长日照型洋葱种质资源农艺及品质性状综合评价

刘 督 马慧丽 张 旭 于郑娇 张雅迪 胡云捷 秦 蕾 王 勇

（农业农村部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，东北农业大学园艺园林学院，黑龙江哈尔滨 150030）

洋葱（Allium cepaL.）又名葱头、圆葱等，为百合科二年生草本植物，原产于近东和地中海沿岸，是世界范围内种植最广泛的园艺作物之一（Griffiths et al.，2002；Block，2010）。洋葱营养丰富，含有多种糖类、VC、黄酮和硫化物，现代科学已经证实，洋葱具有药用价值，有防御病原体、预防和治疗癌症及心血管疾病、保护神经、保护肝脏和抗疲劳等作用，既可鲜食，也能加工成洋葱汁、洋葱粉等作为调味品（Chauhan，2005；Nicastro et al.，2015；Guan et al.，2018；Zhu et al.，2018）。

农艺性状和品质性状鉴定评价是作物种质资源研究的重要组成部分，也是优异资源挖掘和利用的基础（刘浩 等，2014；李伟 等，2023），在洋葱种质资源的鉴定与评价中，农艺性状和品质性状鉴定具有不可替代性，是资源分析鉴定的首选方法，在核心种质库构建和资源分类中被广泛应用。国内外学者对洋葱农艺性状和品质性状分析鉴定、评价方法及洋葱品质性状与农艺性状的遗传关系等方面做了大量研究工作。陈微等（2019）对307 份洋葱种质资源的农艺性状、遗传多样性进行分析，鉴定出早熟优质资源35 份，中熟优质资源68 份，抗逆、耐抽薹资源45 份，为洋葱品种选育提供了参考依据。陈沁滨（2006）对48 份洋葱种质资源的株高、叶片数、假茎高、产量等数量性状进行主成分分析和聚类分析，对洋葱资源利用、品种选育起到很好的指导作用。吴庆等（2015）对红葱品质性状的分析结果表明，紧实度与干物质率、总糖、蛋白质、香辛油含量存在着极显著正相关。庄红梅等（2017）对10 份洋葱种质资源的鳞茎纵径、鳞茎横径、肉质鳞片层数、鳞芽数等多种表型性状的多样性和特异性进行分析，筛选出了适宜栽培的洋葱品种。

按鳞茎形成对日照长度的要求，洋葱可分为长日照、中日照和短日照3 种生态类型（Pike，1986；Currah & Proctor，1990；Lin et al.，1993）。我国洋葱种植主要集中在黑龙江、吉林、内蒙古、甘肃、山东、云南、四川等地区（高金龙 等，2009），北方长日照型洋葱具有高产、优质、耐贮、供应期长的特点，是主要的出口创汇蔬菜和食品加工业的重要原料（尤青山，2010）。本试验对来自国内外不同地区的88 份长日照型洋葱种质资源进行农艺性状和品质性状的综合评价，探究其遗传多样性，以及次生代谢物质与其他性状间的关系，以期为北方长日照型洋葱优异种质资源的筛选和创新及品种选育等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试洋葱材料88 份，其中44 份来自中国6 个省份，44 份来自国外5 个国家，均由东北农业大学葱蒜课题组提供（表1）。

表1 88 份洋葱种质资源名称及编号

1.2 试验方法

所有洋葱种质资源材料分别于2021年和2022年的2月20—25日播种于东北农业大学园艺试验站温室，至4月20—25日、洋葱生理苗龄为四叶一心时定植于东北农业大学向阳农场露地，株距和行距均为15 cm，随机区组排列，3 次重复，每小区面积5 m2。在洋葱不同生育期参考《洋葱种质资源描述规范和数据标准》（詹云和李锡香，2008）对农艺性状进行田间调查，每份资源每小区随机调查10 株。8月10—15日鳞茎采收后，每份资源随机取3～5 个洋葱混合进行品质测定，剩余材料统一贮存于4 ℃冷库，并于翌年4月从每份资源中选取健康、生长状态一致的洋葱种球30 个，栽植于东北农业大学向阳农场大棚，株距和行距均为35 cm，3 次重复，每重复10 株，于抽薹开花期调查花药颜色、花薹高等性状（表2）。洋葱的VC含量测定采用二甲苯萃取比色法（Raghu et al.，2007），可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法（Gill et al.，2003），可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250 比色法（吴发明 等，2011），黄酮含量测定采用三氯化铝比色法（贾楠 等，2015；陈爱洋等，2016），有机硫化物含量测定采用丙酮酸差量法（朱君芳 等，2015），均设置3 次重复。

表2 洋葱种质资源农艺性状及品质性状调查

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 洋葱种质资源数量性状和品质性状的遗传多样性分析

由表3 可以看出，88 份洋葱种质资源的数量性状和品质性状差异程度较大，变异系数分布在9.79%～64.79%之间，其中黄酮含量的变异系数最大，为64.79%，有机硫化物含量次之，为57.333%，表明这2 个性状变异幅度较大。花薹高变异系数最小，为9.79%，变异幅度较小，遗传特性较为稳定。88 份洋葱种质资源的多样性指数在1.15～1.53 之间，其中鳞茎横径、鳞芽数多样性指数最大，为1.53；其次是可溶性蛋白含量、假茎粗，分别为1.52、1.51；黄酮含量多样性指数最小，为1.15。

表3 88 份洋葱种质资源数量性状和品质性状的差异与多样性

不同种质间品质性状的含量差异较大。VC 平均含量为7.58 mg·g-1，最高含量为11.04 mg·g-1，最低含量为3.15 mg·g-1；可溶性糖平均含量为18.65 mg·g-1，最高含量为40.28 mg·g-1，最低含量为8.39 mg·g-1；可溶性蛋白平均含量为3.02 mg·kg-1，最高含量为3.70 mg·kg-1，最低含量为2.33 mg·kg-1；黄酮平均含量为3.78 mg·g-1，最高含量为19.82 mg·g-1，最低含量为1.34 mg·g-1；有机硫化物平均含量为0.168 mg·g-1，最高含量为0.428 mg·g-1，最低含量为0.003 mg·g-1（表3）。综上所述，供试88 份长日型洋葱种质资源性状的遗传多样性较高，种质之间存在的差异大，有利于优异种质的比较和筛选。

2.2 洋葱种质资源质量性状的遗传多样性分析

对88 份长日照型洋葱种质资源的质量性状多样性分析结果表明（表4），8 个质量性状的变异系数在11.36%～140.69%之间，其中肉质鳞片颜色变异系数最大，为140.69%；其次是假茎外皮颜色，为107.18%；花药颜色变异系数最小，为11.36%。多样性指数在0.36～1.18 之间，其中鳞茎膜质皮颜色最大，为1.18；植株形态次之，为1.03；花药颜色多样性指数最小，为0.36。

表4 88 份洋葱种质资源质量性状的分布与多样性

2.3 洋葱种质资源主要农艺性状与品质性状的相关性分析

根据陈沁滨等（2007）、翟亚辉（2014）的研究结果，选择出洋葱主要的9 个表型性状与品质性状进行相关性分析。结果表明（表5），洋葱种质资源表型性状与品质性状间的相关性较高，各性状之间相互影响较大。其中开展度、鳞茎纵径、鳞茎横径、单个鳞茎质量、产量与株高呈极显著正相关，千粒重与株高呈显著正相关；鳞茎纵径、鳞茎横径、单个鳞茎质量、产量与开展度呈极显著正相关，千粒重与开展度呈显著正相关；鳞茎横径、单个鳞茎、产量、千粒重与鳞茎纵径呈极显著正相关；单个鳞茎质量、产量与鳞茎横径呈极显著正相关，千粒重与鳞茎横径呈显著正相关；产量、千粒重与单个鳞茎质量呈极显著正相关；千粒重与产量呈极显著正相关；花薹高与花薹数呈极显著正相关。VC、黄酮及有机硫化物含量与各表型性状间多呈正相关性，尤其是洋葱鳞茎的横径和纵径，而可溶性蛋白和可溶性糖含量与之相反，特别是可溶性糖含量与各表型性状之间多呈极显著负相关。

表5 洋葱种质资源主要表型性状与品质性状的相关性分析

2.4 洋葱种质资源主成分分析

对29 个农艺性状和5 个品质性状进行主成分分析，前10 个主成分累计贡献率达77.68%，且特征值均大于1，说明这10 个主成分可以反映88 份洋葱种质资源的主要性状（表6）。第1 主成分的特征值为10.58，贡献率为31.12%，该主成分中鳞茎茎粗的特征值最大；第2 主成分的特征值为4.34，贡献率为12.76%，特征值最大的是假茎外皮色；第3 主成分的特征值为2.17，贡献率为6.37%，花薹数的特征值最大；第4 主成分的特征值为1.64，贡献率为4.82%，叶面蜡粉的特征值最大；第5 主成分的特征值为1.57，贡献率为4.63%，可溶性糖含量的特征值最大；第6 主成分的特征值为1.38，贡献率为4.07%，花薹高的特征值最大；第7 主成分的特征值为1.35，贡献率为3.98%，可溶性糖含量的特征值最大；第8 主成分的特征值为1.18，贡献率3.48%，可溶性蛋白含量的特征值最大；第9主成分的特征值为1.15，贡献率为3.38%，花药颜色的特征值最大；第10 主成分的特征值为1.04，贡献率为3.07%，可溶性蛋白含量的特征值最大。

表6 洋葱种质资源的主成分分析

2.5 洋葱种质资源性状综合评价

分别将标准化的性状数值代入10 个主成分得分公式中，可得到10 个主成分得分。其中，第1主成分得分公式如下。

F1=0.248X1+0.236X2+0.233X3+0.127X4+0.192X5+0.256X6+0.255X7+0.251X8+0.271X9+0.276X10+0.285X11-0.236X12+0.084X13- 0.170X14+0.126X15+0.256X16+0.256X17-0.004X18- 0.031X19- 0.121X20+0.087X21- 0.098X22- 0.015X23+0.056X24- 0.017X25- 0.003X26- 0.006X27+0.024X28- 0.047X29+0.129X30- 0.125X31- 0.045X32+0.109X33+0.164X34

根据10 个主成分因子F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9及F10的贡献率权重（40.06%、16.42%、8.20%、6.20%、5.96%、5.24%、5.12%、4.49%、4.35%、3.95%），得出综合得分公式。

F=0.401F1+0.164F2+0.082F3+0.062F4+0.060F5+0.052F6+0.051F7+0.045F8+0.044F9+0.040F10

根据公式计算出综合得分（F值），对88 份洋葱种质资源进行综合评价，F值越高表示综合表现越好，其中排名前10 的种质资源如表7所示。这10 份种质资源主要来自内蒙古、黑龙江以及甘肃等中国北部地区，其鳞茎多呈圆球形或椭圆形，大部分具有生长势强、叶色浓绿、蜡粉厚等性状（图1），产量高。此外，综合品质分析，这些种质资源也具有可溶性糖、黄酮、有机硫化物含量较高等特点，可作为长日照型洋葱杂交种的亲本材料，为今后高产及高品质洋葱育种的亲本选择提供参考。

图1 部分洋葱种质资源

表7 排名前10 的洋葱种质资源综合得分

2.6 洋葱种质资源聚类分析

将29 个农艺性状和5 个品质性状测试结果进行标准化转换后，采用欧氏距离离差平方和法对88 份洋葱种质资源进行系统聚类，分析结果如图2所示，在欧氏距离23.5 处可将88 份洋葱种质资源聚为两大类群。其中，第Ⅰ类群包含37 份资源，该类群的特点是植株直立矮小，叶片少，鳞茎纵径和鳞茎横径较小，可溶性蛋白、可溶性糖含量较高，VC、黄酮、有机硫化物含量较低，产量较低，属于丰产性较差的类群，在栽培中应合理密植；第Ⅱ类群包含51 份资源，其特点是植株高大、叶片多，利于光合作用，鳞茎纵径、鳞茎横径、盘状茎横径较大，肉质鳞片数较多，VC、黄酮、有机硫化物含量较高，产量较高，此类群在生产上具有较大潜力。

图2 88 份长日照型洋葱种质资源聚类分析结果

3 讨论与结论

洋葱是中国主要的出口创汇蔬菜之一，在生产中具有重要地位，目前对洋葱种质资源多样性研究的报道还相对较少，对洋葱种质资源的评价与鉴定还不够全面，限制了优良资源的挖掘和利用（陈微 等，2019）。本试验对88 份长日照型洋葱种质资源的29 个农艺性状和5 个品质性状进行测定、分析，结果表明，洋葱种质资源变异较大，各性状表现不同程度的遗传分化。研究长日照型洋葱种质资源遗传多样性对洋葱品种选育具有一定的参考价值。

作物的数量性状受微效多基因控制，由于基因间的连锁及交互作用，一个数量性状的变化往往引起其他数量性状的相应变化。充分估计数量性状间这种相关变化的关系，对作物的遗传育种具有指导作用（刘垂玗，1981）。本试验对9 个表型性状与5 个品质性状进行相关性分析，结果表明，大多数性状间都具有显著或极显著的相关性，单个鳞茎质量与株高、鳞茎纵径、鳞茎横径呈极显著正相关，这与庄红梅等（2017）研究认为单个鳞茎质量与鳞茎纵径、鳞茎横径呈显著正相关的结果相似，在选育高产品种过程中应筛选鳞茎横径较大、植株较高的资源。有机硫化物含量与可溶性蛋白含量的相关性不显著，这与庄勇等（2004）研究的结果一致。本试验还发现有机硫化物含量与VC 含量、黄酮含量呈显著正相关，黄酮含量与VC 含量呈显著正相关，黄酮含量与可溶性糖含量呈极显著负相关，在选育品种时可根据营养需求选择种质资源。

主成分分析在小麦、大豆等多种作物性状评价与种质资源的综合评价中得到了广泛的运用（王海平 等，2014；吴建忠 等，2019；魏常敏 等，2020；刘湘萍 等，2021；夏利娟 等，2021；许娜丽 等，2021；赵朝森 等，2021；周瑜 等，2021），而在洋葱种质资源的综合评价研究中，大部分仍停留在运用数量分布、变异分析等层面，对洋葱种质的鉴定与综合评价缺乏科学性、系统性。本试验利用主成分分析将34 个性状综合成10 个主成分，这10 个主成分可以反映原来变量信息量的77.68%，从而达到简化和综合的目的。基于主成分分析筛选出了10 份综合评分较高的种质资源，具有植株高大且开展，产量高，可溶性糖、黄酮、有机硫化物含量较高等优异品质，可以用于定向筛选洋葱品种进行杂交育种，为长日照型洋葱优良种质的选育奠定材料基础，也可作为适宜北方种植、具有优良性状的育种材料。

聚类分析既能反映品种的类别特征，也在一定程度上可以反映品种间亲缘关系。根据育种目标，考虑遗传距离的远近，选择遗传差异较大的亲本进行杂交以获得更高的遗传变异率（张紫薇 等，2018）。本试验中88 份洋葱种质资源在遗传距离为23.5 时被分为两类，其中类群Ⅰ为丰产性较差的类群，在种植过程中可适当加大播种密度以获得更高产量；类群Ⅱ鳞茎纵径、鳞茎横径、盘状茎横径较大，肉质鳞片数较多，产量较高，同时VC、黄酮、有机硫化物含量也较高，此类材料在洋葱品质育种上也具有一定的潜力。

通过变异分析、多样性分析、相关性分析、主成分分析及聚类分析对88 份长日照型洋葱种质资源进行综合评价，结果发现，88 份长日照型洋葱被分成两个类群，不同类群在农艺性状及品质性状上都表现出了丰富的多样性，并基于主成分分析筛选出10 份优质的洋葱种质资源，这10 份洋葱种质资源可作为优良的育种材料。本试验结果为洋葱种质资源多样性鉴定分析提供了重要数据。此外，在洋葱种质资源多样性鉴定分析时也应结合多种分子标记等技术，在基因水平进行分子鉴定，才能更精确地分析出洋葱遗传多样性，为洋葱品种选育和遗传改良提供参考。