50份馬鈴薯種質(zhì)資源表型鑒定和遺傳多樣性分析

張川 梁金平 羅文彬 張志勇 蘇秋芹 周美玲 鄭新妹

摘要：為豐富福建地區(qū)馬鈴薯種質(zhì)資源和遺傳基因改良奠定材料基礎，參照《馬鈴薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》，對50份種質(zhì)資源的25個表型性狀進行多樣性、相關(guān)性和聚類分析。結(jié)果表明，50份馬鈴薯種質(zhì)資源質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)差異很大，變幅為0.52～2.01，其中肉色、開花繁茂性、薯形、葉色的遺傳多樣性指數(shù)分別達到2.01、1.81、1.61、1.52、0.52；數(shù)量性狀遺傳多樣性指數(shù)除了主莖分枝數(shù)、蛋白質(zhì)含量外，其他9個性狀均達到2.10以上，單薯重、單株產(chǎn)量、單株結(jié)薯數(shù)、主莖分枝數(shù)變異系數(shù)較大，均達到27%以上。相關(guān)性分析方面，生育期與單株結(jié)薯數(shù)、株高、干物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；商品薯率與單株結(jié)薯數(shù)呈極顯著負相關(guān)，與單薯重呈極顯著正相關(guān)，而單薯重與單株結(jié)薯數(shù)呈極顯著負相關(guān)；單株產(chǎn)量與商品率、單薯重呈極顯著正相關(guān)；株高與單株結(jié)薯數(shù)、莖粗呈極顯著正相關(guān)，與商品率呈顯著負相關(guān)，與單薯重呈極顯著負相關(guān)；干物質(zhì)含量與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)。通過主成分分析得到6個主成分，累計貢獻率達90.691 0%，能較好反映該11個數(shù)量性狀的主要信息。聚類分析將50份馬鈴薯種質(zhì)資源劃分為4個類群，第Ⅰ類群為中早熟低產(chǎn)型材料、第Ⅱ類群為中熟中產(chǎn)型材料、第Ⅲ類群為中早熟中產(chǎn)型材料、第Ⅳ類群為中熟高產(chǎn)型材料。第Ⅰ類群可作為挖掘早熟型的親本資源進行利用；第Ⅱ類群可作為淀粉加工型的親本資源進行利用；第Ⅲ類群可作為早熟和提升品質(zhì)的親本資源進行利用；第Ⅳ類群可作為高產(chǎn)和經(jīng)濟效益高的親本資源進行利用。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；種質(zhì)資源；表型性狀；聚類分析；資源利用

中圖分類號：S532.03? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）08-0031-07

收稿日期：2023-07-19

基金項目：“十四五”福建省種業(yè)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化工程項目（編號：Zycxny2021005）。

作者簡介：張 川（1982—），男，福建龍巖人，助理研究員，主要從事薯類遺傳育種與栽培技術(shù)。E-mail：295577198@qq.com。

通信作者：梁金平，研究員，主要從事薯類遺傳育種與栽培技術(shù)。E-mail：jinpingL72@126.com。

我國是馬鈴薯生產(chǎn)大國，福建省屬于我國南方冬作區(qū)［1-2］。馬鈴薯種質(zhì)資源是物種基因改良和遺傳學研究的物質(zhì)基礎，對引進的種質(zhì)資源開展遺傳多樣性研究，不僅能豐富種質(zhì)資源庫，而且可以為遺傳基因改良提供理論參考，也是品種選育的前提［3-4］。因此，引進馬鈴薯種質(zhì)資源開展遺傳多樣性分析，為日后親本選配和新品種選育具有重要意義。對種質(zhì)資源開展評價的方法有表型性狀標記、分子標記、生化標記和細胞學標記［5］。葉玉珍等對馬鈴薯種質(zhì)資源的25個農(nóng)藝性狀進行分析，篩選出2份高產(chǎn)高株型材料［6］；何虎翼等將63份馬鈴薯品種（系）資源分為5個類群［7］；羅文彬等對24份種質(zhì)資源的主要形態(tài)特征、產(chǎn)量、耐凍性等進行評價，為不同的育種目標篩選親本材料［8］；胡海波等對39份馬鈴薯資源在赤峰地區(qū)的農(nóng)藝性狀進行分析研究，篩選出一批產(chǎn)量高、抗病毒性強、抗晚疫病的材料［9］；宋崢等對44份馬鈴薯地方種質(zhì)資源利用SSR技術(shù)進行遺傳多樣性分析，共分為5個類群［10］；劉毅強等對20份馬鈴薯材料遺傳多樣性利用形態(tài)學鑒定和SSR分子標記分別進行聚類分析，結(jié)果表明2種分析結(jié)果具有一定的一致性［11］。由于馬鈴薯遺傳多樣性豐富，種間遺傳差異性大。近年來，對馬鈴薯種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究很多，但在福建春作區(qū)開展種質(zhì)資源遺傳多樣性分析的研究尚未見報道。對50份馬鈴薯種質(zhì)資源的14個質(zhì)量性狀和11個數(shù)量性狀進行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，挖掘特色核心種質(zhì)資源，以期為福建創(chuàng)制兼合多個優(yōu)異性狀馬鈴薯新品種提供材料基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

50份供試的馬鈴薯種質(zhì)資源來源于國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系福州綜合試驗站，具體馬鈴薯品種（系）資源見表1。

1.2 試驗設計

試驗地點位于福建省上杭縣步云鄉(xiāng)（25.28°N，116.88°E），海拔1 087 m，年平均溫度為17.5 ℃，年日照時數(shù)約1 920 h，年降水量約1 950 mm，相對濕度為70%～90%，無霜期290 d。土壤為沙壤土，前作水稻。田間試驗于2022年3月8日種植，7月4日收獲。試驗采用完全隨機區(qū)組排列，重復3次，行長2.5 m，行距1.2 m，株距0.25 m，3行區(qū)。栽培按照當?shù)爻Ｒ?guī)管理。

1.3 性狀鑒定和測定

表型性狀鑒定以《馬鈴薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》［12］為依據(jù)，從現(xiàn)蕾期開始至生育期結(jié)束對50份馬鈴薯種質(zhì)資源的14個質(zhì)量性狀（表2）和11個數(shù)量性狀進行調(diào)查測定，其中3個數(shù)量性狀（干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、淀粉含量）由吉林省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理，用DPS 7.05軟件進行主成分、相關(guān)性和聚類分析。用Shannon-Wiener指數(shù)（H′）分析其遺傳多樣性，公式如下：H′=-∑Pi lnPi，式中：Pi為某性狀第i級別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比［13-14］。同時，采用歐氏遺傳距離和離差平方和法對供試材料進行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯種質(zhì)資源表型性狀遺傳多樣性分析

2.1.1 質(zhì)量性狀遺傳多樣性分析

從表3可以看出，14個質(zhì)量性狀分布在52個變異類型，各個質(zhì)量性狀的形態(tài)特征分布比例不同，變幅為2%～92%。多樣性指數(shù)（H′）差異也很大，為0.52～2.01，其中肉色的H′最大，為2.01，其次是開花繁茂性、薯形、葉色、天然結(jié)實性，最小的是頂小葉形狀，為0.52，說明肉色、開花繁茂性、薯形的遺傳多樣性較為豐富。在50份種質(zhì)資源里，株型以直立為主，占比為68%；莖色以綠色為主，占比為68%；葉色以綠色、深綠色為主，分別占比為46%、32%；葉表面光澤度以中等最多，占比為64%；葉緣、頂小葉寬度、頂小葉形狀分別以平展、中、橢圓形為主，分別占比為88%、82%、92%；開花繁茂性中，多占比為46%；天然結(jié)實性中，無占比為66%；薯形中，橢圓形最多，占比為64%；皮色以黃色薯皮為主，占比為68%；肉色以黃色、白色為主，分別占比為38%、26%；資源中芽眼淺的為最多，占比為52%；薯皮光滑度以光滑為主，占比為82%。

2.1.2 數(shù)量性狀遺傳多樣性分析

由表4可知，采用Shannon-Wiener指數(shù)（H′）對11個數(shù)量性狀進行表型多樣性分析，其中莖粗的H′最大，為2.79，其次是單株結(jié)薯數(shù)、單株產(chǎn)量，為2.47、2.41，最小的是主莖分枝數(shù)，為1.37。說明植株的莖稈粗細在這些種質(zhì)資源中遺傳多樣性最為豐富。在50份馬鈴薯種質(zhì)資源間性狀間變異系數(shù)差異較大，其中變異系數(shù)最大的為單薯重，為44.27%，變幅為32.6～168.2 g；單株產(chǎn)量次之，變異系數(shù)為35.40%，變幅為124～812 g；其次是單株結(jié)薯數(shù)、主莖分枝數(shù)、株高和莖粗，變異系數(shù)分別是27.91%、27.06%、24.81%、18.98%，變幅分別為2.6～11.4個、1.0～3.6個、 25.5～93.0 cm、0.62～1.39 cm； 再次是淀粉含量、商品率、生育期、干物質(zhì)含量，變異系數(shù)分別為17.23%、15.02%、13.82%、13.40%，其變幅分別為6.14%～16.39%、47.4%～98.3%、72～118 d、13.34～24.17%；變異系數(shù)最小的為蛋白質(zhì)含量，變異系數(shù)為11.06%，變幅為1.44～2.40%。

2.2 數(shù)量性狀的相關(guān)性分析

對50份馬鈴薯種質(zhì)資源的11個數(shù)量性狀進行相關(guān)性分析，結(jié)果（表5）表明，生育期與單株結(jié)薯數(shù)、株高、干物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)；商品率與單株結(jié)薯數(shù)呈極顯著負相關(guān)，與單薯重呈極顯著正相關(guān)，而單薯重與單株結(jié)薯數(shù)呈極顯著負相關(guān)；單株產(chǎn)量與商品率、單薯重呈極顯著正相關(guān)；株高與單株結(jié)薯數(shù)、莖粗呈極顯著正相關(guān)，與商品率呈顯著負相關(guān)，與單薯重呈極顯著負相關(guān)；干物質(zhì)含量與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)。由此可以看出，生育期越長，干物質(zhì)含量和株高就越高，單株結(jié)薯數(shù)就越多；單株薯數(shù)越多，單薯重和商品率就越低；商品薯率越高、單薯重越大的單株產(chǎn)量就越高；株高越高，莖粗越粗；干物質(zhì)含量越高，淀粉含量也越高。

2.3 數(shù)量性狀的主成分分析

對50份馬鈴薯種質(zhì)資源的11個數(shù)量性狀進行主成分因子分析，得到6個主成分（表6），累計貢獻率達90.691 0%，基本涵蓋了11個數(shù)量性狀的主要信息。第一主成分的特征值最大，為2.464 3，其方差貢獻率也最大，為22.402 6%，因子載荷量較高的是單薯重、商品率、單株產(chǎn)量，特征值分別為 0.904 4、0.873 7、0.872 6，主要反映的是單薯重因子；第二主成分特征值為2.127 4，方差貢獻率為19.340 1%，因子載荷量較高的是干物質(zhì)含量、淀粉含量，特征值分別為0.948 1、0.931 8，主要反映的是干物質(zhì)含量因子； 第三主成分特征值為2.078 0，

方差貢獻率為18.891 3%，因子載荷量較高的是莖粗、株高、蛋白質(zhì)含量，特征值分別為-0.895 1、-0.791 6、0.691 3，主要反映的是莖粗因子；第四主成分特征值為1.240 2，方差貢獻率為11.274 3%，因子載荷量較高的是單株結(jié)薯數(shù)，特征值為0.903 3，主要反映的是單株結(jié)薯數(shù)因子；第五主成分特征值為1.046 9，方差貢獻率為9.517 2%，因子載荷量較高的是主莖分枝數(shù)，特征值為0.919 5， 主要反映的是主莖分枝數(shù)因子；第六主成分特征值為1.019 2，方差貢獻率為9.265 5%，因子載荷量較高的是生育期，特征值為0.936 2，主要反映的是生育期因子。

2.4 聚類分析

對50份馬鈴薯種質(zhì)資源的11個數(shù)量性狀進行聚類分析，在平均歐氏遺傳距離為10處將50份馬鈴薯種質(zhì)資源劃分為4個類群（圖1）。第Ⅰ類群為中早熟低產(chǎn)型材料，共有12份，該類群材料生育期平均為83.25 d，干物質(zhì)含量17.46%，蛋白質(zhì)1.77%，淀粉含量為11.14%，單株產(chǎn)量287.33 g，表現(xiàn)出中早熟、營養(yǎng)品質(zhì)一般、單株產(chǎn)量低的特點；第Ⅱ類群為中熟中產(chǎn)型材料，共有19份，該類群材料生育期平均為95.89 d，干物質(zhì)含量21.28%，蛋白質(zhì)含量為1.90%，淀粉含量為14.02%，單株產(chǎn)量414.47 g，具有中熟、營養(yǎng)品質(zhì)一般、單株產(chǎn)量中等的特點；第Ⅲ類群為中早熟中產(chǎn)型材料，共有8份，該類群材料生育期平均為80.75 d，干物質(zhì)含量18.89%，蛋白質(zhì)含量為2.25%，淀粉含量為12.34%，單株產(chǎn)量403.38 g，具有早熟、營養(yǎng)品質(zhì)高、單株產(chǎn)量中等的特點；第Ⅳ類群為中熟高產(chǎn)型材料，共有11份，該類群材料生育期平均為 92.18 d，干物質(zhì)含量17.70%，蛋白質(zhì)含量為1.88%，淀粉含量為11.76%，單株產(chǎn)量623.64 g，具有中熟、營養(yǎng)品質(zhì)一般、單株產(chǎn)量高、商品薯率高的特點（表7）。

3 討論與結(jié)論

遺傳多樣性分析是有效利用種質(zhì)資源的重要組成部分［15］。本試驗對50份馬鈴薯種質(zhì)資源從14個質(zhì)量性狀和11個數(shù)量性狀分別進行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，該群體種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀多樣性豐富，特別是肉色、開花繁茂性、薯形、葉色，遺傳多樣性指數(shù)分別為2.01、1.81、1.61、1.52；對于數(shù)量性狀遺傳多樣性指數(shù)除了主莖分枝數(shù)、蛋白質(zhì)含量，其余9個性狀均達到2.10以上。單薯重、單株產(chǎn)量、單株結(jié)薯數(shù)、主莖分枝數(shù)變異系數(shù)較大，均達到27%以上，這與楊春等的研究結(jié)果［16］一致，說明這4個性狀受栽培管理和環(huán)境變化影響較大。雖然該種質(zhì)資源表型性狀豐富，但依然存在有部分缺失性狀，因此，在種質(zhì)資源收集與創(chuàng)新研究上需要加大對于其他性狀的收集。

主成分分析是將原本多個變量重新組合成1組相互無關(guān)的幾個綜合變量，并從中取出幾個少數(shù)綜合變量盡可能地覆蓋原來變量的信息［17］。本研究對50份馬鈴薯種質(zhì)資源的11個數(shù)量性狀進行主成分分析，得到6個主成分，依次為單薯重、干物質(zhì)含量、莖粗、單株結(jié)薯數(shù)、主莖分枝數(shù)和生育期，累計貢獻率達90.691 0%，基本涵蓋了11個數(shù)量性狀的主要信息。相關(guān)性分析結(jié)果表明，單株結(jié)薯數(shù)與商品率、單薯重呈極顯著負相關(guān)，但與單株產(chǎn)量無顯著相關(guān)性，說明單株結(jié)薯數(shù)越多不僅不會提高單株產(chǎn)量，而且會降低商品率和單薯重，這個結(jié)果與余斌等的研究結(jié)果［18］一致；單株產(chǎn)量與單薯重、商品率呈極顯著正相關(guān)，說明單株產(chǎn)量越高，單薯重就越大，商品薯率就越高，這與仲義等的研究結(jié)果［19］一致。生育期與單株結(jié)薯數(shù)、干物質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，說明生育期越長，馬鈴薯的干物質(zhì)含量就相對越高。

聚類分析是將不同基因型馬鈴薯進行分類，把具有相似性狀類型聚為一類［20-21］。本研究通過對50份馬鈴薯種質(zhì)資源進行聚類分析，在歐氏距離為10.0時劃分分為中早熟低產(chǎn)型、中熟中產(chǎn)型、中早熟中產(chǎn)型、中熟高產(chǎn)型4個類群。第Ⅰ類群為中早熟低產(chǎn)型材料，表現(xiàn)出中早熟、單株產(chǎn)量低、營養(yǎng)品質(zhì)一般的特點，可作為挖掘早熟型的親本資源進行利用；第Ⅱ類群為中熟中產(chǎn)型材料，具有中熟、單株產(chǎn)量中等、干物質(zhì)含量和淀粉含量高的特點，可作為淀粉加工型的親本資源進行利用；第Ⅲ類群為中早熟中產(chǎn)型材料，具有早熟、單株產(chǎn)量中等、營養(yǎng)品質(zhì)高的特點，可作為早熟和提升品質(zhì)的親本資源進行利用；第Ⅳ類群為中熟高產(chǎn)型材料，具有中熟、單株產(chǎn)量高、商品薯率高、營養(yǎng)品質(zhì)一般的特點，可作為高產(chǎn)和經(jīng)濟效益高的親本資源進行利用。通過聚類分析結(jié)果可以看出，同時具有早熟、高產(chǎn)、品質(zhì)好的種質(zhì)資源較少，今后需加大收集集合多個性狀優(yōu)異的馬鈴薯種質(zhì)資源，為豐富南方區(qū)域種質(zhì)資源和品種改良奠定材料基礎。

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