甘肃河西地区红皮洋葱种质资源农艺性状相关性及聚类分析

蒯佳琳, 张玉鑫, 陶兴林, 马彦霞, 于庆文

(甘肃省农业科学院蔬菜研究所, 兰州 730070)

洋葱(AlliumcepaL.)为百合科葱属二年生草本植物,原产于地中海沿岸及中亚,以肉质鳞片和鳞芽构成的鳞茎为食用器官,是世界上重要蔬菜种类之一,也是中国重要的出口创汇蔬菜[1-2]。甘肃省河西地区因日照时间长、昼夜温差大、灌溉条件好、地势平缓,是甘肃省内长日型洋葱集约化、规模化生产的优势区域,近年来种植面积稳定在1.7万hm2左右[3-5]。红皮洋葱因其鳞茎商品性佳、辛辣味强、丰产、售价高,近年来种植面积持续扩大,接近甘肃省洋葱种植面积的40%。目前,市场上流通的红皮洋葱品种繁多杂乱,地方品种虽然种子价格低,但商品性差,从国外引进的杂交种优质、高产、抗病性强,但种子价格极高,导致种植成本逐年增加。

种质资源是生物多样性的重要组成部分,是新品种选育和种质创新的重要物质基础[6-9]。为了更加高效地对这些区域性种质资源加以利用,以丰富国内的洋葱种质资源,有必要针对当地洋葱种质资源进行全面系统地鉴定。利用农艺性状的鉴定和描述借助多元统计分析是研究种质资源最基本、最直观、最便捷的方法[10-12],已在洋葱育种实践中广泛应用[13-15]。但是,农艺表型性状常常会受到环境因素的影响而发生变化。因此,因地制宜研究洋葱地方主栽品种种质资源间的多态性尤为重要。本试验针对甘肃河西地区红皮洋葱市场需求特性,对14份红皮洋葱种质资源主要农艺性状进行了相关性、主成分和聚类分析,旨在增加对红皮洋葱优良基因的挖掘及利用效率,以期为该地区优质高产洋葱新品种的选育奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2021年在农业农村部西北地区蔬菜科学观测试验站内进行,该试验站位于甘肃省金昌市永昌县城关镇大坝村(101°93′40′′E,38°26′70′′N),海拔1 996 m,属温带大陆性干旱气候区,年平均气温4.8 ℃,夏秋季节平均气温20 ℃左右。多年平均降水量185.1 mm,年内降水分布不均,主要集中于6-9月,年蒸发量2 000.6 mm,≥10 ℃年积温2 011 ℃,无霜期134 d,区域光照充沛,气候冷凉,昼夜温差大,是甘肃省河西走廊高原夏菜生产基地。土壤类型为灌漠土,0～20 cm耕层土壤理化性质见表1。

表1 0～20 cm耕层土壤理化性质Table 1 The physical and chemical properties of 0-20 cm surface soils

1.2 试验材料

供试材料为甘肃河西地区主要栽培品种,均由国家特色蔬菜产业体系兰州试验站提供。其中,国内资源 10份;国外资源4份(表2)。

表2 2021年参试材料编号及来源Table 2 Number and origin of test materials in 2021

1.3 试验设计

试验采用随机排列设计,每份资源为1个处理,每个处理3 个重复,随机区组排列,共计42个小区,小区面积16 m2。于3月9日日光温室穴盘育苗,5月24日定植,株行距15 cm×15 cm。采用膜下滴灌方式,地膜宽度140 cm,为防止地膜被风吹起及更好地保温,覆膜时将地膜两侧各10 cm宽的边埋入土中,埋深5 cm,则地膜净宽为120 cm,一膜种植8 行洋葱,定植密度22 000株/667 m2。洋葱总施肥量的20%作基肥施入,剩余80%随滴灌追施。

1.4 测定指标和方法

根据《洋葱种质资源数据标准》(http://www.cgris.net)中的方法,待成熟后每个材料选取具有材料典型特征的20株,对株高、叶片数、鳞茎皮色、肉色、形状、鳞茎横径、鳞茎纵径、鳞茎单重、鳞茎硬度等指标进行测定。指标赋值见表3;鳞茎单重采用精度为0.001 g的电子秤进行称量;鳞茎横径和纵径采用精度为0.01 mm游标卡尺测定;鳞茎硬度采用便携式硬度计测定。

表3 14个洋葱种质资源主要农艺性状变化Table 3 Changes of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

1.5 数据分析

采用Excel 2019软件进行各主要农艺性状数据基本处理,用SPSS 22.0软件对数据进行显著性、相关性及聚类分析,不同处理间的比较采用Duncan’s新复极差法(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 洋葱种质资源主要农艺性状的变异

变异系数高低反映样本间的差异大小,洋葱各项农艺性状的变异系数均大于10%,表示样本间差异较大,反之较小。从表3可以看出,11个农艺性状的平均变异系数为18.67%。其中,鳞茎肉色的变异系数最大,达到 65.88%;其次为鳞茎形状和鳞茎硬度,变异系数分别为34.00%和26.03%。生育期、叶片数、鳞片数和鳞茎单重的变异系数都在10%～20%之间。株高、鳞茎皮色、鳞茎纵横径变异系数都小于10%。14份红皮洋葱种质资源农艺性状的变异系数仅有株高、鳞茎皮色、鳞茎纵横径变异系数小于10%,其他农艺性状的变异系数均大于10%,说明这些材料之间存在着较大差异,为优异资源的筛选创造了条件。

2.2 洋葱种质资源主要农艺性状相关性分析

由表4可知,洋葱7个主要农艺性状间均存在一定的相关性。鳞茎单重与生育期、株高、叶片数、鳞茎纵径、鳞茎横径、肉质鳞片数和鳞茎硬度呈正相关,其中与纵径、横径呈极显著正相关,相关系数分别为0.930和0.945。鳞茎硬度与生育期、株高、叶片数、肉质鳞片数呈极显著正相关,相关系数分别为0.776,0.694,0.717和0.789。肉质鳞片数与株高呈显著正相关,与生育期、叶片数呈极显著正相关,相关系数分别为0.810和0.702。鳞茎横径与鳞茎纵径呈极显著正相关,相关系数为0.785。

表4 14份洋葱种质资源主要农艺性状相关性分析Table 4 Correlation analysis of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

2.3 洋葱种质资源主要农艺性状主成分分析

对14份种质资源的 11个农艺性状进行主成分分析表明,根据特征根值大于1的原则提取3个主成分,累计贡献率达到了85.19%(表5)。第1主成分(PC 1)特征值5.267,贡献率47.88%,载荷较高的性状有生育期、硬度、叶片数、肉质鳞片数和株高,特征向量值分别为0.896,0.885,0.851,0.841和0.836,此类性状主要与洋葱株型有关。第2主成分(PC 2)特征值2.837,贡献率25.79%,载荷较高的性状有鳞茎横径、单重和鳞茎纵径,特征向量值分别为0.931,0.912和0.830,此类性状主要与产量有关。第3主成分(PC 3)特征值1.267,贡献率11.52%,载荷较高的性状有鳞茎肉色、鳞茎皮色和鳞茎形状,特征向量值分别为0.840,0.371和0.281,此类性状主要与鳞茎外观品质有关。

表5 14份洋葱种质资源主要农艺性状主成分分析Fig.5 Principal component analysis of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

2.4 14份洋葱种质资源主要农艺性状聚类分析

对14份种质资源的 11个农艺性状进行聚类分析,以欧式距离为遗传距离,聚类方法采用类平均法,在遗传距离为5时将参试洋葱种质资源分为 3个类群(图1)。结合表6可以看出,每个类群数量性状的变化,第Ⅰ类群有4个洋葱种质资源,主要特征为生育期相对较短,株高适中,叶片数量少,鳞茎皮色为红色偏浅,肉质鳞片数较少,硬度小,但鳞茎纵径、横径及单重均最大;第Ⅱ类群有6个洋葱种质资源,主要特征为生育期相对较长,株高较高,叶片数量多,鳞茎皮色紫,肉色偏浅紫,肉质鳞片数多且紧实,鳞茎大小适中,商品性好;第Ⅲ类群有4个洋葱种质资源,主要特征为株高较低,生育期、叶片数、肉质鳞片数、硬度均处于中间水平,但鳞茎纵径、横径及单重均最小。针对甘肃河西当地目标市场需求,第Ⅱ类群6个洋葱种质资源可作为优质种质进一步筛选利用。

图1 14份洋葱种质资源主要农艺性状聚类分析Fig.1 Cluster analysis of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

表6 14份洋葱种质资源各类群数量性状特征Table 6 Quantitative characters of 14 onion of different groups

3 讨论与结论

作物新品种的选育依赖于优异种质资源的筛选和利用。本研究通过对甘肃河西地区14份红皮洋葱种质资源农艺性状进行多样性考察,结果表明,11个农艺性状变异系数在3.20%～65.88%之间,其中7个农艺性状的变异系数大于 10%,表明参试红皮洋葱种质之间存在较大差异,资源类型较为丰富,可为红皮洋葱特异种质的挖掘提供良好的基础。

通过相关分析可以看出,洋葱鳞茎单重与鳞茎纵径、横径呈极显著正相关,这与单成海[14]、崔兰舫等[16]的研究结果一致。主成分分析结果显示,将洋葱 11 个主要农艺性状可归纳为株型、产量和鳞茎表观性状3个主成分,对总变异的累积贡献率达到了85.19%,每个主成分都比较客观地反映了所控制的各性状之间的相互关系。因此,在红皮洋葱种质资源创新中应根据不同育种目标选择相应主成分因子。

14份红皮洋葱种质资源11个农艺性状聚类分为三大类群,类群间差异明显,其中,第Ⅰ类群全部为中国陕西地方品种,属于早熟、皮色偏浅、产量高的种质,这类品种鳞茎皮色为红色,且鳞茎肉色偏白,市场价格没有紫皮紫肉品种价格高;第Ⅱ类群以国外和甘肃酒泉当地品种为主,属于晚熟、株型大、鳞茎皮紫肉紫、商品性好、市场价格高的种质;第Ⅲ类群属于生育期、株型适中、鳞茎较小的种质。根据甘肃省河西地区红皮洋葱市场需求,第Ⅱ类种质资源因其鳞茎皮紫肉紫、商品性好、市场价格高,可作为优种质进一步筛选利用,其他两类也可在种质资源创新工作中根据不同的育种目标加以利用。

综合分析,本参试材料中本紫皮常规、MS 03、MS 05、红吉、红星和SV 4643 NT等6个品种相较于其他品种生长势强、鳞茎皮紫肉紫、商品性好、市场价格高,综合表现最好,可作为优质品种进一步筛选利用或作为河西地区长日照洋葱育种的优质材料。