晉北地區引進馬鈴薯品種表型性狀遺傳多樣性分析

摘" " 要：為篩選適宜晉北地區種植的優異馬鈴薯品種，對引進的42個馬鈴薯品種的12個質量性狀和6個數量性狀進行表型性狀遺傳多樣性分析、相關性分析、主成分分析和系統聚類分析。結果表明，引進的品種表型多樣性豐富，質量性狀中的熟性、花繁茂性、薯形、薯皮類型、肉色和芽眼深度，遺傳多樣性指數分別達到了1.24、1.23、1.59、1.08、1.09和1.05。6個數量性狀的遺傳多樣性指數均在1.5左右，變異系數范圍在17.65%～61.00%，其中主莖數和分枝數的變異系數較大。相關性分析結果表明，株高與莖粗、分枝數呈極顯著正相關，與主莖數呈顯著正相關，商品薯率與主莖數呈極顯著負相關，與產量呈極顯著正相關。主成分分析法確定7個主成分的累積貢獻率為78.23%。系統聚類分析將42個馬鈴薯品種分為5類，其中第I類群和第IV類群不適宜常規大田管理；第III類群是適宜在晉北地區種植的品種；第V類群的品種可以作為育種的親本材料。研究結果對晉北地區馬鈴薯品種篩選和育種親本材料選擇具有重要的指導意義。

關鍵詞：馬鈴薯；質量性狀；數量性狀；遺傳多樣性

中圖分類號：S532 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）01-081-08

Analysis of genetic diversity of phenotypic traits of introduced potato varieties in northern Shanxi province

LU Yao， MAO Xianghong， SHEN Rimin， FAN Xiangbin， BAI Xiaodong

（ High Latitude Crops Institute， Shanxi Agricultural University/Shanxi Provincial Key Laboratory of Potato Genetic Improvement and Germplasm Innovation， Datong 037008， Shanxi， China）

Abstract： In order to identify suitable potato varieties for planting in northern Shanxi province， 12 qualitative and 6 quantitative traits of 42 potato varieties were analyzed for genetic diversity of phenotypic traits， correlation analysis， principal component analysis and systematic clustering analysis. The results showed that the introduced varieties were rich in phenotypic diversity， and the genetic diversity indices of the quality traits， such as ripeness， flower profusion， potato shape， potato skin type， flesh color and bud eye depth， reached 1.24， 1.23， 1.59， 1.08， 1.09 and 1.05， respectively. The genetic diversity indices of the six quantitative traits were around 1.5， with the coefficients of variation ranging from 17.65%-61.00%， with higher coefficients of variation for number of main stems and number of branches. The results of correlation analysis showed that plant height was highly significant positively correlated with stem thickness and number of branches， and significantly positively correlated with number of main stems. Commercial potato yield was negatively correlated with the number of main stems and positively correlated with yield. Principal component analysis determined that the cumulative contribution of the seven principal components was 78.23%. Systematic cluster analysis classified the 42 potato varieties into five groups， group I and group IV were unsuitable for conventional field management and with low resource quality; group III were suitable for planting in northern Shanxi province; and varieties in group V could be used as breeding parental materials. The results of the study are of great significance in guiding the selection of potato varieties and breeding parental materials in the northern region of Shanxi province.

Key words： Potato; Qualitative trait; Quantitative trait; Genetic diversity

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬茄科茄屬自花授粉植物[1]，原產南美洲安第斯山脈高原地區，目前分布于全世界約160個國家和地區，是全球糧食安全系統的重要組成部分[2-3]，也是山西省重要的糧菜并用作物，近年來馬鈴薯種植面積一直穩定在16.7萬hm2左右，鮮薯產量約17.14 t·hm-2[4]。山西省位于黃土高原，屬干旱半干旱地區，傳統種植面積最大的馬鈴薯品種為晉薯16號，耐旱，但芽眼深[5]，不能滿足加工企業的需求。隨著山西省馬鈴薯產業發展和淺芽眼品種的需求增加，選育適宜在山西省種植的耐旱且具有優良營養品質和適宜加工的馬鈴薯新品種，對推動山西省馬鈴薯產業高質量發展具有重要意義。

種質資源是品種基因改良的重要物質基礎[6]，對種質資源的收集、優良種質資源挖掘以及遺傳多樣性評價是育種工作的關鍵[7]，表型性狀評價是種質資源鑒定和保護的重要步驟，也是遺傳多樣性評價的重要手段[3，8]。王艷平等[9]依據表型性狀將315個玉米品種劃分為普通型等3種類型；張嘉楠等[10]對北方冬麥區136份小麥的10個表型性狀進行評價，篩選出適宜干旱條件下種植的小麥品種；頡瑞霞等[11]對國內外172份馬鈴薯資源的主要品質性狀進行了測定并進行主成分分析和聚類分析，篩選出高干物質和高維生素C含量的群體；何文等[12]對22份崇左龍州引進的馬鈴薯種質資源進行了表型鑒定，篩選出7份適宜當地推廣的優異種質。在馬鈴薯的69個形態、生物學和品質特征性狀中，育種者重點關注薯形、植株莖葉形態、花冠色及繁茂性等多個質量性狀，產量、商品薯率、干物質含量、淀粉含量等數量性狀[13]。筆者對2022年種植的42個馬鈴薯品種的12個質量性狀和6個數量性狀進行鑒定和遺傳多樣性評價，并進行相關性分析、主成分分析和聚類分析，以期篩選適宜晉北干旱半干旱地區種植的優異種質，為山西省馬鈴薯新品種選育提供優良的親本材料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料分別由山西農業大學高寒區作物研究所、甘肅省農業科學院馬鈴薯研究所等提供，種薯級別為原種，42個馬鈴薯品種名稱及來源詳見表1。

1.2 試驗地概況及試驗設計

試驗于2022年5－10月在山西省朔州市懷仁市毛皂馬鈴薯種植基地進行，地理位置為東經113°15′14″、北緯39°55′16″，海拔1 003.55 m。年平均氣溫7.3 ℃，年平均降水量387 mm，全年無霜期150 d左右。試驗小區采用隨機排列，不設重復，種植方式為大壟雙行，壟寬1.2 m，壟長50 m，株距25 cm，小區面積120 m2，每小區種植2壟共4行，常規大田管理。

1.3 調查性狀及方法

1.3.1 性狀記錄 42個馬鈴薯品種表型性狀的調查參照《馬鈴薯種質資源描述規范和數據標準》[14]和《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南 馬鈴薯》[15]。在馬鈴薯現蕾期至盛花期用卷尺測量株高，游標卡尺（十字法）測量莖粗，每個材料隨機選取10株計算主莖數和分枝數，目測法記錄株型、莖色、葉色、花色和花繁茂性；在收獲期用目測法記錄薯形、皮色、肉色、薯皮類型、芽眼深淺、芽眼色等性狀；收獲時在中間2行隨機選取3個點進行測產，每點面積12 m2，并根據商品薯數量計算商品薯率，根據出苗日期和成熟日期計算馬鈴薯生育期，參照《馬鈴薯種質資源描述規范和數據標準》[14]統計熟期。數量性狀取平均值，質量性狀以多數植株表現出的性狀為準。

1.3.2 表型性狀的賦值及統計分析 （1）對42個品種的6個數量性狀進行分析，計算各數量性狀的平均值、最大值、最小值、標準差、變異系數及遺傳多樣性指數（H'）。在分析Shannon-Wiener’s多樣性指數時，對其進行5級分類。其中，5級為大于X+λ，中間每級間隔為0.5λ，1級為小于X-λ，X為42個品種的6個數量性狀的平均值，λ為42個品種的6個數量性狀的標準差，然后進行數據分析。H'的計算公式如下： H' = -ΣPilnPi。式中Pi=Ni/N，Pi為樣本中屬于第i個樣本的比例，如樣本總個數為N，第i種樣本的個數為Ni，即Pi=Ni/N。

（2）12個質量性狀的賦值參照《馬鈴薯種質資源描述規范和數據標準》[14]（表2），隨后統計各描述性狀在各群體的分布數量及分布頻率，各質量性狀的遺傳多樣性指數也采用Shannon-Wiener’s（H'）進行評價。

采用Excel 2016將42個品種的12個質量性狀換算成數字，并計算遺傳多樣性指數（H'）；采用SPSS 27.0軟件將12個質量性狀與6個數量性狀的數值進行標準化處理，然后進行主成分分析；使用Origin 2021軟件檢測6個數量性狀的皮爾遜相關系數并繪出相關性分析熱圖，最后對18個表型性狀進行系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯品種表型性狀遺傳多樣性分析

2.1.1 數量性狀遺傳多樣性分析 在42個馬鈴薯品種的6個數量性狀中，各個性狀的分布頻率為7.14%～38.10%（表3）。由表4可知，數量性狀各指標間存在不同程度的差異，變異系數介于17.65%～61.00%，其中分枝數的變異系數最大，莖粗的變異系數最小；遺傳多樣性指數在1.46～1.59，株高的遺傳多樣性指數最大，主莖數的遺傳多樣性指數最小。

2.1.2 質量性狀遺傳多樣性分析 在42個馬鈴薯品種的12個質量性狀中共檢測到42個變異類型（表5），平均每個性狀的變異類型為3.5個，各個質量性狀的變異類型的分布頻率為2.38%～92.86%，遺傳多樣性指數為0.26～1.59。

熟性的遺傳多樣性指數為1.24，以中晚熟為主，分布頻率為47.62%；株型的遺傳多樣性指數為0.36，以直立為主，分布頻率為88.10%；葉色的遺傳多樣性指數為0.79，以綠色為主，分布頻率為69.05%；莖色的遺傳多樣性指數為0.86，以綠色為主，分布頻率為66.67%。花冠顏色的遺傳多樣性指數為0.79，以白色為主，分布頻率為50.00%，淡紫色次之，分布頻率為47.62%；花繁茂性的遺傳多樣性指數為1.23，以中等為主，分布頻率為45.24%。

薯形的遺傳多樣性指數最大，為1.59，共檢測到6種薯形，以卵圓為主，分布頻率為33.34%，圓形次之，分布頻率為28.57%；皮色的遺傳多樣性指數為0.76，共檢測到4種類型，以黃皮為主，分布頻率為71.43%；薯皮類型的遺傳多樣性指數為1.08，共有3種類型，以略麻皮為主，分布頻率為42.86%；肉色的遺傳多樣性指數為1.09，以黃肉為主，淡黃肉次之，分布頻率分別為50.00%和35.72%；芽眼深度的遺傳多樣性指數為1.05，以中等為主，分布頻率為47.62%；芽眼色的遺傳多樣性指數為0.26，以無色為主，分布頻率為92.86%。

對42個馬鈴薯品種的表型性狀分析發現，遺傳多樣性較豐富。其中遺傳多樣性指數高于1.00的性狀為熟性、花繁茂性、薯形、薯皮類型、塊莖肉色和芽眼深度，推測是人為長期的針對性選擇導致的。

2.2 馬鈴薯數量性狀的相關性分析

對42個馬鈴薯品種的6個數量性狀進行相關性分析（表6），結果表明，株高與莖粗、分枝數呈極顯著正相關，相關系數分別為0.601和0.674，與主莖數呈顯著正相關，相關系數為0.331；莖粗與分枝數呈極顯著正相關，相關系數為0.458；主莖數與分枝數呈極顯著正相關，相關系數為0.402，與商品薯率呈極顯著負相關，相關系數為-0.590；產量與商品薯率呈極顯著正相關，相關系數為0.397。綜上，植株表型中株高越高，莖粗、分枝數、主莖數越大；而與產量相關的表型中，商品薯率越高，產量越高，主莖數越少。

2.3 馬鈴薯表型性狀的主成分分析

對42個馬鈴薯的18個表型性狀進行主成分分析，結果如表7所示。7個主成分累積貢獻率達78.23%，其中，第1主成分特征值為3.849，貢獻率為21.38%，其中株高、分枝數、莖粗、花色、熟性的特征向量（絕對值）較大，分別為0.869、0.788、0.632、-0.636、0.622，是第1主成分的主要指標，主要與植株形態、生育期和花色相關；第2主成分特征值為2.255，貢獻率為12.53%，主要由熟性、芽眼色、葉色決定；第3主成分特征值為2.111，貢獻率為11.73%，產量是其主要指標，特征向量為0.501；第4主成分特征值為1.951，貢獻率為10.84%，芽眼深淺和薯形是主要指標，這類性狀與薯塊特征有關；第5主成分特征值為1.786，貢獻率為9.92%，主要由薯皮類型和肉色決定，也與薯塊特征相關；第6主成分特征值為1.121，貢獻率為6.23%，主要反映的是植株類型；第7主成分特征值為1.008，貢獻率為5.60%，主要由莖色決定，特征向量為0.656。

2.4 聚類分析

為明確晉北地區引進的馬鈴薯品種在表型性狀的差異，為種質資源利用和育種親本選擇提供依據，基于調查到的18個表型性狀對42個馬鈴薯品種進行系統聚類分析，結果表明，42個馬鈴薯品種可分為5個聚群（圖1）。每個類群的品種數量不同，其中，品種數量最多的是第IV類群，包括16個品種，最少的是第II類群，僅含2個品種，其他3個類群包含7～9個品種。

絕大多數類群包含來自1～3個育種單位的品種，其中晉薯系列、中薯系列分布在第I和第IV類群，東農系列、隴薯系列分布在第IV和第V類群，克新系列分布在第I、II和第III類群，天薯系列分布在第V類群，京張系列分布在第IV類群，北方系列分布在第III類群。聚類結果反映出5個類群的馬鈴薯品種間存在遺傳差異，且并未嚴格按照栽培地進行劃分。

對各個類群品種的性狀進一步分析，結果表明，第I類群屬于中晚熟品種，商品薯率高但芽眼深，產量中等，是需要加強田間管理和薯形改良的品種；第II類群的品種早熟且商品薯率低，其他各項指標均偏低，表明這類品種在晉北地區常規大田管理條件下產量及田間表現差，是需要加強田間管理的品種；第III類群的品種以中熟和早熟為主，株型直立，薯形卵圓，肉色以淺黃和黃肉為主，芽眼淺，商品薯率高且產量較高，是適宜在晉北地區種植的品種；第IV類群的品種薯形一致，以卵圓為主，芽眼淺，但產量低，需要加強田間管理；第V類群的品種遺傳多樣性豐富，可以作為育種的親本材料。

3 討論與結論

晉北地區地處干旱半干旱區域，此地種植的馬鈴薯品種需要滿足抗旱高產的要求，山西省自主選育的品種兼具以上特性，但芽眼深，不能滿足當前的市場需求，因此需引進省外優良品種，以便尋找適應性好的品種做育種親本材料，拓寬山西馬鈴薯品種遺傳基礎，或進行推廣以滿足當前市場需求。表型性狀鑒定是種質資源鑒定和保護的重要步驟，可以直接反映植物遺傳多樣性，對明確種質資源適應性、綜合農藝性狀潛力和育種價值起關鍵作用[6]。段紹光等[16]對葉片、花冠、塊莖、塊莖品質和成熟期的16個性狀進行遺傳多樣性分析和聚類分析，區分了生態類型不同和遺傳差異明顯的親本，結果較準確地揭示了材料間的形態差異。

筆者對北方一作區主栽的42個馬鈴薯品種的表型性狀進行遺傳多樣性分析，結果表明，引進的品種表型多樣性豐富，質量性狀中的熟性、花繁茂性、薯形、薯皮類型、肉色和芽眼深度，遺傳多樣性指數均在1.0以上，同葉玉珍[17]、楊春等[18]的研究結果基本一致。本研究所選的6個數量性狀的遺傳多樣性指數均在1.5左右，變異系數范圍在17.65%～61.00%，與張旭[19]研究的馬鈴薯種質資源數量性狀的變異系數范圍基本相同，其中主莖數和分枝數的變異系數較大，與葉玉珍[17]的研究結果略有不同，可能是試驗地的氣候和田間管理不同造成的。對42個馬鈴薯品種的數量性狀進行相關性分析，結果表明，株高與莖粗、分枝數呈極顯著正相關，與主莖數呈顯著正相關，商品薯率與主莖數呈極顯著負相關，與產量呈極顯著正相關，其中株高與莖粗的相關性、商品薯率與產量的相關性，與韓志剛等[20]的研究結果一致。筆者利用主成分分析法確定7個主成分的總方差累積貢獻率為78.23%，低于李爽[21]的研究結果，推測可能是馬鈴薯性狀受基因和環境調控，多基因控制的性狀在不同環境影響下表現型不同，造成了結果的不一致。

綜上所述，晉北地區引進的馬鈴薯品種表型性狀多樣性豐富，6個質量性狀和6個數量性狀的遺傳多樣性指數大于1，涉及薯形、肉色、株高和產量等。相關性分析表明，株高與莖粗、分枝數呈極顯著正相關，與主莖數呈顯著正相關，商品薯率與產量呈極顯著正相關。系統聚類分析確定了第III類群是適宜在晉北地區種植的品種。盡管表型性狀直觀、調查方便，但易受環境、觀測者主觀意向、測量工具等因素的影響，且本研究的馬鈴薯性狀評價是基于一年一點的試驗數據，具有一定的局限性。因此，下一步工作計劃增加分子標記指標、塊莖品質指標和花粉育性指標，以期形成更加完整的評價體系，為進一步選擇合適的育種親本和品種推廣奠定基礎。

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