國內育成馬鈴薯品種資源的表型及品質性狀綜合評價

吳承金 陳火云 宋威武

摘? ? 要：在恩施種植馬鈴薯品種資源100份，調查及測定了36個質量性狀和9個數量性狀，并進行遺傳多樣性分析和聚類分析，為選育適宜西南山區春種馬鈴薯新品種及生產利用提供參考。結果表明，質量性狀中托葉形狀、葉表面光澤度、葉緣、頂小葉形狀、柱頭長短、花冠大小、莖翼形狀的遺傳多樣性指數為3.218 9～3.912 0，相比其他性狀遺傳多樣性豐富;數量性狀中株高、粗蛋白含量、產量等遺傳多樣性指數較高，均為4.605 2。供試材料的株高、主莖粗、主莖數、還原糖含量均與產量呈極顯著正相關，其他性狀與產量呈正相關，但未達到顯著水平。聚類分析結果表明，供試資源可分為6個類群，其中以Ⅴ、Ⅵ類群馬鈴薯品種數量最多，Ⅲ、Ⅳ類群次之，Ⅰ、Ⅱ類群最少，僅占總數的19%;相比其他類群，Ⅰ、Ⅱ類群品種具有高產、植株高大、營養物質含量較高等特性，可作為選育西南山區春種高產優質馬鈴薯新品種的親本材料。

關鍵詞：馬鈴薯;種質資源;質量性狀;數量性狀;遺傳多樣性;聚類分析

中圖分類號：S532 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）07-043-07

Comprehensive evaluation of phenotypic and quality characters of potato cultivars in China

WU Chengjin， CHEN Huoyun， SONG Weiwu

（Southern China Potato Research Center in Enshi of Hubei/Scientific Observation and Experiment Station of Tuber and Root Crops in Central China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center， Western Hubei Comprehensive Test Station， Enshi 445000， Hubei， China）

Abstract： One hundred potato varieties were planted in Enshi， 36 qualitative traits and 9 quantitative traits were investigated and measured， and genetic diversity analysis and cluster analysis were carried out， so as to breed new potato varieties suitable for spring planting and production in southwest mountainous areas. The results showed that the genetic diversity index of stipule shape， leaf surface gloss， leaf margin， apical leaflet shape， stigma length， corolla size， and stem wing shape in the quality traits ranged from 3.218 9 to 3.912 0， compared with other traits.Abundant; high genetic diversity indexes such as plant height， crude protein content， and yield in quantitative traits are all 4.605 2.The plant height， main stem thickness， main stem number， and reducing sugar content of the tested materials were all significantly positively correlated with yield， while other traits were positively correlated with yield， but did not reach significant levels. The cluster analysis results show that the test resources can be divided into six groups.Among them， group V and group VI have the most potato varieties， group III and group IV are the next， group I and group II are the least， accounting for only 19% of the total; Compared with other groups， the varieties of group Ⅰ and group Ⅱ are characterized by high yield， taller plants and higher nutrient content， and can be used as parent materials for breeding new high-yield and high-quality potato varieties in the southwest mountainous area.

Key words：Potato; Germplasm resources; Quality character; Quantitative character; Genetic diversity; Clustering analysis

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬于茄科茄屬一年生草本植物，是世界上第四大糧食作物，也是我國重要的經濟作物之一[1-2]。馬鈴薯不僅是為發展中地區提供糧食安全保障的關鍵作物，還是一種高營養食品，富含維生素C、鉀元素、膳食纖維等[3-5]。高產、優質、富營養等特型馬鈴薯品種越來越受到關注，而種質資源是品種改良和選育的重要物質基礎[6-7]。近年來，眾多學者已采用不同方法對馬鈴薯資源農藝性狀及其遺傳多樣性開展研究[8-12]，但針對我國新育成馬鈴薯品種資源在鄂西高山地區的適應性研究較少，并且對表型性狀的調查不夠詳盡，可挖掘的優質資源有限。在評價方法上，覃維治等[13]通過觀察植物的外表形態性狀差異研究植物遺傳變異，并與聚類分析法相結合開展遺傳育種及品種資源研究。隨后葉玉珍[14]采用Shannon-Wiener指數與聚類分析相結合的方法研究我國南方冬種區馬鈴薯種質資源遺傳多樣性，分類結果具體，兩者直接對數量性狀進行聚類分析，隨后并未檢驗分類結果的準確性。筆者以100份馬鈴薯種質資源為材料，對調查性狀進行遺傳多樣性分析、聚類分析，隨后采用單因素方差分析對聚類結果進行驗證，以期為挖掘優良馬鈴薯種質材料，為大規模、精準的馬鈴薯高產優質品種評價提供可行的途徑和方法，為改良馬鈴薯品種及創新種質資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：詳見表1，由湖北恩施中國南方馬鈴薯研究中心及國內相關單位引進。

1.2 試驗設計

試驗于2018年在恩施市三岔鄉天池山基地，冬季機械耕整，凍垡，播種前耙平整細。2018年12月29日播種，每品種單行5穴播種，行株距50 cm×30 cm，2次重復，施用硫酸鉀三元復合肥（N-P2O5-K2O 15-15-15）750 kg·hm-2作底肥。2019年4月16日追施尿素（總氮量46.4%）作苗肥，用量為112.5 kg·hm-2，同時進行中耕除草;5月15日追施尿素（總氮量46.4%）作蕾肥，施用量為112.5 kg·hm-2，同時進行除草培土。

1.3 性狀調查及測定方法

根據劉喜才等[15]的方法，2019年4—6月對供試馬鈴薯種質資源的36個質量性狀（表2）進行調查及測定，6月10—12日測定馬鈴薯株高、莖粗、主莖數，6月28日收獲并測產，7—8月參照張永成等[16]的方法測定馬鈴薯干物質、淀粉（比重法）、維生素C、粗蛋白含量（雙縮脲法）。

1.4 數據分析

取各性狀試驗數據的平均值，用Excel 2010對試驗數據進行統計和制圖，并采用SPSS 23.0進行差異顯著性分析。通過計算Shannon-Wiener指數（H?）分析其遺傳多樣性[17-18]，計算公式：H?=-∑Pi Ln P1（式中，Pi為性狀的第i級出現概率。為方便數據統計和量化分析，對36個馬鈴薯質量性狀進行賦值[14]）（表2）。對數量性狀進行 10 級分類，1級≤X-2δ，10級> X + 2δ，中間每級間差0.5δ，X為各性狀平均值，δ為標準差[19]，每一級的相對頻率用于計算多樣性指數，同時采用歐式平方和遺傳距離和Ward法（離差平方和法）對所有供試材料進行聚類分析[17-18]，采用單因素方差分析進行驗證。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯種質資源質量性狀的遺傳多樣性分析

由表3可以看出，對馬鈴薯種質資源的36個質量性狀進行分布頻率分析顯示，100份馬鈴薯種質資源中大多數為開展株型、綠色莖葉、薯形呈扁橢圓形和橢圓形、黃色薯皮、白色和黃色薯肉、淺中芽眼和結薯集中、塊徑大小和整齊度均居中等形態特征。馬鈴薯種質資源的36個質量性狀中托葉形狀、葉表面光澤度、葉緣、頂小葉形狀、柱頭長短、花冠大小、莖翼形狀的遺傳多樣性指數為3.218 9～3.912 0，相比其他性狀遺傳多樣性豐富;株形、分枝多少、植株繁茂性、薯形、塊莖大小、花冠形狀、柱頭形狀、花藥形狀的遺傳多樣性指數為2.120 3～2.995 7，遺傳多樣性較豐富;天然結實性、芽眼色、皮色、植株晚疫病、柱頭顏色、重瓣花、芽眼多少、薯皮光滑度、花冠顏色、花藥顏色的遺傳多樣性指數低于0.5，相對較低;其余性狀的遺傳多樣性指數為0.556 5～1.966 1。

2.2 馬鈴薯種質資源數量性狀的遺傳多樣性分析

由圖4可以看出，100份馬鈴薯種質資源的9個主要數量性狀指標分級后進行統計分析顯示，供試資源中還原糖含量和主莖數的數量性狀多樣性指數較低，分別為0.967 6、2.120 3，表明馬鈴薯主莖數和還原糖含量的性狀變異程度小，在種質間較穩定;莖粗、干物質含量、淀粉含量、維生素C含量等多樣性指數次之，均為3.912 0;株高、塊莖產量、粗蛋白含量等多樣性指數較高，均為4.605 2，此類性狀變異程度較大。

2.3 馬鈴薯種質資源數量性狀相關性分析

由表5可知，馬鈴薯株高與莖粗、塊莖產量等均呈極顯著正相關，與干物質含量、淀粉含量均呈顯著正相關;馬鈴薯莖粗與塊莖產量呈極顯著正相關，與還原糖呈顯著正相關;主莖數與塊莖產量呈極顯著正相關;塊莖產量與薯塊還原糖含量呈極顯著正相關;塊莖干物質含量與淀粉含量呈極顯著正相關;薯塊干物質含量、淀粉含量、維生素C含量、粗蛋白含量等與產量呈正相關性，但未能達到顯著水平。由此可知，選定馬鈴薯品種株高、莖粗、主莖數等數值越大，越有利于提高塊莖產量;馬鈴薯產量增長一定程度上有利于提高薯塊各營養物質積累。

2.4 馬鈴薯種質資源聚類與判別分析

由圖1可以看出，對馬鈴薯種質資源的9個數量性狀進行聚類分析結果顯示，在歐式遺傳距離為8時，供試材料可劃分為6個大類群。第Ⅰ類群馬鈴薯品種共12份，以鄂馬鈴薯系列居多，表現為植株高大、主莖數多、產量較高、維生素C含量較高;第Ⅱ類群馬鈴薯品種共7份，相比第Ⅰ類群，植株稍矮，但產量高，其他物質含量與第Ⅰ類差異不大;第Ⅲ、Ⅳ類群馬鈴薯品種共36份，品種表現株高中等、產量中等，營養物質含量中等特性;Ⅴ、Ⅵ類群馬鈴薯品種數目最多，共45份，品種表現出低產、植株矮小、干物質含量和淀粉含量較低等特性。

由表6可以看出，通過單因素方差分析對圖1聚類結果的平均數差異檢驗顯示，聚類成6類結果的株高、主莖數、產量、干物質含量、淀粉含量、粗蛋白含量、還原糖含量差異達到極顯著水平（sig值

由表7可知，Ⅰ類群的株高、主莖數、塊莖產量均值均顯著高于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類群，株高65.88 cm，主莖數6.05個，產量為43 878.92 kg·hm-2，該群體可能成為塊莖高產、植株高大、多主莖數的優勢親本材料。Ⅱ類群的塊莖產量、莖粗等均顯著高于與其他4個類群，產量高達56 958.43 kg·hm-2，該群體豐產性最佳。Ⅳ類群馬鈴薯品種干物質含量和淀粉含量均較高，且均顯著高于其他5個類群，該群體可能成為塊莖淀粉含量高、干物質含量高的優勢親本材料。

3 討論與結論

種質資源是作物育種的基礎，育種材料的遺傳多樣性能提高育種水平[19]。表型多樣性對評價品種的地方適應性、綜合性狀的應用潛力、育種親本的利用起到關鍵作用[20]。筆者在本研究中對100份國內馬鈴薯品種表型性狀分析，托葉形狀、葉表面光澤度、葉緣、頂小葉形狀、柱頭長短、花冠大小、莖翼形狀的遺傳多樣性豐富，與李爽等[21]研究相似。參試資源的數量性狀中還原糖含量和主莖數多樣性指數較低，在種質間較穩定，剩余7個性狀的變異程度較大，易出現性狀分離。可見供試馬鈴薯種質資源的大多質量性狀和數量性狀遺傳多樣性較豐富，遺傳背景較寬。數量性狀變異不僅受遺傳因素影響，也受環境因素影響，今后需要對其進行多年際和多環境的鑒定評價，以提高各性狀鑒定的準確率，能夠更有效地應用于育種改良及生產實踐中。

通過主要數量性狀的聚類分析，在一定程度上可以反映出基因型的變異，并初步反映各類群的相似性和親緣關系[22-23]。筆者在本研究中對種植在恩施的100份馬鈴薯品種資源9個數量性狀先進行分級，后聚類分析，較好地對參試品種進行分類，同類群品種間遺傳相似度較高，結論與肖鑫輝等[24]、劉翔宇等[25]類似。劃分的6個類群中，第Ⅰ、Ⅱ類群所含馬鈴薯品種主要特征為產量高、植株高大、營養物質含量高等;第Ⅲ、Ⅳ類群中的馬鈴薯品種主要特征為產量中等、植株高度中等、營養物質含量中等;第Ⅴ、Ⅵ類群所含資源主要特征為產量低、植株低矮、營養物質含量中偏低。近年來，多位學者[26-31]對馬鈴薯資源的適應性、蛋白含量、抗病性進行了研究，對馬鈴薯的綜合營養性研究相對較少。育種時應根據育種目標，在具有突出育種特性的類群間進行選擇，在類群內選擇特定變異的同時，應適當加強多性狀的綜合選擇。

筆者通過Shannon-Wiener多樣性指數、相關性分析和聚類分析對供試資源表型性狀和數量性狀進行研究，發現供試資源的遺傳多樣性豐富，應用潛力較大;聚類結果中第Ⅰ、Ⅱ類群所含馬鈴薯品種是選育西南山區春種高產優質馬鈴薯新品種的優勢親本材料。

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