要農(nóng)藝性狀進行聚類分析，將供試的12份蒜黃分為三大類。聚類群內(nèi)種質(zhì)具有相似的遺傳信息，數(shù)量性狀基本一致[25-26]。類群Ⅰ中7種蒜黃品種材料的產(chǎn)量高，可溶性糖、可溶性蛋白含量等品質(zhì)指標與株高、葉長等生長指標均處于上游水平，與主成分分析法結(jié)果大致一致。部分蒜黃品種的產(chǎn)地相同但聚類結(jié)果不同，例如萊蕪白皮A、萊蕪白皮B未聚類在同一類群，可能與多年來不同地區(qū)間的引種交流或人工選擇育種導(dǎo)致地理距離小于遺傳距離有關(guān)，這與花椰菜材料根據(jù)地理來源評價遺傳差異存在偏差的研究結(jié)果基本一致[27-28]。性狀多樣性代表著物種的變異程度大小和遺傳多樣性[17]，因此要考慮多種因素的影響。

本研究明確了來源于江蘇徐淮地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所園藝研究室的15份蒜黃生產(chǎn)材料的主要農(nóng)藝形狀和遺傳變異程度，可為蒜黃品種選育和遺傳多樣性研究奠定基礎(chǔ)。建立蒜黃品種評價鑒定標準，主成分分析法結(jié)合聚類分析結(jié)果清晰可靠，所選性狀基本適合品種評價要求，便于大量蒜黃品種資源的綜合評價。根據(jù)綜合評價分值高低，可以選擇植株高大、葉片長、產(chǎn)量高、營養(yǎng)口感好的品種作為推廣的優(yōu)異品種，指導(dǎo)蒜黃優(yōu)良品種的選育和推廣應(yīng)用。

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基金項目：國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（編號：CARS-24-A-07）;江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金（編號：JATS[2020]043）。

作者簡介：葛潔（1994—），女，河北唐山人，碩士，研究實習(xí)員，主要從事蔬菜栽培生理與分子育種研究。E-mail：gjxznky@163.com。

通信作者：楊峰，博士，研究員，主要從事大蒜育種與配套高效栽培技術(shù)等研究工作。E-mail：xz-yangfeng@163.com。