冀西北环境下青花菜品种表型性状综合评价

申领艳， 康少辉， 闫凤岐， 陈宝刚， 苏浴源， 栗淑芳

(1.张家口市农业科学院， 河北 张家口 075000；2.张家口市乡村振兴促进中心， 河北 张家口 075000)

青花菜(BrassicaoleraceaL. var. italica Plenck)又名绿菜花、木立花椰菜、西兰花、绿花椰菜等，属于十字花科芸薹属。青花菜营养丰富，富含抗癌物质，可预防心脑血管病和白血病[1-6]，是绿色保健蔬菜[7]。目前我国的种植面积和总需求量呈逐年增加的趋势，在我国北方地区的种植面积不断扩大，尤其张家口地区种植面积已超7 000 hm2，主要供给北京及其周边地区。另外，青花菜还是张家口地区出口创汇的主要蔬菜之一，成为当地的支柱产业。

对青花菜材料表型性状的综合评价，是杂种优势育种的参考指标之一，既能提高利用率，又能加快育种进程。目前，关于青花菜表型性状研究中，唐征等[8]对不同播期对农艺性状的变化进行研究，结果表明，播期的延迟，可导致株高、花球品质等性状变差。陆信娟等[9]对青花菜的21个农艺性状进行评价和相关分析，结果表明，23对性状之间相关性达到显著水平，14对性状之间相关性达到极显著水平。朱长志等[10]对青花菜的16个农艺性状进行综合评价，结果表明，各性状间存在较高相关性，主成分分析中，前6个主成分累积贡献率为73.10%。郭军等[11]指出，播种密度对农艺性状无显著相关关系；崔丽红[12]发现，青花菜花球茎直径与花球质量呈显著相关，叶面积指数、花球直径与花球质量呈极显著相关。这些研究结果为探寻评价青花菜育种材料的综合指标提供了参考。

冀西北地区因海拔不同，呈现出不同的气候梯度和立体气候特点。其中，海拔800 m左右，年平均气温3.2 ℃，夏季高温月份7月的平均气温为17～25 ℃，且昼夜温差大。表型性状是微效多基因型与所处的生长环境因素互作后的结果，在冀西北特殊的高寒环境条件下，对青花菜表型数据进行综合评价的研究尚未见报道。本研究运用聚类分析、相关性和主成分分析，对86份青花菜材料20个重要表型性状进行考察，明确青花菜所处的生长环境因素对各性状及性状之间的影响，以期揭示各表型性状间的相关性与特征规律，为加快育种进程，提高育种效率，进行种质资源改良和创新，以及为选育出适合市场的新品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年在河北省张家口市农业科学院坝上试验基地(张北县喜顺沟)进行，试验地前茬作物一致，土壤及肥力均匀。供试青花菜材料86份(详见表1)，于2020年4月30日穴盘育苗，6月5日定植于试验田中，起垄种植，采用垄上覆膜，膜下滴灌，垄宽0.6 m，垄高0.1 m，垄沟宽0.5 m，长5 m，小区面积11 m2，每垄定植2行，株距0.5 m。

表1 86份青花菜材料

1.2 测量方法和项目

测量按照《花椰菜和青花菜种质材料描述规范和数据标准》[13]对各性状进行观察和数据采集。在青花菜成熟期，从各小区随机选取5株进行性状调查。调查的主要性状有20项，其中包括8个质量性状和12个数量性状。8个质量性状(叶色、叶缘、叶面、叶尖形状、花球色、花蕾大小、花球紧实度、花球内小叶)；12个数量性状即生育期(X1)、株高(X2)、株幅(X3)、外叶数(X4)、分枝数(X5)、花球纵径(X6)、花球横径(X7)、叶长(X8)、叶宽(X9)、花球主茎高(X10)、花球主茎横径(X11)、单球重(X12)。

1.3 数据统计和分析

对各性状调查的原始数据，采用Excel、DPS软件和NTSYS-pc 2.11软件进行分析。用Excel软件整理计算数量性状的最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数；用DPS软件进行相关性分析、主成分分析；用NTSYS-pc 2.11软件进行农艺性状聚类分析[14-15]。

2 结果与分析

2.1 青花菜性状变异分析

86份青花菜的12个数量性状的基本统计量见表2。各性状变异系数从大到小依次为：分枝数、花球主茎高、外叶数、单球重、株高、花球高、叶长、花球主茎横径、生育期、叶宽、开展度、花球横径。分枝数的变异系数最大，为117.8%；其次花球主茎高变异系数为25.43%；外叶数、单球重、株高、花球高、叶长、花球主茎横径、生育期、叶宽8等个性状变异系数在10%～20%之间；开展度、花球横径等6个性状变异系数在5%～10%之间。分枝数的变异丰富，说明改良和选择范围潜力大。开展度和花球横径变异系数小，其中花球横径在13～14 cm范围是采收的标准，故变异系数小。

表2 青花菜品种12个数量性状变异结果

2.2 青花菜表型性状的聚类分析

以生育期、株高、开展度、外叶数、分枝数、花球高、花球横径、叶长、叶宽、花球主茎高、花球主茎横径、单球重等12个数量性状，进行标准化处理，同时加入叶色、叶缘、叶面、叶尖形状、花球色、花蕾大小、花球紧实度、花球内小叶等8个质量性状指标，质量性状予以赋值。采用UPGMA法，对86个青花菜品种进行聚类分析，建立品种聚类树状图(见图1)，多数品种间的相似性比较高，在相似性系数0.83处可以分为六类。各类群种质表型性状的均值如表3所示。

图1 基于20个表型性状的青花菜材料聚类分析

表3 各类群青花菜数量性状的平均值

第Ⅰ类群包含23份青花菜材料，占材料总数的26.74%。该类群特征为叶色：除15号和44号品种叶色浅灰绿，其他材料呈灰绿。叶面：叶面皱缩包含5份材料，叶面平滑18份材料。叶尖形状：除54号外，其他品种均呈圆形。花球色：浅灰绿15份，8份灰绿。蕾大小：除15号为中蕾外，其他材料呈小蕾。4份材料花球内小叶。生育期较短，为60.14 d，株高适中，单球重最重。这一类群具有高产潜力，综合性状较好。

第Ⅱ类包含42份青花菜材料，占材料总数的48.84%。该类群特征为叶色：浅灰绿包含10份材料，灰绿32份材料。叶面：叶面皱缩8份材料，叶面平滑34份材料。叶尖形状：除61号和75号呈钝尖外，其他品种均呈圆形。花球色：除8号，38号和39号呈浅灰绿外，其他品种均呈灰绿。蕾大小：大蕾1份材料，中蕾34份材料，小蕾7份材料。6份材料花球内小叶。株高适中、外叶数最多，开展度大，单球重较佳。综合性状较好。

第Ⅲ类包含4份青花菜材料，占材料总数的4.65%。该类群特征为叶色：仅45号呈浅灰绿，其他材料呈灰绿。叶面均呈平滑。叶尖形状均呈圆形。花球色：除10号呈浅灰绿外，其他材料均呈灰绿。蕾大小：除43号呈小蕾，其他材料呈中蕾。10号材料花球松散，其他材料花球松紧适中。45号材料花球内小叶。生育期最短为57.25 d，开展度最小为68.15，分枝数较多，外叶较短。综合性状一般。

第Ⅳ类包含10份青花菜材料，占材料总数的11.63%。该类群特征为叶色均呈灰绿，叶面：叶面皱缩4份材料，叶面平滑6份材料。叶尖形状均呈圆形。花球色均呈浅灰绿。蕾大小均为中蕾。13号材料花球松散，65号材料花球紧实，其他材料花球松紧适中。12号材料花球内小叶。株高矮、外叶最短，开展度小，中心柱较低，叶面积小，单球重较轻，综合性状一般。

第Ⅴ类包含6份青花菜材料，占材料总数的6.98%。该类群特征为除19号和79号叶色呈灰绿，叶面皱缩外，其他品种叶色呈浅灰绿，叶面平滑。叶尖形状呈圆形。花球色：除62号浅灰绿外，其他品种均呈灰绿。蕾大小：除47号大蕾外，其他品种为中蕾。花球松散。株高适中、外叶数最少，花球高较大，花球主茎横径较宽。综合性状一般。

第Ⅵ类包含1份青花菜材料，占材料总数的1.16%。该类群特征为叶色呈浅灰绿，叶缘呈锯齿，叶面平滑，叶尖形状呈钝尖，花球色呈灰绿，大蕾，花球松散。株高最高、外叶数最多，分枝数最多，开展度大，花球横径大，单球重低。综合性状最差。

2.3 青花菜性状相关性分析

数量性状相关性是作物资源研究和利用的重要内容，也是组配杂交组合过程中所要考虑的重要因素[16]。从表4可知，各性状均至少与2个其他性状呈显著或极显著相关。其中单株重与株高(0.25*)、开展度(0.25*)、花球高(0.28**)、叶长(0.42**)、叶宽(0.52**)、花球主茎高(0.23*)达极显著或显著水平，说明植株高大，生长旺盛、花球越高，且单株重就越高；生育期与株高(0.22*)和叶宽(-0.30**)达极显著或显著相关，说明株高越高和叶宽较窄，其生育期长；株高与开展度(0.55**)、外叶数(0.38**)、花球(0.26*)、横径叶长(0.85**)、叶宽(0.30**)和花球主茎高(0.27*)达极显著或显著相关，说明营养生长和生殖生长越旺盛，株高越高；开展度与叶长(0.67**)和叶宽(0.36**)极显著相关，说明叶面积大，其开展度越大；外叶数与分枝数(0.35**)、花球高(-0.32**)、花球横径(0.43**)、叶长(0.30**)和花球主茎横径(-0.28**)达极显著相关，说明分枝数越多，花球横径和叶长越大，花球主茎横径越宽，花球高较低，其外叶数越多；分枝数与花球横径(0.39**)、花球主茎高(0、0.32**)和花球主茎横径(-0.25*)达极显著或显著相关，说明分枝数与生殖生长关系密切，花球横径和花球主茎高的值越大，花球主茎横径越小，其分枝数越多；花球高与花球主茎高(0.31**)达极显著相关，说明花球主茎越高，其花球越高；花球横径与花球主茎高(0.41**)和花球主茎横径(-0.24*)达极显著或显著相关，说明花球主茎越高，花球主茎横径越小，其花球横径越大；叶长与叶宽(0.54**)达极显著相关，说明叶宽越宽，其叶长越长。

表4 青花菜品种12个数量性状相关分析

2.4 青花菜性状主成分分析

对数量性状进行主成分分析(表5)，可见信息主要集中在前5个主成分中，其累计贡献率达77.13%，说明已覆盖数量性状的主要信息。其主成分1的贡献率最大，为26.89%，主成分2的贡献率次之，为18.14%，主成分3、4、5的贡献率分别为14.42%、10.9%和6.78%。

表5 青花菜品种12个数量性状的主成分分析

在第1主成分的特征向量中，叶长、株高、开展度、叶宽、单球重载荷绝对值较高，其特征向量值分别为0.51、0.47、0.37、0.35和0.30。说明株高越高，叶片大而壮，开展度越大，单球重越重，产量就越高。此类性状均与产量性状直接相关，可认为是产量因子。

在第2主成分的特征向量中，分枝数、外叶数、花球横径、花球主茎横径载荷绝对值较高且向量为正，其特征向量值分别为0.50、0.43、0.43和0.26。花球主茎高和单球重值较高且向量为负，其特征向量值分别为-0.39、-0.25。向量为正和负的这2类性状呈负相关，说明中心柱越小，单球重越小，花球主茎横径越大，花球横径越大，外叶数越多，其分枝数越多。此类性状均与分枝数有关，可认为是分枝数因子。

在第3主成分的特征向量中，花球高、单球重和花球主茎高载荷绝对值较高且向量为正，特征向量值分别为0.51、0.36和0.33，向量为负的是生育期和外叶数，特征向量值分别为-0.48和-0.31，前3个性状与后2个性状呈负相关，说明生育期越短，外叶少，中心柱越高，单球越重，花球越高，可认为是花球高因子。

第4主成分的特征向量中，以生育期贡献最大，其次是叶宽(为负值)、花球高、花球主茎横径，因此可认为是生育期因子。在第5主成分的特征向量中，以花球主茎横径、花球横径、花球高(为负值)、花球主茎高，因此可认为是花球主茎横径因子。

3 结论与讨论

对青花菜进行形态学描述和鉴定是评价种质资源最直观、简便、快速、经济的有效方法，同时是筛选优良品种的一个重要手段。表型性状是基因型与其所处生长环境因素互作后的结果，明确青花菜所处的生长环境因素对各性状的及性状之间的影响，将有助于在育种过程中对性状进行选择，可提高选择效率。尤其对材料群体数量较大时，可用表型性状进行初步解析，陈越等[17]采用变异系数、聚类分析和主成分分析等方法，对881份水稻种质12个农艺性状进行综合评价；潘存祥等[18]采用变异系数和聚类分析等方法，对国内外783份西瓜种质资源24个农艺性状进行了遗传多样性研究。基于聚类分析、相关性和主成分的研究方法已成功应用于多种作物资源分类和育种研究[19-21]，对于作物资源利用和品种选育起到了较好的指导作用，但在青花菜研究上应用较少。在本研究中86份青花菜材料数量性状的变异系数差异较远，尤其分枝数的变异系数最大(117.8%)，花球横径变异系数最小(7.05%)，这与朱长志等[10]的研究结果一致。

通过对青花菜20个表型性状聚类分析，明确了86份青花菜材料类型，但未能把地理来源不一致的青花菜材料区分开，与王岚等[22]、朱长志等[10]研究结果一致。Tyler等[23]研究指出，导致聚类结果与地理来源相关不明显的原因，是因微效多基因控制表型性状，它极易受生态环境条件的影响，导致地理来源相同的材料，在不同的生态环境条件下具有丰富的表型变异。

利用相关性分析12个数量性状中株高、开展度、叶长、叶宽4个性状间具有较高的相关性，与陆信娟等[9]，朱长志等[10]的研究结果相同。单球重与株高、开展度、叶长、叶宽、花球高、花球主茎高达到显著和极显著相关，与朱长志等[10]、崔丽红等[12]的研究结果一致，但单球重与生育期、侧枝数、茎径、球横径未达到显著和极显著相关，这与他们的研究结果有所不同，这可能因试验材料、所测的性状项目和地域环境不同等有关。

利用主成分分析将86份青花菜材料12个数量性状归为5个主成分，即产量因子、分枝数因子、花球高因子、生育期因子、花球主茎横径因子，它们对综合表现的累计贡献率达到77.13%。主成分1～主成分4，贡献率依次减小，说明对品种农艺综合表现的影响依次减小。因此，在生产实践中，应首先注重对贡献率大的主成分因子的改良，即青花菜综合农艺表现的遗传改良工作的重点应放在对产量及分枝数性状的改良上。

本试验在冀西北高寒生态环境下，对青花菜的多个农艺性状进行了统计，变异系数为7.04%～117.8%。聚类分析将86份材料8个质量性状和12个数量性状划分为六类群，第Ⅰ类群和第Ⅱ类群综合性状较好。第Ⅲ类群、第Ⅳ类和第Ⅴ类群综合性状一般，第Ⅵ类群综合性状最差。相关性分析了12个数量性状中，株高、开展度、叶长、叶宽4个性状间具有较高的相关性，单球重与株高、开展度、叶长、叶宽、花球高、花球主茎高达到显著和极显著相关。通过主成分分析将12个数量性状归为5个主成分，即产量因子、分枝数因子、花球高因子、花球主茎横径因子，它们对综合表现的累计贡献率达77.13%。本试验的分析结果可以为青花菜育种工作中目标性状的选择提供参考依据，从而加大青花菜优良品种的选择力度，提高选择的效率。