38份油用亚麻资源经济性状多样性分析与综合评价

陈宇，守合热提·牙地卡尔，祖勒胡玛尔·乌斯满江，阿里别里根·哈孜太，高钢，陈继康，邵德义，朱增芳，哈尼帕·哈再斯*，张正*

(1.中国农业科学院麻类研究所/农业农村部麻类生物学与加工重点实验室，湖南 长沙 410221；2.伊犁州农业科学院研究所，新疆 伊犁 835099)

亚麻(Linum usitatissimumL.)，别名胡麻，是亚麻科(Linaceae)亚麻属(Linum)一年生草本纤维经济植物，具有悠久的栽培历史，可分为油用亚麻、纤维用亚麻和油纤兼用亚麻[1-2]。 其中亚麻籽中富含α-亚麻酸、棕榈酸和膳食性纤维等多种优质营养成分，具有排毒减肥、降压减脂、防癌抗癌等功效，在食用油和保健食品领域中备受消费者青睐[3-5]。 目前，油用亚麻资源的经济性状鉴定通常集中在部分有代表性的产量性状和品质性状指标上，产量性状指标包括株高、分支数、千粒重等，品质性状指标包括籽粒含油量和各类脂肪酸组分等。 与国外相比，我国拥有的亚麻种质资源数量小、类型不足、研究不够深入，并且亚麻产地较多，各产地间自然条件差异较大，因此深入分析不同地区、不同亚麻种质资源的产量性状和品质性状指标具有重要的意义[5-6]。

不同亚麻资源经济性状鉴定需要将产量性状和品质性状等指标相结合来进行综合评价，因此，简单有效的鉴定步骤和评价方法是筛选优质资源的关键。 目前，众多学者从不同角度研究并提出了品种鉴定选育的指标选择和评价方法，针对不同作物、不同生育期、不同地区等种质资源提出了更加全面的分析及评价方法，目前已在大豆[7]、玉米[8]、西瓜[9]、水稻[10]等作物中应用，如主成分分析法、隶属函数法、聚类分析法等，将多指标多方法相结合能更好地制定评价方案，评价结果更加真实可靠。

本研究选取伊犁综合试验站提供的来自不同地区的38 份亚麻资源为试验材料，对其单株产量性状和品质性状进行比较分析和综合评价，以期通过研究筛选特异种质，为亚麻种质资源创新和品质育种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选取来自河北、甘肃和新疆3 个产地的38 份亚麻资源，具体资源信息见表1。

表1 38 份亚麻资源信息表Table 1 38 flax variety information sheets

1.2 测定项目与方法

参考《亚麻种质资源描述规范和数据标准》，在亚麻植株收获前取样，测定各小区亚麻植株株高、工艺长度、分茎数、分枝数、株果数；用天平、种子分析仪等测定亚麻植株单株粒数、单株粒重、每果粒数、千粒重等产量性状指标；亚麻籽粒含油率参照CB/T 14488.1-2008 中8.3.6 进行处理，根据步骤9 进行测定；亚麻籽粒各类脂肪酸含量测定参考孟桂元等[11]的方法。

1.3 数据统计与分析

隶属函数值按式(1)计算。

式中:Xj—第j个综合指标，j=1，2，3，…，n；Xmin、Xmax—第j个综合指标的最值；U(Xj)—第j个综合指标的隶属函数值。

权重按式(2)计算。

式中:Wj—第j个综合指标的权重；Rj—第j个综合指标的贡献率。

综合评价值按式(3)计算。

式中:D—不同产地亚麻经济性状指标的综合评价值。

采用Excel 2017 软件进行数据统计整理；Shannon-Weave 多样性指数(H’)计算参考关虎等[12]方法；用IBM SPSS Statistics 25 软件进行相关性分析、聚类分析和主成分分析(PCA)，聚类分析采用组间连接方法，遗传距离为平方欧式距离。

2 结果与分析

2.1 38 份亚麻资源经济性状多样性分析

参试不同亚麻资源的经济性状测定值统计见下表2。 38 份亚麻籽粒的亚麻酸含量平均值为44.13%，亚麻酸含量最高的是陇西白胡麻，为54.85%，亚麻酸含量最低的是陇亚5 号，为33.82%，变异系数仅为7.95%，说明亚麻酸含量在亚麻资源间比较稳定。 从表2 可以看出，变异系数最大的是分茎数，变异系数达到47.57%，其平均值为1.53，标准差为0.73；棕榈酸变异系数最小，只有7.94%，其平均值和标准差分别为5.64 和0.45。 其他13 个经济性状变异系数由高到低排序依次为:单株粒数＞单株粒重＞株果数＞分枝数＞千粒重＞工艺长度＞每果粒数＞油酸＞含油率＞硬脂酸＞亚油酸＞株高＞亚麻酸。 其中分茎数、单株粒数、单株粒重、株果数、分枝数这5 个性状的变异系数均超过了30%。 综上所述，供试亚麻资源间经济性状差别很大，具有丰富的遗传背景，为亚麻育种提供优异的种质基础。

表2 38 份亚麻单株产量性状和籽粒品质性状的统计结果Table 2 Statistical results of yield traits and seed quality traits in 38 flax monocots

研究表明，15 个经济性状遗传多样性指数变幅在5.06 ～5.24，平均为5.21，总体来看，15 个经济性状的多样性指数都比较高，其中棕榈酸和亚麻酸的遗传多样性指数最高，均为5.24，分茎数的遗传多样性指数最低，为5.06。 多样性指数从大到小排列依次为:棕榈酸＞亚麻酸＞株高＞亚油酸＞硬脂酸＞含油率＞油酸＞每果粒数＞工艺长度＞千粒重＞分枝数＞株果数＞单株粒重＞单株粒数＞分茎数。

2.2 38 份亚麻资源经济性状的相关性分析

由表3 可知，15 对品质性状组合中有1 对性状组合呈极显著负相关，3 对性状呈显著正相关，1对性状呈显著负相关(表3)。 亚麻酸含量与棕榈酸、亚油酸含量呈显著正相关，相关系数分别为0.336和0.375，与硬脂酸含量呈显著负相关，与油酸含量呈极显著负相关，表明随着亚麻酸含量的升高，棕榈酸和亚油酸含量升高，油酸和硬脂酸含量降低。 含油率与棕榈酸、亚油酸和亚麻酸含量呈负相关，与油酸和硬脂酸含量呈正相关。 亚油酸含量与油酸、硬脂酸含量呈负相关，与棕榈酸含量呈显著正相关，相关系数为0.383。 硬脂酸含量与棕榈酸呈含量负相关，与油酸含量呈正相关，说明随着硬脂酸含量的提高，棕榈酸含量降低，油酸含量增加。 油酸含量和棕榈酸含量呈负相关。

表3 38 份亚麻籽粒品质性状间相关性分析Table 3 Correlation analysis among quality traits of 38 flaxseed grains

36 对产量性状组合中有9 对性状组合呈极显著正相关，有1 对呈极显著负相关(表4)。 株高与每果粒数和千粒重呈负相关，与分茎数、株果数和工艺长度呈(极)显著正相关，相关系数分别为0.411、0.375 和0.825。 工艺长度与分茎数、分枝数和株果数呈正相关，与单株粒数、单株粒重、每果粒数和千粒重呈负相关，均未达到显著水平。 分茎数与株果数、单株粒数和单株粒重呈极显著正相关，相关系数分别为0.772、0.700 和0.655，与分枝数呈正相关，与每果粒数和千粒重呈负相关。分枝数与株果数和单株粒重呈极显著正相关，相关系数分别为0.563 和0.591，与单株粒数呈正相关，与千粒重呈显著正相关，与每果粒数呈显著负相关。 株果数与单株粒数和单株粒重呈极显著正相关，与每果粒数呈负相关，与千粒重呈正相关。 单株粒数与单株粒重呈极显著正相关，相关系数为0.744，与每果粒数呈显著正相关，与千粒重呈显著负相关，表明随着单株粒数的增加，单株粒重和每果粒数增加，千粒重降低。 单株粒重与千粒重呈正比，与每果粒数呈负相关。 每果粒数与千粒重呈极显著负相关，相关系数为-0.730。

表4 38 份亚麻单株产量性状间相关性分析Table 4 Correlation analysis among yield traits of 38 flax monocots

从相关性来看，株果数与株高、分茎数、分枝数、单株粒数、单株粒重关系更加密切，除了与每果粒数呈较弱的负相关外，与其他产量性状都呈现正相关，且大部分呈极显著正相关。 因此，用株果数可以表征亚麻产量性状，但所测的6 个品质性状里，单个品质性状无法衡量亚麻总体品质性状。

2.3 38 份亚麻资源经济性状的主成分分析

2.3.1 主成分提取

以38 份亚麻资源的15 种经济性状指标构成38×15 的矩阵，对其进行主成分分析，结果见表5。 由表5 可知，前5 个主成分对应特征值均大于1，其方差贡献率分别为29.181%、21.687%、13.973%、7.938%和7.233%，累计方差贡献率达80.013%，说明可以用前5 个主成分代替15 个经济性状指标对38 份亚麻资源进行综合评价。 由表6 可知，5 个主成分对应的特征向量为:

表5 38 份亚麻经济性状指标主成分分析的特征值、贡献率和累积贡献率Table 5 The eigenvalue，contribution rate and cumulative contribution rate of 38 flax economic traits in principal component analysis

表6 38 份亚麻经济性状指标性状主成分的特征向量Table 6 Eigenvectors of the principal components of 38 traits of flax economic trait indicators

由表5、6 可知，PC1 的方差贡献率为29.181%，其中单株粒重和株果数的特征向量值绝对值较大，分别为0.419 和0.396，可知PC1 主要由株粒重和株果数决定；PC2 的方差贡献率为21.687%，其中千粒重和单株粒数的特征向量值绝对值较大，分别为0.412 和0.397，可知PC2 主要由千粒重和单株粒数决定；PC3 的方差贡献率为13.973%，其中株高和工艺长度的特征向量值绝对值较大，分别为0.459和0.577，可知PC3 主要由株高和工艺长度决定；PC4 的方差贡献率为7.938%，其中硬脂酸和分枝数的特征向量值绝对值较大，分别为0.733 和0.325，可知PC4 主要由硬脂酸含量和分枝数决定；PC5 的方差贡献率为7.233%，其中棕榈酸和油酸的特征向量值绝对值较大，分别为0.619 和0.486，可知PC5主要由棕榈酸和油酸含量决定。 综上所述，株粒重、株果数、千粒重、单株粒数、株高、工艺长度、硬脂酸、分枝数、棕榈酸和油酸可以作为38 份亚麻资源经济性状的综合评价指标。

2.3.2 综合评价

(1)隶属函数分析

通过IBM SPSS Statistics 25 软件将数据进行标准化处理。 根据式(1)可计算出每个亚麻资源综合指标的隶属函数值。 5 个综合指标的隶属函数值不同，PC1 对应的亚麻资源869 和陇西白胡麻的隶属函数值分别为1.000 和0，说明869 在PC1 上表现出的品质最优，陇西白胡麻在PC1 上表现出的品质最差。 同理可得，P.I 177451 和庆阳胡麻在PC2 上表现分别为品质最优和最差；静宁红胡麻和BGOLD 在PC3 上表现分别为品质最优和最差；陇亚5 号和外引6 在PC4 上表现分别为品质最优和最差；庆阳老和0216-16-8 在PC5 上表现分别为品质最优和最差。

(2)各综合指标权重的确定

根据综合指标贡献率的大小，第1 综合指标贡献率为29.181%，第2 综合指标贡献率为21.687%，第3 综合指标贡献率为13.973%，第4 综合指标贡献率为7.938%，第5 综合指标贡献率为7.233%。 可根据式(2)求出权重。 经计算，5 个综合指标权重分别为0.292、0.217、0.140、0.079和0.072(表7)。

表7 38 份亚麻经济性状指标评价综合指标值、隶属函数值、D 值及排序Table 7 Comprehensive index values，affiliation function values， D-values and ranking of 38 flax economic trait indicators evaluation

(3)经济指标数据的综合评价

根据式(3)计算出D值大小，通过对D值排序，得出38 份亚麻资源优劣顺序为:陇亚5 号＞869＞安西红胡麻＞P.I 177451＞861＞天水市老胡麻＞88(88)-1-10＞西礼红胡麻＞民勤胡麻＞陇西红胡麻＞陇亚4 号＞武威红胡麻＞礼县底脚＞88(125-1)＞灵台五星＞P.I 1181058＞线胡麻＞定西17 号＞陇西白胡麻＞灵台转那＞定亚18 号＞伊亚2 号＞No.547＞榆中红胡麻＞78-18-1-34-1-2＞FIELD No.17＞静宁红胡麻＞BGOLD＞0216-16-8＞LINAGRDSSES＞8513＞定亚21＞DEHISCTNT＞庆阳老＞BLANC＞庆阳胡麻＞AC.Emerson＞外引6。

2.3.3 聚类分析

采用组间连接法对表7 中的D值进行聚类分析，建立了聚类树状图(图1)，从图中可以看出，当平方欧式距离为12 时，聚类分析将其划分为3 大类，其综合评价值依次降低。 第I 类包括陇亚5号、869、安西红胡麻等16 个资源；第II 类包括线胡麻、定西17 号、陇西白胡麻等15 个资源；第Ⅲ类包括定亚21、庆阳老、庆阳胡麻等7 个资源。

图1 聚类树状图Fig.1 Clustering dendrogram

3 讨论

性状指标的合理选择是进行作物综合评价的关键，大量学者从不同角度提出了综合评价方案，涉及的主要性状类别不同，如陈婷婷等[13]研究发现，影响花生经济性状的主要指标包括蛋白和总氨基酸含量等，而徐澜等[14]认为影响小麦经济性状的主要指标包括千粒重和成穗数等。 针对不同作物及作物利用方向的不同，所选评价指标也大不一样，完善油用亚麻经济性状综合评价体系在亚麻品种选育上至关重要。 采用隶属函数的方法可对不同隶属关系的性状指标进行综合评价，通过提取主成分来提高评价结果准确性，在品种选育上被广大学者认为是一种可靠的评价方法[15]。

本研究多样性分析显示，38 份供试油用亚麻资源的15 个经济性状的变异性较大，变异幅度达到7.94%～47.57%，仅棕榈酸、亚油酸、亚麻酸和株高4 个指标变异系数小于10，其他均大于10，说明这些亚麻性状变异丰富，具有很大研究潜力。 相关性分析显示，绝大多数性状之间都有显著性或者极显著性差异，如油酸和亚麻酸之间存在极显著负相关，这与谢冬微等[16]的研究结果一致，表明这些性状之间互相影响，存在复杂的相关性，在关注目标性状的同时也要兼顾其他性状。

通过主成分分析法，将供试的38 份油用亚麻15 个主要经济性状指标简化为5 个具有代表性的主成分，累计贡献率达80%以上，能更科学地反映供试材料经济性状的综合特征，同时大大减少了数据处理量，数据更加直观和容易处理。 根据各个资源的D值大小进行聚类分析，划分等级，可将亚麻经济性状表现较好的归为一类，供后续试验。 最终D值排名最高的是陇亚5 号，其亚麻酸含量只有33.82%，但变异系数小，说明亚麻酸含量在亚麻资源间比较稳定，根据D值可进一步进行陇亚5 号、869 和安西红胡麻的单株选择，以期更科学、全面、客观地遴选出优异的亚麻资源。

本研究仅对38 份油用亚麻资源经济性状指标进行了分析和评价，但在亚麻育种研究中，必须增加植株抗性、田间适应性等关键指标进行综合评价，才能更好适应生产需要。

4 结论

38 份亚麻资源变异系数最大的指标是分茎数，为47.57%，最小的指标是棕榈酸，为7.94%，其中分茎数、分枝数、株果数、单株粒数和单株粒重的变异系数均超过30%，说明供试亚麻资源间经济性状差别很大，具有丰富的遗传背景。 而15 个经济性状指标的遗传多样性指数变化幅度不大，分茎数和棕榈酸的多样性指数为两个最值，分别为最小值5.062 和最大值5.243。 相关性分析发现，在15 个经济性状指标内，株果数和单株粒重呈极显著正相关，相关系数达到最大，为0.887。 主成分分析提取出5 个主成分，累计方差贡献率达80.013%，其中株粒重、株果数、千粒重、单株粒数、株高、工艺长度、硬脂酸、分枝数、棕榈酸和油酸可以作为38 份亚麻资源经济性状的综合评价指标。 通过隶属函数法计算出每个亚麻资源的D值，通过D值进行亚麻资源优劣排序为:陇亚5 号＞869＞安西红胡麻＞P.I 177451＞861＞天水市老胡麻＞88(88)-1-10＞西礼红胡麻＞民勤胡麻＞陇西红胡麻＞陇亚4 号＞武威红胡麻＞礼县底脚＞88(125-1)＞灵台五星＞P.I 1181058＞线胡麻＞定西17 号＞陇西白胡麻＞灵台转那＞定亚18 号＞伊亚2 号＞No.547＞榆中红胡麻＞78-18-1-34-1-2＞FIELD No.17＞静宁红胡麻＞BGOLD＞0216-16-8＞LINA GRDSSES＞8513＞定亚21＞DEHISCTNT＞庆阳老＞BLANC＞庆阳胡麻＞AC.Emerson＞外引6，得出经济性状最佳的亚麻资源为陇亚5 号，最差亚麻资源为外引6，此评价结果与各亚麻资源间产量性状指标数据变化趋势基本一致。 将各亚麻资源D值进行聚类分析，把D值前16 位分到第Ⅰ类群，D值后7 位分到第Ⅲ类群，其他分在第Ⅱ类群。