南京地區白菜種質資源遺傳主成分與聚類分析

孫菲菲等

摘要：為了了解南京地區不結球白菜種質遺傳多樣性，對50份白菜種質的株高、株型等15個形態學性狀進行了主成分分析和聚類分析。結果表明，15個形態學性狀的平均變異系數為30.35%，其中葉柄長的變異系數最大，為5848%，其次為株型、葉柄質量和葉形。主成分分析表明植株葉片指標、葉柄指標、植株外形和顏色指標等4個主成分代表了80.04%的變異，并以此進行聚類分析，依據種質間遺傳距離將供試材料聚為夏播品種、秋播品種和腌制品種等3個大類。

關鍵詞：白菜；種質資源；主成分分析；聚類分析

中圖分類號： S634.302.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0106-03

白菜（Brassica campestris ssp. chinensis Makino）別稱青菜、小白菜，北方也稱油菜，是我國重要的十字花科蔬菜，在蔬菜周年生產和供應上占有重要地位[1]。白菜在南京地區栽培歷史悠久，種植面積很大，因此南京地區白菜種質資源豐富。本研究通過收集南京地區地方品種種質資源及市場上的主栽品種，分析南京地區白菜種質遺傳多樣性，以篩選優良種質進行保存利用。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為江蘇省南京市蔬菜科學研究所收集，來源于南京市市場銷售的純度較高的白菜品種和常見的地方品種，詳見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 2012 年春秋2季在江蘇省南京市蔬菜科學研究所試驗基地直播種植，采用隨機區組設計，3 次重復，每小區種植50株，施肥量、水分管理和病蟲害防治等根據生產實際實施。

1.2.2 性狀觀察記載 在白菜采收期，每個小區隨機抽取5株調查株型、株高、開展度、成葉數、葉形、葉色、葉長、葉質量、葉寬、葉柄形、葉柄色、葉柄長、葉柄上下寬、葉柄質量等性狀，然后將質量性狀賦值以進行分析[2]，具體賦值見表2。

1.2.3 數據處理方法 采用SPSS 19.0進行數據分析。首先將數量性狀和質量性狀的數據進行標準化，再進行主成分分析，獲得特征值和特征向量，以歐氏距離為聚類統計量，采用最遠距離法進行主成分聚類分析并形成樹狀圖。將聚類結果轉換為協表征矩陣，用Macomb程序對聚類結果和相似系數矩陣之間的相關性進行Mantel檢驗[3]。

2 結果與分析

2.1 形態性狀的多樣性分析

表3表明，不同的種質之間存在很大的變異，各性狀在不同材料之間表現出了不同程度的多樣性。在觀察的15個性狀中，平均變異系數為30.35%，其中葉柄長的變異系數最大，為58.48%；其次為株型、葉柄質量和葉形；變異系數最小的是開展度，僅為12.30%。變異系數的大小與性狀的變異范圍成正相關，即變異系數越大，表明性狀的變異范圍越大。當然，表型性狀的變異系數是在賦值后計算出來的，因此不同性狀之間賦值的差異也影響著變異系數的大小[4]。

2.2 主成分分析

表4表明，前4個主成分的貢獻率依次為35.656 1%、20871 4%、15.339 2%和8.538 6%，累計貢獻率為 80.405 3%，可以用來進行聚類分析。第1主成分中葉長、葉寬和葉質量絕對值較大，表明第1主成分反映的主要是葉片指標；第2主成分中葉柄寬和葉柄質量的絕對值較大，表明第2主成分反映的是葉柄指標；第3主成分中株型和株高的絕對值較大，表明第3主成分反映的是外形指標；第4主成分中葉色和葉柄色的系數絕對值較大，表明第4主成分反映的是顏色指標。因此，本研究中對白菜種質進行分類依次考慮的指標分別為植株葉片、葉柄、植株外形和顏色等4個指標。

2.3 聚類分析

根據主成分表達式計算出各個品種的4個主成分值進行聚類分析（圖1）。供試的50份種質在遺傳距離為17.5時，能夠分為三大類：第一大類為夏播品種。包含20份種質，分為2個亞組，第1亞組以華冠為代表的耐熱雜交白菜品種，株型美觀，商品性好；第2亞組包含黃心菊3份種質。第二大類為秋播品種。包含26份種質，同樣可以分為2個亞組，其中第1亞組包含矮腳黃等11份種質，以地方品種為主，品種外觀一般；第2亞組包含精華等15份種質，是市場上的雜交秋播品種，具有葉片卵圓、葉色淺、株型美觀的特點。第三大類為腌制品種。包含高梗白等4份種質，是當地常用的腌制品種，具有植株高、葉柄多的特點，其中高梗白和箭桿白葉片少，中其白和無錫白葉片多[5]。

將聚類結果轉換為協表征矩陣，對協表征矩陣和相似系數矩陣的相關性進行Mantel檢驗，結果表明2種矩陣極顯著相關，相關系數為0.80，說明聚類結果能很好地體現種質之間的遺傳關系[6]。

3 結論與討論

以表型性狀作為形態學標記進行種質資源的遺傳分析，是其他分析手段的基礎，也是目前許多不具備分子標記分析手段植物的主要分析方法，通過主成分分析能夠對表型性狀作進一步的分析，以便可以在不損失或很少損失原有形態性狀信息的前提下，將原來的多個性狀轉換為個數較少而且不相關的綜合指標，從而簡化表型性狀的分類工作[7]，減少聚類分析的誤差。

本研究中的50份種質能夠分為3類，其中第1類具有較強的耐熱性，包括具有一定耐熱性的五月慢、四月慢等前期耐寒、后期耐熱的耐抽薹品種，但是本研究中并沒有進行耐熱性檢驗，表明目前新品種選育中存在相互模仿，甚至造成異名同種或者同名異種等破壞市場秩序的行為，這與市場實際情況相符合。同時，這類包含2個具有耐寒性的黃心菊品種，因此有必要進一步檢驗黃心菊種質的耐熱特性。本研究中的聚類分析結果與種質比較明顯的特征植株顏色關系不大，顏色對種質資源的分類不具有決定性作用。

隨著現代分子生物技術的快速發展，尤其是分子標記技術的成熟應用，結合形態學標記，能夠準確地研究種質之間的遺傳關系。但是分子標記技術的大規模利用還主要集中在一些模式植物中，在許多蔬菜作物中目前還沒有條件開展分子水平的研究。利用雜種優勢、開發適合現代農業產業發展要求的新品種同樣迫切[8]，因此，作為育種研究的基礎，種質資源的保存、研究及利用都是現代育種工作的一部分。利用相對傳統的形態學標記，結合有效的生物學統計方法能夠提供一條可行的研究道路，從而提高育種效率，為地方種質資源的保護等工作構建基礎、提供依據。

參考文獻：

[1]成素云. 不結球白菜雄性不育新種質P70-203的研究及雜交種指紋圖譜鑒定[D]. 南京：南京農業大學，2009.

[2]孔秋生. 蘿卜種質資源多樣性和親緣關系的研究[D]. 武漢：華中農業大學，2003.

[3]韓建明. 不結球白菜種質資源遺傳多樣性和遺傳模型分析及bcDREB2基因片段克隆[D]. 南京：南京農業大學，2007.

[4]孫 繼，葉利勇，陶月良.蕪菁種質資源形態性狀的多樣性分析[J]. 浙江農業科學，2007（3）：248-251.

[5]曹壽椿，李式軍. 白菜地方品種的初步研究 Ⅲ. 主要生物學特性的研究[J]. 南京農業大學學報，1981（1）：40-48.

[6]于愛霞. 三色堇自交系遺傳多樣性評價及化學去雄的初步研究[D]. 武漢：華中農業大學，2012.

[7]趙德新，孫治強，任子君，等. 茄子形態學性狀主成分分析及聚類分析[J]. 河南農業大學學報，2009，43（4）：393-397.

[8]王勝軍，陸作楣，萬建民. 采用表型和分子標記聚類研究雜交秈稻親本的遺傳多樣性[J]. 中國水稻科學，2006，20（5）：475-480.endprint

摘要：為了了解南京地區不結球白菜種質遺傳多樣性，對50份白菜種質的株高、株型等15個形態學性狀進行了主成分分析和聚類分析。結果表明，15個形態學性狀的平均變異系數為30.35%，其中葉柄長的變異系數最大，為5848%，其次為株型、葉柄質量和葉形。主成分分析表明植株葉片指標、葉柄指標、植株外形和顏色指標等4個主成分代表了80.04%的變異，并以此進行聚類分析，依據種質間遺傳距離將供試材料聚為夏播品種、秋播品種和腌制品種等3個大類。

關鍵詞：白菜；種質資源；主成分分析；聚類分析

中圖分類號： S634.302.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0106-03

白菜（Brassica campestris ssp. chinensis Makino）別稱青菜、小白菜，北方也稱油菜，是我國重要的十字花科蔬菜，在蔬菜周年生產和供應上占有重要地位[1]。白菜在南京地區栽培歷史悠久，種植面積很大，因此南京地區白菜種質資源豐富。本研究通過收集南京地區地方品種種質資源及市場上的主栽品種，分析南京地區白菜種質遺傳多樣性，以篩選優良種質進行保存利用。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為江蘇省南京市蔬菜科學研究所收集，來源于南京市市場銷售的純度較高的白菜品種和常見的地方品種，詳見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 2012 年春秋2季在江蘇省南京市蔬菜科學研究所試驗基地直播種植，采用隨機區組設計，3 次重復，每小區種植50株，施肥量、水分管理和病蟲害防治等根據生產實際實施。

1.2.2 性狀觀察記載 在白菜采收期，每個小區隨機抽取5株調查株型、株高、開展度、成葉數、葉形、葉色、葉長、葉質量、葉寬、葉柄形、葉柄色、葉柄長、葉柄上下寬、葉柄質量等性狀，然后將質量性狀賦值以進行分析[2]，具體賦值見表2。

1.2.3 數據處理方法 采用SPSS 19.0進行數據分析。首先將數量性狀和質量性狀的數據進行標準化，再進行主成分分析，獲得特征值和特征向量，以歐氏距離為聚類統計量，采用最遠距離法進行主成分聚類分析并形成樹狀圖。將聚類結果轉換為協表征矩陣，用Macomb程序對聚類結果和相似系數矩陣之間的相關性進行Mantel檢驗[3]。

2 結果與分析

2.1 形態性狀的多樣性分析

表3表明，不同的種質之間存在很大的變異，各性狀在不同材料之間表現出了不同程度的多樣性。在觀察的15個性狀中，平均變異系數為30.35%，其中葉柄長的變異系數最大，為58.48%；其次為株型、葉柄質量和葉形；變異系數最小的是開展度，僅為12.30%。變異系數的大小與性狀的變異范圍成正相關，即變異系數越大，表明性狀的變異范圍越大。當然，表型性狀的變異系數是在賦值后計算出來的，因此不同性狀之間賦值的差異也影響著變異系數的大小[4]。

2.2 主成分分析

表4表明，前4個主成分的貢獻率依次為35.656 1%、20871 4%、15.339 2%和8.538 6%，累計貢獻率為 80.405 3%，可以用來進行聚類分析。第1主成分中葉長、葉寬和葉質量絕對值較大，表明第1主成分反映的主要是葉片指標；第2主成分中葉柄寬和葉柄質量的絕對值較大，表明第2主成分反映的是葉柄指標；第3主成分中株型和株高的絕對值較大，表明第3主成分反映的是外形指標；第4主成分中葉色和葉柄色的系數絕對值較大，表明第4主成分反映的是顏色指標。因此，本研究中對白菜種質進行分類依次考慮的指標分別為植株葉片、葉柄、植株外形和顏色等4個指標。

2.3 聚類分析

根據主成分表達式計算出各個品種的4個主成分值進行聚類分析（圖1）。供試的50份種質在遺傳距離為17.5時，能夠分為三大類：第一大類為夏播品種。包含20份種質，分為2個亞組，第1亞組以華冠為代表的耐熱雜交白菜品種，株型美觀，商品性好；第2亞組包含黃心菊3份種質。第二大類為秋播品種。包含26份種質，同樣可以分為2個亞組，其中第1亞組包含矮腳黃等11份種質，以地方品種為主，品種外觀一般；第2亞組包含精華等15份種質，是市場上的雜交秋播品種，具有葉片卵圓、葉色淺、株型美觀的特點。第三大類為腌制品種。包含高梗白等4份種質，是當地常用的腌制品種，具有植株高、葉柄多的特點，其中高梗白和箭桿白葉片少，中其白和無錫白葉片多[5]。

將聚類結果轉換為協表征矩陣，對協表征矩陣和相似系數矩陣的相關性進行Mantel檢驗，結果表明2種矩陣極顯著相關，相關系數為0.80，說明聚類結果能很好地體現種質之間的遺傳關系[6]。

3 結論與討論

以表型性狀作為形態學標記進行種質資源的遺傳分析，是其他分析手段的基礎，也是目前許多不具備分子標記分析手段植物的主要分析方法，通過主成分分析能夠對表型性狀作進一步的分析，以便可以在不損失或很少損失原有形態性狀信息的前提下，將原來的多個性狀轉換為個數較少而且不相關的綜合指標，從而簡化表型性狀的分類工作[7]，減少聚類分析的誤差。

本研究中的50份種質能夠分為3類，其中第1類具有較強的耐熱性，包括具有一定耐熱性的五月慢、四月慢等前期耐寒、后期耐熱的耐抽薹品種，但是本研究中并沒有進行耐熱性檢驗，表明目前新品種選育中存在相互模仿，甚至造成異名同種或者同名異種等破壞市場秩序的行為，這與市場實際情況相符合。同時，這類包含2個具有耐寒性的黃心菊品種，因此有必要進一步檢驗黃心菊種質的耐熱特性。本研究中的聚類分析結果與種質比較明顯的特征植株顏色關系不大，顏色對種質資源的分類不具有決定性作用。

隨著現代分子生物技術的快速發展，尤其是分子標記技術的成熟應用，結合形態學標記，能夠準確地研究種質之間的遺傳關系。但是分子標記技術的大規模利用還主要集中在一些模式植物中，在許多蔬菜作物中目前還沒有條件開展分子水平的研究。利用雜種優勢、開發適合現代農業產業發展要求的新品種同樣迫切[8]，因此，作為育種研究的基礎，種質資源的保存、研究及利用都是現代育種工作的一部分。利用相對傳統的形態學標記，結合有效的生物學統計方法能夠提供一條可行的研究道路，從而提高育種效率，為地方種質資源的保護等工作構建基礎、提供依據。

參考文獻：

[1]成素云. 不結球白菜雄性不育新種質P70-203的研究及雜交種指紋圖譜鑒定[D]. 南京：南京農業大學，2009.

[2]孔秋生. 蘿卜種質資源多樣性和親緣關系的研究[D]. 武漢：華中農業大學，2003.

[3]韓建明. 不結球白菜種質資源遺傳多樣性和遺傳模型分析及bcDREB2基因片段克隆[D]. 南京：南京農業大學，2007.

[4]孫 繼，葉利勇，陶月良.蕪菁種質資源形態性狀的多樣性分析[J]. 浙江農業科學，2007（3）：248-251.

[5]曹壽椿，李式軍. 白菜地方品種的初步研究 Ⅲ. 主要生物學特性的研究[J]. 南京農業大學學報，1981（1）：40-48.

[6]于愛霞. 三色堇自交系遺傳多樣性評價及化學去雄的初步研究[D]. 武漢：華中農業大學，2012.

[7]趙德新，孫治強，任子君，等. 茄子形態學性狀主成分分析及聚類分析[J]. 河南農業大學學報，2009，43（4）：393-397.

[8]王勝軍，陸作楣，萬建民. 采用表型和分子標記聚類研究雜交秈稻親本的遺傳多樣性[J]. 中國水稻科學，2006，20（5）：475-480.endprint

摘要：為了了解南京地區不結球白菜種質遺傳多樣性，對50份白菜種質的株高、株型等15個形態學性狀進行了主成分分析和聚類分析。結果表明，15個形態學性狀的平均變異系數為30.35%，其中葉柄長的變異系數最大，為5848%，其次為株型、葉柄質量和葉形。主成分分析表明植株葉片指標、葉柄指標、植株外形和顏色指標等4個主成分代表了80.04%的變異，并以此進行聚類分析，依據種質間遺傳距離將供試材料聚為夏播品種、秋播品種和腌制品種等3個大類。

關鍵詞：白菜；種質資源；主成分分析；聚類分析

中圖分類號： S634.302.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0106-03

白菜（Brassica campestris ssp. chinensis Makino）別稱青菜、小白菜，北方也稱油菜，是我國重要的十字花科蔬菜，在蔬菜周年生產和供應上占有重要地位[1]。白菜在南京地區栽培歷史悠久，種植面積很大，因此南京地區白菜種質資源豐富。本研究通過收集南京地區地方品種種質資源及市場上的主栽品種，分析南京地區白菜種質遺傳多樣性，以篩選優良種質進行保存利用。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為江蘇省南京市蔬菜科學研究所收集，來源于南京市市場銷售的純度較高的白菜品種和常見的地方品種，詳見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 2012 年春秋2季在江蘇省南京市蔬菜科學研究所試驗基地直播種植，采用隨機區組設計，3 次重復，每小區種植50株，施肥量、水分管理和病蟲害防治等根據生產實際實施。

1.2.2 性狀觀察記載 在白菜采收期，每個小區隨機抽取5株調查株型、株高、開展度、成葉數、葉形、葉色、葉長、葉質量、葉寬、葉柄形、葉柄色、葉柄長、葉柄上下寬、葉柄質量等性狀，然后將質量性狀賦值以進行分析[2]，具體賦值見表2。

1.2.3 數據處理方法 采用SPSS 19.0進行數據分析。首先將數量性狀和質量性狀的數據進行標準化，再進行主成分分析，獲得特征值和特征向量，以歐氏距離為聚類統計量，采用最遠距離法進行主成分聚類分析并形成樹狀圖。將聚類結果轉換為協表征矩陣，用Macomb程序對聚類結果和相似系數矩陣之間的相關性進行Mantel檢驗[3]。

2 結果與分析

2.1 形態性狀的多樣性分析

表3表明，不同的種質之間存在很大的變異，各性狀在不同材料之間表現出了不同程度的多樣性。在觀察的15個性狀中，平均變異系數為30.35%，其中葉柄長的變異系數最大，為58.48%；其次為株型、葉柄質量和葉形；變異系數最小的是開展度，僅為12.30%。變異系數的大小與性狀的變異范圍成正相關，即變異系數越大，表明性狀的變異范圍越大。當然，表型性狀的變異系數是在賦值后計算出來的，因此不同性狀之間賦值的差異也影響著變異系數的大小[4]。

2.2 主成分分析

表4表明，前4個主成分的貢獻率依次為35.656 1%、20871 4%、15.339 2%和8.538 6%，累計貢獻率為 80.405 3%，可以用來進行聚類分析。第1主成分中葉長、葉寬和葉質量絕對值較大，表明第1主成分反映的主要是葉片指標；第2主成分中葉柄寬和葉柄質量的絕對值較大，表明第2主成分反映的是葉柄指標；第3主成分中株型和株高的絕對值較大，表明第3主成分反映的是外形指標；第4主成分中葉色和葉柄色的系數絕對值較大，表明第4主成分反映的是顏色指標。因此，本研究中對白菜種質進行分類依次考慮的指標分別為植株葉片、葉柄、植株外形和顏色等4個指標。

2.3 聚類分析

根據主成分表達式計算出各個品種的4個主成分值進行聚類分析（圖1）。供試的50份種質在遺傳距離為17.5時，能夠分為三大類：第一大類為夏播品種。包含20份種質，分為2個亞組，第1亞組以華冠為代表的耐熱雜交白菜品種，株型美觀，商品性好；第2亞組包含黃心菊3份種質。第二大類為秋播品種。包含26份種質，同樣可以分為2個亞組，其中第1亞組包含矮腳黃等11份種質，以地方品種為主，品種外觀一般；第2亞組包含精華等15份種質，是市場上的雜交秋播品種，具有葉片卵圓、葉色淺、株型美觀的特點。第三大類為腌制品種。包含高梗白等4份種質，是當地常用的腌制品種，具有植株高、葉柄多的特點，其中高梗白和箭桿白葉片少，中其白和無錫白葉片多[5]。

將聚類結果轉換為協表征矩陣，對協表征矩陣和相似系數矩陣的相關性進行Mantel檢驗，結果表明2種矩陣極顯著相關，相關系數為0.80，說明聚類結果能很好地體現種質之間的遺傳關系[6]。

3 結論與討論

以表型性狀作為形態學標記進行種質資源的遺傳分析，是其他分析手段的基礎，也是目前許多不具備分子標記分析手段植物的主要分析方法，通過主成分分析能夠對表型性狀作進一步的分析，以便可以在不損失或很少損失原有形態性狀信息的前提下，將原來的多個性狀轉換為個數較少而且不相關的綜合指標，從而簡化表型性狀的分類工作[7]，減少聚類分析的誤差。

本研究中的50份種質能夠分為3類，其中第1類具有較強的耐熱性，包括具有一定耐熱性的五月慢、四月慢等前期耐寒、后期耐熱的耐抽薹品種，但是本研究中并沒有進行耐熱性檢驗，表明目前新品種選育中存在相互模仿，甚至造成異名同種或者同名異種等破壞市場秩序的行為，這與市場實際情況相符合。同時，這類包含2個具有耐寒性的黃心菊品種，因此有必要進一步檢驗黃心菊種質的耐熱特性。本研究中的聚類分析結果與種質比較明顯的特征植株顏色關系不大，顏色對種質資源的分類不具有決定性作用。

隨著現代分子生物技術的快速發展，尤其是分子標記技術的成熟應用，結合形態學標記，能夠準確地研究種質之間的遺傳關系。但是分子標記技術的大規模利用還主要集中在一些模式植物中，在許多蔬菜作物中目前還沒有條件開展分子水平的研究。利用雜種優勢、開發適合現代農業產業發展要求的新品種同樣迫切[8]，因此，作為育種研究的基礎，種質資源的保存、研究及利用都是現代育種工作的一部分。利用相對傳統的形態學標記，結合有效的生物學統計方法能夠提供一條可行的研究道路，從而提高育種效率，為地方種質資源的保護等工作構建基礎、提供依據。

參考文獻：

[1]成素云. 不結球白菜雄性不育新種質P70-203的研究及雜交種指紋圖譜鑒定[D]. 南京：南京農業大學，2009.

[2]孔秋生. 蘿卜種質資源多樣性和親緣關系的研究[D]. 武漢：華中農業大學，2003.

[3]韓建明. 不結球白菜種質資源遺傳多樣性和遺傳模型分析及bcDREB2基因片段克隆[D]. 南京：南京農業大學，2007.

[4]孫 繼，葉利勇，陶月良.蕪菁種質資源形態性狀的多樣性分析[J]. 浙江農業科學，2007（3）：248-251.

[5]曹壽椿，李式軍. 白菜地方品種的初步研究 Ⅲ. 主要生物學特性的研究[J]. 南京農業大學學報，1981（1）：40-48.

[6]于愛霞. 三色堇自交系遺傳多樣性評價及化學去雄的初步研究[D]. 武漢：華中農業大學，2012.

[7]趙德新，孫治強，任子君，等. 茄子形態學性狀主成分分析及聚類分析[J]. 河南農業大學學報，2009，43（4）：393-397.

[8]王勝軍，陸作楣，萬建民. 采用表型和分子標記聚類研究雜交秈稻親本的遺傳多樣性[J]. 中國水稻科學，2006，20（5）：475-480.endprint