甘肅河西地區(qū)紅皮洋蔥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀相關(guān)性及聚類分析

蒯佳琳, 張玉鑫, 陶興林, 馬彥霞, 于慶文

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所, 蘭州 730070)

洋蔥(AlliumcepaL.)為百合科蔥屬二年生草本植物,原產(chǎn)于地中海沿岸及中亞,以肉質(zhì)鱗片和鱗芽構(gòu)成的鱗莖為食用器官,是世界上重要蔬菜種類之一,也是中國(guó)重要的出口創(chuàng)匯蔬菜[1-2]。甘肅省河西地區(qū)因日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大、灌溉條件好、地勢(shì)平緩,是甘肅省內(nèi)長(zhǎng)日型洋蔥集約化、規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)區(qū)域,近年來種植面積穩(wěn)定在1.7萬hm2左右[3-5]。紅皮洋蔥因其鱗莖商品性佳、辛辣味強(qiáng)、豐產(chǎn)、售價(jià)高,近年來種植面積持續(xù)擴(kuò)大,接近甘肅省洋蔥種植面積的40%。目前,市場(chǎng)上流通的紅皮洋蔥品種繁多雜亂,地方品種雖然種子價(jià)格低,但商品性差,從國(guó)外引進(jìn)的雜交種優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病性強(qiáng),但種子價(jià)格極高,導(dǎo)致種植成本逐年增加。

種質(zhì)資源是生物多樣性的重要組成部分,是新品種選育和種質(zhì)創(chuàng)新的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[6-9]。為了更加高效地對(duì)這些區(qū)域性種質(zhì)資源加以利用,以豐富國(guó)內(nèi)的洋蔥種質(zhì)資源,有必要針對(duì)當(dāng)?shù)匮笫[種質(zhì)資源進(jìn)行全面系統(tǒng)地鑒定。利用農(nóng)藝性狀的鑒定和描述借助多元統(tǒng)計(jì)分析是研究種質(zhì)資源最基本、最直觀、最便捷的方法[10-12],已在洋蔥育種實(shí)踐中廣泛應(yīng)用[13-15]。但是,農(nóng)藝表型性狀常常會(huì)受到環(huán)境因素的影響而發(fā)生變化。因此,因地制宜研究洋蔥地方主栽品種種質(zhì)資源間的多態(tài)性尤為重要。本試驗(yàn)針對(duì)甘肅河西地區(qū)紅皮洋蔥市場(chǎng)需求特性,對(duì)14份紅皮洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了相關(guān)性、主成分和聚類分析,旨在增加對(duì)紅皮洋蔥優(yōu)良基因的挖掘及利用效率,以期為該地區(qū)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)洋蔥新品種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北地區(qū)蔬菜科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行,該試驗(yàn)站位于甘肅省金昌市永昌縣城關(guān)鎮(zhèn)大壩村(101°93′40′′E,38°26′70′′N),海拔1 996 m,屬溫帶大陸性干旱氣候區(qū),年平均氣溫4.8 ℃,夏秋季節(jié)平均氣溫20 ℃左右。多年平均降水量185.1 mm,年內(nèi)降水分布不均,主要集中于6-9月,年蒸發(fā)量2 000.6 mm,≥10 ℃年積溫2 011 ℃,無霜期134 d,區(qū)域光照充沛,氣候冷涼,晝夜溫差大,是甘肅省河西走廊高原夏菜生產(chǎn)基地。土壤類型為灌漠土,0～20 cm耕層土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 0～20 cm耕層土壤理化性質(zhì)Table 1 The physical and chemical properties of 0-20 cm surface soils

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料為甘肅河西地區(qū)主要栽培品種,均由國(guó)家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)體系蘭州試驗(yàn)站提供。其中,國(guó)內(nèi)資源 10份;國(guó)外資源4份(表2)。

表2 2021年參試材料編號(hào)及來源Table 2 Number and origin of test materials in 2021

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)排列設(shè)計(jì),每份資源為1個(gè)處理,每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列,共計(jì)42個(gè)小區(qū),小區(qū)面積16 m2。于3月9日日光溫室穴盤育苗,5月24日定植,株行距15 cm×15 cm。采用膜下滴灌方式,地膜寬度140 cm,為防止地膜被風(fēng)吹起及更好地保溫,覆膜時(shí)將地膜兩側(cè)各10 cm寬的邊埋入土中,埋深5 cm,則地膜凈寬為120 cm,一膜種植8 行洋蔥,定植密度22 000株/667 m2。洋蔥總施肥量的20%作基肥施入,剩余80%隨滴灌追施。

1.4 測(cè)定指標(biāo)和方法

根據(jù)《洋蔥種質(zhì)資源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》(http://www.cgris.net)中的方法,待成熟后每個(gè)材料選取具有材料典型特征的20株,對(duì)株高、葉片數(shù)、鱗莖皮色、肉色、形狀、鱗莖橫徑、鱗莖縱徑、鱗莖單重、鱗莖硬度等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。指標(biāo)賦值見表3;鱗莖單重采用精度為0.001 g的電子秤進(jìn)行稱量;鱗莖橫徑和縱徑采用精度為0.01 mm游標(biāo)卡尺測(cè)定;鱗莖硬度采用便攜式硬度計(jì)測(cè)定。

表3 14個(gè)洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀變化Table 3 Changes of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019軟件進(jìn)行各主要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)基本處理,用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性、相關(guān)性及聚類分析,不同處理間的比較采用Duncan’s新復(fù)極差法(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的變異

變異系數(shù)高低反映樣本間的差異大小,洋蔥各項(xiàng)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均大于10%,表示樣本間差異較大,反之較小。從表3可以看出,11個(gè)農(nóng)藝性狀的平均變異系數(shù)為18.67%。其中,鱗莖肉色的變異系數(shù)最大,達(dá)到 65.88%;其次為鱗莖形狀和鱗莖硬度,變異系數(shù)分別為34.00%和26.03%。生育期、葉片數(shù)、鱗片數(shù)和鱗莖單重的變異系數(shù)都在10%～20%之間。株高、鱗莖皮色、鱗莖縱橫徑變異系數(shù)都小于10%。14份紅皮洋蔥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)僅有株高、鱗莖皮色、鱗莖縱橫徑變異系數(shù)小于10%,其他農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均大于10%,說明這些材料之間存在著較大差異,為優(yōu)異資源的篩選創(chuàng)造了條件。

2.2 洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

由表4可知,洋蔥7個(gè)主要農(nóng)藝性狀間均存在一定的相關(guān)性。鱗莖單重與生育期、株高、葉片數(shù)、鱗莖縱徑、鱗莖橫徑、肉質(zhì)鱗片數(shù)和鱗莖硬度呈正相關(guān),其中與縱徑、橫徑呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.930和0.945。鱗莖硬度與生育期、株高、葉片數(shù)、肉質(zhì)鱗片數(shù)呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.776,0.694,0.717和0.789。肉質(zhì)鱗片數(shù)與株高呈顯著正相關(guān),與生育期、葉片數(shù)呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.810和0.702。鱗莖橫徑與鱗莖縱徑呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.785。

表4 14份洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

2.3 洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀主成分分析

對(duì)14份種質(zhì)資源的 11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析表明,根據(jù)特征根值大于1的原則提取3個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了85.19%(表5)。第1主成分(PC 1)特征值5.267,貢獻(xiàn)率47.88%,載荷較高的性狀有生育期、硬度、葉片數(shù)、肉質(zhì)鱗片數(shù)和株高,特征向量值分別為0.896,0.885,0.851,0.841和0.836,此類性狀主要與洋蔥株型有關(guān)。第2主成分(PC 2)特征值2.837,貢獻(xiàn)率25.79%,載荷較高的性狀有鱗莖橫徑、單重和鱗莖縱徑,特征向量值分別為0.931,0.912和0.830,此類性狀主要與產(chǎn)量有關(guān)。第3主成分(PC 3)特征值1.267,貢獻(xiàn)率11.52%,載荷較高的性狀有鱗莖肉色、鱗莖皮色和鱗莖形狀,特征向量值分別為0.840,0.371和0.281,此類性狀主要與鱗莖外觀品質(zhì)有關(guān)。

表5 14份洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀主成分分析Fig.5 Principal component analysis of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

2.4 14份洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀聚類分析

對(duì)14份種質(zhì)資源的 11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析,以歐式距離為遺傳距離,聚類方法采用類平均法,在遺傳距離為5時(shí)將參試洋蔥種質(zhì)資源分為 3個(gè)類群(圖1)。結(jié)合表6可以看出,每個(gè)類群數(shù)量性狀的變化,第Ⅰ類群有4個(gè)洋蔥種質(zhì)資源,主要特征為生育期相對(duì)較短,株高適中,葉片數(shù)量少,鱗莖皮色為紅色偏淺,肉質(zhì)鱗片數(shù)較少,硬度小,但鱗莖縱徑、橫徑及單重均最大;第Ⅱ類群有6個(gè)洋蔥種質(zhì)資源,主要特征為生育期相對(duì)較長(zhǎng),株高較高,葉片數(shù)量多,鱗莖皮色紫,肉色偏淺紫,肉質(zhì)鱗片數(shù)多且緊實(shí),鱗莖大小適中,商品性好;第Ⅲ類群有4個(gè)洋蔥種質(zhì)資源,主要特征為株高較低,生育期、葉片數(shù)、肉質(zhì)鱗片數(shù)、硬度均處于中間水平,但鱗莖縱徑、橫徑及單重均最小。針對(duì)甘肅河西當(dāng)?shù)啬繕?biāo)市場(chǎng)需求,第Ⅱ類群6個(gè)洋蔥種質(zhì)資源可作為優(yōu)質(zhì)種質(zhì)進(jìn)一步篩選利用。

圖1 14份洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀聚類分析Fig.1 Cluster analysis of main agronomic characters of 14 onion germplasm resources

表6 14份洋蔥種質(zhì)資源各類群數(shù)量性狀特征Table 6 Quantitative characters of 14 onion of different groups

3 討論與結(jié)論

作物新品種的選育依賴于優(yōu)異種質(zhì)資源的篩選和利用。本研究通過對(duì)甘肅河西地區(qū)14份紅皮洋蔥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行多樣性考察,結(jié)果表明,11個(gè)農(nóng)藝性狀變異系數(shù)在3.20%～65.88%之間,其中7個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)大于 10%,表明參試紅皮洋蔥種質(zhì)之間存在較大差異,資源類型較為豐富,可為紅皮洋蔥特異種質(zhì)的挖掘提供良好的基礎(chǔ)。

通過相關(guān)分析可以看出,洋蔥鱗莖單重與鱗莖縱徑、橫徑呈極顯著正相關(guān),這與單成海[14]、崔蘭舫等[16]的研究結(jié)果一致。主成分分析結(jié)果顯示,將洋蔥 11 個(gè)主要農(nóng)藝性狀可歸納為株型、產(chǎn)量和鱗莖表觀性狀3個(gè)主成分,對(duì)總變異的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了85.19%,每個(gè)主成分都比較客觀地反映了所控制的各性狀之間的相互關(guān)系。因此,在紅皮洋蔥種質(zhì)資源創(chuàng)新中應(yīng)根據(jù)不同育種目標(biāo)選擇相應(yīng)主成分因子。

14份紅皮洋蔥種質(zhì)資源11個(gè)農(nóng)藝性狀聚類分為三大類群,類群間差異明顯,其中,第Ⅰ類群全部為中國(guó)陜西地方品種,屬于早熟、皮色偏淺、產(chǎn)量高的種質(zhì),這類品種鱗莖皮色為紅色,且鱗莖肉色偏白,市場(chǎng)價(jià)格沒有紫皮紫肉品種價(jià)格高;第Ⅱ類群以國(guó)外和甘肅酒泉當(dāng)?shù)仄贩N為主,屬于晚熟、株型大、鱗莖皮紫肉紫、商品性好、市場(chǎng)價(jià)格高的種質(zhì);第Ⅲ類群屬于生育期、株型適中、鱗莖較小的種質(zhì)。根據(jù)甘肅省河西地區(qū)紅皮洋蔥市場(chǎng)需求,第Ⅱ類種質(zhì)資源因其鱗莖皮紫肉紫、商品性好、市場(chǎng)價(jià)格高,可作為優(yōu)種質(zhì)進(jìn)一步篩選利用,其他兩類也可在種質(zhì)資源創(chuàng)新工作中根據(jù)不同的育種目標(biāo)加以利用。

綜合分析,本參試材料中本紫皮常規(guī)、MS 03、MS 05、紅吉、紅星和SV 4643 NT等6個(gè)品種相較于其他品種生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、鱗莖皮紫肉紫、商品性好、市場(chǎng)價(jià)格高,綜合表現(xiàn)最好,可作為優(yōu)質(zhì)品種進(jìn)一步篩選利用或作為河西地區(qū)長(zhǎng)日照洋蔥育種的優(yōu)質(zhì)材料。