黑龙江省晒烟创新种质资源生物学性状聚类及相关分析

赵云彤，范书华，王　艳，邵广忠，时新瑞，解国庆，董清山（黑龙江省农业科学院牡丹江分院，黑龙江　牡丹江　157041）

黑龙江省晒烟创新种质资源生物学性状聚类及相关分析

赵云彤，范书华，王艳，邵广忠，时新瑞，解国庆，董清山*
（黑龙江省农业科学院牡丹江分院，黑龙江牡丹江157041）

为进一步构建筛选优良创新种质资源，明确品种间相似度及遗传关系，合理选择育种亲本材料，文章对55份晒烟创新种质资源作聚类分析与评价。结果表明，基于24项生物学特性聚类分析，欧氏距离为12.95处可将55份晒烟创新种质资源分为五大类群，第Ⅰ类群上中等烟比率最高，可作为品质育种亲本选择材料，第Ⅱ与Ⅲ类群平均产量较高，是培育高产品种优先选择亲本，同时这两大类群在株高、茎围、节距、可见叶数上均具有明显优势，可作为优良种质资源重点开发利用，第Ⅳ类群植株高度最小，可作为矮源亲本保存利用，第Ⅴ类群可作为培育早熟品种亲本材料。进一步分析创新种质资源的8个主要数量性状，结果显示晒烟单位面积产量与可见叶片数、腰叶长、单叶重呈极显著正相关，与株高、茎围呈显著正相关，腰叶宽对产量影响不显著。

晒烟；种质资源；聚类分析；相关分析

赵云彤,范书华,王艳,等.黑龙江省晒烟创新种质资源生物学性状聚类及相关分析[J].东北农业大学学报,2016,47(4):79-85. Zhao Yuntong,Fan Shuhua,Wang Yan,et al.Clustering and correlation analysis of sun-cured tobacco innovation germplasm based on biological characters in Heilongjiang Province[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(4): 79-85.(in Chinese with English abstract)

网络出版时间2016-4-22 10:01:17[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160422.1001.016.html

晒烟是利用阳光晾晒调制而成的烟叶，主要包括晒红烟与晒黄烟。一般晒黄烟外观特征和化学成分与烤烟相近，烟叶晒制后多呈鲜黄、褐黄或红黄色。晒红烟则同烤烟差别较大，叶片一般较少，叶肉较厚，晒制后多呈深褐色或紫褐色[1]，烟叶含糖量较低，蛋白质和烟碱含量较高，烟味浓重。黑龙江省晒烟栽培历史悠久，栽培技术相对纯熟，晒烟品种资源表现丰富遗传多样性，种间差异较为显著。但晒烟主要作为旱烟、水烟、斗烟原料[2]，仅小部分作为混合型卷烟原料，市场需求量远不及烤烟，导致晒烟种植面积和种类减少。因此，有效保护本地区晒烟资源，发掘种质资源和创新育种材料十分迫切。

黑龙江省农业科学院牡丹江分院是目前黑龙江省唯一一家晒烟育种单位，先后育成7个优质晒烟品种及两个雄性不育系杂交种[3]，向国家烟草种质资源库提供晒烟资源348余份[4]。本研究通过系统聚类法分类鉴定与评价55份晒烟创新种质资源，对主要数量性状作相关分析，确定品种间相似度及亲缘关系远近，明确不同晒烟创新种质资源特点，进一步构建筛选优良种质资源，为杂交育种更合理选择亲本材料及培育优质新品种提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料

供试材料：利用黑龙江省农业科学院牡丹江分院保存的优质晒烟种质资源作杂交亲本，通过多种选育方法得到稳定晒烟新品系及杂交种共计55份。晒烟创新种质资源编号及亲本来源见表1。

表1　创新种质资源编号及亲本来源Table 1　Code and source ofmaterials tested

1.2方法

试验地点为黑龙江省农业科学院牡丹江分院试验田（44°25'N，129°30'E），土壤类型为河淤砂土。试验采用随机区组设计，3次重复，每小区种植3行，每行11株，株行距为0.45m×0.8m，每小区面积10.8m2，四周设置保护行。全部试验材料第Ⅰ重复留1行不打顶用于调查田间部分农艺性状，其余全部打顶用于调查其他相关性状。试验材料于2015年4月5日播种，4月30日以烟盘假植，5月22日移栽于试验大田，统一施用烟草专用肥，其他栽培管理措施与一般生产田相同。

1.3测定项目及方法

依据《烟草种质资源描述规范和数据标准（YC/ T344-2010）》，定期观察记载性状和数据采集[5]。选择15个质量性状和9个数量性状统计分析，包括：1-株型；2-叶形；3-叶面；4-叶耳；5-叶尖；6-叶缘；7-叶色；8-叶片薄厚；9-茎叶角度；10-主脉颜色；11-主脉粗细；12-花序密度；13-花序形状；14-花色；15-花冠尖；16-株高（cm）；17-茎围（cm）；18-节距（cm）；19-可见叶数（片）；20-腰叶长（cm）；21-腰叶宽（cm）；22-大田生育期（d）；23-产量（kg·hm-2）；24-上中等烟比率（%，依据评吸得分及感官质量综合评定）。质量性状按照各性状值代码数字化处理后再作分析，各性状分级代码见表2；数量性状记录，每份试验材料至少调查5个样本，取平均值。

续表

表2　烟草材料农艺性状分级代码Table 2　Grading code for agronomic characters of tobacco plants

1.4数据处理及分析

采用Excel 2003和DPS 7.05软件作统计分析[6]，将55份晒烟创新种质资源24个不同生物学性状相关数据按要求录入表格，同时作数据标准化处理。采用欧氏距离-离差平方和法对创新种质资源聚类分析与评价，绘出聚类分析图，完成晒烟创新种质资源分类与筛选[7-8]，分析不同类群中种质资源突出特点，为育种材料选择提供依据。同时对55份晒烟创新种质资源8个主要数量性状作相关分析，明确8个主要数量性状间相关性及对产量具有显著影响的主要因素。

2　结果与分析

2.1晒烟创新种质资源系统聚类划分

品种间多个性状基因型值构成的多维空间几何距离称为品种间遗传距离，遗传距离是衡量品种间性状综合遗传差异指标[9]。本研究采用欧氏距离-离差平方和法对55份晒烟创新种质资源24个不同生物学性状作系统聚类分析，聚类结果如图1所示，欧氏距离D=12.95水平上，可将全部创新种质资源划分为五大类群。类群Ⅰ（10份资源）：MC-1、34、11、4、25、37、5、13、18、19；类群Ⅱ（24份资源）：MC-6、23、35、55、48、54、7、40、41、46、51、10、29、49、43、47、44、21、50、22、27、28、39、45，类群Ⅱ在欧式距离为11时，又可分为两个亚群，亚群Ⅱ-1为MC-6、23、35、55、48、54、7、40、41、46、51、10、29、49、43、47、44，亚群Ⅱ-2为MC-21、50、22、27、28、39、45；类群Ⅲ（两份资源）：MC-52、53；类群Ⅳ（8份资源）：MC-2、12、3、9、30、31、17、33；类群Ⅴ（11份资源）：MC-8、26、38、14、36、42、15、20、24、32、16。

图1　聚类结果Fig.1　Cluster result

2.2不同类群晒烟创新种质资源生物学性状特征分析与评价

由表3和4结合原始数据分析各聚类群特点如下：第Ⅰ类群，共10份创新种质资源，此组植株株型均为筒形，茎叶角度中（30°～60°），叶耳大或中，叶面较平，叶片较厚，叶色多为绿色和浅绿色。除MC-18、MC-19花色为红色外，其余花色均为淡红色。花序形状均为菱形，有花冠尖，花序密度均为密集。通过数量性状分析可见（见表4），此类群突出特点是生育期最短，大田生育期（89.34±1.49）d。虽然该类群平均产量为（2 879.43± 156.08）kg·hm-2，低于第Ⅱ与Ⅲ类群，但其上中等烟比率最高可达68.1%，可见此类群可作为培育早熟及优质品种亲本材料。第Ⅱ类群，共24份创新种质资源，包括10份常规优良品系和14份雄性不育系杂交种，该类群植株株型多为筒形和塔型，叶耳大，叶面较皱，叶片薄厚中等，只有4份常规资源茎叶角度小（<30°），其余茎叶角度值均为大（60°～90°）。叶色多为绿色和深绿色，花色均为淡红色，花絮形状为球形或菱形，花絮密度除MC-22、MC-27和MC-28为松散外其余均为密集。由于杂交种优势明显，第Ⅱ类群大部分植株叶片较大，叶形为宽椭圆，平均值可达66.33 cm× 33.50 cm，植株平均高度增加，茎围加粗，可见叶片数为18.93±2.71，比第Ⅰ类群明显增多。该类群平均产量较高可达（3 006.85±156.78）kg·hm-2，上中等烟比率为46.9%，品质上与第I类群存在差异。第Ⅲ类群共两份创新种质，植株株型均为橄榄形，茎叶角度小（<30°），叶色全部为深绿色，叶片薄厚中等，叶形为长椭圆形，花色均为淡红色，花序形状均为菱形。该类群株高、茎围、节距、可见叶数等指标均达最大值，单位面积产量也最高，但该类群大田生育期较长需（98.50± 0.71）d。由于此类群也为雄性不育系杂交种，所以与第Ⅱ类群又可优先聚为一类（见图1）。第Ⅱ类群与第Ⅲ类群均可作为培育高产、大叶、晚熟品种的适宜亲本材料，第Ⅳ类群共8份资源，此组植株株型为筒形和橄榄形，植株叶形为椭圆形，叶片较厚，叶色为浅绿色，花序形状均为菱形，花序密度均密集。此类群植株平均高度最小，单位面积产量与第Ⅰ类群相似，但上中等烟比率较小（见表4），此类群可作为矮源材料保存利用。第Ⅴ类群共11份创新种质资源，植株株型多为筒形，叶形为椭圆形，叶片薄厚中等，花絮形状为倒圆锥形，花色为淡红色或白色，此类群可见叶片数最少，产量最低为（2 357.5±166.32）kg·hm-2，同时晒烟品质相对较差，但生育期较短，可作为培育早熟品种亲本材料。

表3　创新种质资源聚类结果与性状特点Table 3　Cluster result and characteristic of innovative germplasms

表4　不同晒烟创新种质资源类群数量性状平均值Table 4　Mean value of quantitative characters in different innovative germplasm group

2.3晒烟创新种质资源主要数量性状相关分析

晒烟品种（系）植物学主要数量性状与烟叶产量存在一定相关性，实际育种工作中，这些数量性状是品种选育及创新资源主要参考指标。由于同一品种（系）不同性状单位不同，为保证各性状因素在相关分析中等效性，本研究利用DPS软件对原始数据先作标准化处理，分析结果见表5。株高与茎围、叶数呈极显著正相关，与节距呈显著正相关。可见当晒烟植株较高时，节距也会随之增大。茎围与叶数呈极显著正相关，与腰叶长呈显著正相关。节距与腰叶宽呈极显著正相关。综合分析晒烟单产与可见叶片数、腰叶长、单叶重呈极显著正相关，与株高、茎围呈显著正相关，腰叶宽对产量影响不明显。由此推断，株高和茎围虽然不是产量构成直接因素，但却对产量构成直接因素可见叶片数有显著影响，说明一定株高和茎围水平是保证获得较多晒烟叶数基础。节距与单位面积产量呈负相关，可能是由于节距增加，植株叶片数相对减少，影响产量，但此因素对产量影响并不显著。根据相关分析结果，株高、茎围、腰叶长、可见叶片数、单叶重均是影响晒烟产量关键因素。因此，育种工作中要注重对有利产量性状的选择，同时不能忽视晒烟品质性状。

表5　晒烟种质资源主要数量性状间相关分析Table 5　Correlation analysis ofmain quantitative characters of sun-cured tobacco germplasm

3　讨论与结论

本研究采用系统聚类分析法对55份创新种质资源聚类分析与评价，结果共将其分为五大类群，其中，第Ⅰ类群为常规创新种质资源，生育期相对较短，上中等烟比率较高。第Ⅱ类群与第Ⅲ类群主要为雄性不育系杂交种，杂种优势表现为产量较高，株高、茎围、节距均与其他类群差异显著，小部分常规种质资源聚于此类，推测其可能拥有交叉原始祖先亲本。第Ⅳ类群植株总体表现茎叶角度小，株高较矮，单位面积产量适中，可作为矮源材料保存利用。第Ⅴ类群晒烟产量最低，但生育期相对较短，父本为毛把烟、大宁旱烟籽的常规创新种质资源均聚在第Ⅴ类群，推断毛把烟与大宁旱烟籽两个品种在杂交育种中配合力相对较高。

生物学性状虽易受环境影响，但在相同气候、种植条件和管理水平下，各生物学性状品种间表现较为稳定，更直观反映品种间亲缘关系[10]。杂交育种时，可参考聚类分析鉴定结果，明确区分不同类群资源特点，直接选择所需亲本或亲缘关系较远的晒烟材料杂交，有利于扩大遗传背景，解决遗传基础狭窄问题[11]，提高育种效率。如果结合SSR、AFLP、RAPD等分子标记技术[12-14]，能更准确地聚类并鉴定种质资源。晒烟种质资源创新方法具有多样化，近几年本单位已转育多份稳定雄性不育系及其同型系，利用胞质雄性不育系培育杂交种是创新种质的重要方法之一，一方面杂交种具有双亲优势互补，抗逆性强，育种周期短等优点[15]，另一方面可防止因自留种导致品种资源退化和混杂。

大量研究表明，影响烟叶产量外部因素主要有光照、温度、降水、土壤肥力水平等，当外界环境与栽培管理措施相同时，产量主要与自身品种有关，相关性分析中，牛佩兰[16]和Lalitha[17]等研究发现烤烟产量与株高、叶数、叶长存在较高正相关。孟祥东等研究发现，与烤烟产量关系最密切的是可见叶数[18]，而徐兴阳等研究结果表明，烤烟产量主要决定于最大腰叶长、株高和节距，并指出与烤烟产值关系最密切的是单叶重、最大腰叶长和株高[19]。晒烟与烤烟属同种作物，本研究发现晒烟单位面积产量与可见叶片数、单叶重、腰叶长呈极显著正相关，与株高、茎围呈显著正相关，节距大小和腰叶宽对产量影响不明显。由此分析，叶片数、单叶重、腰叶长、株高、茎围均是影响烟叶产量的有利性状。

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Clustering and correlation analysis of sun-cured tobacco innovation germplasm based on biological characters in Heilongjiang Province

ZHAO Yuntong,FAN Shuhua,WANG Yan,SHAO Guangzhong,SHI Xinrui,XIE Guoqing,DONG Qingshan(MudanjiangBranchofHeilongjiang Academyof AgriculturalSciences,Mudanjiang Heilongjiang 157041,China)

For further constructing and screening excellent innovation germplasm,to determine the similarity and genetic distance of different variety,thus had a reasonable selection of breedingmaterials,the paper gave a clustering analysis and evaluation of 55 tobacco innovation germplasms.The clustering analysis results showed that the 55 germplasm resources were divided into five groups in Euclidean distance 12.95 based on 24 biological characteristics.The first group had the highest proportion of high-quality tobacco which could be used as the parentmaterial for quality breeding.The second group and the third group both had a characteristic of high yield,they were the ideal parent for breeding high yield varieties.meanwhile,the two groups in plant height,stem diameter,pitch,visible leaf number had obvious advantage, they could be developed and utilized as excellent germplasm resources.The plant height of the fourth group was theminimum,the resources in this group could be used as dwarf parent,and the fifth group could be used as parentmaterials for breeding earlymaturing variety.The correlation of eightmain quantitative characters of innovation germplasm were analyzed,the results showed that the yield of sun-cured tobaccohad an extremely significant positive correlation with leaf number,lumbar leaf length,single leaf weight,and had a significant positive correlation with plant height,stem surrounded.But the effect of waist leaf width on the yield was not significant.

sun-cured tobacco;germplasm resources;cluster analysis;correlation analysis

S572

A

1005-9369（2016）04-0079-07

2015-12-14

中国烟草种质资源平台建设专项（YCPT11-13）

赵云彤（1983-），女，助理研究员，硕士，研究方向为晒烟育种及栽培。E-mail:zyt-37@163.com

董清山，研究员，研究方向为晒烟育种及栽培。E-mail:mdjdqs@126.com