花生种质资源品质性状的分析与评价

饶庆琳，姜 敏， 胡廷会， 成良强， 吕建伟， 王 军

(贵州省农业科学院 油料研究所，贵州 贵阳 550006)

0 引言

【研究意义】花生又称落花生(ArachishypogaeaLinn.)，系蔷薇目豆科1年生草本植物。其籽粒富含蛋白质和脂肪等营养物质，在油料作物中占有极其重要的地位[1]。目前世界上有100余个国家种植花生，各大洲均有分布[2]。中国的花生年产量占世界花生年总产量40%以上[3]。据FAO数据显示，作为世界花生种植第一大国，2017年中国花生种植面积达462.79万hm2，产量达1 715万t[4]。我国各地均有种植花生，但主要分布在长江流域、黄河流域及华南等地[5]。花生遗传育种研究最基础的材料就是种质资源，分析、评价不同来源花生种质资源的品质性状差异，筛选优异种质资源，对花生品种改良、新品种选育及生物技术研究等具有重要意义。【前人研究进展】近年来，许多作物领域先后对作物种质资源品质性状进行分析与评价，如油菜、小麦、大豆、玉米及蝴蝶兰等均有相关报道[6-10]。在花生方面，大部分报道集中在农艺性状方面，而在品质性状的分析与评价方面相关文献报道则相对较少。陈雷等[11]运用DPS对17个花生材料的农艺性状进行相关及聚类分析与选择评价。牟书靓等[12]对108份花生种质资源的13个主要农艺性状通过主成分分析法和聚类分析进行评价，最终选择8个差异水平显著的性状进行分析。饶庆琳等[13]采用DPS对498份种质资源农艺性状进行表型鉴定及综合评价。徐杨玉等[14]利用近红外光谱分析技术对100个南方花生区试品种21个品质性状进行研究，通过主成分分析将其品质性状综合为3个主成分进行表达。刘卫星等[15]对24个花生品种的产量与品质性状进行主成分分析发现，在不同的生态环境中，当单株饱果数的变异系数最大时产量性状最好；当油酸亚油酸比值的变异系数最大时品质性状最好。【研究切入点】与前人的研究相比，研究将农艺性状与品质性状同时进行分析，能更进一步体现分析的可靠性。【拟解决的关键问题】通过近红外光谱分析仪测定结合相关性分析、主成分分析和聚类分析法，对不同来源的46份花生种质资源籽粒的水分、油脂、蛋白质、芥酸、油酸、亚油酸及亚麻酸等35个品质性状进行测定分析，探明不同种质间品质性状的差异，以期为花生种质资源的利用和品质创新育种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试花生种质资源材料共计46份(表1)，均由贵州省农业科学院油料研究所提供。

表1 供试材料的基本信息

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 所有种质资源材料于2017—2019年在贵州省农业科学院试验基地进行，试验按种质资源编号依次播种，行长2.5 m，行距40 cm，每行13穴，每穴3粒种子，每个材料种植5行，不设重复，基肥施三元复合肥25 kg/667m2，中耕除草2次，采用常规大田管理。成熟后收获种子，农艺性状参考姜慧芳等[16]标准进行，品质特征在种子收获后6个月内利用近红外光谱分析仪测定，主要包含花生籽粒中水分、油脂、蛋白质、芥酸、棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、十二碳烯酸甲酯、山嵛酸、木焦油酸、十七烷酸甲酯、蔗糖、T糖、果糖、油亚比等品质性状指标。该研究的数据为近红外光谱分析仪所测各年数据的平均值。

1.2.2 分析方法 对46份花生种质资源的水分、总糖、油脂、花生酸及硬脂酸等35个品质性状检测结果进行变异性、相关性、主成分及系统聚类分析。

1.3 数据统计与分析

数据采用Excel 2010，SPSS 17.0及DPS 21进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 花生种质资源品质性状的变异性

从表2看出，46份花生种质资源籽粒的35个品质性状存在差异。花生籽粒蛋白质含量和油亚比为21.620%～29.090%和0.867%～1.814%，平均含量为25.603%和1.183%，变异系数为6.444%和18.054%。花生籽粒中脂肪酸的组成有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，其中饱和脂肪酸棕榈酸含量为9.690%～12.840%，平均含量为11.671%，变异系数为5.580%；不饱和脂肪酸油酸和亚油酸含量为35.580%～51.390%和27.950%～41.100%，平均含量为41.268%和35.383%，变异系数为8.707%和8.126%。主茎高和第一侧枝长分别为19.000～48.000 cm和29.200～52.200 cm，平均为35.401 cm和52.200 cm，变异系数为17.696%和14.695%。百果重和百仁重分别为118.300～267.100 g和40.000～105.500 g，平均分别为166.602 g和64.733 g，变异系数为17.105%和17.628%。

表2 花生种质资源品质性状的指标值及变异系数

总体看，花生种质资源的35个品质性状表现出不同的变异程度，变异系数在1.236%～39.157%，为总糖<油脂<花生酸<硬脂酸<出仁率<棕榈酸<水分<木焦油酸<蛋白质<十七烷酸甲酯<亚油酸<油酸<山嵛酸<果糖<亚麻酸<十二碳烯酸甲酯<棕榈油酸<果壳率<第一侧枝长<蔗糖<500 g果数<百果重<单果重<百仁重<主茎高<油亚比<果壳重<百果仁重<结果枝数<干果重<单株生产力<总分枝数<鲜果重<单株结果数<芥酸，说明供试花生种质中总糖、油脂、花生酸、硬脂酸及出仁粒等指标差异不大，而芥酸、单株结果数鲜果重及总分枝数等指标在不同种质资源中变幅较大。

2.2 花生种质资源品质性状间的相关性

相关性分析表明，蛋白质与亚油酸(r=0.461**)呈极显著正相关，与油酸(r=-0.440**)、油亚比(r=-0.437**)呈极显著负相关；棕榈酸与亚油酸(r=0.383**)、主茎高(r=0.456**)、第一侧枝长(r=0.427**)呈极显著正相关，与百果重(r=-0.342*)、百仁重(r=-0.327*)呈显著负相关，与油酸(r=-0.533**)、油亚比(r=-0.501**)呈极显著负相关；棕榈油酸与主茎高(r=0.594**)、第一侧枝长(r=0.614**)呈极显著正相关，与亚油酸(r=-0.366*)呈显著负相关；主茎高与第一侧枝长(r=0.923**)呈极显著正相关，与百仁重(r=-0.339*)呈显著负相关，与百果重(r=-0.403**)呈极显著负相关；第一侧枝长与百果重(r=-0.461**)、单果重(r=-0.461**)、百仁重(r=-0.394**)呈极显著负相关；百果重与百仁重(r=0.969**)呈极显著正相关。可见，品质性状与产量性状呈正相关性或负相关性，在对花生进行评价时，应综合考虑各方面的性状指标，为花生遗传育种提供最基础的资料。

2.3 花生种质资源品质性状聚类

从图1看出，通过对46份花生种质资源的35个品质性状检测结果进行标准化转化后进行系统聚类，结果聚为2大类4个小组，其中，在欧氏距离5.80处可将46份不同的花生种质资源分为2个大类，在欧氏距离4.00处，可将46份材料分为4个小组。第1类，包含19025(H15034)、19026(H15035)及19027(H15036)等共24份资源，其特点是山嵛酸、木焦油酸、蔗糖、果糖、主茎高、第一侧枝长、总分枝数、结果枝数、单株结果数、鲜果重、500g果数及果壳率偏高，其他品质性状表现偏低；第2类，包含19036(H15049)、19064(H15079)及19129(60702)等共22份资源，其特点是水分、油脂、棕榈酸、油脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、总糖、油亚比、干果重及单株生产力等品质性状偏高，果壳率最低。

图1 花生种质资源品质性状的聚类

2.4 花生种质资源品质性状的主成分分析

从表3可知，前4个主成分的累计贡献率为97.568%，说明其包含了品质性状中的大部分信息。其中第1主成分特征值为8.170，贡献率为23.342%，百果重、单果重、百果仁重贡献值最大，特征向量均为0.326，可视为花生荚果产量因子；第2主成分特征值为4.680，贡献率为13.371%，鲜果重、干果重、单株生产力的贡献值最大，特征向量分别是0.372、0.366、0.288，可视为花生鲜果产量因子；第3主成分的特征值1.774，贡献率为5.070%，总分枝数、结果枝数、十七烷酸甲酯的贡献最大，特征向量分别是0.506、0.489、0.324，可视为花生分枝因子；第4主成分的特征值为0.238，贡献率为0.680%，其中水分、第一侧枝长、总分枝数贡献率最大，特征向量分别是0.359、0.341、0.256，可视为花生水分因子。

表3 花生种质资源品质性状的主成分分析

3 讨论

目前，关于作物种质资源农艺性状和品质性状的研究，大部分采用的是相关分析、主成分分析和聚类分析方法进行分析和评价。研究结果表明，46份花生种质资源的35个品质性状表现出不同的变异程度，变异系数在1.236%～39.157%。孙铭等[17]研究认为，变异系数大于10%则表示样本间差异较大。该研究共有23个品质性状的变异系数大于10%，表明花生样本间品质指标存在较大差异，即说明此次供试的材料存在遗传多样性，也从侧面突显出花生的性状变异较为丰富，类型广泛，具有很好的利用前景。

相关性分析表明，水分、油脂、蛋白质、芥酸、棕榈酸、油亚比、油酸、亚油酸、主茎高、第一侧枝长及百果重等表现出极显著相关性。佟仕俭等[18]通过对44份花生资源研究得出，棕榈酸与油亚比、油酸与油亚比、亚油酸与油亚比呈极显著关系。迟晓元等[19]通过对花生突变体研究发现，油酸与亚油酸呈极显著负相关关系。孙泓希等[20]通过对东北地区花生研究发现，主茎高与第一侧枝长、百果重与百仁重等存在极显著相关关系。均与该研究部分结果表现一致。从相关性分析结果看出，不同花生种质资源的33个品质性状间存在较大的相关性，关联程度较高，说明，此33个性状可能存在一定程度的相互影响，因此在今后的品种选育工作中要注重各项指标的综合考虑[21]，避免因某一个指标的缺失影响到后面的育种工作。

主成分分析将35个主要品质性状综合为4个主成分，分别为花生荚果产量因子、花生鲜果产量因子、花生分枝因子和花生水分因子，4个主成分因子包含了花生种植资源98.568%的信息。

系统聚类结果显示，在欧氏距离5.80时，供试材料划分为2大类，第1大类包含24份资源，第2大类包含22份资源；在欧氏距离4.00处，可将供试材料分为4个小组，相似性系数在4.00～4.650，说明参试品种间差异明显，很大程度上丰富了花生种质资源的遗传多样性。其中，第1大类中筛选到蔗糖含量较高的品种1个，为19032(H15043)，该品种可以从鲜食花生方向挖掘；从第2大类中发现油酸含量较高的品种3个，分别为19129(60702)、19170(88-1808)及19173(R-5)，高油酸品种是与人类健康相关的理想特征[20]，因此，此3个品种可以向高油酸品种方向改良；高产方面，筛选到19435(豫花10号)、19036(H15049)、19192(泉花6号)、19199(粤油551)、19227(桂花26)及19035(H15048)共6个值得继续研究的材料，在今后的育种工作中，可以作为优良种质资源继续应用。

4 结论

作物育种中种质资源是重要基础性材料。在我国花生种质资源虽然比较广泛，但是在长期的定向选择育种过程中，花生栽培品种的遗传背景变得日益狭窄。通过变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析等进行综合评价发现，46份不同花生种质资源的35个品质性状表现出不同的变异程度，变异系数在1.236%～39.157%，其中有23个品质性状的变异系数>10%，说明，46份材料存在遗传多样性，其性状变异较为丰富，具有很好的利用前景。其水分、油脂、蛋白质、芥酸、棕榈酸、油亚比、油酸、亚油酸、主茎高、第一侧枝长及百果重等性状间存在极显著相关性。35个品质性状可综合为花生荚果产量因子、花生鲜果产量因子、花生分枝因子和花生水分因子4个主成分，其包含花生种植资源98.568%的信息。在欧氏距离为5.80时可将46份材料划分为2大类，第1大类包含24份资源，其中，19032(H15043)为蔗糖含量较高的品种；第2大类包含22份资源，其中，19129(60702)、19170(88-1808)和19173(R-5)为高油酸品种，19435(豫花10号)、19036(H15049)、19192(泉花6号)、19199(粤油551)、19227(桂花26)和19035(H15048)为高产品种。该研究采用的方法能更可靠地分析参试品种，研究结果可为花生种质资源的利用和创新提供理论依据，对花生品种选育和遗传改良具有重要意义。