50份馬鈴薯種質資源表型鑒定和遺傳多樣性分析

張川 梁金平 羅文彬 張志勇 蘇秋芹 周美玲 鄭新妹

摘要：為豐富福建地區馬鈴薯種質資源和遺傳基因改良奠定材料基礎，參照《馬鈴薯種質資源描述規范和數據標準》，對50份種質資源的25個表型性狀進行多樣性、相關性和聚類分析。結果表明，50份馬鈴薯種質資源質量性狀多樣性指數差異很大，變幅為0.52～2.01，其中肉色、開花繁茂性、薯形、葉色的遺傳多樣性指數分別達到2.01、1.81、1.61、1.52、0.52；數量性狀遺傳多樣性指數除了主莖分枝數、蛋白質含量外，其他9個性狀均達到2.10以上，單薯重、單株產量、單株結薯數、主莖分枝數變異系數較大，均達到27%以上。相關性分析方面，生育期與單株結薯數、株高、干物質含量呈顯著正相關；商品薯率與單株結薯數呈極顯著負相關，與單薯重呈極顯著正相關，而單薯重與單株結薯數呈極顯著負相關；單株產量與商品率、單薯重呈極顯著正相關；株高與單株結薯數、莖粗呈極顯著正相關，與商品率呈顯著負相關，與單薯重呈極顯著負相關；干物質含量與淀粉含量呈極顯著正相關。通過主成分分析得到6個主成分，累計貢獻率達90.691 0%，能較好反映該11個數量性狀的主要信息。聚類分析將50份馬鈴薯種質資源劃分為4個類群，第Ⅰ類群為中早熟低產型材料、第Ⅱ類群為中熟中產型材料、第Ⅲ類群為中早熟中產型材料、第Ⅳ類群為中熟高產型材料。第Ⅰ類群可作為挖掘早熟型的親本資源進行利用；第Ⅱ類群可作為淀粉加工型的親本資源進行利用；第Ⅲ類群可作為早熟和提升品質的親本資源進行利用；第Ⅳ類群可作為高產和經濟效益高的親本資源進行利用。

關鍵詞：馬鈴薯；種質資源；表型性狀；聚類分析；資源利用

中圖分類號：S532.03? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）08-0031-07

收稿日期：2023-07-19

基金項目：“十四五”福建省種業創新與產業化工程項目（編號：Zycxny2021005）。

作者簡介：張 川（1982—），男，福建龍巖人，助理研究員，主要從事薯類遺傳育種與栽培技術。E-mail：295577198@qq.com。

通信作者：梁金平，研究員，主要從事薯類遺傳育種與栽培技術。E-mail：jinpingL72@126.com。

我國是馬鈴薯生產大國，福建省屬于我國南方冬作區［1-2］。馬鈴薯種質資源是物種基因改良和遺傳學研究的物質基礎，對引進的種質資源開展遺傳多樣性研究，不僅能豐富種質資源庫，而且可以為遺傳基因改良提供理論參考，也是品種選育的前提［3-4］。因此，引進馬鈴薯種質資源開展遺傳多樣性分析，為日后親本選配和新品種選育具有重要意義。對種質資源開展評價的方法有表型性狀標記、分子標記、生化標記和細胞學標記［5］。葉玉珍等對馬鈴薯種質資源的25個農藝性狀進行分析，篩選出2份高產高株型材料［6］；何虎翼等將63份馬鈴薯品種（系）資源分為5個類群［7］；羅文彬等對24份種質資源的主要形態特征、產量、耐凍性等進行評價，為不同的育種目標篩選親本材料［8］；胡海波等對39份馬鈴薯資源在赤峰地區的農藝性狀進行分析研究，篩選出一批產量高、抗病毒性強、抗晚疫病的材料［9］；宋崢等對44份馬鈴薯地方種質資源利用SSR技術進行遺傳多樣性分析，共分為5個類群［10］；劉毅強等對20份馬鈴薯材料遺傳多樣性利用形態學鑒定和SSR分子標記分別進行聚類分析，結果表明2種分析結果具有一定的一致性［11］。由于馬鈴薯遺傳多樣性豐富，種間遺傳差異性大。近年來，對馬鈴薯種質資源遺傳多樣性的研究很多，但在福建春作區開展種質資源遺傳多樣性分析的研究尚未見報道。對50份馬鈴薯種質資源的14個質量性狀和11個數量性狀進行相關性分析、主成分分析和聚類分析，挖掘特色核心種質資源，以期為福建創制兼合多個優異性狀馬鈴薯新品種提供材料基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

50份供試的馬鈴薯種質資源來源于國家馬鈴薯產業技術體系福州綜合試驗站，具體馬鈴薯品種（系）資源見表1。

1.2 試驗設計

試驗地點位于福建省上杭縣步云鄉（25.28°N，116.88°E），海拔1 087 m，年平均溫度為17.5 ℃，年日照時數約1 920 h，年降水量約1 950 mm，相對濕度為70%～90%，無霜期290 d。土壤為沙壤土，前作水稻。田間試驗于2022年3月8日種植，7月4日收獲。試驗采用完全隨機區組排列，重復3次，行長2.5 m，行距1.2 m，株距0.25 m，3行區。栽培按照當地常規管理。

1.3 性狀鑒定和測定

表型性狀鑒定以《馬鈴薯種質資源描述規范和數據標準》［12］為依據，從現蕾期開始至生育期結束對50份馬鈴薯種質資源的14個質量性狀（表2）和11個數量性狀進行調查測定，其中3個數量性狀（干物質、蛋白質、淀粉含量）由吉林省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所測定。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對試驗數據進行整理，用DPS 7.05軟件進行主成分、相關性和聚類分析。用Shannon-Wiener指數（H′）分析其遺傳多樣性，公式如下：H′=-∑Pi lnPi，式中：Pi為某性狀第i級別內材料份數占總份數的百分比［13-14］。同時，采用歐氏遺傳距離和離差平方和法對供試材料進行系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯種質資源表型性狀遺傳多樣性分析

2.1.1 質量性狀遺傳多樣性分析

從表3可以看出，14個質量性狀分布在52個變異類型，各個質量性狀的形態特征分布比例不同，變幅為2%～92%。多樣性指數（H′）差異也很大，為0.52～2.01，其中肉色的H′最大，為2.01，其次是開花繁茂性、薯形、葉色、天然結實性，最小的是頂小葉形狀，為0.52，說明肉色、開花繁茂性、薯形的遺傳多樣性較為豐富。在50份種質資源里，株型以直立為主，占比為68%；莖色以綠色為主，占比為68%；葉色以綠色、深綠色為主，分別占比為46%、32%；葉表面光澤度以中等最多，占比為64%；葉緣、頂小葉寬度、頂小葉形狀分別以平展、中、橢圓形為主，分別占比為88%、82%、92%；開花繁茂性中，多占比為46%；天然結實性中，無占比為66%；薯形中，橢圓形最多，占比為64%；皮色以黃色薯皮為主，占比為68%；肉色以黃色、白色為主，分別占比為38%、26%；資源中芽眼淺的為最多，占比為52%；薯皮光滑度以光滑為主，占比為82%。

2.1.2 數量性狀遺傳多樣性分析

由表4可知，采用Shannon-Wiener指數（H′）對11個數量性狀進行表型多樣性分析，其中莖粗的H′最大，為2.79，其次是單株結薯數、單株產量，為2.47、2.41，最小的是主莖分枝數，為1.37。說明植株的莖稈粗細在這些種質資源中遺傳多樣性最為豐富。在50份馬鈴薯種質資源間性狀間變異系數差異較大，其中變異系數最大的為單薯重，為44.27%，變幅為32.6～168.2 g；單株產量次之，變異系數為35.40%，變幅為124～812 g；其次是單株結薯數、主莖分枝數、株高和莖粗，變異系數分別是27.91%、27.06%、24.81%、18.98%，變幅分別為2.6～11.4個、1.0～3.6個、 25.5～93.0 cm、0.62～1.39 cm； 再次是淀粉含量、商品率、生育期、干物質含量，變異系數分別為17.23%、15.02%、13.82%、13.40%，其變幅分別為6.14%～16.39%、47.4%～98.3%、72～118 d、13.34～24.17%；變異系數最小的為蛋白質含量，變異系數為11.06%，變幅為1.44～2.40%。

2.2 數量性狀的相關性分析

對50份馬鈴薯種質資源的11個數量性狀進行相關性分析，結果（表5）表明，生育期與單株結薯數、株高、干物質含量呈顯著正相關；商品率與單株結薯數呈極顯著負相關，與單薯重呈極顯著正相關，而單薯重與單株結薯數呈極顯著負相關；單株產量與商品率、單薯重呈極顯著正相關；株高與單株結薯數、莖粗呈極顯著正相關，與商品率呈顯著負相關，與單薯重呈極顯著負相關；干物質含量與淀粉含量呈極顯著正相關。由此可以看出，生育期越長，干物質含量和株高就越高，單株結薯數就越多；單株薯數越多，單薯重和商品率就越低；商品薯率越高、單薯重越大的單株產量就越高；株高越高，莖粗越粗；干物質含量越高，淀粉含量也越高。

2.3 數量性狀的主成分分析

對50份馬鈴薯種質資源的11個數量性狀進行主成分因子分析，得到6個主成分（表6），累計貢獻率達90.691 0%，基本涵蓋了11個數量性狀的主要信息。第一主成分的特征值最大，為2.464 3，其方差貢獻率也最大，為22.402 6%，因子載荷量較高的是單薯重、商品率、單株產量，特征值分別為 0.904 4、0.873 7、0.872 6，主要反映的是單薯重因子；第二主成分特征值為2.127 4，方差貢獻率為19.340 1%，因子載荷量較高的是干物質含量、淀粉含量，特征值分別為0.948 1、0.931 8，主要反映的是干物質含量因子； 第三主成分特征值為2.078 0，

方差貢獻率為18.891 3%，因子載荷量較高的是莖粗、株高、蛋白質含量，特征值分別為-0.895 1、-0.791 6、0.691 3，主要反映的是莖粗因子；第四主成分特征值為1.240 2，方差貢獻率為11.274 3%，因子載荷量較高的是單株結薯數，特征值為0.903 3，主要反映的是單株結薯數因子；第五主成分特征值為1.046 9，方差貢獻率為9.517 2%，因子載荷量較高的是主莖分枝數，特征值為0.919 5， 主要反映的是主莖分枝數因子；第六主成分特征值為1.019 2，方差貢獻率為9.265 5%，因子載荷量較高的是生育期，特征值為0.936 2，主要反映的是生育期因子。

2.4 聚類分析

對50份馬鈴薯種質資源的11個數量性狀進行聚類分析，在平均歐氏遺傳距離為10處將50份馬鈴薯種質資源劃分為4個類群（圖1）。第Ⅰ類群為中早熟低產型材料，共有12份，該類群材料生育期平均為83.25 d，干物質含量17.46%，蛋白質1.77%，淀粉含量為11.14%，單株產量287.33 g，表現出中早熟、營養品質一般、單株產量低的特點；第Ⅱ類群為中熟中產型材料，共有19份，該類群材料生育期平均為95.89 d，干物質含量21.28%，蛋白質含量為1.90%，淀粉含量為14.02%，單株產量414.47 g，具有中熟、營養品質一般、單株產量中等的特點；第Ⅲ類群為中早熟中產型材料，共有8份，該類群材料生育期平均為80.75 d，干物質含量18.89%，蛋白質含量為2.25%，淀粉含量為12.34%，單株產量403.38 g，具有早熟、營養品質高、單株產量中等的特點；第Ⅳ類群為中熟高產型材料，共有11份，該類群材料生育期平均為 92.18 d，干物質含量17.70%，蛋白質含量為1.88%，淀粉含量為11.76%，單株產量623.64 g，具有中熟、營養品質一般、單株產量高、商品薯率高的特點（表7）。

3 討論與結論

遺傳多樣性分析是有效利用種質資源的重要組成部分［15］。本試驗對50份馬鈴薯種質資源從14個質量性狀和11個數量性狀分別進行遺傳多樣性分析，結果表明，該群體種質資源農藝性狀多樣性豐富，特別是肉色、開花繁茂性、薯形、葉色，遺傳多樣性指數分別為2.01、1.81、1.61、1.52；對于數量性狀遺傳多樣性指數除了主莖分枝數、蛋白質含量，其余9個性狀均達到2.10以上。單薯重、單株產量、單株結薯數、主莖分枝數變異系數較大，均達到27%以上，這與楊春等的研究結果［16］一致，說明這4個性狀受栽培管理和環境變化影響較大。雖然該種質資源表型性狀豐富，但依然存在有部分缺失性狀，因此，在種質資源收集與創新研究上需要加大對于其他性狀的收集。

主成分分析是將原本多個變量重新組合成1組相互無關的幾個綜合變量，并從中取出幾個少數綜合變量盡可能地覆蓋原來變量的信息［17］。本研究對50份馬鈴薯種質資源的11個數量性狀進行主成分分析，得到6個主成分，依次為單薯重、干物質含量、莖粗、單株結薯數、主莖分枝數和生育期，累計貢獻率達90.691 0%，基本涵蓋了11個數量性狀的主要信息。相關性分析結果表明，單株結薯數與商品率、單薯重呈極顯著負相關，但與單株產量無顯著相關性，說明單株結薯數越多不僅不會提高單株產量，而且會降低商品率和單薯重，這個結果與余斌等的研究結果［18］一致；單株產量與單薯重、商品率呈極顯著正相關，說明單株產量越高，單薯重就越大，商品薯率就越高，這與仲義等的研究結果［19］一致。生育期與單株結薯數、干物質含量呈顯著正相關，說明生育期越長，馬鈴薯的干物質含量就相對越高。

聚類分析是將不同基因型馬鈴薯進行分類，把具有相似性狀類型聚為一類［20-21］。本研究通過對50份馬鈴薯種質資源進行聚類分析，在歐氏距離為10.0時劃分分為中早熟低產型、中熟中產型、中早熟中產型、中熟高產型4個類群。第Ⅰ類群為中早熟低產型材料，表現出中早熟、單株產量低、營養品質一般的特點，可作為挖掘早熟型的親本資源進行利用；第Ⅱ類群為中熟中產型材料，具有中熟、單株產量中等、干物質含量和淀粉含量高的特點，可作為淀粉加工型的親本資源進行利用；第Ⅲ類群為中早熟中產型材料，具有早熟、單株產量中等、營養品質高的特點，可作為早熟和提升品質的親本資源進行利用；第Ⅳ類群為中熟高產型材料，具有中熟、單株產量高、商品薯率高、營養品質一般的特點，可作為高產和經濟效益高的親本資源進行利用。通過聚類分析結果可以看出，同時具有早熟、高產、品質好的種質資源較少，今后需加大收集集合多個性狀優異的馬鈴薯種質資源，為豐富南方區域種質資源和品種改良奠定材料基礎。

參考文獻：

［1］羅維祿，劉寧青. 福建省冬種馬鈴薯生產現狀與發展策略［J］. 中國種業，2010（12）：18-21.

［2］金黎平，屈冬玉，謝開云，等. 我國馬鈴薯種質資源和育種技術研究進展［J］. 種子，2003，22（5）：98-100.

［3］沈升法，項 超，李 兵，等. 浙江省馬鈴薯種質資源的表型鑒定與多樣性分析［J］. 浙江農業學報，2022，34（11）：2319-2328.

［4］韓志剛，謝 銳，金曉蕾，等. 基于表型性狀的馬鈴薯種質資源遺傳多樣性分析［J］. 北方農業學報，2021，49（5）：9-17.

［5］余 斌. 引進馬鈴薯種質資源表型多樣性分析及塊莖品質的綜合評價［D］. 蘭州：甘肅農業大學，2018.

［6］葉玉珍. 不同馬鈴薯種質資源的遺傳多樣性分析［J］. 南方農業學報，2017，48（11）：1930-1936.

［7］何虎翼，譚冠寧，何新民，等. 63份馬鈴薯品種（系）資源農藝性狀的主成分與聚類分析［J］. 江蘇農業學報，2017，33（1）：27-33.

［8］羅文彬，李華偉，許泳清，等. 冬作區馬鈴薯種質資源的引進與評價［J］. 福建農業學報，2017，32（1）：36-41.

［9］胡海波，郝永麗，高 博，等. 39份馬鈴薯資源在赤峰地區的農藝性狀表型及其應用［J］. 種子，2019，38（7）：59-63.

［10］宋 崢，王 崇，徐穎華，等. 馬鈴薯地方種質資源的SSR遺傳多樣性分析［J］. 分子植物育種，2022，20（21）：7143-7153.

［11］劉毅強，田再民，祁利潘，等. 20份馬鈴薯品種（系）指紋圖譜構建和遺傳多樣性分析［J］. 江蘇農業科學，2022，50（21）：41-46.

［12］劉喜才，張麗娟. 馬鈴薯種質資源描述規范和數據標準［M］. 北京：中國農業出版社，2006：8-30.

［13］李瑞美，張樹河，李海明，等. 地方果蔗品種種質資源形態與農藝性狀的多樣性分析［J］. 熱帶亞熱帶植物學報，2015，23（4）：399-404.

［14］姚祝芳，張雄堅，楊義伶，等. 177 份甘薯地方資源表型性狀的遺傳多樣性分析［J］. 作物學報，2022，48（9）：2228-2241.

［15］孫邦升，劉喜才，宋繼玲，等. 鮮食馬鈴薯種質資源表型性狀遺傳多樣性分析［J］. 黑龍江農業科學，2020（11）：15-19.

［16］楊 春，齊海英. 馬鈴薯種質資源表型性狀的遺傳多樣性分析［J］. 農學學報，2020，10（1）：13-21.

［17］陳 琴，胡 晴，胡曉翠，等. 白酒微量成分含量對白酒質量影響的統計［J］. 湖北師范學院學報，2015，35（1）：58-60.

［18］余 斌，楊宏羽，王 麗，等. 引進馬鈴薯種質資源在干旱半干旱區的表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評價［J］. 作物學報，2018，44（1）：63-74.

［19］仲 義，梁煊赫，高華援. 馬鈴薯主要農藝性狀與單株產量的遺傳相關及通徑系數分析［J］. 吉林農業科學，2009，34（2）：17-19.

［20］于國紅，劉朋程，李明哲，等. 不同馬鈴薯品種（品系）耐鹽性鑒定與綜合評價［J］. 江蘇農業科學，2022，50（18）：188-194.

［21］李 爽，李 爽，王雅平，等. 馬鈴薯種質資源表型性狀遺傳多樣性分析［J］. 吉林農業大學學報，2020，42（3）：269-279.