宽柄芥种质资源农艺性状与营养品质性状鉴定与评价

莫言玲，张文静，罗亚兰，曾 静，陈静静，刘义华

(长江师范学院 现代农业与生物工程学院，重庆 408100)

宽柄芥(var.)俗称笋壳菜、青菜、宽板菜等，是十字花科芸薹属芥菜类蔬菜的一个变种。其叶柄和中肋宽大肥厚，质地脆嫩；叶片与柄肋均能食用，营养丰富，常作为加工四川酸(泡)菜、贵州独山盐酸菜、康师傅等品牌方便面酸菜料包的原材料。宽柄芥主要在我国西南、华中和华南等省市区广泛种植，其中，以四川省的种植面积最大(3.3万hm以上)，重庆地区也有较大的栽培面积，约0.33万hm。近年来，随着酸菜料包加工需求量的增加，其种植面积和加工规模也呈逐年扩大趋势，迫切需要选育宽柄芥优质高产新品种。尽管宽柄芥在我国栽培历史悠久，但其育种研究起步较晚，主产区大都直接使用表现较好的地方品种，遗传基础狭窄，不能满足加工企业对优质高产原材料的需要。

种质资源是新品种选育的基础，广泛收集和挖掘宽柄芥地方种质资源对于宽柄芥新品种选育，以及拓宽现有栽培品种的遗传基础具有重要意义。目前对于宽柄芥种质资源的收集和鉴定研究工作还比较缺乏，因此，本课题组从全国各地收集了20份不同的宽柄芥地方资源，拟对其农艺性状和营养品质性状进行鉴定和综合评价，为宽柄芥高产优质新品种选育过程中种质资源的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以20份宽柄芥种质资源为供试材料，其来源地主要为重庆、贵州、云南等省市区县，包括深绿、绿、浅绿、紫和银灰色5种叶色类型，叶面大多微皱，叶柄色以绿色居多，叶缘共有全缘、波状、粗锯齿、全裂、深裂、半裂和浅裂7种类型，大多数材料无刺毛，少数在叶面或叶背具有刺毛(表1)，其外观形态如图1所示。

表1 供试宽柄芥材料名称、来源与形态学特征

1，花叶包心青菜；2，抱鸡婆宽邦青菜；3，秀丰宽叶青；4，特选宽叶青；5，瓜儿菜；6，万全-1；7，优选迟青菜；8，紫色宽柄芥；9，精品瘤瘤菜；10，四月迟青菜；11，包包青菜No.1；12，垫江坨坨菜；13，花叶青菜；14，包包青菜No.2；15，宽叶青菜；16，叶芥1号；17，奶奶青菜；18，老廖中熟青菜；19，老廖青菜；20，砂锅底青菜。

1.2 试验设计

2018年9月底将所有宽柄芥材料同期播种于重庆市涪陵区龙桥芥菜试验基地，11月初进行移栽。试验地地势平坦，土层厚，肥力中等。每材料种植3个小区，随机区组排列，小区面积为3.3 m×0.8 m，每小区种植14株苗，常规栽培管理。待宽柄芥长到商品成熟期时(2019年3月)，每材料每小区随机选择5株植株进行农艺性状测定，同时再选择2株植株，采取心叶以外第3片完全展开功能叶(含柄肋)混合作为1个生物学重复，每材料取3个独立的生物学重复样本，用于后续营养品质性状测定。

1.3 农艺性状测定

按照芥菜类蔬菜田间试验记载项目及标准，测定株高、株鲜重、有效叶片数、最大叶叶长、叶宽、叶鲜重、柄肋长、柄肋宽、柄肋厚、柄肋鲜重共10个农艺性状。

1.4 营养品质性状测定

宽柄芥的可溶性蛋白质含量参照Bradford的方法，采用考马斯亮蓝法进行测定；维生素C含量参照柳青等的方法，采用钼蓝比色法进行测定；可溶性糖和游离氨基酸含量参照李合生的方法，分别采用蒽酮比色法和茚三酮显色法进行测定；粗纤维含量依据GB/T 5009.10—2003，采用酸碱洗涤法进行测定；总酚和总黄酮含量测定参照孙亚天和Singleton等的方法略作改动，酚类物质提取采用超声波法，2 g样品加入10 mL预冷的70%乙醇，超声波(功率300 W，常温)提取1 h后，12 000×4 ℃离心2次(每次10 min)，上清液用于测定总酚和总黄酮含量。测定总酚时吸取样品提取液0.1 mL，加入0.4 mL水稀释5倍，然后取100 μL置于离心管中，加入0.1 mL稀释5倍的福林-酚试剂，充分混合，保持6 min，再加入1 mL 6% NaCO溶液，混合均匀后于45 ℃水浴10 min，765 nm波长读取吸光度；以没食子酸为标准溶液绘制标准曲线，总酚含量以g·kg样品来表示；测定总黄酮时吸取样品提取液0.1 mL，加入100 μL 5% NaNO溶液摇匀，室温下静置6 min，再加入100 μL 10% AlNO·6HO溶液，反应6 min后再加入1 mL 4% NaOH溶液和1.2 mL 60%乙醇，均匀混合后室温下静置15 min，于510 nm测定吸光度，以芦丁为标准溶液绘制标准曲线，总黄酮含量单位g·kg。

1.5 数据处理

采用Excel 2010进行数据整理与统计，采用SPSS 22.0进行方差分析、相关性分析和主成分分析，Duncan多重比较法进行差异显著性检验。采用SAS-V8软件，运用Ward离差平方和法进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状

由表2可知，各宽柄芥种质资源平均株高为54.57 cm，变异幅度为40.41～68.15 cm，其中花叶青菜的株高最高，精品瘤瘤菜和叶芥1号的株高最低。株鲜重的平均值为1 168.99 g，变异幅度为652.67～1 635.33 g，其中，株鲜重大于1 250 g的种质资源有7份，株鲜重小于1 000 g的种质资源有3份，其余种质资源株鲜重介于1 000～1 250 g，差异不显著。各宽柄芥资源的单株有效叶片数平均值为8.00，各材料之间相差不大，有效叶片数最多的为包包青菜No.1，有效叶片数最少的为特选宽叶青。最大叶的叶长分布在45.59～70.34 cm，其中，老廖中熟青菜、花叶青菜和包包青菜No.1的叶最长，显著大于其他资源，精品瘤瘤菜的叶最短；最大叶的叶宽变异幅度较大，各材料之间差异显著，叶宽最大的是老廖中熟青菜，为49.20 cm，叶宽最小的是叶芥1号，仅24.65 cm；最大叶的叶鲜重介于98.00～332.67 g，最大叶鲜重大于200 g的资源有5份，叶鲜重小于100 g的资源有1份，叶鲜重最大的特选宽叶青是叶鲜重最小的叶芥1号的3.39倍；各材料的平均柄肋长为33.27 cm，大于平均值的资源有11份，且彼此之间差异不显著，柄肋最长的仍是特选宽叶青，柄肋最短的为精品瘤瘤菜；柄肋宽和柄肋厚均具有较大范围的变异幅度，分别为4.58～11.27 cm和0.75～3.04 cm，其中，抱鸡婆宽邦青菜具有最大的柄肋宽和柄肋厚，而叶芥1号则具有最小的柄肋宽和柄肋厚；平均柄肋鲜重为108.22 g，各材料之间差异显著，柄肋鲜重大于平均值的种质资源有9份，小于平均值的有11份，柄肋鲜重最大的特选宽叶青比柄肋鲜重最小的老廖青菜重72.84%。

表2 不同宽柄芥种质资源的主要农艺性状

从20份宽柄芥种质资源10个农艺性状的变异系数来看，有效叶片数和最大叶叶长的变异系数最小，均小于10%，说明这两个性状在各材料中差异不大；而柄肋厚、柄肋鲜重、叶鲜重和柄肋宽则均具有较大的变异系数，分别为35.89%、32.44%、29.43%和27.04%，说明这4个性状在不同种质资源间差异明显，改良潜力较大。

2.2 营养品质性状

由表3可知，20份供试宽柄芥材料的可溶性蛋白质含量介于11.15～25.00 mg·g，含量高于20.00 mg·g的种质资源有5份，低于15.00 mg·g的种质资源有4份，其余11份介于15.00～20.00 mg·g。维生素C含量较高的宽柄芥有包包青菜No.1、包包青菜No.2、老廖中熟青菜、奶奶青菜和花叶青菜，均大于1.34 g·kg，彼此之间差异不显著，含量较低的有优选迟青菜、精品瘤瘤菜、万全-1、老廖青菜和叶芥1号，均小于0.97 g·kg；平均可溶性糖含量为38.93 mg·g，含量最高的是砂锅底青菜和优选迟青菜，含量最低的为紫色宽柄芥、秀丰宽叶青和花叶包心青菜，均小于30 mg·g；游离氨基酸含量在各材料之间差异较大，变异幅度为0.17～0.49 mg·g，含量最高的老廖中熟青菜是含量最低的抱鸡婆宽邦青菜的2.94倍；粗纤维含量变异幅度为0.53%～0.75%，含量最高的花叶青菜是含量最低的老廖青菜的1.41倍；总酚含量的平均值为1.34 g·kg，高于平均值的资源和低于平均值的资源各占10份，其中，紫色宽柄芥的总酚含量最高，为1.87 g·kg，秀丰宽叶青的总酚含量最低，为1.03 g·kg；总黄酮含量最高的仍为紫色宽柄芥(1.12 g·kg)，显著高于其他材料，是老廖青菜的2.69倍。

表3 不同宽柄芥种质资源的营养品质性状分析

各营养品质性状中，粗纤维含量的变异系数最小，仅7.91%；其次为总酚、可溶性蛋白质、维生素C和可溶性糖含量，介于14.79%～21.71%；变异系数最大的为游离氨基酸和总黄酮含量，分别为27.62%和26.92%，这为选育高游离氨基酸含量和总黄酮含量的优质宽柄芥品种提供了可能。

2.3 农艺性状和营养品质性状的相关性分析

对宽柄芥种质资源各农艺性状和营养品质性状进行相关性分析，结果表明，株高与株鲜重、叶长、柄肋长和维生素C呈极显著正相关关系，与叶鲜重、柄肋鲜重、粗纤维含量呈显著正相关关系；株鲜重也与叶长、叶宽、叶鲜重、柄肋长和柄肋鲜重呈显著或极显著正相关；有效叶片数则与叶宽呈显著负相关；其他性状如叶长与柄肋长之间，叶鲜重与叶长、叶宽、柄肋宽和柄肋鲜重之间，柄肋鲜重与柄肋长、柄肋宽和柄肋厚之间，可溶性蛋白质与维生素C含量之间，总酚与总黄酮含量之间均呈显著或极显著正相关关系；游离氨基酸含量则与柄肋宽和柄肋厚呈显著负相关关系(表4)。由此可见，各性状间相关性较强，信息重叠较多，适宜采用主成分分析方法对各性状指标进行降维。

表4 农艺性状和营养品质性状的相关性分析

2.4 宽柄芥种质资源的综合评价

对20份宽柄芥种质资源的17个性状进行主成分分析，以特征值大于1为标准提取主成分，结果显示，前6个主成分的累积贡献率达到87.193%，表明前6个主成分已基本代表17个性状的大部分信息。第1主成分的贡献率最大，为28.994%，根据各性状特征向量值，影响其大小的性状主要有株鲜重、叶鲜重、柄肋鲜重和株高；第2主成分的贡献率为17.818%，影响其大小的性状主要是柄肋厚、柄肋宽和有效叶片数；第3主成分的贡献率为12.715%，维生素C和可溶性蛋白质含量对其影响较大；第4主成分的贡献率为12.002%，决定其大小的性状主要是总酚和总黄酮含量，其次是叶宽；第5和第6主成分的贡献率相对较小，决定第5主成分大小的性状为可溶性蛋白质和游离氨基酸含量，决定第6主成分大小的性状主要是可溶性糖含量。前2个主成分主要反映的是农艺性状指标，后4个主成分主要反映的是营养品质性状指标(表5)。

表5 六个主成分的特征向量、特征值与贡献率

将17个性状的数据进行标准化处理，把表6的特征向量值与各标准化处理后的数据对应相乘，得到各主成分的表达式，如F=0.324+0.420-0.044Z+…+0.147-0.163-0.142(式中x～代表17个性状数据进行标准化处理之后的值)，再以各主成分所对应的贡献率占总贡献率的比例为权重计算各宽柄芥种质资源的综合得分F，F=0.333F+0.204F+0.146F+0.138F+0.109F+0.071F(表达式中F～F代表主成分1～6的得分)，综合得分越高，表明该种质资源的综合表现越佳。由表6可知，综合表现最佳的种质资源为包包青菜No.1，其次是花叶青菜和特选宽叶青，其中，特选宽叶青在第1主成分的得分最高，包包青菜No.1在第2主成分得分最高，综合表现最差的种质资源为叶芥1号。

表6 不同宽柄芥种质资源的综合评价

2.5 宽柄芥种质资源的聚类分析

以供试宽柄芥的17个性状指标为依据，采用Ward离差平方和法将数据进行标准化转化后对所有宽柄芥材料进行聚类分析，在离差平方和为25处，可将20份宽柄芥材料分为5个类群，分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ。其中第Ⅰ和第Ⅴ类群各包含4份资源，第Ⅱ类群包含3份资源，第Ⅲ类群包含8份资源，第Ⅳ类群仅1份资源(图2)。根据各类群种质资源性状指标的平均值(表7)，发现第Ⅰ类群的资源在大部分农艺性状上均表现优良，但在可溶性糖、游离氨基酸、总酚和总黄酮4个营养品质性状上表现较差；第Ⅱ类群的资源除具有较宽的叶宽和柄肋宽，以及较厚的柄肋厚以外，其余农艺性状均表现较差，但该类群种质资源具有较高的总酚和总黄酮含量；第Ⅲ类群的资源也在大部分农艺性状上表现一般，但营养品质性状中可溶性蛋白质、可溶性糖和总酚含量表现优良；第Ⅳ类群的资源则除具有较少的有效叶片数以外，其他农艺性状均表现优异，且大部分营养品质性状表现中等，综合表现较好；第Ⅴ类群的资源则综合表现较差，除具有较高含量的游离氨基酸外，其余性状均表现一般甚至最差。

表7 宽柄芥种质资源5个类群各性状的平均值

图2 宽柄芥种质资源的聚类分析

由此可见，第Ⅰ类群和第Ⅳ类群的种质资源对于农艺性状的改良利用价值较大，而第Ⅱ和第Ⅳ类群的种质资源对于营养品质性状的改良利用价值较大。

3 结论与讨论

宽柄芥是我国的特色蔬菜之一，其叶片和柄肋是加工酸菜料包的优异原材料。但目前宽柄芥的栽培品种种类较少，遗传基础狭窄，现有品种亟待改良提升以满足加工企业和现代化市场的需要。种质资源是开展育种研究工作的物质基础，加强宽柄芥种质资源的收集与鉴定研究对实现宽柄芥优质高产新品种的培育具有重要意义。本研究从全国各地收集了20份宽柄芥种质资源，其形态学特征丰富多样，进一步地对其农艺性状和营养品质性状进行了系统分析，结果发现，不同种质资源的农艺性状和营养品质性状均有一定差异，通过变异分析发现，农艺性状中变异系数较大的有柄肋厚、柄肋鲜重、叶鲜重和柄肋宽，而这些农艺性状与宽柄芥的单株产量直接相关，说明利用这些资源从中选出优良个体对于改良宽柄芥农艺经济产量的潜力较大。变异系数与植物的遗传多样性呈正相关关系，遗传多样性越大，育种时的选择潜力也越大。贺礼英等的研究指出，在进行菜用大豆品种选育时，要优先考虑变异系数较大的如结荚高度、茎粗、株高等性状的选择，因其具有较大的选择潜力，可通过良种选配而获得综合性状优良的菜用大豆品种。营养品质性状中，粗纤维含量的变异系数较小，表明参试材料用于改良宽柄芥粗纤维含量的可能性较小，但其余营养品质性状如游离氨基酸、总黄酮和可溶性糖含量等均具有较大的变异系数，说明参试材料在其他营养品质性状上变异类型丰富，可为选育高营养品质的宽柄芥品种提供相应的材料。

相关性分析结果表明，各性状间相关系数较大，多数性状间相关性达显著水平，育种过程中应充分利用各性状间的相关性提高选择效率。本研究中，株高与株鲜重、柄肋鲜重、维生素C含量等多个指标均呈显著正相关关系，因此，育种时应选择株型高的宽柄芥材料从而有利于提高单株产量和维生素C含量。与此同时，由于各性状间信息重叠性强，性状指标多，导致全面系统地对各资源进行评价较为困难；因此，选择合适的评价方法很关键。目前，应用于各类种质资源鉴定与综合评价的方法主要有主成分分析法、聚类分析和隶属函数分析等，其中，主成分分析法是应用最广泛的评价方法，其利用降维思想，可在原有数据信息损失很少的前提下将多个指标简化为少数几个综合指标，既能把握各种质资源的综合表现，还能根据各主成分得分筛选出个别性状优良的种质资源，已在众多蔬菜作物如芹菜、菜心、小米辣等资源鉴定过程中得以应用。本研究通过对供试宽柄芥的17个农艺性状和营养品质性状进行主成分分析发现，可将原有的性状指标简化为6个主成分，累积贡献率达到87.193%，各主成分较客观地反映了所控制的各性状之间的相互关系。根据各主成分的贡献率与反映的性状特征向量值可知，在宽柄芥亲本材料选配时，应重点考虑植株的株鲜重、叶鲜重、柄肋鲜重和株高等少数主要性状，同时兼顾有效叶片数和营养品质，以提高育种选择效率；还可根据各主成分得分排序再结合具体育种目标，分析与全面评价每个材料优劣，合理选配组合，以尽快培育出理想的新品种。根据主成分表达式计算结果，筛选出综合表现较佳的种质资源有包包青菜No.1、花叶青菜和特选宽叶青，这些资源的株高、株鲜重和叶鲜重均较好，与其在生产实践上均表现为丰产性的特点相符合；田间表现上，包包青菜No.1和花叶青菜具有较多的叶片数，而特选宽叶青具有肥厚的叶柄，由此构成较高株鲜重和经济产量。根据综合评价结果，可将这些资源作为优异农艺性状的育种供体材料使用。

通过聚类分析，20份供试宽柄芥材料在离差平方和为25处可分为5个类群，各类群间差异明显，各具特点。第Ⅰ类群和第Ⅳ类群的资源在株高、株鲜重、叶鲜重、柄肋鲜重等农艺性状上表现优良，具有培育高产品种的潜力，且主成分分析中综合排名都较靠前；因此，在育种工作中，应着重利用第Ⅰ和第Ⅳ类群的种质资源。第Ⅱ和第Ⅲ类群的资源则在农艺性状上表现一般，但在某些营养品质性状上却表现优良，适合在以高营养品质为主的育种方向上加以利用。如第Ⅱ类群的紫色宽柄芥，因其具有较高的总酚和总黄酮含量，可作为培育紫色的抗氧化稀特品种材料加以利用。第Ⅴ类群的资源在大多数农艺性状和营养品质性状上均表现较差，利用潜力不大，但个别资源在游离氨基酸含量上体现出较高的优势，可通过与其遗传距离较远的第Ⅰ类群种质资源进行杂交以改良其他农艺性状和营养品质性状。

本研究对20份宽柄芥种质资源的10个农艺性状和7个营养品质性状进行了系统鉴定，通过主成分分析和聚类分析对其进行了综合评价，研究结果可为宽柄芥种质资源的有效利用和创新提供理论依据，并为宽柄芥优质高产新品种选育奠定基础。