蒜黃種質資源農藝性狀的綜合評價及聚類分析

葛潔　樊繼德　楊青青　陸信娟　劉燦玉　趙永強　史新敏　李勇　張碧薇　楊峰

摘要：通過對15個蒜黃種質資源的12個數量性狀進行主成分分析和聚類分析，旨在建立蒜黃品種的綜合評價標準。結果表明，不同蒜黃材料間性狀變異程度較大，變異系數為7%～29%;性狀間存在不同程度的相關性，其中產量與株高、葉長顯著相關，與地上部假莖長極顯著相關，生長指標與產量間信息重疊。主成分分析法將蒜黃的12個數量性狀綜合為4個指標，即蒜黃生長因子、產量因子、口感因子和風味因子，集中了原始性狀79%以上的信息。依據主成分貢獻率大小進行綜合評判，選擇植株高大、葉片肥大、產量高、纖維素含量高、大蒜素含量高的蒜黃作為優質材料。通過聚類分析將供試材料分為3個類群，對照主成分分析綜合評價得分情況可知，類群Ⅰ的綜合性狀表現相對較好，類群Ⅱ的表現中等，類群Ⅲ的表現則較差。

關鍵詞：蒜黃;相關性分析;主成分分析;聚類分析;綜合評價;農藝性狀

中圖分類號： S633.402.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2021）19-0029-06

蒜黃是將大蒜鱗莖在黑暗條件下進行軟化栽培形成的產品，其葉呈蠟黃色，基部嫩白，食用部位為其柔嫩的黃色蒜葉及葉鞘[1]。蒜黃具有蒜的香辣味道，但辣味不濃，鮮嫩營養，有抑菌、殺菌作用，是人們普遍種植和喜食的蔬菜[2-4]。隨著人們生活水平的不斷提高，市場上蒜黃需求量日益增大，對其品質及安全性提出了更高要求[5]。蒜黃種質資源的篩選是提高其產量和改善其品質的有效方法。

種質資源評價有利于資源的高效利用和遺傳信息的挖掘，表型多樣性是遺傳多樣性的直觀表達[6-7]。種質資源的鑒定需要綜合性狀指標進行，目前主成分分析和聚類分析方法被廣泛應用于作物資源評價和分類中[8]。李菊等結合海波高度對81份大蒜種質資源進行鑒定與評價，為四川地區大蒜育種及栽培奠定了理論依據[9];劉國偉等對我國各地的57個大蒜種質資源性狀進行調查，通過主成分分析篩選出優良的品種資源，并通過聚類分析揭示了不同地區大蒜的親緣關系[10];王海平等將29個大蒜種質資源的性狀歸為8個主成分，并找出影響產量的主要因子為鱗莖質量、鱗莖直徑、鱗莖高和鱗芽數[11];陳書霞等通過性狀主成分表現，在40個供試大蒜中評選出10個優質品種，并根據遺傳相似性將供試大蒜聚類為4個類群，全部遺傳系數為0.07～064[12];Khar等對大蒜葉長、株高等性狀進行主成分分析，并通過二維分類法將93份種質聚為五大類[13]。然而，目前國內外對蒜黃種質資源的綜合評價研究甚少。

本研究旨在通過對15個供試大蒜種質資源蒜黃生產、產量和營養品質性狀分布狀況及其相關性的研究，對蒜黃品種進行主成分分析和聚類分析，旨在建立種質資源綜合評價機制，篩選一些綜合性狀表現優異的品種，為蒜黃品種改良和依據生產需求選用適當的品種提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試15份大蒜材料的基本信息見表1，均由江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所提供。

1.2試驗方法

于2020年11月在江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所園藝研究室倉庫中進行蒜黃栽培，進行3次重復試驗。挑選鱗莖飽滿、生長健壯、無病蟲害的蒜頭，浸種后播于水培箱中，將其緊密整齊排列，覆土以避免蒜黃倒伏。遮光培養，室溫保持在10 ℃ 以上，濕度不高于90%。于培養28～32 d蒜黃達30 cm以上時收獲，收獲期剪刀貼著基質上方進行切割。

1.3測定指標

在蒜黃收獲期測定相關指標，5株為1個生物學重復，共設3個重復。參考李錫香等的方法[14]測定植株生長指標，包括株高、葉長、葉寬、地上假莖粗、地上假莖高;測定播種前大蒜的蒜頭質量、收獲時蒜黃植株地上部鮮質量，收獲指標用產量表示，計算公式：產量=地上部鮮質量/蒜頭質量;品質指標包括可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、纖維素、大蒜素、游離氨基酸含量等。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定，維生素C含量采用鉬藍比色法測定，可溶性總糖含量采用蒽酮法測定，大蒜素含量采用苯腙法測定，纖維素含量的測定采用比色法，游離氨基酸含量采用茚三酮溶液顯色法測定[15]。

1.4數據處理

用Excel 2016進行數據處理，通過SPSS 20.0將蒜黃主要數量性狀進行標準化，并進行性狀間的相關性分析、主成分分析，得到成分矩陣、得分系數矩陣等以對蒜黃品種進行綜合評價。以歐氏距離為聚類統計量，采用最遠距離法進行聚類分析。

2結果與分析

2.1不同蒜黃種質收獲性狀的變異分析

由表2可以看出，在15種蒜黃材料間，收獲性狀指標的差異均達到極顯著水平，其中產量、可溶性糖含量、大蒜素含量、纖維素含量、游離氨基酸含量的變異程度大。不同品種的蒜黃產量為0.24～0.61 kg，變異系數為20%;可溶性糖含量為 4.25%～9.46%，變異系數為22%;大蒜素含量均值為224 mg/g，在146～3.38 mg/g內變化，變異系數為20%;游離氨基酸含量均值為277.47 μg/g，變化范圍為164.95～592.84 μg/g，變異系數最大，為29%。包括株高、葉長、葉寬、地上假莖粗、地上假莖長在內的生長指標的變異系數較小，為7%～12%。由此可見，在蒜黃不同種質間，收獲指標和品質指標的變異程度較大，是主要的變異性狀，而生長指標的變異程度較小。

由15個蒜黃種質的收獲性狀變異系數可以看出，不同種質蒜黃的主要特征性狀存在較大差異，不同材料間性狀變異程度較大，具有較豐富的遺傳信息和開發潛力。

2.2蒜黃不同性狀間的相關性分析

由表3可以看出，生長指標、收獲指標和品質指標等各相對指標之間存在不同程度的相關性。在66對相對指標的相關系數中，有4對呈顯著相關（P<0.05），5對呈極顯著相關（P< 0.01）。產量與各項品質指標間均沒有相關性，但是與生長指標間則具有不同程度的相關性。產量與株高、葉長呈顯著相關，與地上部假莖長呈極顯著相關。上述研究結果表明，生長指標與產量間存在信息重疊，具有一定程度的一致性。各性狀指標在蒜黃不同品種中發揮著不同作用，如果把各個指標同等納入品種評價中，就會對最終結果造成影響，從而產生誤差。因此可見，需要對各性狀指標進行歸類和簡化，采用主成分分析法對不同蒜黃品種的收獲性狀進行綜合評價。

2.3蒜黃不同性狀的主成分分析

蔬菜的品種評價是受多種因素影響的綜合性狀，使用單一指標不能全面準確地反映[16]，因此應使用多個指標進行綜合評價。由表3的相關系數矩陣可以看出，不同性狀間具有一定的相關性，因此可以采用主成分分析法。由表4可知，前4個主成分的累計貢獻率達79%以上，這4個主成分集中了12個原始收獲性狀79%的信息，因此可見，主成分分析法將蒜黃的12個性狀綜合為4個綜合指標性狀。主成分1與株高（0.697）、葉長（0.733）、葉寬（0741）的相關性較強，貢獻率為32.40%，是綜合指標中最重要的成分，能夠反映蒜黃的生長情況，是蒜黃的生長因子;主成分2與產量（0.772）的相關性較強，代表指標為產量，貢獻率為23.08%，主要反映蒜黃的產量因子;主成分3的代表指標為纖維素含量（0.825），貢獻率為14.05%，能夠反映蒜黃的口感，是口感因子;主成分4與大蒜素含量（0540）的相關性強，貢獻率為9.81%，能夠反映蒜黃的風味與營養，是風味因子。主成分3和主成分4可統稱為蒜黃的品質因子。綜上，生產蒜黃的栽培品種篩選與上述指標密切相關，排列順序為生長因子、收獲因子、品質因子。

2.4蒜黃種質篩選的綜合評價

由蒜黃主要性狀指標標準化后的數值與系數特征向量可以得出4個主成分得分表達式：

PC₁=0.539X₁+0.449X₂+0.540X₃+0.577X₄-0436X₅-0.336X₆+0.520X₇+0.697X₈+0.733X₉+0.741X₁₀+0.664X₁₁+0.430X₁₂;

PC₂=0.772X₁-0.601X₂-0.285X₃-0.399X₄+0.323X₅+0.250X₆-0.046X₇+0.606X₈+0.579X₉-0424X₁₀-0.440X₁₁+0.572X₁₂;

PC₃=-0.077X₁-0.203X₂-0.351X₃+0089X₄-0.481X₅+0.825X₆-0.565X₇+0.108X₈+0.048X₉+0.384X₁₀+0.339X₁₁+0.027X₁₂;

PC₄=-0.117X₁+0.363X₂+0.304X₃-0326X₄+0.540X₅+0.119X₆-0.390X₇-0.095X₈-0.043X₉+0.123X₁₀+0.275X₁₁+0.523X₁₂。

主成分對應的貢獻率為權重，可以得出蒜黃種質間的綜合評價得分（Dn）表達式：Dn=0.324 0PC1+0.230 8PC2+0.140 5PC3+0.098 1PC4。

15個蒜黃材料性狀主成分得分及綜合評價見表5。綜合得分越高，表明綜合品質表現越好。排名前5的品種編號為63、62、39、44、37[金盛4號、05頭薹兩用、金紅六號、荷蘭（產地）-5、金豐二號]，表明這5個品種的綜合性狀良好，其中最好的是63號材料;38、48、42、52、43號材料（寒豐早、萊蕪白皮A、邳州紫皮大蒜、徐紫1號、云南元謀紫-3）的得分居中，表明其綜合表現一般;而60、15、21、14、50號材料（品298、陜西商洛市商南縣黑皮蒜、云南頭蒜8號、萊蕪白皮B、西藏白蒜）的綜合得分較低，說明這些品種的綜合品質表現較差。

2.5蒜黃種質篩選的聚類分析

為了便于篩選性狀良好的蒜黃品種，對上述評價得到的綜合得分進行系統聚類分析。采用平方歐氏距離計算品種間綜合得分的距離，利用最長距離法對得分值進行聚類。基于15個蒜黃材料的12個性狀指標，采用平方歐氏距離計算品種間的性狀距離，利用最長距離法進行聚類。由圖1可以看出，在遺傳距離為15處，可將15個蒜黃材料分為3個類群，其中類群Ⅰ包含金豐二號、05頭薹兩用、邳州紫皮大蒜、金紅六號、寒豐早、萊蕪白皮A和金盛4號7個蒜黃品種，該類群的蒜黃包括產量、株高、葉長及地上假莖長在內的收獲指標和生產指標較高，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、大蒜素、游離氨基酸含量較高，纖維素含量較低，說明類群Ⅰ的品質指標良好;類群Ⅱ包含云南元謀紫-3、品298、陜西商洛市商南縣黑皮蒜和荷蘭（產地）-5共4個蒜黃品種，該類群的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量較高，產量、株高、葉長等收獲指標和生產指標同樣較高，說明類群Ⅱ的綜合性狀較好，類群Ⅰ、類群Ⅱ可為高產、高品質蒜黃品種的培育提供育種材料;類群Ⅲ包含萊蕪白皮B、西藏白蒜、徐紫1號和云南頭蒜8號，其產量最低，可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、游離氨基酸含量最低，纖維素含量較高，株高、葉長、葉寬、假莖粗等生長指標較低，與主成分分析綜合評價得分排在后面的品種較為一致，表明蒜黃的綜合表現相對較差。

類群Ⅰ聚集的7個品種與主成分分析綜合評價得分排在前面的品種基本一致，說明類群I的蒜黃綜合性狀表現相對較好。類群Ⅱ的蒜黃品種評價對照主成分分析綜合評價得分情況，該類群蒜黃品種的綜合性狀表現中等。類群Ⅲ聚集對應的基本為綜合評價得分排序較靠后的蒜黃品種，表明該類群品種的評價表現較差。

3結論與討論

蒜黃是大蒜經過暗培養軟化生產的蔬菜，其栽培方式簡單、營養豐富，但是目前關于蒜黃種質資源綜合評價方面的研究還很不足。本研究選取15個蒜黃品種，對其包括生長、收獲、品質性狀在內的12個主要農藝性狀進行研究。結果表明，蒜黃品種間的農藝性狀變異系數為7%～29%，變異程度較大，范圍較廣，遺傳信息豐富。很多數量性狀集中于生長、品質相關性狀，并且在種內具有較高的穩定性，在種間則表現出一定的變化。由此可見，此類性狀能夠有助于品種的分類及評價[17]。

通過對12個主要農藝性狀進行相關性分析可知，不同性狀間具有較為明顯的正負相關性，但產量性狀與品質性狀間無顯著性相關關系，與邰書靜的研究結果（產量與品質受遺傳因素、環境因素和栽培管理措施的共同影響）[18]一致。由此可見，產量與品質的相互關系表現比較復雜，用單一的相關性結果來表述這種關系過于片面，對產量與品質影響的各個因素都可能引起這種相互關系的變化。而蒜黃產量與株高、葉長呈顯著相關，與地上部假莖長呈極顯著相關，生長指標與產量間存在一定程度的相關性，與大蒜種質資源中生長指標與產量之間的相關關系表述基本一致[19]。由此可見，蒜黃的株高、葉長、地上部假莖長等性狀可以作為選育高產蒜黃的參考指標。

蒜黃種質評價需要較為全面的指標進行綜合分析，不能僅以產量為標準。主成分分析法可將主要性狀指標進行分類和簡化[20-24]，最終將12個性狀轉化為4個主成分進行表示，累計貢獻率達79%以上，4個主成分分別為生長因子、產量因子、口感因子和風味因子。在此基礎上計算各品種在主成分上的得分，通過主成分綜合模型計算出每個品種的綜合得分，評選結果顯示，綜合得分最高的是金盛4號，其產量最高，包括株高、葉長、地上部假莖長在內的生長指標最高;西藏白蒜的可溶性糖、可溶性蛋白含量等品質指標最低，生長指標同樣較低，綜合特性最低，這與實際觀測發現的性狀表現一致。部分品種的實際觀測性狀與綜合得分排名不一致，如品298實際觀測的生長和品質指標均較為良好，但在綜合評價中排名靠后，說明僅分析數量性狀對品種鑒定有一定的局限性。由此可見，選育和評價栽培品種，還需對其進行抗病性、耐儲運性、環境適應性和感官評價等方面的研究。

本研究在主成分分析的基礎上，通過對主要農藝性狀進行聚類分析，將供試的12份蒜黃分為三大類。聚類群內種質具有相似的遺傳信息，數量性狀基本一致[25-26]。類群Ⅰ中7種蒜黃品種材料的產量高，可溶性糖、可溶性蛋白含量等品質指標與株高、葉長等生長指標均處于上游水平，與主成分分析法結果大致一致。部分蒜黃品種的產地相同但聚類結果不同，例如萊蕪白皮A、萊蕪白皮B未聚類在同一類群，可能與多年來不同地區間的引種交流或人工選擇育種導致地理距離小于遺傳距離有關，這與花椰菜材料根據地理來源評價遺傳差異存在偏差的研究結果基本一致[27-28]。性狀多樣性代表著物種的變異程度大小和遺傳多樣性[17]，因此要考慮多種因素的影響。

本研究明確了來源于江蘇徐淮地區農業科學研究所園藝研究室的15份蒜黃生產材料的主要農藝形狀和遺傳變異程度，可為蒜黃品種選育和遺傳多樣性研究奠定基礎。建立蒜黃品種評價鑒定標準，主成分分析法結合聚類分析結果清晰可靠，所選性狀基本適合品種評價要求，便于大量蒜黃品種資源的綜合評價。根據綜合評價分值高低，可以選擇植株高大、葉片長、產量高、營養口感好的品種作為推廣的優異品種，指導蒜黃優良品種的選育和推廣應用。

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基金項目：國家特色蔬菜產業技術體系（編號：CARS-24-A-07）;江蘇現代農業產業技術體系建設專項資金（編號：JATS[2020]043）。

作者簡介：葛潔（1994—），女，河北唐山人，碩士，研究實習員，主要從事蔬菜栽培生理與分子育種研究。E-mail：gjxznky@163.com。

通信作者：楊峰，博士，研究員，主要從事大蒜育種與配套高效栽培技術等研究工作。E-mail：xz-yangfeng@163.com。