186份韭菜种质农艺性状遗传多样性分析

李艺潇，吴迪，马培芳，3，李纪军，3，陈建华，3

（1.平顶山市农业科学院，河南 平顶山 467001；2.河南省韭菜工程技术中心，河南 平顶山 467001；3.平顶山市园艺协会，河南 平顶山 467001）

韭菜（Allium tuberosum）为石蒜科（Amaryllidaceae）葱属（Allium）多年生蔬菜，原产中国，在中国拥有悠久的栽培历史［1］。其含有丰富的胡萝卜素、维生素C、纤维素和各类微量元素，主要以鲜韭、韭黄和韭薹供应市场，也可将韭花、韭籽进行深加工，以调味料或保健品的形式供应市场［2］。韭菜性喜冷凉气候，喜水怕涝，耐旱，适宜在中等光照强度下生长。目前，韭菜栽培面积在我国各类蔬菜中位列16，各省均有种植，全国常年种植面积有36.7万～40.0万公顷。较大的韭菜产区主要集中在山东、河南、河北、辽宁等省。

我国为韭菜的起源中心，拥有丰富的地方韭菜品种资源以及各种野生韭菜资源，早在20世纪80年代，国家蔬菜种质资源中期库就已进行全国韭菜资源的收集及保护工作，并从各地收集各类韭菜种质材料270份［3］。河南省平顶山市农业科学院也较早开展了韭菜种质资源的收集及鉴定工作，如王贞等［4］对174份韭菜种质材料进行了表型性状鉴定，并以此为基础构建了包含69份核心种质的初级核心库；张明［5］、刘宏敏［6］等应用ISSR分子标记技术建立了韭菜种质资源DNA指纹库，并对其遗传多样性进行了分析与评价。

聚类分析及主成分分析是种质资源研究常用的方法，目前已在白菜、辣椒、番茄等蔬菜作物中应用［7-9］。本研究在前人研究的基础上，对186份韭菜种质材料的11个主要农艺性状进行调查，并进行聚类分析及主成分分析，以期对我国现存韭菜种质资源有初步了解及认识，并为未来韭菜育种工作打下基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的186份韭菜种质挑选自河南省平顶山市农业科学院长期收集保存的360份韭菜种质，其来源见表1。

表1 186份韭菜种质的来源

1.2 试验设计及性状调查

供试材料于2016年秋季定植于平顶山市农业科学院现代农业研发基地，每份材料种植4行，每行3 m，行距35 cm，株距5 cm，常规田间管理。

田间数据调查参照《韭菜种质资源描述规范和数据标准》［10］进行。2017年4月，待商品性状成熟时，每份材料选取20株，调查数量性状株高、假茎长、假茎粗、叶宽、单株叶片数、单株重以及质量性状叶色、叶态、假茎颜色和假茎横切面形状。2017年12月调查各种质材料的休眠特性。

为方便统计分析，使用阿拉伯数字对质量性状进行分级赋值。叶色：1＝绿色，2＝深绿色，3＝灰绿色；叶态：1＝向上，2＝斜生；休眠性：1＝休眠，2＝半休眠，3＝不休眠；假茎颜色：1＝白绿，2＝绿，3＝红，4＝紫红；假茎横切面形状：1＝扁，2＝扁圆。

1.3 数据标准化处理及统计分析

使用Microsoft Excel及SPSS 19.0进行数据统计分析。遗传多样性指数计算采用Shannon-Weaver信息指数，计算公式：H′＝-∑PilnPi（i＝1，2，…，n）。式中：Pi为某性状第i个级别出现的概率［11］。为了便于进行统计分析，将数量性状进行10个等级的划分，1级≤X-2σ，10级＞X+2σ，每0.5σ为1级，σ为标准差，X为平均值［12，13］。根据数量性状分级和质量性状的赋值，使用Microsoft Excel软件根据公式计算出遗传多样性指数。使用SPSS 19.0软件进行主成分分析及聚类分析。将调查数据作标准正态变换（Z得分），聚类方法采用组内连接法，以欧氏距离绘制聚类树状图［14］。

2 结果与分析

2.1 供试韭菜种质表型性状的多样性分析

由表2可知，供试种质的6个数量性状变异系数在8.15% ～23.52%之间，遗传多样性指数在1.985～2.097之间。其中变异系数最高的为单株重，达到了23.52%；其次为假茎长，为22.03%；叶宽和假茎粗分别为13.05%和12.82%；株高的变异系数和遗传多样性指数均最低。除株高外，其余性状的遗传多样性指数均位于2.0～2.1之间，相差不大。

表2 供试韭菜种质的数量性状遗传多样性分析

通过对供试种质的质量性状进行分析可知（表3），5个质量性状的变异系数差异较大，其中假茎横切面形状的变异系数最小，为27.94%；假茎颜色的变异系数最高，达到了64.22%。质量性状的遗传多样性指数均较低，除休眠性的遗传多性指数大于1以外，其余性状皆小于1，其中，假茎横切面形状的遗传多样性指数最小，为0.629。

综上可知，供试韭菜种质的数量性状与质量性状在遗传多样性指数和变异系数方面存在差异，数量性状拥有更丰富的遗传多样性，而质量性状变异范围更大。这对于韭菜新品种的选育具有积极意义。

2.2 供试韭菜种质农艺性状的聚类分析

通过聚类分析，在欧氏距离为21处将186份韭菜种质聚为四大类群（图1），各类群的性状特征见表4。

表3 供试韭菜种质的质量性状遗传多样性分析

第Ⅰ类群包含了参试的大多数种质材料，共155份。该类群叶色主要以绿色为主，深绿次之；叶态以向上为主，斜生次之；休眠特性以半休眠为主，休眠次之；假茎多为扁圆形，白绿色。株高、假茎长、叶宽、假茎粗和单株重在四个类群中都排名第二，但单株叶片数在四个类群中最少，单株叶片数平均为4.93片。该类型可用于选育高产、适宜密植和温室越冬生产的宽叶韭菜新品种。

第Ⅱ类群包含10份种质材料，从质量性状看该类群叶色以绿色为主，叶态直立向上，各休眠类型均有分布，假茎颜色以红色和紫红色为主，假茎横切面形状扁圆形和扁形均有分布。从数量性状来看，该类群无论株高、假茎长、假茎粗还是单株重在四个类群中都位列第一，单株重达到12.70 g。该类群属于高产种质资源，可用于选育高产、适于密植及机械化收割的红根韭菜新品种。

第Ⅲ类群包含5份种质材料，主要为地方农家韭和野生韭。该类群以绿色、叶态向下披展类型为主，各种休眠特性均有分布，假茎以扁圆形、白绿色和绿色为主。株高较矮，假茎长在四个类型中最小，叶窄，假茎粗及单株重中等，但单株叶片数最多，达到6.30片。该类群丰产性较差，但多为农家品种，可作为韭菜品种改良材料进一步利用。

第Ⅳ类群包含16份种质材料，从质量性状来看，该类群叶色主要以深绿色为主，灰绿色次之；叶态主要为直立形和披展形；休眠特性以休眠为主，半休眠特性种质资源数量次之；假茎以白绿色扁圆形为主。从数量性状来看，该类群株高、叶宽、假茎粗、单株重在四个类群中均为最低，假茎长及单株叶片数分别为4.92 cm和5.01片。该类群株矮，叶窄，叶色深绿，可用于筛选特异种质材料。

图1 供试186份韭菜种质基于农艺性状数据的聚类结果

表4 各类群韭菜种质的农艺性状特征

2.3 供试韭菜种质主要农艺性状的主成分分析

对186份韭菜种质的11个性状进行主成分提取，结果（表5）显示可提取到3个主成分，其累计贡献率为64.141%。

第一主成分特征值为3.650，贡献率为33.186%。根据特征向量可知，其主要指标为单株重、株高、叶宽、假茎长和假茎粗，其中单株重的特征向量最大，为0.855。此类指标主要为韭菜营养器官测量值，营养器官的大小直接与韭菜的单株重及产量相关，单株重越高对丰产越有利。第二主成分特征值为1.971，贡献率为17.920%。在第二主成分特征向量中符号为正且较高的为叶色、叶态，分别为0.713和0.605，此类型指标主要反映了韭菜的外形指标。第三主成分特征值为1.434，贡献率为13.035%，主要反映单株叶片数，通过特征向量值可以看出随着叶片数的增加，株高与假茎长将会下降，因此在丰产类型的韭菜选育中叶片数的选择要适中。综合上述结果，在提取到的三个主成分中，第一主成分的贡献率最高，因此在丰产育种中，第一主成分越大越好。

表5 供试韭菜种质主要农艺性状的主成分分析

3 讨论与结论

遗传多样性是物种发展、进化的前提，而种质资源遗传多样性的评价与分析则是资源创新与品种选育的物质基础。相较于分子标记，利用表型性状对种质资源进行评价与鉴定更为直观、简便。目前，该方法已被广泛应用到各类作物种质资源的研究中［15-17］。前人已利用分子标记技术对韭菜种质资源进行了遗传分析，但其分析结果侧重于对韭菜资源间亲缘关系远近的讨论，而本研究则根据表型性状对国内现存种质资源进行聚类，并对各类韭菜资源进行梳理，同时也对各类群韭菜种质的农艺性状特点进行总结，以达到指导育种的目的。

本研究对186份韭菜种质资源的11个农艺性状进行了多样性分析，结果表明，韭菜主要农艺性状存在不同程度的变异和广泛的遗传多样性，其变异系数分布在8.15% ～64.22%之间，遗传多样性指数分布于0.629～2.097之间。其中，遗传多样性指数最高的为单株重，且衡量植株营养体大小的形态指标遗传多样性指数均在2.0左右。说明现存韭菜种质资源在产量提高方面具有较大潜力，并可利用现有种质进行新种质的创制，尤其应重视农家品种及野生品种的改良，发掘抗逆性优良的韭菜新品种。

本研究采用组间连接法对186份韭菜种质的11个性状进行聚类分析，在遗传距离21处将其分为四大类群。其中，第Ⅰ类群包含了参试的大多数种质，占总参试资源的83.3%。第Ⅱ类群属于高产种质资源，可用于选育高产、适用于密植及机械化收割的红根韭菜新品种。第Ⅲ类群主要为地方农家韭和野生韭，可作为品种改良材料，进一步发掘拥有优良抗逆性或风味浓郁的韭菜新品种。第Ⅳ类群为矮形、窄叶、叶色深绿韭菜，可用于筛选特异种质资源。通过聚类结果可以看出，目前所保存韭菜资源多为直立、叶片宽大类型，这也与近几十年韭菜追求高产的目标相契合。但近年间品质育种已成为蔬菜育种的新方向，因此，在韭菜资源的收集利用及鉴定上也应注重风味品质研究，以期发现更多特异资源，丰富韭菜产品市场。

主成分分析可将作物的多个主要农艺指标转化为较少的几个指标，转化过后的新指标能够综合反映原始指标的大部分信息，这些新指标称之为原指标的主成分［18，19］。主成分分析结果表明，前三个主成分反映了11个性状的主要信息，其累积贡献率达到了64.141%。在提取到的三个主成分中，第一主成分的贡献率最高，所包含指标主要为韭菜营养器官测量值，营养器官的大小直接与韭菜的单株重及产量相关，单株重越高对丰产越有利。因此在丰产育种中，第一主成分越大越好。

目前，对于韭菜种质资源的收集研究多集中于栽培品种，对于野生韭菜资源的研究还停留在调查阶段。殷学贵［20］、马甲强［21］等的调查表明在我国西北、西南地区存在多种野生韭菜种质资源，但对其的收集保护和研究利用却有所欠缺。因此，在韭菜种质资源研究中应重视对野生韭菜资源的收集及驯化，利用野生类型的优异抗性基因，加快新型韭菜品种的创制进程。