不同地区楼葱栽培种的性状与品质分析

马江涛，方海田，刘慧燕，张光弟

（宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室，宁夏大学农学院，宁夏回族自治区银川 750021）

楼葱（Allium fisulosumL.var.viviparum Makino）是百合科葱属中顶球洋葱的一个变种，又名龙爪葱、羊角葱、龙角葱、天葱等，多年生草本植物，具有抗旱性强、营养丰富和葱香味浓郁等特点。在我国，楼葱种植范围较广，在宁夏、甘肃、陕西、河北、福建等地均有种植[1]。宁夏楼葱主要分布区域为同心和盐池地区，其中同心地区的楼葱产量高。楼葱与洋葱的区别在于鳞茎卵状至卵状矩圆形，伞形花序具有大量珠芽，珠芽常常在花序上就生长出幼叶，具淡红色中脉。目前已有对楼葱的相关报道。在营养价值方面，方海田等[2-4]研究表明，SYJ（石羊圈）楼葱的抗氧化能力强于市售红葱，具有丰富的营养价值；梁艳荣等[5]研究表明，葱类因食用方式不同而所要求的品质指标不同。在工业上，楼葱提取物可应用于食品化妆品生产[6-7]。吴庆等[8]对楼葱品质性状分析发现，宁夏同心地区楼葱与其他地区相比遗传距离较大，但测定指标较少。楼葱的应用较广，这就需要对现有楼葱种质进行研究，以供不同用途所需，选育出具有高干物质率、耐贮运和品质优的楼葱优势种，是生产中亟待解决的问题之一。

品种选育是遗传育种的重要手段之一，也是快捷获得高品质作物的重要途径。种质资源是新品种选育的基础。主成分分析、相关性分析、HCA 分析（聚类分析）被研究者越来越广泛地应用到多样品多指标的性状分析中[9-11]，是筛选地域优势种及育种的基本手段。利用系统聚类分析各性状间的差异，可为品种选育提高一定的科学性[12]。本研究通过对12 个地区楼葱栽培种的种质资源收集，对14 种数量性状与6 个品质性状指标做相关性分析、主成分分析及HCA 分析。将3 种方法结合，综合分析楼葱品种主要数量性状与品质性状的遗传多样性，找到种质资源间数量性状亲缘关系较远的亲本，以优势种源的辨别为主要出发点，提高目标性状育种的亲本可靠度，并拓宽资源遗传背景[13-14]，最后通过灰色关联度分析品质性状与数量性状之间的关联性，为提高育种水平提供理论依据，探明不同楼葱栽培种资源固有的品质遗传特性，指导品种复壮，构建目标性状遗传群体，为楼葱的育种及栽培研究者提供更加清晰的繁育材料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

2018 年以来，搜集了12 份国内楼葱栽培种资源作为试验材料，来源如表1（见下页）所示，种源材料定植在宁夏旱作节水高效农业科技示范园区。

蒽酮、硫酸、葡萄糖、考马斯亮蓝G-250、95%乙醇、磷酸、牛血清血蛋白、氯化钠、乙酸钠、乙酸、茚三酮、还原茚三酮、乙二醇甲醚，所用试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

游标卡尺MNT－150，上海迎特贸易有限公司；真空冷冻干燥机LPS－1055A，无锡莱浦仪器设备有限公司；超声清洗器TES－1004/10，上海台姆超声设备有限公司；恒温水浴箱DH30-06II，上海丙林电子科技有限公司；电子天平，杭州万特衡器有限公司；冰箱，海信电器公司；紫外分光光度计，尤尼克上海仪器有限公司；烘箱BPG-9246A，上海实贝仪器设备厂；离心机H1850R，湘仪离心机仪器有限公司；索氏提取器，郑州兴华玻璃仪器厂。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

在楼葱进入采摘期后进行采样，就地将每种葱样用游标卡尺、电子天平等仪器对14 种数量性状进行测量。清理采摘回来的楼葱，将楼葱外表皮剥除后，测定6 种品质性状。所有指标重复测定3 次。之后对所得数据进行主成分分析、相关性分析、聚类分析及灰色关联度分析。

1.2.2 葱样数量性状的测量

性状名称及编号，X1：单株质量/g；X2：株高/cm；X3：假茎质量/g；X4：假茎长/cm；X5：假茎直径/cm；X6：叶长/cm；X7：叶扁宽/cm；X8：宿存叶片数；X9：出叶孔间距/mm；X10：单株分蘖数；X11：花葶高/cm；X12：“龙子”数；X13：假茎指数；X14：叶形指数。

单株质量：取10 株称量质量计算平均值；株高：葱假茎底部至最长叶片顶端的长度；假茎长：葱假茎底部至倒二叶叶锁口的长度；假茎直径：假茎最粗部分的直径；叶长：最长叶片的长度；叶扁宽：将最长叶片压扁，测最宽处长度；宿存叶片数：统计绿色面积超过叶片总面积2/3 以上叶片数；出叶孔间距：底部3 片叶出叶孔之间的长度除以2；花葶高：花葶高从露出叶片的部位开始测量至顶端；“龙子”数：楼葱顶部的生长锥分化为花芽后，逐步发育成花茎，花茎顶端着生花苞，称总苞，总苞成熟后开裂，内有许多小鳞茎，称“龙子”。其中假茎指数计算公式见式（1），叶形指数计算公式见式（2）。

将楼葱干燥的外表皮除去，干燥理后，使用排水法测定楼葱紧实度。用天平测出假茎的质量m；在玻璃杯中加入适量的水，用天平测出它们的质量m1；在装水的玻璃杯中放入假茎，记下水面的位置；将假茎取出再加水，使水面达到刚才标记位置，用天平测出它们的质量m2；计算公式见式（3）。干物质率测定采用烘干称重法，将楼葱烘干后测定其干物质质量，干物质率计算公式见式（4）。

式中，ρ水表示水的密度。

1.2.3 品质性状测定

总糖含量使用蒽酮比色法测定[15]；可溶性蛋白质含量使用考马斯亮蓝G-250 染色法测定[16－17]；游离氨基酸含量使用茚三酮比色法测定[18]；香辛油含量使用索氏提取法测定[19]。

1.3 数据处理及分析

利用Excel 2013 软件对试验所得数据进行处理并绘图，进行灰色关联度分析；使用统计分析软件SPSS 22.0对试验数据进行主成分分析、相关性分析及HCA 分析，结果用表格及树状图表示。

2 结果与分析

2.1 楼葱种质资源数量性状主成分分析

主成分分析是将多种指标简化为少量综合指标的一种统计分析方式，用少数变量尽可能多的体现原来变量的完整信息，保证原信息损失小且变量数目尽可能少[20]。本研究采用主成分分析法分析楼葱的14 种数量性状，目的是去除大量信息及重叠信息所带来的分析障碍。选取前4 个主成分代表综合评定楼葱品质的14 个变量，主成分累计贡献率到70%可代表所有变量。初始特征值和方差贡献率见表2，14 个性状对前4 个主成分载荷量见表3。

第一主成分主要包括X1（单株质量）、X2（株高）、X3（假茎质量）、X11（花葶高）四个荷载值较高性状，其中单株质量与株高荷载值最高，分别为0.938、0.932，X3（假茎质量）与X11（花葶高）载荷值分别为0.92、0.886，其他性状的载荷值较低或为负值。说明这四种性状可直接影响楼葱外形，称为外形因子。

第二主成分中，有显著正向影响的指标为X14（叶形指数），载荷值为0.872，X10（单株分蘖数）次之，可称其为叶形因子；X7（叶扁宽）有负向影响，载荷值为-0.719，即第二主成分增大会导致X7（叶扁宽）下降。

第三主成分中，X12（“龙子”数）影响较大，荷载值为0.678，X13（假茎指数）次之，可称为繁殖因子；X12（“龙子”数）减少X5（假茎直径）增大，X10（单株分蘖数）增多，而X13（假茎指数）下降。

第四主成分中，X13（假茎指数）影响最大，载荷值为0.719，可称为指数因子，X8（宿存叶片数）也有显著影响，载荷值为0.501，载荷值为负值且绝对值较高的有X5（假茎直径）和X12（“龙子”数），此数据说明适当降低X13（假茎指数）会增加X5（假茎直径）和X12（“龙子”数）。

表2 初始特征值和方差贡献率Table 2 Initial feature values and variance contribution rates

表3 14 个性状对前4 个主成分的载荷量Table 3 14 personality load on the first 4 main components

综上所述，影响楼葱分类的主要指标有X1（单株质量）、X2（株高）、X3（假茎质量）、X11（花葶高）、X14（叶形指数）和X13（假茎指数）。

2.2 楼葱种质资源数量性状相关性分析

使用相关性分析来衡量变量间相关性和密切程度，楼葱数量性状相关性系数如表4（见下页）所示。由表4可知，单株质量与株高、假茎质量、假茎长、假茎直径、叶长、出叶孔间距、花葶高呈极显著正相关，与单株分蘖数呈极显著负相关；株高与假茎质量、假茎长、假茎直径、叶长、出叶孔间距、花葶高、叶形指数呈极显著正相关，与单株分蘖数呈显著负相关；假茎质量与假茎长、假茎直径、叶长、出叶孔间距、花葶高呈极显著正相关，与单株分蘖数呈极显著负相关；假茎长与假茎直径、叶长、花葶高呈极显著正相关，与单株分蘖数呈极显著负相关；叶扁宽与单株分蘖数、叶形指数呈极显著负相关；单株分蘖数与“龙子”数呈显著正相关；单株分蘖数增多会促进“龙子”数的增加，但也会抑制楼葱单株质量、株高、假茎、假茎长、叶扁宽的增加，如若想提高楼葱的质量等因素，可适当减少单株分蘖数。假茎直径与花葶高呈极显著正相关，与假茎指数呈极显著负相关，证明假茎直径越大可提升花葶高长度，但假茎指数会明显降低；宿存叶片数与“龙子”数呈极显著负相关，宿存叶片数会抑制“龙子”数的增加。

表4 数量性状间相关性系数Table 4 Correlation coefficient between quantitative characters

表5 楼葱种质资源品质性状相关矩阵Table 5 Correlation matrix of quality traits of onion germplasm resources

2.3 楼葱种质资源数量性状HCA 分析

将不同地区楼葱的14 个数量性状根据簇间最小距离进行聚类分析，可将12 个样本划为5 大类，各类群之间存在一定的遗传差异性，聚类成树状图，如图1 所示。第一类聚集了9 个样品，包括包括新疆、内蒙、甘肃、陕西、山西及西藏地区全部葱样，这一类主要聚集了宿存叶片数较大，但其余数量性状指数均趋于供试楼葱平均值的一类栽培种。第二类聚集了1 个样品，为青海大通的白皮鳞茎楼葱，这一类聚集了具有较小出叶孔间距及叶长较短的一类栽培种。第三类聚集了1 个样品，为宁夏同心HSQ 楼葱，这一类聚集了株高和假茎长两个数量性状较优的一类栽培种。第四类聚集了1 个样品，为宁夏同心SYJ 楼葱，该类群是在单株质量、假茎质量、叶长、花葶高及叶形指数方面表现较优、可食用部分占比大的一类品种。

2.4 楼葱品质性状相关性分析

由表5 可知，游离氨基酸总量与紧实度、蛋白质含量存在显著相关性。紧实度、干物质率、总糖含量、蛋白质含量、香辛油含量之间具有极显著相关性，可以通过某一个物质含量来预测与其相关的其它指标的表现。

楼葱资源不同品质性状间相关性密切[21-23]，干物质率与其余性状之间存在十分稳定的正相关关系，熟食楼葱的要求是干物质含量高，同时兼顾营养成分的含量，楼葱有干物质率高的显著优势是具极高的食用价值。紧实度与总糖含量之间是极显著正相关，紧实度测定方法是非破坏性的，所以依据紧实度的高低进行选择是品质育种中方便而高效的方式，由下文主成分分析可知样品10、11 号楼葱的紧实度最高，表明其具有较优的品质性状，可作为很好的克隆繁育材料。

2.5 楼葱品质性状主成分分析

应用主成分分析法分析出不同地区12 份楼葱的品质性状在楼葱产量构成中的占比，得到楼葱性状特征值和累计的贡献率，结果如表6。前2 个主成分特征值合计较大，累计贡献率达到89.99%，综合了大部分有效信息，故选取前2 个主成分代表综合评定楼葱品质6 个变量，可代表所有变量。第一主成分PC1 反映了原有信息量的74.87%，第二主成分PC2 反映了原有信息量的12.85%。

表6 楼葱品质主成分的方差贡献率和特征值Table 6 Feature sitority and variance contribution rate of the main ingredient of onion quality

部分研究者采用PCA 得分图反映品质指标与样品之间的关联性[24-26]。图2 可明显地看出PC1 和PC2 与各样品的关联性。如图2 所示，把12 份样品散布于PC1-PC2 平面图上可以将不同资源有效分开。如紧实度、干物质率高的7、11 落在PC1 与PC2 的正向区间，紧实度、干物质率较低的1、4、8 落在PC1 和PC2 的第三区间。故主成分分析可有效区分不同地区楼葱品质的分布情况。

2.6 楼葱品质与数量性状灰色关联度分析

灰色关联度分析法是对一个变化发展的体系进行发展动态量化对比的一种分析方式[27]。按照灰色系统理论，将不同地区12 个楼葱样品以及14 个数量性状视为一个整体，即灰色系统，各个农艺性状为系统中的一个因素。设不同品种楼葱的品质为参考数列Y，单株质量、株高、假茎质量、宿存叶片数、假茎直径、叶长、叶扁宽、假茎长、“龙子”数、单株分蘖数、花葶高、出叶孔间距、假茎指数、叶形指数分别为比较数列。求出楼葱各个数量性状和品质的平均值和标准差,然后将所得的各个数据减去平均值之后除以标准差，所得的数据为标准化值，结果如表8所示。利用所得数据代入式5 求出参考数列Y与比较数列Xi的绝对差值Δij，其中i为数量性状序号，i=1，2，3···14；j为品种序号。

根据绝对差值和式6，求第j个品质指标与其第i个数量性状之间的关联系数。

式中minΔij表示比较序列绝对差值中的最小值；maxΔij表示比较序列绝对差值中的最大值；ρ表示分辨系数，取值为0.5。

由表7（见下页）计算可得，品质与数量性状的最小差值为0.003，与数量性状的最大差值为3.515 4。将计算结果代入上式，计算结果见表8。

表7 试验数据的标准化值Table 7 Standardized values for experimental data

表8 品质与各数量性状关联系数Table 8 Correlation coefficient between quality and quantitative characters

将表8 中所得数量性状的关联系数代入式7，最终得出楼葱品质与数量性状之间的关联度，关联度按大小排序，结果见表9（见第47 页）。

根据表9 可得，楼葱品质性状与各数量性状之间关联度大小依次为假茎直径、出叶孔间距、单株质量、假茎长、株高、花葶高、叶扁宽、假茎质量、叶长、宿存叶片数、龙子数、单株分蘖数、叶形指数、假茎指数。根据灰色关联度分析的原则，关联度大的数列与参考数列关系密切，关联度小的数列与参考数列关系疏远，因此假茎直径对楼葱品质性状的影响最大，其次为出叶孔间距和单株质量，故可选择假茎直径等因素综合评定楼葱的品质；而单株分蘖数、叶形指数和假茎指数3 个数量性状对楼葱品质性状的影响较小。在选择遗传育种品质优良的楼葱品种时可主要以假茎直径、出叶孔间距、单株质量等因素为指标。对不同地区特定的气候条件下的品种应用灰色关联度分析法做具体分析，根据分析结果对不同育种材料采取相对应的技术措施。目前关于楼葱品质与数量性状灰色关联度分析的报道较少，可为之后的研究打下一定的基础。

表9 品质与各数量性状之间的关联度及排序Table 9 Correlation and sequencing of quality traits and agronomic traits

3 结论

本研究通过对12 个不同地区楼葱14 种数量性状与6 种品质性状的分析发现，数量性状4 个主成分间具有极显著相关性，品质性状两个主成分选择紧实度、干物质率为代表综合评定楼葱的品质，且两个主成分间同样具有极显著相关性。利用这数量性状4 个主成分因子为综合指标进行系统聚类，宁夏同心2 个地区SYJ 石羊圈、HSQ 黄水桥的楼葱种质距其他种质资源间亲缘关系最远，且结合品质性状主成分分析PC1、PC2 得分图可得，这两个地区的楼葱品质较高于其它地区品种得楼葱，与吴庆等[8]研究结果相符，同时本研究结合了数量性状与品质性状说明在选育高品质楼葱时应选择假茎直径、出叶孔间距、单株质量较高的单株和株系。研究结果对楼葱育种开发提供数据支持，不仅为探究楼葱的遗传多样性提供了理论依据，还有利于楼葱的功能性研究及市场开发。但本研究涉及品种及品质指标较少，为了使楼葱的综合评价体系更完善，后期可增加对楼葱的品种与品质指标的测定。