烤煙種質資源葉片收縮及經濟性狀表型遺傳多樣性分析

吳興富， 焦芳嬋， 陳學軍， 馮智宇， 張光海， 張誼寒， 李永平

（云南省煙草農業科學研究院，煙草行業煙草生物技術育種重點實驗室，昆明 650021）

種質資源的遺傳多樣性可以反映其遺傳背景、育種潛力和利用價值，對資源發掘利用、親本選擇、拓寬育成品種遺傳基礎和保護優異種質具有重要意義。烤煙是一種特殊的葉用經濟作物，煙葉生產最終收獲的產品是烘烤后的干煙葉。在煙葉烘烤過程中，葉長、葉寬、葉面積呈逐漸減小的趨勢[1]，同時，初烤煙的葉片長度是烤煙分級的重要因素之一[2]。可見，烘烤后的葉片大小對煙葉等級質量和經濟性狀影響較大，研究烤煙葉片收縮特性對煙葉生產和品種選育具有重要意義。

目前，有關烤煙葉片收縮特性的研究主要集中在不同烤房類型[3-4]、烘烤工藝[5]、采收方式[6-7]、成熟度[8]等對煙葉收縮率的影響，針對烤煙品種或種質資源葉片收縮特性的研究較少。武圣江等[9]報道了不同烤煙品種（系）煙葉烘烤后的收縮率差異顯著。煙草種質資源遺傳多樣性研究主要集中在利用分子標記研究資源的農藝性狀及親緣關系等方面[10-14]，而表型遺傳多樣性研究報道較少[15-16]，且關于烤煙種質資源葉片收縮特性的遺傳多樣性研究尚未見報道，為探究烤煙葉片收縮特性及其遺傳多樣性，本研究以158 份烤煙資源為材料，分析其葉片收縮特性和經濟性狀的遺傳多樣性，并進行相關性分析、因子分析和聚類分析，以期為烤煙育種親本選擇或品種改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

158 份烤煙種質資源（編號001~158）均由云南省煙草農業科學研究院提供，詳見表1。

1.2 試驗方法

試驗于2018 年在云南省石林彝族自治縣板橋 鎮（N 24°43′43.3″，E 103°12′56.2″，海 拔1 714.4 m）進行，每份材料種植50 株，采用膜下小苗移栽，行距120 cm，株距50 cm，田間管理措施按當地優質煙葉生產技術操作。于煙株中心花開放時打頂，打頂后，每份資源隨機選擇10 株掛牌標記中部葉，每株標記3 片（從下往上第8～10 葉位），共標記30片葉。于田間煙葉適熟時采烤，每次大田采回的標記煙葉先用軟尺（精度0.1 cm）測量烘烤前煙葉的長和寬，測量完后單獨編竿烘烤。裝煙時，參試資源煙葉全部裝在氣流下降式密集烤房的中間層，其中掛牌標記煙葉裝在中間層的中間位置，按“三段式”烘烤工藝進行烘烤。煙葉出爐回軟后下竿，測量標記煙葉的長和寬。田間煙葉采烤結束后，參照文獻[2]對每份資源的所有煙葉（包括牌標記煙葉）進行分級測產，統計單株產 量（yield per plant，YPP）和 上 等 煙 比 例（proportion of high grade cured leaf，PHGCL），并按當地當年煙葉收購價格計算均價（average price，AP）和單株產值（output value per plant，OVPP）。

1.3 測定項目及方法

按上述方法用軟尺（精度0.1 cm）測量標記煙葉烘烤前和烘烤后的葉長（leaf length，LL）和葉寬（leaf width，LW）。參照文獻[2]方法計算烘烤前和烘烤后葉面積（leaf area，LA），參照樊軍輝等[4]方法計算葉長和葉寬的收縮率，參照趙銘欽等[5]方法計算葉面積收縮率，參照王繼師等[17]方法計算Shannon-Weaver 遺傳多樣性指數（H'）。計算公共如下。

式中，Pi為某性狀第i級的頻率。

1.4 數據處理

用Excel 2010 統計各性狀的最小值、最大值、極差、平均值、標準差、變異系數和Shannon-Weaver遺傳多樣性指數。利用DPS軟件進行相關性分析和因子分析。同時，用R 語言軟件對各性狀數據標準化處理后進行Ward層次聚類分析，采用完全隨機分析方法對各類群資源16 個性狀的平均值進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 主要性狀描述性統計及遺傳多樣性分析

參試資源12 個葉片性狀及產量、上等煙比例、產值、均價的統計分析（表2）表明，16 個性狀的變異系數為7.41%~73.36%，平均22.01%，變異較大。在葉片性狀中，葉面積和葉寬的收縮值變異系數大于20%，變異較大；烘烤前葉長和烘烤后葉長的變異系數小于10%，變異較小；其他性狀的變異系數為10%~20%，變異中等。烤后煙葉的上等煙比例、單株產值和均價變異系數均大于30%，產量的變異系數為23.73%，表明在這4 個性狀上158 份資源蘊含豐富的遺傳變異，尤其是上等煙比例。在遺傳多樣性指數（H'）方面，參試資源16 個性狀的H'為1.912 3～2.090 9，平均2.022 4。可見，參試資源葉片收縮特性及經濟性狀變異較大，遺傳多樣性較豐富。

表2 參試資源16個性狀描述性統計及遺傳多樣性指數Table 2 Descriptive statistics and Shannon-Weaver index of 16 traits on tested flue-cured tobacco resources

2.2 主要性狀相關性分析

相關性分析（表3）表明，在葉片性狀方面，烘烤后葉寬與葉長收縮值、葉寬收縮值、葉長收縮率相關性不顯著；烘烤后葉面積與葉長、葉寬、葉面積的收縮率相關性不顯著；烘烤后葉寬與葉寬收縮率、葉面積收縮率呈極顯著負相關；其他性狀間呈顯著或極顯著正相關。在經濟性狀方面，產量與上等煙比例、均價相關性不顯著；產量與產值、上等煙比例與產值、上等煙比例與均價、產值與均價呈極顯著正相關。在葉片性狀與經濟性狀間，產量與烘烤前葉長、葉面積和烘烤后葉長、葉面積呈極顯著正相關；產量與其他葉片性狀間相關性不顯著；上等煙比例與葉寬、葉面積的收縮值及葉寬、葉面積的收縮率呈極顯著負相關，與其他葉片性狀相關性不顯著；產值與葉長、葉寬、葉面積的收縮值及葉長、葉寬、葉面積的收縮率呈極顯著負相關，與其他葉片性狀相關性不顯著；均價與烘烤前葉長、葉寬、葉面積及葉長、葉寬、葉面積的收縮值和葉長、葉寬、葉面積的收縮率呈極顯著負相關，與烘烤后葉長呈顯著負相關，與烘烤后葉寬和葉面積相關性不顯著。可見，6 個葉片收縮性狀與產量間相關性不顯著，但與產值和均價呈極顯著負相關；葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與上等煙比例呈顯著或極顯著負相關。

表3 參試資源16個性狀相關性分析Table 3 Correlation Analysis of 16 traits on tested flue-cured tobacco resources

2.3 主要性狀因子分析

參試資源16 個性狀Bartlett 球形檢驗χ2=5 244.137 5（P<0.001），表明所有數據適合進行因子分析[18]。按特征值大于1、累計貢獻率大于85%的因子保留原則，前4 個因子累計貢獻率88.058%，包含了全部性狀的絕大部分信息（表4）。從斜交參考因子模式矩陣（表4）可以看出，第1因子中，葉面積、葉寬、葉長收縮率以及葉長、葉寬、葉面積收縮值載荷較大，對第1 因子影響較大，葉長、葉寬、葉面積的收縮值與收縮率呈極顯著正相關，故將第1 因子命名為葉片收縮因子。第2 因子中，烘烤后葉寬和葉面積、烘烤前葉寬和葉面積載荷較大，對第2因子影響較大，相關性分析表明這4 個性狀間呈極顯著正相關，故將第2 因子命名為葉面積因子。第3因子中，上等煙比例、均價、產值載荷較大，對第3因子影響較大，相關性分析表明這3個性狀間呈極顯著正相關，且上等煙比例主要反映烤后煙葉的等級質量，故將第3因子命名為煙葉等級質量及產值因子。第4 因子中，產量載荷最大，對第4 因子影響最大，烘烤后葉長也有較大載荷，烘烤后葉長與產量呈極顯著正相關，故將第4 因子命名為產量因子。從斜交參考因子相關矩陣（表5）可以看出，因子2與因子4、因子1 與因子2、因子1 與因子4、因子3 與因子4 均具有正相關關系；因子1與因子3 具有負相關關系；因子2 與因子3 相關性弱。可見，烤煙葉片收縮因子與煙葉等級質量及產值因子具有負相關關系。

表4 斜交參考因子模式矩陣Table 4 Factor pattern matrix of promax rotation

表5 斜交參考因子相關矩陣Table 5 Factor correlation matrix of promax rotation

2.4 主要性狀聚類分析

聚類分析將158 份參試資源劃分為4 個類群（圖1）：Ⅰ類群包括050、153 等31 份資源；Ⅱ類群包括097、040等35份資源；Ⅲ類群包括120、084等27份資源；Ⅳ類群包括109、116 等65 份資源。類群間性狀差異極顯著（表6）。Ⅰ類群烘烤前葉片大，烘烤后葉片較大，葉長、葉寬、葉面積的收縮值和收縮率大，產量、上等煙比例、產值、均價低，經濟性狀差。Ⅱ類群烘烤前和烘烤后葉片大，葉長的收縮值和收縮率大，葉寬、葉面積的收縮值和收縮率較大，產量高，上等煙比例、均價、產值較高，經濟性狀較好。Ⅲ類群烘烤前葉片較大，烘烤后葉片大，葉長收縮值較大、收縮率小，葉面積收縮值較小、收縮率小，葉寬收縮值和收縮率小，產量、上等煙比例、產值、均價高，經濟性狀好。Ⅳ類群烘烤前和烘烤后葉片小，葉長、葉寬、葉面積的收縮值小，葉長收縮率小、葉寬和葉面積收縮率較小，產量低，上等煙比例和產值較低，均價較高，經濟性狀稍差。

圖1 烤煙種質資源聚類分析Fig. 1 Cluster analysis in flue-cured tobacco leaf germplasm resources

表6 不同類群的表型Table 6 Phenotype of different clusters

2.5 優異種質資源分析

烤煙生產強調“優質、高效”，即煙葉等級質量好，種植效益高。從參試資源中篩選出上等煙比例、均價、產值兼顧性好的優異資源，如表7所示。與158 份資源的平均值相比，025 和002 烘烤前葉片較大，葉片收縮率小，烘烤后葉片大，且上等煙比例、均價、產值突出。001 烘烤前葉片較大，葉片收縮率較小，烘烤后葉片大，上等煙比例和均價高、產值突出。072 烘烤前和烘烤后葉片較大、葉片收縮率中等偏小；093和036烘烤前和烘烤后葉片稍大，093 葉片收縮率小、036 葉片收縮率中等偏小；072、093、036 上等煙比例和均價高，072 和093 產值高、036產值較高。可見，這6份優異資源的上等煙比例、均價、產值兼顧性好，且均聚在Ⅲ類群，與Ⅲ類群經濟性狀好的特點吻合，表明聚類分析在種質資源綜合性狀篩選鑒定方面具有一定優勢。

表7 6份優異資源葉片性狀及經濟性狀Table 7 Leaf and economic characters of 6 excellent resources

3 討論

158份參試資源在16個性狀上的變異系數為7.41%～73.36%，平均22.01%；遺傳多樣性指數為1.912 3～2.082 9，平均2.022 2，表明變異較大，遺傳多樣性較豐富。本研究表明，中部葉片的收縮率表現為葉面積>葉寬>葉長，這與樊軍輝等[4]、趙銘欽等[5]、武圣江等[9]、王濤等[19]、向先友等[20]、楊天旭等[21]結果一致。葉寬收縮率大于葉長收縮率的原因主要有兩方面，一方面可能是由于葉脈的木質化程度比葉肉高，主脈和側脈內夾角較小，葉肉組織縱向收縮力小于葉脈的收縮力所引起[5]；另一方面是由于烘烤前葉長與葉寬的差異導致。158 份參試資源烘烤前葉長平均值比葉寬平均值大37.8 cm，烘烤后葉長收縮值與葉寬收縮值差異小，結合葉長和葉寬收縮率計算公式看，烘烤前葉長與葉寬的差異是引起葉長收縮率小于葉寬收縮率的直接原因。此外，本研究只分析了烤煙中部葉片的收縮特性，有關烤煙上部葉片和下部葉片的收縮特性有待進一步研究。

烤煙作為一種特殊的葉用經濟作物，煙葉生產強調“優質、高效（產值高）、適產（產量適宜）”，在保證煙葉質量的同時，要兼顧種植效益和產量。葉片收縮性狀與經濟性狀的相關性分析表明，葉長、葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與產量相關性不顯著；葉長收縮值和收縮率與上等煙比例呈弱負相關；葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與上等煙比例呈顯著或極顯著負相關；葉長、葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與產值和均價呈極顯著負相關，表明烤煙葉片收縮過大，對上等煙比例、產值、均價有不利影響，這與趙銘欽等[5]、黎平等[3]、劉勇等[7]研究中收縮率大、烤后煙葉等級質量或經濟性狀較差的結果一致。因子分析表明，葉片收縮因子與煙葉等級質量及產值因子呈負相關關系，這與葉片收縮性狀和經濟性狀的相關性分析結果吻合，可見，葉片收縮因子應作為重要性狀給予關注。

本研究將158份參試資源劃分為4個類群，其中Ⅲ類群烘烤后葉片較大，收縮率小，經濟性狀好。對烤煙而言，煙葉等級質量、種植效益兼顧性好的品種（資源）在煙葉生產或品種選育中具有較好的應用前景。從Ⅲ類群中篩選出6 份優異資源，即‘云煙97’（025）‘長脖黃’（002）‘云煙116’（001）‘峨山烤煙’（036）‘紅花云煙85’（072）‘GL939’（093），葉片收縮率中等至小，上等煙比例59.10%～80.56%，接近或達到了閆新甫等[22]報道的依據單株葉片數和單葉重估算的上等煙比例理論最大值（60.00%和69.30%），這6 份優異資源的煙葉等級質量和種植效益兼顧性好，可用于煙葉生產或作為親本用于品種選育。