大蒜種質資源的綜合評價及聚類分析

吳珍，董新玉，張亞春，李樹鋒，陳國發，鄧浪，周杉，張順仁

（1.大理州農業科學推廣研究院經濟作物研究所，大理賓川，671600；2.云南農業職業技術學院）

大蒜（Allium sativumL.）為百合科蔥屬二年生辛香料植物，原產于亞洲西部，是一種重要的蔬菜、香料和藥用作物。 我國大蒜種質資源較豐富，在世界上的栽培面積最大， 約占全球大蒜種植面積的85%以上，總生產量和出口量均居世界第一[1～3]。 資源評價是種質資源有效利用的前提。種質資源表型性狀的評價相對分子評價更直接，是農藝性狀描述和鑒定最基本的方法和途徑， 具有不可替代性，廣泛應用于核心種質構建和資源分類[4，5]。 李菊等[6]基于6 個重要農藝性狀對四川省的81 份大蒜種質資源表型進行評價，結果表明6 個農藝性狀可綜合為3 個主成分，81 份大蒜劃分為4 個類群， 為四川地區大蒜育種及栽培提供理論依據和科學指導。馮翠等[7]對國內21 份大蒜種質資源農藝性狀進行綜合評價及適應性鑒定，結果顯示大蒜具有豐富的遺傳多樣性，主要農藝性狀間相關性較強，且存在一定的差異性。 孔素萍等[8]對國內78 份大蒜資源主要農藝性狀的變異特征進行分析， 明確了大蒜農藝性狀間多存在極顯著相關關系， 決定大蒜蒜薹和鱗莖產量形成的關鍵農藝性狀顯著不同， 除蒜薹和鱗莖自身性狀外，以較高株型大蒜的蒜薹產量較高，以較粗株型大蒜的鱗莖產量較高。 王薇薇等[9]對12 個大蒜品種的23 個數量性狀進行分析綜合評價及聚類分析， 將12 個大蒜品種分為了頭蒜蒜薹兼用型、頭蒜型、青蒜型品種。 郭鳳領等[10]對湖北省38 份大蒜種質資源的主要農藝性狀與大蒜素含量進行關聯分析，通過大蒜產量及大蒜素含量多個因子綜合評價，篩選出較好的育種材料9 份。 大理州常年大蒜種植面積約1.33 萬hm2， 隨著四川、河南、山東等地蒜種的不斷涌入，大蒜品種呈多樣化，存在主栽品種多年未更新，種性退化等問題。 本研究收集引進11 份大蒜種質資源， 對其株高、 假莖長、假莖直徑、葉長、葉寬和單頭鱗莖質量等15 個農藝性狀進行調查，運用主成分分析和聚類分析等多種分析方法進行綜合評價，對所收集的大蒜種質個體進行評價、分類，以便全面了解大蒜種質資源特性，以期為大理州大蒜育種及栽培提供理論依據和科學指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為大理州農業科學推廣研究院經濟作物研究所蔬菜室收集并保存的大蒜種質資源，共11 份（表1）。

表1 供試材料

1.2 試驗方法

試驗材料于2020 年9 月14 日在云南省大理州祥云縣禾甸鎮集盛種植莊園農戶種植田種植。種植株行距8 cm×11 cm，每行播種16 株，覆土厚度統一為4.0 cm，每個品種種植1 個小區，小區面積44.6 m2，小區按照隨機區組排列，按一般蒜田常規管理。調查性狀：株高（X1，cm）、假莖長（X2，cm）、假莖直徑（X3，cm）、最大葉長（X4，cm）、最大葉寬（X5，cm）、葉數（X6，片）、薹莖上部粗（X7，mm）、薹莖下部粗（X8，mm）、薹長（X9，cm）、鱗芽數（X10，cm）、鱗 芽縱徑（X11，cm）、鱗 芽 橫 徑（X12，cm）、單 頭 鱗 莖 質 量（X13，g）、瓣蒜縱徑（X14，cm）、瓣蒜橫徑（X15，cm）。 相關技術和標準參考李錫香[11]《大蒜種質資源描述規范和數據標準》進行數據收集，每個試驗小區隨機采集大蒜10 株，在鱗莖膨大前期對株高、假莖長、假莖直徑、最大葉長等農藝性狀進行調查；在蒜薹伸長期調查蒜薹性狀；在鱗莖收獲期調查鱗莖性狀。

1.3 數據處理方法

采用Excel 及SPSS 20.0 軟件處理數據。

2 結果與分析

2.1 大蒜各數量性狀的變異性分析

從11 份大蒜品種的15 個數量性狀的變化幅度和變異系數（表2）看，株高（X1）、假莖長（X2）、假莖直徑（X3）、最大葉長（X4）、最大葉寬（X5）、葉數（X6）、薹長（X9）、鱗芽縱徑（X11）、鱗芽橫徑（X12）、瓣蒜縱徑（X14）的變異程度都很小，在20%以內，表明11份大蒜品種間這些性狀的差異不大。 鱗芽橫徑（X12）的變異系數最小為11%，變幅為3.39～6.16 cm，平均值為4.98 cm，其中糙蒜的鱗芽橫徑最大；株高（X1）和瓣蒜縱徑（X14）的變異系數均為13%，株高（X1）的變幅在52.00～94.00 cm，平均值70.32 cm，其中成縣紫皮蒜的株高最高；瓣蒜縱徑（X14）變幅1.85～3.65 cm，平均值為2.84 cm， 其中成縣紫皮蒜的瓣蒜縱徑最大；薹莖下部粗（X8）的變異系數較大為35%，變幅為0.53～8.80 mm，平均值為5.57 mm，其中選3的薹莖下部直徑最大； 鱗芽數（X10） 的變異系數為23%，變幅為5.00～16.00 個，平均值為10.49 個，其中成縣紫皮蒜、品14、選3 的鱗芽數最多；單頭鱗莖質量（X13）的變異系數為29%，變幅為18.57～87.48 g，平均值為53.05 g，其中溫二早的單頭鱗莖質量最大，品14 的單頭鱗莖質量最小。

2.2 主成分分析

對11 份大蒜種質資源的15 個農藝數量性狀進行主成分分析（表3），其中前5 個主成分的特征值均大于1，累計貢獻率達到76.47%，這5 個主成分包含的要素信息量可基本反映15 個農藝數量性狀的主要信息。 第1 主成分的特征值為3.859，貢獻率達到25.73%，根據向量間的關系，可看出最大葉長（X4：0.742）、最大葉寬（X5：0.608）、鱗芽縱徑（X11：0.638）、鱗芽橫徑（X12：0.752）、單頭鱗莖質量（X13：0.785）具有較高的因子載荷，這5 個因子主要為鱗芽和葉片相關因子，可認為第1 主成分為鱗芽因子和葉片因子，是蒜頭選育的關鍵因子，因此在蒜頭品種選育時，葉片長度、葉片寬度、鱗芽縱徑、鱗芽橫徑、單頭鱗莖質量是首選的性狀特征。 第2 主成分特征值為3.011， 貢獻率為20.07%，株高（X1：0.536）、假莖長（X2：0.510）、 薹 莖 上 部 粗（X7：0.772）、 薹莖下部粗（X8：0.770）、鱗芽數（X10：0.745）具有較高的因子載荷， 這5 個因子主要為蒜薹相關因子， 可認為第2 主成分為蒜薹因子， 是蒜薹選育的關鍵因子， 因此在蒜薹品種選育時，株高、假莖長、薹莖上部粗、薹莖下部粗、鱗芽數是首選的性狀特征。第3 主成分的特征值為1.671，貢獻率達到11.14%，根據向量間的關系， 可以看出鱗芽縱徑（X11：0.477）、鱗芽橫徑（X12：0.544）、單頭鱗莖質量（X13：0.501）具有較高的因子載荷， 這3 個因子主要為鱗芽相關因子， 可認為第3 主成分為鱗芽因子，是蒜頭選育的關鍵因子，進一步證明了鱗芽縱徑、鱗芽橫徑、單頭鱗莖質量是蒜頭品種選育時首選的性狀特征。第4 主成分的特征值為1.620，貢獻率達到10.80%，根據向量間的關系，可看出蒜瓣縱徑（X14：0.680）、蒜瓣橫徑（X15：0.571）具有較高的因子載荷，這2 個因子主要為鱗莖相關因子，可以認為第4 主成分為鱗莖因子，是蒜頭選育的關鍵因子，因此在蒜頭品種選育時，蒜瓣縱徑、蒜瓣橫徑是第二重要的性狀特征。第5 主成分的特征值為1.308， 貢獻率達到8.72%， 根據向量間的關系，可以看出蒜瓣縱徑（X14：0.403）、蒜瓣橫徑（X15：0.514）具有較高的因子載荷，這2 個因子主要為鱗莖相關因子，可認為第5 主成分為鱗莖因子，是蒜頭選育的關鍵因子，進一步證明了蒜瓣縱徑、蒜瓣橫徑是蒜頭品種選育時第二重要的性狀特征。

表3 大蒜各性狀前5 個主成分荷載及方差解釋

2.3 聚類分析

以供試材料的15 個數量性狀為依據， 在歐氏距離水平上進行系統聚類分析，由圖1 可知，11 個品種資源可劃分為4 個類群。 第Ⅰ類包括紅七星、品5、選3、糙蒜、品12；第Ⅱ類包括溫二早；第Ⅲ類包括成縣紫皮蒜、品14、河南紫皮蒜、高腳子；第Ⅳ類包括品16。

圖1 使用平均聯接（組間）的樹狀圖

由表4 可知，第Ⅰ類群的5 份大蒜資源的整體平均薹莖上部粗和薹莖下部粗最粗，鱗芽數、鱗芽橫徑、鱗芽縱徑、 單頭鱗莖質量、瓣蒜縱徑、蒜瓣橫徑均在中上，可見第Ⅰ類群植株的蒜頭產量綜合較高，適宜作為頭蒜品種種植（紅七星、品5、選3、糙蒜、品12）。 第Ⅱ類群的1 份大蒜資源的整體平均最大葉寬最寬，鱗芽縱徑最大， 鱗芽橫徑最大，單頭鱗莖質量最大，瓣蒜縱徑和瓣蒜橫徑最大，薹莖上部粗最小，薹莖下部粗和薹長居中，可見第Ⅱ類群植株蒜頭大且產量高，蒜薹產量較高，適宜作為薹蒜和頭蒜兩用品種種植（溫二早）。第Ⅲ類群的4 份大蒜資源的整體平均株高最大，假莖長最大，假莖直徑最大，最大葉長最長， 葉片數量最多，薹長最長， 鱗芽數最多，可見第Ⅲ類群植株生長健壯，蒜薹產量高，適宜作為蒜薹品種種植 （成縣紫皮蒜、品14、河南紫皮蒜、高腳子）。第Ⅳ類群的1 份大蒜資源的整體平均株高、 假莖長、假莖直徑、最大葉長、最大葉寬均最小，適宜密植；薹莖下部粗最小，薹長最短，鱗芽數最少，鱗芽橫徑最小，單頭鱗莖質量最小，瓣蒜縱徑最小，葉片數量、薹莖上部粗、鱗芽縱徑、瓣蒜橫徑居中，可見第Ⅳ類群植株生長勢弱， 適宜作為青蒜品種種植（品16）。

表4 各類群大蒜資源15 個農藝性狀的平均值及變異幅度

2.4 基于聚類分析同類群大蒜品種的性狀差異分析

由表5、6 可知， 第Ⅰ類群的5 份頭蒜品種中，糙蒜株高明顯高于紅七星和品5，糙蒜和紅七星的鱗芽數、鱗芽縱徑、鱗芽橫徑、單頭鱗莖質量、瓣蒜縱徑無明顯差異，品5 的葉片長度與品12、糙蒜無明顯差異，各品種間葉片寬度、鱗芽橫徑、單頭鱗莖質量無明顯差異。結合主成分分析中鱗芽因子和葉片因子是蒜頭選育的關鍵因子，表明糙蒜可作為頭蒜品種儲備。第Ⅱ類群的薹蒜和頭蒜兩用大蒜品種溫二早與其他10 個大蒜品種的多個主要農藝性狀存在重疊且無明顯差異，進一步驗證了溫二早適宜作為薹蒜和頭蒜兩用品種種植。第Ⅲ類群的4 份蒜薹品種中， 成縣紫皮蒜的株高明顯高于其他品種，成縣紫皮蒜的假莖長、鱗芽數明顯高于河南紫皮蒜和高腳子，成縣紫皮蒜和高腳子的瓣蒜縱徑明顯高于河南紫皮蒜和品14， 高腳子的鱗芽縱徑明顯高于河南紫皮蒜。各品種間葉片寬度、鱗芽橫徑、單頭鱗莖質量、薹長無明顯差異。在性狀差異分析中，在株高等性狀方面成縣紫皮蒜表現出較好的優勢，本試驗薹長無差異的原因可能是大田采收誤差導致。建議在下一步的試驗中重點關注成縣紫皮蒜，以期篩選出優良的薹蒜品種。 第Ⅳ類群的青蒜品種品16 在葉片長度、葉片寬度、株高、假莖長等農藝性狀方面都明顯低于其他10 個品種， 進一步證明了品16 植株生長勢弱，適宜密植，可作為青蒜品種種植。

表5 各類群大蒜品種間農藝性狀差異分析

表6 各類群大蒜品種間經濟性狀差異分析

3 結論與討論

近年來，通過多元統計分析方法把收集的區域性資源進行整理與評價，在種質資源評價和遺傳育種工作中得到廣泛的應用[12，13]。 本試驗對收集引進的11 份大蒜資源的15 個農藝數量性狀進行遺傳多樣性分析， 結果表明，15 個農藝數量性狀存在廣泛的變異性， 變異系數范圍為11%～36%， 均值為19.6%，其中瓣蒜橫徑的變異系數最大為36%，鱗芽橫徑的變異系數最小為11%，反映了不同種質材料數量性狀間存在一定差異， 具有豐富的遺傳多樣性，與何巧蕓等[13]的研究結果一致，可為大蒜種質資源品種鑒定綜合評價和篩選提供參考。

對15 種農藝數量性狀進行主成分分析， 根據特征向量值和累計貢獻率簡化為5 個主成分，累計貢獻率為76.47%，代表了11 份大蒜種質資源的絕大部分性狀信息。第1 主成分為鱗芽因子和葉片因子；第3 主成分為鱗芽因子；第4 和第5 主成分為鱗莖因子，均為蒜頭選育的關鍵因子。 第2 主成分為蒜薹相關因子，是蒜薹選育的關鍵因子。 何巧蕓等[13]在南方地區將195 份引進大蒜種質資源分為2個主成分，第1 主成分為鱗莖因子，第2 主成分為鱗芽因子。 都真真等[14]在北方地區將228 份引進大蒜種質資源分為3 個主成分，第1 主成分為鱗莖因子，第2 主成分為高度因子，第3 主成分為株型因子。與本試驗結果不一致的原因可能是大蒜種質資源材料的不同，地區環境的影響，栽培條件不一致。

聚類分析將11 份大蒜種質資源分為4 個類群，第Ⅰ類群的5 份大蒜資源（紅七星、品5、選3、糙蒜、品12）的蒜頭產量綜合較高，適宜作為頭蒜品種種植。第Ⅱ類群的1 份大蒜資源（溫二早）蒜頭大且產量高，蒜薹產量較高，適宜作為薹蒜和頭蒜兩用品種種植。 第Ⅲ類群的4 份大蒜資源（成縣紫皮蒜、品14、河南紫皮蒜、高腳子）植株生長健壯，蒜薹產量高，適宜作為薹蒜品種種植。 第Ⅳ類群的1 份大蒜資源（品16）植株生長勢弱，適宜作為青蒜品種種植。

基于聚類分析同類群大蒜品種的性狀差異，進一步表明，與本地主栽品種進行對比，第Ⅰ類群的糙蒜可考慮作為頭蒜品種儲備。第Ⅱ類群的溫二早考慮作為薹蒜和頭蒜兩用品種種植。第Ⅲ類群的成縣紫皮蒜可考慮作為蒜薹品種儲備。第Ⅳ類群的青蒜品種品16 可考慮作為青蒜品種種植。