長日照型洋蔥種質(zhì)資源農(nóng)藝及品質(zhì)性狀綜合評價

劉 督 馬慧麗 張 旭 于鄭嬌 張雅迪 胡云捷 秦 蕾 王 勇

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，東北農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，黑龍江哈爾濱 150030）

洋蔥（Allium cepaL.）又名蔥頭、圓蔥等，為百合科二年生草本植物，原產(chǎn)于近東和地中海沿岸，是世界范圍內(nèi)種植最廣泛的園藝作物之一（Griffiths et al.，2002；Block，2010）。洋蔥營養(yǎng)豐富，含有多種糖類、VC、黃酮和硫化物，現(xiàn)代科學已經(jīng)證實，洋蔥具有藥用價值，有防御病原體、預防和治療癌癥及心血管疾病、保護神經(jīng)、保護肝臟和抗疲勞等作用，既可鮮食，也能加工成洋蔥汁、洋蔥粉等作為調(diào)味品（Chauhan，2005；Nicastro et al.，2015；Guan et al.，2018；Zhu et al.，2018）。

農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀鑒定評價是作物種質(zhì)資源研究的重要組成部分，也是優(yōu)異資源挖掘和利用的基礎(chǔ)（劉浩 等，2014；李偉 等，2023），在洋蔥種質(zhì)資源的鑒定與評價中，農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀鑒定具有不可替代性，是資源分析鑒定的首選方法，在核心種質(zhì)庫構(gòu)建和資源分類中被廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外學者對洋蔥農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀分析鑒定、評價方法及洋蔥品質(zhì)性狀與農(nóng)藝性狀的遺傳關(guān)系等方面做了大量研究工作。陳微等（2019）對307 份洋蔥種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀、遺傳多樣性進行分析，鑒定出早熟優(yōu)質(zhì)資源35 份，中熟優(yōu)質(zhì)資源68 份，抗逆、耐抽薹資源45 份，為洋蔥品種選育提供了參考依據(jù)。陳沁濱（2006）對48 份洋蔥種質(zhì)資源的株高、葉片數(shù)、假莖高、產(chǎn)量等數(shù)量性狀進行主成分分析和聚類分析，對洋蔥資源利用、品種選育起到很好的指導作用。吳慶等（2015）對紅蔥品質(zhì)性狀的分析結(jié)果表明，緊實度與干物質(zhì)率、總糖、蛋白質(zhì)、香辛油含量存在著極顯著正相關(guān)。莊紅梅等（2017）對10 份洋蔥種質(zhì)資源的鱗莖縱徑、鱗莖橫徑、肉質(zhì)鱗片層數(shù)、鱗芽數(shù)等多種表型性狀的多樣性和特異性進行分析，篩選出了適宜栽培的洋蔥品種。

按鱗莖形成對日照長度的要求，洋蔥可分為長日照、中日照和短日照3 種生態(tài)類型（Pike，1986；Currah & Proctor，1990；Lin et al.，1993）。我國洋蔥種植主要集中在黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、甘肅、山東、云南、四川等地區(qū)（高金龍 等，2009），北方長日照型洋蔥具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐貯、供應(yīng)期長的特點，是主要的出口創(chuàng)匯蔬菜和食品加工業(yè)的重要原料（尤青山，2010）。本試驗對來自國內(nèi)外不同地區(qū)的88 份長日照型洋蔥種質(zhì)資源進行農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的綜合評價，探究其遺傳多樣性，以及次生代謝物質(zhì)與其他性狀間的關(guān)系，以期為北方長日照型洋蔥優(yōu)異種質(zhì)資源的篩選和創(chuàng)新及品種選育等提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試洋蔥材料88 份，其中44 份來自中國6 個省份，44 份來自國外5 個國家，均由東北農(nóng)業(yè)大學蔥蒜課題組提供（表1）。

表1 88 份洋蔥種質(zhì)資源名稱及編號

1.2 試驗方法

所有洋蔥種質(zhì)資源材料分別于2021年和2022年的2月20—25日播種于東北農(nóng)業(yè)大學園藝試驗站溫室，至4月20—25日、洋蔥生理苗齡為四葉一心時定植于東北農(nóng)業(yè)大學向陽農(nóng)場露地，株距和行距均為15 cm，隨機區(qū)組排列，3 次重復，每小區(qū)面積5 m2。在洋蔥不同生育期參考《洋蔥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》（詹云和李錫香，2008）對農(nóng)藝性狀進行田間調(diào)查，每份資源每小區(qū)隨機調(diào)查10 株。8月10—15日鱗莖采收后，每份資源隨機取3～5 個洋蔥混合進行品質(zhì)測定，剩余材料統(tǒng)一貯存于4 ℃冷庫，并于翌年4月從每份資源中選取健康、生長狀態(tài)一致的洋蔥種球30 個，栽植于東北農(nóng)業(yè)大學向陽農(nóng)場大棚，株距和行距均為35 cm，3 次重復，每重復10 株，于抽薹開花期調(diào)查花藥顏色、花薹高等性狀（表2）。洋蔥的VC含量測定采用二甲苯萃取比色法（Raghu et al.，2007），可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法（Gill et al.，2003），可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250 比色法（吳發(fā)明 等，2011），黃酮含量測定采用三氯化鋁比色法（賈楠 等，2015；陳愛洋等，2016），有機硫化物含量測定采用丙酮酸差量法（朱君芳 等，2015），均設(shè)置3 次重復。

表2 洋蔥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀調(diào)查

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 洋蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀和品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析

由表3 可以看出，88 份洋蔥種質(zhì)資源的數(shù)量性狀和品質(zhì)性狀差異程度較大，變異系數(shù)分布在9.79%～64.79%之間，其中黃酮含量的變異系數(shù)最大，為64.79%，有機硫化物含量次之，為57.333%，表明這2 個性狀變異幅度較大。花薹高變異系數(shù)最小，為9.79%，變異幅度較小，遺傳特性較為穩(wěn)定。88 份洋蔥種質(zhì)資源的多樣性指數(shù)在1.15～1.53 之間，其中鱗莖橫徑、鱗芽數(shù)多樣性指數(shù)最大，為1.53；其次是可溶性蛋白含量、假莖粗，分別為1.52、1.51；黃酮含量多樣性指數(shù)最小，為1.15。

表3 88 份洋蔥種質(zhì)資源數(shù)量性狀和品質(zhì)性狀的差異與多樣性

不同種質(zhì)間品質(zhì)性狀的含量差異較大。VC 平均含量為7.58 mg·g-1，最高含量為11.04 mg·g-1，最低含量為3.15 mg·g-1；可溶性糖平均含量為18.65 mg·g-1，最高含量為40.28 mg·g-1，最低含量為8.39 mg·g-1；可溶性蛋白平均含量為3.02 mg·kg-1，最高含量為3.70 mg·kg-1，最低含量為2.33 mg·kg-1；黃酮平均含量為3.78 mg·g-1，最高含量為19.82 mg·g-1，最低含量為1.34 mg·g-1；有機硫化物平均含量為0.168 mg·g-1，最高含量為0.428 mg·g-1，最低含量為0.003 mg·g-1（表3）。綜上所述，供試88 份長日型洋蔥種質(zhì)資源性狀的遺傳多樣性較高，種質(zhì)之間存在的差異大，有利于優(yōu)異種質(zhì)的比較和篩選。

2.2 洋蔥種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的遺傳多樣性分析

對88 份長日照型洋蔥種質(zhì)資源的質(zhì)量性狀多樣性分析結(jié)果表明（表4），8 個質(zhì)量性狀的變異系數(shù)在11.36%～140.69%之間，其中肉質(zhì)鱗片顏色變異系數(shù)最大，為140.69%；其次是假莖外皮顏色，為107.18%；花藥顏色變異系數(shù)最小，為11.36%。多樣性指數(shù)在0.36～1.18 之間，其中鱗莖膜質(zhì)皮顏色最大，為1.18；植株形態(tài)次之，為1.03；花藥顏色多樣性指數(shù)最小，為0.36。

表4 88 份洋蔥種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的分布與多樣性

2.3 洋蔥種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

根據(jù)陳沁濱等（2007）、翟亞輝（2014）的研究結(jié)果，選擇出洋蔥主要的9 個表型性狀與品質(zhì)性狀進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明（表5），洋蔥種質(zhì)資源表型性狀與品質(zhì)性狀間的相關(guān)性較高，各性狀之間相互影響較大。其中開展度、鱗莖縱徑、鱗莖橫徑、單個鱗莖質(zhì)量、產(chǎn)量與株高呈極顯著正相關(guān)，千粒重與株高呈顯著正相關(guān)；鱗莖縱徑、鱗莖橫徑、單個鱗莖質(zhì)量、產(chǎn)量與開展度呈極顯著正相關(guān)，千粒重與開展度呈顯著正相關(guān)；鱗莖橫徑、單個鱗莖、產(chǎn)量、千粒重與鱗莖縱徑呈極顯著正相關(guān)；單個鱗莖質(zhì)量、產(chǎn)量與鱗莖橫徑呈極顯著正相關(guān)，千粒重與鱗莖橫徑呈顯著正相關(guān)；產(chǎn)量、千粒重與單個鱗莖質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)；千粒重與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；花薹高與花薹數(shù)呈極顯著正相關(guān)。VC、黃酮及有機硫化物含量與各表型性狀間多呈正相關(guān)性，尤其是洋蔥鱗莖的橫徑和縱徑，而可溶性蛋白和可溶性糖含量與之相反，特別是可溶性糖含量與各表型性狀之間多呈極顯著負相關(guān)。

表5 洋蔥種質(zhì)資源主要表型性狀與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

2.4 洋蔥種質(zhì)資源主成分分析

對29 個農(nóng)藝性狀和5 個品質(zhì)性狀進行主成分分析，前10 個主成分累計貢獻率達77.68%，且特征值均大于1，說明這10 個主成分可以反映88 份洋蔥種質(zhì)資源的主要性狀（表6）。第1 主成分的特征值為10.58，貢獻率為31.12%，該主成分中鱗莖莖粗的特征值最大；第2 主成分的特征值為4.34，貢獻率為12.76%，特征值最大的是假莖外皮色；第3 主成分的特征值為2.17，貢獻率為6.37%，花薹數(shù)的特征值最大；第4 主成分的特征值為1.64，貢獻率為4.82%，葉面蠟粉的特征值最大；第5 主成分的特征值為1.57，貢獻率為4.63%，可溶性糖含量的特征值最大；第6 主成分的特征值為1.38，貢獻率為4.07%，花薹高的特征值最大；第7 主成分的特征值為1.35，貢獻率為3.98%，可溶性糖含量的特征值最大；第8 主成分的特征值為1.18，貢獻率3.48%，可溶性蛋白含量的特征值最大；第9主成分的特征值為1.15，貢獻率為3.38%，花藥顏色的特征值最大；第10 主成分的特征值為1.04，貢獻率為3.07%，可溶性蛋白含量的特征值最大。

表6 洋蔥種質(zhì)資源的主成分分析

2.5 洋蔥種質(zhì)資源性狀綜合評價

分別將標準化的性狀數(shù)值代入10 個主成分得分公式中，可得到10 個主成分得分。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

根據(jù)10 個主成分因子F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9及F10的貢獻率權(quán)重（40.06%、16.42%、8.20%、6.20%、5.96%、5.24%、5.12%、4.49%、4.35%、3.95%），得出綜合得分公式。

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

根據(jù)公式計算出綜合得分（F值），對88 份洋蔥種質(zhì)資源進行綜合評價，F(xiàn)值越高表示綜合表現(xiàn)越好，其中排名前10 的種質(zhì)資源如表7所示。這10 份種質(zhì)資源主要來自內(nèi)蒙古、黑龍江以及甘肅等中國北部地區(qū)，其鱗莖多呈圓球形或橢圓形，大部分具有生長勢強、葉色濃綠、蠟粉厚等性狀（圖1），產(chǎn)量高。此外，綜合品質(zhì)分析，這些種質(zhì)資源也具有可溶性糖、黃酮、有機硫化物含量較高等特點，可作為長日照型洋蔥雜交種的親本材料，為今后高產(chǎn)及高品質(zhì)洋蔥育種的親本選擇提供參考。

圖1 部分洋蔥種質(zhì)資源

表7 排名前10 的洋蔥種質(zhì)資源綜合得分

2.6 洋蔥種質(zhì)資源聚類分析

將29 個農(nóng)藝性狀和5 個品質(zhì)性狀測試結(jié)果進行標準化轉(zhuǎn)換后，采用歐氏距離離差平方和法對88 份洋蔥種質(zhì)資源進行系統(tǒng)聚類，分析結(jié)果如圖2所示，在歐氏距離23.5 處可將88 份洋蔥種質(zhì)資源聚為兩大類群。其中，第Ⅰ類群包含37 份資源，該類群的特點是植株直立矮小，葉片少，鱗莖縱徑和鱗莖橫徑較小，可溶性蛋白、可溶性糖含量較高，VC、黃酮、有機硫化物含量較低，產(chǎn)量較低，屬于豐產(chǎn)性較差的類群，在栽培中應(yīng)合理密植；第Ⅱ類群包含51 份資源，其特點是植株高大、葉片多，利于光合作用，鱗莖縱徑、鱗莖橫徑、盤狀莖橫徑較大，肉質(zhì)鱗片數(shù)較多，VC、黃酮、有機硫化物含量較高，產(chǎn)量較高，此類群在生產(chǎn)上具有較大潛力。

圖2 88 份長日照型洋蔥種質(zhì)資源聚類分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

洋蔥是中國主要的出口創(chuàng)匯蔬菜之一，在生產(chǎn)中具有重要地位，目前對洋蔥種質(zhì)資源多樣性研究的報道還相對較少，對洋蔥種質(zhì)資源的評價與鑒定還不夠全面，限制了優(yōu)良資源的挖掘和利用（陳微 等，2019）。本試驗對88 份長日照型洋蔥種質(zhì)資源的29 個農(nóng)藝性狀和5 個品質(zhì)性狀進行測定、分析，結(jié)果表明，洋蔥種質(zhì)資源變異較大，各性狀表現(xiàn)不同程度的遺傳分化。研究長日照型洋蔥種質(zhì)資源遺傳多樣性對洋蔥品種選育具有一定的參考價值。

作物的數(shù)量性狀受微效多基因控制，由于基因間的連鎖及交互作用，一個數(shù)量性狀的變化往往引起其他數(shù)量性狀的相應(yīng)變化。充分估計數(shù)量性狀間這種相關(guān)變化的關(guān)系，對作物的遺傳育種具有指導作用（劉垂玗，1981）。本試驗對9 個表型性狀與5 個品質(zhì)性狀進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，大多數(shù)性狀間都具有顯著或極顯著的相關(guān)性，單個鱗莖質(zhì)量與株高、鱗莖縱徑、鱗莖橫徑呈極顯著正相關(guān)，這與莊紅梅等（2017）研究認為單個鱗莖質(zhì)量與鱗莖縱徑、鱗莖橫徑呈顯著正相關(guān)的結(jié)果相似，在選育高產(chǎn)品種過程中應(yīng)篩選鱗莖橫徑較大、植株較高的資源。有機硫化物含量與可溶性蛋白含量的相關(guān)性不顯著，這與莊勇等（2004）研究的結(jié)果一致。本試驗還發(fā)現(xiàn)有機硫化物含量與VC 含量、黃酮含量呈顯著正相關(guān)，黃酮含量與VC 含量呈顯著正相關(guān)，黃酮含量與可溶性糖含量呈極顯著負相關(guān)，在選育品種時可根據(jù)營養(yǎng)需求選擇種質(zhì)資源。

主成分分析在小麥、大豆等多種作物性狀評價與種質(zhì)資源的綜合評價中得到了廣泛的運用（王海平 等，2014；吳建忠 等，2019；魏常敏 等，2020；劉湘萍 等，2021；夏利娟 等，2021；許娜麗 等，2021；趙朝森 等，2021；周瑜 等，2021），而在洋蔥種質(zhì)資源的綜合評價研究中，大部分仍停留在運用數(shù)量分布、變異分析等層面，對洋蔥種質(zhì)的鑒定與綜合評價缺乏科學性、系統(tǒng)性。本試驗利用主成分分析將34 個性狀綜合成10 個主成分，這10 個主成分可以反映原來變量信息量的77.68%，從而達到簡化和綜合的目的。基于主成分分析篩選出了10 份綜合評分較高的種質(zhì)資源，具有植株高大且開展，產(chǎn)量高，可溶性糖、黃酮、有機硫化物含量較高等優(yōu)異品質(zhì)，可以用于定向篩選洋蔥品種進行雜交育種，為長日照型洋蔥優(yōu)良種質(zhì)的選育奠定材料基礎(chǔ)，也可作為適宜北方種植、具有優(yōu)良性狀的育種材料。

聚類分析既能反映品種的類別特征，也在一定程度上可以反映品種間親緣關(guān)系。根據(jù)育種目標，考慮遺傳距離的遠近，選擇遺傳差異較大的親本進行雜交以獲得更高的遺傳變異率（張紫薇 等，2018）。本試驗中88 份洋蔥種質(zhì)資源在遺傳距離為23.5 時被分為兩類，其中類群Ⅰ為豐產(chǎn)性較差的類群，在種植過程中可適當加大播種密度以獲得更高產(chǎn)量；類群Ⅱ鱗莖縱徑、鱗莖橫徑、盤狀莖橫徑較大，肉質(zhì)鱗片數(shù)較多，產(chǎn)量較高，同時VC、黃酮、有機硫化物含量也較高，此類材料在洋蔥品質(zhì)育種上也具有一定的潛力。

通過變異分析、多樣性分析、相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析對88 份長日照型洋蔥種質(zhì)資源進行綜合評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，88 份長日照型洋蔥被分成兩個類群，不同類群在農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀上都表現(xiàn)出了豐富的多樣性，并基于主成分分析篩選出10 份優(yōu)質(zhì)的洋蔥種質(zhì)資源，這10 份洋蔥種質(zhì)資源可作為優(yōu)良的育種材料。本試驗結(jié)果為洋蔥種質(zhì)資源多樣性鑒定分析提供了重要數(shù)據(jù)。此外，在洋蔥種質(zhì)資源多樣性鑒定分析時也應(yīng)結(jié)合多種分子標記等技術(shù)，在基因水平進行分子鑒定，才能更精確地分析出洋蔥遺傳多樣性，為洋蔥品種選育和遺傳改良提供參考。