花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的分析與評(píng)價(jià)

饒慶琳，姜 敏， 胡廷會(huì)， 成良強(qiáng)， 呂建偉， 王 軍

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 油料研究所，貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】花生又稱落花生(ArachishypogaeaLinn.)，系薔薇目豆科1年生草本植物。其籽粒富含蛋白質(zhì)和脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，在油料作物中占有極其重要的地位[1]。目前世界上有100余個(gè)國家種植花生，各大洲均有分布[2]。中國的花生年產(chǎn)量占世界花生年總產(chǎn)量40%以上[3]。據(jù)FAO數(shù)據(jù)顯示，作為世界花生種植第一大國，2017年中國花生種植面積達(dá)462.79萬hm2，產(chǎn)量達(dá)1 715萬t[4]。我國各地均有種植花生，但主要分布在長江流域、黃河流域及華南等地[5]。花生遺傳育種研究最基礎(chǔ)的材料就是種質(zhì)資源，分析、評(píng)價(jià)不同來源花生種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀差異，篩選優(yōu)異種質(zhì)資源，對(duì)花生品種改良、新品種選育及生物技術(shù)研究等具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，許多作物領(lǐng)域先后對(duì)作物種質(zhì)資源品質(zhì)性狀進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，如油菜、小麥、大豆、玉米及蝴蝶蘭等均有相關(guān)報(bào)道[6-10]。在花生方面，大部分報(bào)道集中在農(nóng)藝性狀方面，而在品質(zhì)性狀的分析與評(píng)價(jià)方面相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道則相對(duì)較少。陳雷等[11]運(yùn)用DPS對(duì)17個(gè)花生材料的農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)及聚類分析與選擇評(píng)價(jià)。牟書靚等[12]對(duì)108份花生種質(zhì)資源的13個(gè)主要農(nóng)藝性狀通過主成分分析法和聚類分析進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終選擇8個(gè)差異水平顯著的性狀進(jìn)行分析。饒慶琳等[13]采用DPS對(duì)498份種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行表型鑒定及綜合評(píng)價(jià)。徐楊玉等[14]利用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)100個(gè)南方花生區(qū)試品種21個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行研究，通過主成分分析將其品質(zhì)性狀綜合為3個(gè)主成分進(jìn)行表達(dá)。劉衛(wèi)星等[15]對(duì)24個(gè)花生品種的產(chǎn)量與品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)，在不同的生態(tài)環(huán)境中，當(dāng)單株飽果數(shù)的變異系數(shù)最大時(shí)產(chǎn)量性狀最好；當(dāng)油酸亞油酸比值的變異系數(shù)最大時(shí)品質(zhì)性狀最好。【研究切入點(diǎn)】與前人的研究相比，研究將農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀同時(shí)進(jìn)行分析，能更進(jìn)一步體現(xiàn)分析的可靠性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過近紅外光譜分析儀測(cè)定結(jié)合相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析法，對(duì)不同來源的46份花生種質(zhì)資源籽粒的水分、油脂、蛋白質(zhì)、芥酸、油酸、亞油酸及亞麻酸等35個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行測(cè)定分析，探明不同種質(zhì)間品質(zhì)性狀的差異，以期為花生種質(zhì)資源的利用和品質(zhì)創(chuàng)新育種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試花生種質(zhì)資源材料共計(jì)46份(表1)，均由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所提供。

表1 供試材料的基本信息

1.2 方法

1.2.1 材料預(yù)處理 所有種質(zhì)資源材料于2017—2019年在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)按種質(zhì)資源編號(hào)依次播種，行長2.5 m，行距40 cm，每行13穴，每穴3粒種子，每個(gè)材料種植5行，不設(shè)重復(fù)，基肥施三元復(fù)合肥25 kg/667m2，中耕除草2次，采用常規(guī)大田管理。成熟后收獲種子，農(nóng)藝性狀參考姜慧芳等[16]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，品質(zhì)特征在種子收獲后6個(gè)月內(nèi)利用近紅外光譜分析儀測(cè)定，主要包含花生籽粒中水分、油脂、蛋白質(zhì)、芥酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生酸、十二碳烯酸甲酯、山崳酸、木焦油酸、十七烷酸甲酯、蔗糖、T糖、果糖、油亞比等品質(zhì)性狀指標(biāo)。該研究的數(shù)據(jù)為近紅外光譜分析儀所測(cè)各年數(shù)據(jù)的平均值。

1.2.2 分析方法 對(duì)46份花生種質(zhì)資源的水分、總糖、油脂、花生酸及硬脂酸等35個(gè)品質(zhì)性狀檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行變異性、相關(guān)性、主成分及系統(tǒng)聚類分析。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010，SPSS 17.0及DPS 21進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的變異性

從表2看出，46份花生種質(zhì)資源籽粒的35個(gè)品質(zhì)性狀存在差異。花生籽粒蛋白質(zhì)含量和油亞比為21.620%～29.090%和0.867%～1.814%，平均含量為25.603%和1.183%，變異系數(shù)為6.444%和18.054%。花生籽粒中脂肪酸的組成有飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，其中飽和脂肪酸棕櫚酸含量為9.690%～12.840%，平均含量為11.671%，變異系數(shù)為5.580%；不飽和脂肪酸油酸和亞油酸含量為35.580%～51.390%和27.950%～41.100%，平均含量為41.268%和35.383%，變異系數(shù)為8.707%和8.126%。主莖高和第一側(cè)枝長分別為19.000～48.000 cm和29.200～52.200 cm，平均為35.401 cm和52.200 cm，變異系數(shù)為17.696%和14.695%。百果重和百仁重分別為118.300～267.100 g和40.000～105.500 g，平均分別為166.602 g和64.733 g，變異系數(shù)為17.105%和17.628%。

表2 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的指標(biāo)值及變異系數(shù)

總體看，花生種質(zhì)資源的35個(gè)品質(zhì)性狀表現(xiàn)出不同的變異程度，變異系數(shù)在1.236%～39.157%，為總糖<油脂<花生酸<硬脂酸<出仁率<棕櫚酸<水分<木焦油酸<蛋白質(zhì)<十七烷酸甲酯<亞油酸<油酸<山崳酸<果糖<亞麻酸<十二碳烯酸甲酯<棕櫚油酸<果殼率<第一側(cè)枝長<蔗糖<500 g果數(shù)<百果重<單果重<百仁重<主莖高<油亞比<果殼重<百果仁重<結(jié)果枝數(shù)<干果重<單株生產(chǎn)力<總分枝數(shù)<鮮果重<單株結(jié)果數(shù)<芥酸，說明供試花生種質(zhì)中總糖、油脂、花生酸、硬脂酸及出仁粒等指標(biāo)差異不大，而芥酸、單株結(jié)果數(shù)鮮果重及總分枝數(shù)等指標(biāo)在不同種質(zhì)資源中變幅較大。

2.2 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀間的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明，蛋白質(zhì)與亞油酸(r=0.461**)呈極顯著正相關(guān)，與油酸(r=-0.440**)、油亞比(r=-0.437**)呈極顯著負(fù)相關(guān)；棕櫚酸與亞油酸(r=0.383**)、主莖高(r=0.456**)、第一側(cè)枝長(r=0.427**)呈極顯著正相關(guān)，與百果重(r=-0.342*)、百仁重(r=-0.327*)呈顯著負(fù)相關(guān)，與油酸(r=-0.533**)、油亞比(r=-0.501**)呈極顯著負(fù)相關(guān)；棕櫚油酸與主莖高(r=0.594**)、第一側(cè)枝長(r=0.614**)呈極顯著正相關(guān)，與亞油酸(r=-0.366*)呈顯著負(fù)相關(guān)；主莖高與第一側(cè)枝長(r=0.923**)呈極顯著正相關(guān)，與百仁重(r=-0.339*)呈顯著負(fù)相關(guān)，與百果重(r=-0.403**)呈極顯著負(fù)相關(guān)；第一側(cè)枝長與百果重(r=-0.461**)、單果重(r=-0.461**)、百仁重(r=-0.394**)呈極顯著負(fù)相關(guān)；百果重與百仁重(r=0.969**)呈極顯著正相關(guān)?？梢姡焚|(zhì)性狀與產(chǎn)量性狀呈正相關(guān)性或負(fù)相關(guān)性，在對(duì)花生進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面的性狀指標(biāo)，為花生遺傳育種提供最基礎(chǔ)的資料。

2.3 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀聚類

從圖1看出，通過對(duì)46份花生種質(zhì)資源的35個(gè)品質(zhì)性狀檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化后進(jìn)行系統(tǒng)聚類，結(jié)果聚為2大類4個(gè)小組，其中，在歐氏距離5.80處可將46份不同的花生種質(zhì)資源分為2個(gè)大類，在歐氏距離4.00處，可將46份材料分為4個(gè)小組。第1類，包含19025(H15034)、19026(H15035)及19027(H15036)等共24份資源，其特點(diǎn)是山崳酸、木焦油酸、蔗糖、果糖、主莖高、第一側(cè)枝長、總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、單株結(jié)果數(shù)、鮮果重、500g果數(shù)及果殼率偏高，其他品質(zhì)性狀表現(xiàn)偏低；第2類，包含19036(H15049)、19064(H15079)及19129(60702)等共22份資源，其特點(diǎn)是水分、油脂、棕櫚酸、油脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、總糖、油亞比、干果重及單株生產(chǎn)力等品質(zhì)性狀偏高，果殼率最低。

圖1 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的聚類

2.4 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的主成分分析

從表3可知，前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為97.568%，說明其包含了品質(zhì)性狀中的大部分信息。其中第1主成分特征值為8.170，貢獻(xiàn)率為23.342%，百果重、單果重、百果仁重貢獻(xiàn)值最大，特征向量均為0.326，可視為花生莢果產(chǎn)量因子；第2主成分特征值為4.680，貢獻(xiàn)率為13.371%，鮮果重、干果重、單株生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)值最大，特征向量分別是0.372、0.366、0.288，可視為花生鮮果產(chǎn)量因子；第3主成分的特征值1.774，貢獻(xiàn)率為5.070%，總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、十七烷酸甲酯的貢獻(xiàn)最大，特征向量分別是0.506、0.489、0.324，可視為花生分枝因子；第4主成分的特征值為0.238，貢獻(xiàn)率為0.680%，其中水分、第一側(cè)枝長、總分枝數(shù)貢獻(xiàn)率最大，特征向量分別是0.359、0.341、0.256，可視為花生水分因子。

表3 花生種質(zhì)資源品質(zhì)性狀的主成分分析

3 討論

目前，關(guān)于作物種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的研究，大部分采用的是相關(guān)分析、主成分分析和聚類分析方法進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，46份花生種質(zhì)資源的35個(gè)品質(zhì)性狀表現(xiàn)出不同的變異程度，變異系數(shù)在1.236%～39.157%。孫銘等[17]研究認(rèn)為，變異系數(shù)大于10%則表示樣本間差異較大。該研究共有23個(gè)品質(zhì)性狀的變異系數(shù)大于10%，表明花生樣本間品質(zhì)指標(biāo)存在較大差異，即說明此次供試的材料存在遺傳多樣性，也從側(cè)面突顯出花生的性狀變異較為豐富，類型廣泛，具有很好的利用前景。

相關(guān)性分析表明，水分、油脂、蛋白質(zhì)、芥酸、棕櫚酸、油亞比、油酸、亞油酸、主莖高、第一側(cè)枝長及百果重等表現(xiàn)出極顯著相關(guān)性。佟仕儉等[18]通過對(duì)44份花生資源研究得出，棕櫚酸與油亞比、油酸與油亞比、亞油酸與油亞比呈極顯著關(guān)系。遲曉元等[19]通過對(duì)花生突變體研究發(fā)現(xiàn)，油酸與亞油酸呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。孫泓希等[20]通過對(duì)東北地區(qū)花生研究發(fā)現(xiàn)，主莖高與第一側(cè)枝長、百果重與百仁重等存在極顯著相關(guān)關(guān)系。均與該研究部分結(jié)果表現(xiàn)一致。從相關(guān)性分析結(jié)果看出，不同花生種質(zhì)資源的33個(gè)品質(zhì)性狀間存在較大的相關(guān)性，關(guān)聯(lián)程度較高，說明，此33個(gè)性狀可能存在一定程度的相互影響，因此在今后的品種選育工作中要注重各項(xiàng)指標(biāo)的綜合考慮[21]，避免因某一個(gè)指標(biāo)的缺失影響到后面的育種工作。

主成分分析將35個(gè)主要品質(zhì)性狀綜合為4個(gè)主成分，分別為花生莢果產(chǎn)量因子、花生鮮果產(chǎn)量因子、花生分枝因子和花生水分因子，4個(gè)主成分因子包含了花生種植資源98.568%的信息。

系統(tǒng)聚類結(jié)果顯示，在歐氏距離5.80時(shí)，供試材料劃分為2大類，第1大類包含24份資源，第2大類包含22份資源；在歐氏距離4.00處，可將供試材料分為4個(gè)小組，相似性系數(shù)在4.00～4.650，說明參試品種間差異明顯，很大程度上豐富了花生種質(zhì)資源的遺傳多樣性。其中，第1大類中篩選到蔗糖含量較高的品種1個(gè)，為19032(H15043)，該品種可以從鮮食花生方向挖掘；從第2大類中發(fā)現(xiàn)油酸含量較高的品種3個(gè)，分別為19129(60702)、19170(88-1808)及19173(R-5)，高油酸品種是與人類健康相關(guān)的理想特征[20]，因此，此3個(gè)品種可以向高油酸品種方向改良；高產(chǎn)方面，篩選到19435(豫花10號(hào))、19036(H15049)、19192(泉花6號(hào))、19199(粵油551)、19227(桂花26)及19035(H15048)共6個(gè)值得繼續(xù)研究的材料，在今后的育種工作中，可以作為優(yōu)良種質(zhì)資源繼續(xù)應(yīng)用。

4 結(jié)論

作物育種中種質(zhì)資源是重要基礎(chǔ)性材料。在我國花生種質(zhì)資源雖然比較廣泛，但是在長期的定向選擇育種過程中，花生栽培品種的遺傳背景變得日益狹窄。通過變異分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，46份不同花生種質(zhì)資源的35個(gè)品質(zhì)性狀表現(xiàn)出不同的變異程度，變異系數(shù)在1.236%～39.157%，其中有23個(gè)品質(zhì)性狀的變異系數(shù)>10%，說明，46份材料存在遺傳多樣性，其性狀變異較為豐富，具有很好的利用前景。其水分、油脂、蛋白質(zhì)、芥酸、棕櫚酸、油亞比、油酸、亞油酸、主莖高、第一側(cè)枝長及百果重等性狀間存在極顯著相關(guān)性。35個(gè)品質(zhì)性狀可綜合為花生莢果產(chǎn)量因子、花生鮮果產(chǎn)量因子、花生分枝因子和花生水分因子4個(gè)主成分，其包含花生種植資源98.568%的信息。在歐氏距離為5.80時(shí)可將46份材料劃分為2大類，第1大類包含24份資源，其中，19032(H15043)為蔗糖含量較高的品種；第2大類包含22份資源，其中，19129(60702)、19170(88-1808)和19173(R-5)為高油酸品種，19435(豫花10號(hào))、19036(H15049)、19192(泉花6號(hào))、19199(粵油551)、19227(桂花26)和19035(H15048)為高產(chǎn)品種。該研究采用的方法能更可靠地分析參試品種，研究結(jié)果可為花生種質(zhì)資源的利用和創(chuàng)新提供理論依據(jù)，對(duì)花生品種選育和遺傳改良具有重要意義。