早熟結(jié)球甘藍(lán)葉球農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)

劉 敏， 鄧昌蓉， 邵登魁， 常 振， 任延靖

(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院/青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016；2.青海大學(xué)/省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016)

結(jié)球甘藍(lán)()是十字花科蕓薹屬二年生蔬菜作物，起源于地中海沿岸。因其適應(yīng)性好、抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量高等特性，于17世紀(jì)末傳入我國(guó)后，成為東北、西北、華北等地區(qū)春、夏、秋的主栽蔬菜之一。葉球作為結(jié)球甘藍(lán)主要的商品器官，其性狀優(yōu)劣決定了市場(chǎng)價(jià)值，同時(shí)葉球性狀的綜合評(píng)價(jià)也是資源創(chuàng)制和品種選育的重要基礎(chǔ)工作。葉球性狀表現(xiàn)型是由環(huán)境和基因協(xié)同作用的結(jié)果。前人研究結(jié)球甘藍(lán)葉片性狀時(shí)通常將外葉指標(biāo)與葉球指標(biāo)結(jié)合分析，針對(duì)葉球性狀進(jìn)行系統(tǒng)分析的報(bào)道較少。主成分分析、模糊隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)法和聚類(lèi)分析是種質(zhì)資源評(píng)價(jià)研究中常用的方法，目前在辣椒、油菜、秋葵、苜蓿、大蒜等多種作物種質(zhì)研究方面得到廣泛應(yīng)用。

本研究選用14個(gè)早熟結(jié)球甘藍(lán)品種的33個(gè)葉球性狀指標(biāo)作為研究對(duì)象，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行變異分析、相關(guān)性分析，進(jìn)而利用主成分分析提取關(guān)鍵主成分并簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)主成分綜合得分和模糊綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行品種間比較，最終篩選出適宜在青海地區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)資源，以期為早熟結(jié)球甘藍(lán)資源評(píng)價(jià)和品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的14個(gè)材料(表1)于2021年3月28日育苗，4月21日選取大小一致的苗移栽于青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院園藝研究所試驗(yàn)基地大田，常規(guī)田間管理。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為16.5 m(5.5 m×3.0 m)，定植76株，重復(fù)3次。根據(jù)材料熟性，于2021年7月中旬至8月上旬，分批對(duì)結(jié)球甘藍(lán)農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

表1 供試早熟結(jié)球甘藍(lán)材料

1.2 性狀測(cè)定

測(cè)量結(jié)球甘藍(lán)的農(nóng)藝性狀(表2)，每個(gè)品種隨機(jī)取5株。參照余琳的方法測(cè)定葉縱卷指數(shù)、葉側(cè)卷指數(shù)。

表2 農(nóng)藝性狀測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel、SPSS 26.0軟件進(jìn)行遺傳變異分析、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類(lèi)分析；用Origin、Knime軟件作圖；采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算每個(gè)主成分隸屬函數(shù)值()。

()=(-)/(-)；

=∑×。

式中：為綜合指標(biāo)值；為綜合指標(biāo)最大值；為綜合指標(biāo)最小值；為綜合得分；∑為各主成分的累加隸屬函數(shù)值；為主成分權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘藍(lán)主要農(nóng)藝性狀變異幅度分析

對(duì)14個(gè)結(jié)球甘藍(lán)品種的33個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異分析發(fā)現(xiàn)(表3)，變異系數(shù)在4.68%～30.12%之間。中心柱表面積變異系數(shù)最大，為30.12%，變異幅度為33.71%～86.22%，葉形指數(shù)變異系數(shù)最小，為4.68%，變幅為0.86%～1.03%。葉面積、葉縱卷指數(shù)、中部葉間距、葉側(cè)卷指數(shù)、中肋拉力變異系數(shù)較高，均在25%以上，說(shuō)明在本研究中這些農(nóng)藝性狀變異豐富，在育種工作中有較好的應(yīng)用價(jià)值。

表3 不同品種結(jié)球甘藍(lán)主要農(nóng)藝性狀

2.2 相關(guān)性分析

由圖1可知，葉長(zhǎng)與葉寬、葉縱卷指數(shù)、葉側(cè)卷指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與葉面積、下部葉間距、上部葉間距呈極顯著負(fù)相關(guān)；葉寬與葉縱卷指數(shù)、葉側(cè)卷指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與葉面積呈極顯著負(fù)相關(guān)；中肋長(zhǎng)與中肋外表面積呈極顯著正相關(guān)；中肋中部寬度與葉球質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)；中肋下部厚度與中肋中部厚度呈極顯著正相關(guān)，與葉形指數(shù)、中肋長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)；中肋中部厚度與中肋上部厚度呈極顯著正相關(guān)；中肋拉力與縱切指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)；中心柱高與球葉數(shù)呈極顯著正相關(guān)；中心柱下部寬度與中心柱表面積呈極顯著正相關(guān)，與球葉附著面積呈極顯著負(fù)相關(guān)；中心柱表面積與球葉附著面積呈極顯著負(fù)相關(guān)；葉皺縮度與葉球?qū)挸蕵O顯著正相關(guān)；上部葉間距與下部葉間距、中部葉間距呈極顯著正相關(guān)。

2.3 主成分分析

為了保證結(jié)果的可靠性，將33個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)采用最小-最大值法(min-max)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析，得到主成分特征值及方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表4，因子載荷矩陣見(jiàn)表5?；谔卣髦荡笥?的原則，提取到6個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到81.701%，可包含原始數(shù)據(jù)大部分信息。

由表4、表5可知，第1主成分貢獻(xiàn)率為30.061%，其大小主要受中肋下部寬度、中肋拉力、中部葉間距、中肋下部厚度、上部葉間距的影響，反映了結(jié)球甘藍(lán)的葉片著生情況，定義為葉片著生因子。第2主成分貢獻(xiàn)率為14.248%，其大小主要受中心柱表面積、中心柱下部寬度、中心柱高的影響，可定義為中心柱因子。第3主成分貢獻(xiàn)率為11.493%，其大小主要由葉球?qū)捄腿~球高決定，可定義為葉球因子。第4主成分貢獻(xiàn)率為9.957%，其大小主要受葉尖厚度的影響，可定義為葉片厚度因子。第5主成分貢獻(xiàn)率為9.541%，其大小主要由單球質(zhì)量決定，可定義為單球質(zhì)量因子。第6主成分貢獻(xiàn)率為6.400%。

表4 主成分特征值及方差貢獻(xiàn)率

表5 因子載荷矩陣

結(jié)合相關(guān)性分析與主成分分析的結(jié)果，在葉片著生因子中，中肋下部寬度與上部葉間距呈顯著性正相關(guān)，與中部葉間距呈極顯著正相關(guān)。在中心柱因子中，中心柱表面積與中心柱高呈顯著性正相關(guān)，與中心柱下部寬度呈極顯著正相關(guān)。因此可將不同品種結(jié)球甘藍(lán)葉球綜合評(píng)價(jià)因子簡(jiǎn)化為中肋拉力、中部葉間距、中肋下部厚度、中心柱下部寬度、葉球?qū)挕⑷~球高、單球質(zhì)量、中心柱上部寬度。

2.4 綜合評(píng)價(jià)比較

利用各主成分得分，以及各主成分的貢獻(xiàn)率占累計(jì)貢獻(xiàn)率的比例作為權(quán)重，得到主成分綜合得分表達(dá)式，即=0306 1+0142 5+0114 9+0995 7+0954 1+0640 0。計(jì)算得到不同品種結(jié)球甘藍(lán)的綜合得分和排名(表6)。葉球商品性綜合排名在前7的結(jié)球甘藍(lán)品種分別是20-H16、日本綠玉、20-H22、20-H18、XC60-3、20-H21、中華寶玉。

表6 不同結(jié)球甘藍(lán)品種因子綜合得分及排名

分別以第2主因子(中心柱因子)、第3主因子(葉球因子)、第4主因子(葉片厚度因子)、第5主因子(單球質(zhì)量因子)、第6主因子為縱坐標(biāo)，以第1主因子(葉片著生因子)為橫坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖，能夠直觀地表達(dá)各結(jié)球甘藍(lán)品種在6個(gè)因子中的分布(圖2)。主因子值越高其商品性越好。提取第1主因子與第2主因子、第3主因子、第4主因子、第5主因子、第6主因子綜合性狀表現(xiàn)最好的結(jié)球甘藍(lán)品種為20-H16。

2.5 模糊綜合評(píng)價(jià)

分別對(duì)結(jié)球甘藍(lán)的33個(gè)指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)綜合隸屬函數(shù)得分進(jìn)行排序。由圖3可知，綜合排名前5的品種分別為20-H16(0.67)、日本綠玉(0.65)、20-H22(0.62)、20-H18(0.61)、XC60-3(0.58)。其中20-H16中肋性狀好，屬于耐運(yùn)輸?shù)膬?yōu)良品種；日本綠玉單球質(zhì)量、緊實(shí)度較大，商品性較好；20-H22葉面積大、中肋厚度較小，食用口感較好；20-H18葉皺縮度高、緊實(shí)度較大，中心柱??；XC60-3葉片性狀較好。而托福、精選8398、20-H3等3個(gè)甘藍(lán)品種綜合性狀表現(xiàn)較差，不建議作為優(yōu)選品種。

2.6 聚類(lèi)分析

基于主成分分析得到的6個(gè)主成分進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析(圖4)。在遺傳距離為10時(shí)，14個(gè)品種可分為3類(lèi)：Ⅰ類(lèi)聚集了中華寶玉、中甘21、北甘秀月、20-H3、托福、爽月、中甘十一、日本綠玉、精選8398 9個(gè)綜合排名靠后的甘藍(lán)品種；Ⅱ類(lèi)聚集了 20-H21、20-H22 2個(gè)中心柱表面積、中心柱下部寬度較大的甘藍(lán)品種；Ⅲ類(lèi)聚集了20-H16、XC60-3、20-H18 3個(gè)葉球高、葉球?qū)捿^大的甘藍(lán)品種。

3 討論與結(jié)論

不同結(jié)球甘藍(lán)品種各農(nóng)藝性狀之間存在顯著差異。張秀榮等以9個(gè)越冬甘藍(lán)品種進(jìn)行變異系數(shù)分析表明，各品種的性狀指標(biāo)存在差異。申領(lǐng)艷等以35個(gè)結(jié)球甘藍(lán)為材料，進(jìn)行因子分析、綜合評(píng)價(jià)，篩選出15個(gè)綜合品質(zhì)較好的品種。上述研究包含葉球與外葉性狀，研究指標(biāo)較寬泛，不夠聚焦，本研究選取14種結(jié)球甘藍(lán)材料，針對(duì)葉球性狀，運(yùn)用主成分分析、因子綜合評(píng)價(jià)和模糊隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析，研究范圍、思路與方法比較精準(zhǔn)。

在本研究中結(jié)球甘藍(lán)的33個(gè)農(nóng)藝性狀之間均存在變異，其中中心柱表面積的變異系數(shù)最大，中心柱表面積與中肋下部寬度、中心柱高呈顯著正相關(guān)，與中心柱下部寬度呈極顯著正相關(guān)，與球葉附著面積呈極顯著負(fù)相關(guān)。中肋下部寬度、中心柱高變異系數(shù)分別為8.44%、18.81%，中心柱下部寬度變異系數(shù)為10.52%，球葉附著面積變異系數(shù)為24.76%。可選擇球葉附著面積大、中心柱小的品種進(jìn)行育種。

本研究中相關(guān)性分析結(jié)果表明，中肋中部寬度與單球質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，原因可能是當(dāng)中肋中部寬度增加時(shí)葉片占位面積增加，葉片著生數(shù)量減少，導(dǎo)致單球質(zhì)量降低；另一個(gè)原因可能是中肋中部寬度與葉基部厚度呈顯著負(fù)相關(guān)，即當(dāng)中肋中部越寬時(shí)葉基部厚度越薄，也可導(dǎo)致單球質(zhì)量降低。中肋拉力與縱切指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，縱切指數(shù)為縱切層數(shù)與中心柱高之比，縱切指數(shù)越小其中心柱越高，球葉數(shù)隨中心柱增高而增加，球葉數(shù)又與中肋拉力呈負(fù)相關(guān)，故中肋拉力隨縱切指數(shù)的增加而減小。葉皺縮度與葉球?qū)挸蕵O顯著正相關(guān)，葉皺縮度為葉面積與展葉面積之比，葉皺縮度越大其葉面積越大，葉面積與葉球高呈正相關(guān)，葉球高隨葉球?qū)捲黾佣黾?，所以葉皺縮度隨葉球?qū)挼脑黾佣黾?。本研究與前人研究結(jié)果不一致，原因可能是前人對(duì)葉球性狀進(jìn)行系統(tǒng)分析較少。

王英成等通過(guò)主成分分析，提取了6個(gè)主成分，主成分貢獻(xiàn)率依次降低，表明對(duì)性狀綜合表現(xiàn)的影響依次降低。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可選擇貢獻(xiàn)率較大的因子進(jìn)行優(yōu)先改良。影響甘藍(lán)的商品性因子首先是葉片著生因子，其次分別為中心柱因子、葉球因子、葉片厚度因子等。結(jié)合相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，葉片著生量越大，密度越大以及中肋越寬、越厚表明葉球越緊實(shí)；中心柱越寬、中心柱表面積越大，葉片著生數(shù)越大，葉球越緊實(shí)；葉片越厚，單球質(zhì)量越大，葉球越緊實(shí)。但對(duì)結(jié)球甘藍(lán)緊實(shí)度與各指標(biāo)之間的關(guān)系還有待于進(jìn)行深入研究。本研究通過(guò)繪制前6個(gè)主因子的二維PC圖，將不同品種按主因子結(jié)果進(jìn)行排列，可有針對(duì)地進(jìn)行品種選擇。趙樂(lè)杰等分別對(duì)11份秋甘藍(lán)品種進(jìn)行主成分分析及綜合評(píng)價(jià)，篩選出5份綜合得分較高的品種。 姜?jiǎng)P旋等對(duì)10份春甘藍(lán)材料進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析，基于此篩選出優(yōu)良親本。

本研究基于主成分綜合評(píng)價(jià)及綜合隸屬函數(shù)得分對(duì)結(jié)球甘藍(lán)品種進(jìn)行排名，結(jié)果20-H16、日本綠玉、20-H22、20-H18、XC60-3 5個(gè)品種綜合性狀表現(xiàn)突出。其綜合商品性狀優(yōu)良，口感較好，具有較高的食用價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)值，可作為良種繁育的潛在材料。根據(jù)聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)在遺傳距離為10時(shí)，可將14個(gè)品種分為3類(lèi)，可根據(jù)不同育種需求進(jìn)行選種。