南歐蒜有性繁殖株系表型性狀的比較分析

趙 青李錫香宋江萍張曉輝武亞紅都真真胡俊玲馬龍傳王海平*

（1 中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，農業(yè)農村部園藝作物生物學與種質創(chuàng)制重點實驗室，北京 100081；2 山東省濟寧市金鄉(xiāng)縣大蒜工程技術研究中心，山東濟寧 272200）

南歐蒜（Allium ampeloprasumL.）是一種大蒜近緣種資源（Tchórzewska et al.，2015），原產地在地中海地區(qū)，包括南歐、北非和西亞，后來引進到北美、南美、澳大利亞及其他地區(qū)（Aedo et al.，2013）。南歐蒜產量高（谷衛(wèi)剛 等，2006），能量低，是膳食纖維和鋅的良好來源，主要的脂肪酸是亞油酸，具有比常規(guī)蔬菜高比例的多不飽和脂肪酸（García-Herrera et al.，2014），其精油主要成分為甲基丙基二硫化物、樟腦、二甲基呋喃等，具有減少腸癌發(fā)生、降低血液膽固醇含量等重要的藥用價值（Gantait et al.，2010；Monemi et al.，2014），受到了多個國家和地區(qū)特別是歐洲國家和地區(qū)的重視（Clercq et al.，1999；Monemi et al.，2014），在我國也逐漸推廣種植，具有很好的產業(yè)前景。

前人對植物生長動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，植株在生長階段的發(fā)育速度差異明顯，反映出植株之間的生長優(yōu)劣及營養(yǎng)分配對育性的影響。全杜娟等（2012）對角果藜的生長動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)在株高增加迅速的階段，果實積累加快。王裕欣等（2003）對豫芝11號芝麻生長動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，莖稈、葉面積系數(shù)在生長發(fā)育后期增長緩慢，蒴果質量積累加快，光合產物分配傾向于生殖生長。胡根海等（2002）對北疆春大豆的生長動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，株高與葉面積均在結莢盛期達到最高值，而鼓粒期至成熟期，營養(yǎng)物質向莢粒運送，籽粒充實度增加。一直以來，普通大蒜的繁殖方式以無性繁殖為主，因普通大蒜花發(fā)育后期受營養(yǎng)生長競爭影響，生殖生長受阻（Koul &Gohil，1970），導致不能結實，無法對其進行生長動態(tài)觀測。南歐蒜作為有性繁殖的大蒜近緣植物，具有明顯的生殖生長特性。對大蒜近緣植物南歐蒜生長動態(tài)進行觀察，了解營養(yǎng)生長和生殖生長的內在聯(lián)系，可為普通大蒜育性機理研究及南歐蒜的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為國家無性繁殖及多年生蔬菜種質資源圃保存的11 個南歐蒜株系，由播種南歐蒜8N540 的11 個實生種子，再由鱗莖分瓣方式繁殖而來，編號分別為8N540-1、8N540-2、8N540-3、8N540-4、8N540-5、8N540-7、8N540-8、8N540-9、8N540-10、8N540-11、8N540-12。

1.2 試驗方法

試驗材料于2017 年10 月中旬種植在中國農業(yè)科學院廊坊萬莊國際高新技術產業(yè)園區(qū)，每個株系種植1 個小區(qū)，小區(qū)面積4.5 m2，以行距20 cm、株距15 cm 的密度播種。由于有性繁殖種子數(shù)量限制，未設重復。管理按常規(guī)進行。大蒜生長發(fā)育階段分為萌芽期、幼苗期、花芽和鱗芽分化期、蒜薹伸長期、鱗莖膨大期、休眠期（張愚和毛啓明，1963），不同指標的調查方法依據(jù)《大蒜種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》（李錫香和朱德蔚，2006）。2018 年3 月14 日至6 月13 日按不同發(fā)育時期調查后代株系的形態(tài)性狀，如株高、開展度、葉長、葉寬、單株葉片數(shù)，每個株系調查10 株。在蒜薹伸長期調查地上假莖高、地上假莖粗2 個數(shù)量性狀。在幼苗期和蒜薹伸長期測定植株生理性狀，使用葉綠素測定儀選擇最長葉測定葉片葉綠素的相對含量SPAD 值。在蒜薹伸長期調查后代株系的7 個質量性狀，包括株型、葉片挺直度、葉橫切面、葉色、葉面蠟粉、葉鞘色、假莖橫切面，每個株系調查10 株。選擇8N540-8 株系一半植株自交授粉，一半植株開放授粉，其他株系開放授粉，統(tǒng)計株系結實率。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2016 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理，對不同時期的株高、開展度、葉長、葉寬、單株葉片數(shù)進行變化規(guī)律分析，并根據(jù)葉面積模擬方程（谷衛(wèi)剛，2003）y=2.004 7X1+9.122 1X2-52.933 4（X1：葉寬，X2：葉長）計算葉面積。利用SPSS 26.0 軟件對數(shù)量性狀進行方差分析、正態(tài)性檢測及相關性分析，對于正態(tài)分布的數(shù)量性狀，根據(jù)（X-1.281 8S）、（X-0.542 6S）、（X+0.542 6S）和（X+1.281 8S）（S是標準差）4 分點原則并依據(jù)孫升（1999）的分級方法將數(shù)量性狀分為1、3、5、7、9 等5 個等級，對各性狀進行數(shù)量分級并整理，同時將質量性狀數(shù)量化，通過公式：H′=-∑PilnPi（其中i為某一性狀的分級，Pi為第i等級樣品的頻率，即在群體中所占的頻率）計算各性狀的Shannon-Weiner 多樣性指數(shù)（H′）。

2 結果與分析

2.1 南歐蒜不同株系株高、開展度的動態(tài)變化分析

株高、開展度是影響大蒜株型的重要農藝性狀。結果表明，南歐蒜所有株系在整體上呈現(xiàn)相似的株高變化規(guī)律（圖1-A）。3 月14 日至4 月20 日，11 個株系的株高不斷增長，其中4 月16 日至4 月20 日，植株生長速度最快，處于旺盛生長期，植株以營養(yǎng)生長為主；4 月20 日至5 月17 日，株高的增長放緩，植株處于營養(yǎng)生長和生殖生長并重的時期；5 月17 日至6 月5 日，大部分植株株高的增長更為緩慢，此期植株已經抽薹，處于花莖伸長期，植株以生殖生長為主；6 月5 日至6 月10 日，部分植株株高降低，主要是由于這些植株葉片開始下垂。在11 個株系中，8N540-11 在絕大部分生育期的株高均超過其他株系，且其在3 月14 日至4月2 日、6 月5 日至6 月10 日的生長速度均超過其他株系（圖1-A）。

開展度與株高有相似的變化規(guī)律，但是并不完全相同，3 月14 日至4 月20 日，植株開展度不斷增長，其中4 月16 日至4 月20 日之間增長速度最快，處于旺盛生長期；4 月20 日至5 月17 日，植株開展度變化不大；5 月17 日至6 月5 日，部分株系的開展度較株高更早出現(xiàn)下降趨勢，說明葉片下垂對開展度影響更大；6 月5 日至6 月10 日，部分株系植株的開展度增長。在整個植株發(fā)育過程中，8N540-11 株系的開展度遠遠超過其他株系，且其在4 月20 日至5 月17 日的生長速度超過其他株系，在5 月17 日至6 月5 日開展度的下降速度快（圖1-B）。

從整體上來看，11 個不同株系的株高與開展度在營養(yǎng)生長為主的階段均表現(xiàn)出緩慢生長、快速生長、緩慢生長的發(fā)育規(guī)律，其中8N540-11 株系的株高、開展度變化速度均大于其他株系。

2.2 南歐蒜不同株系葉片的動態(tài)變化分析

在南歐蒜生長發(fā)育過程中，所有株系均呈現(xiàn)類似的葉長變化規(guī)律（圖2-A）。從3 月14 日至4 月16 日，植株葉長不斷增長；4 月16 日至4 月20 日，植株葉長的增長速度最快，達到旺盛生長期；4 月20 日至5 月17 日，植株葉長的增長速度減緩；5月17 日至6 月10 日，植株葉長的增長速度更為緩慢。在整個生長發(fā)育過程中，8N540-11 株系的葉長均超過其他株系，且其在4 月9 日至4 月16 日的葉長增長速度達到最大值（圖2-A）。所有株系的葉寬都有類似的變化規(guī)律，3 月14 日至5 月17日，植株葉寬不斷增長；5 月17 日后，植株葉寬不斷下降，此時植株已經抽薹，處于生殖生長期，葉片聚攏。在整個生長發(fā)育過程中，8N540-11 株系的葉寬均超過其他株系（圖2-B）。大部分株系的單株葉片數(shù)在4 月20 日前不斷增加，此后不斷減少，表明植株生殖生長吸收了部分營養(yǎng)物質，部分葉片開始脫落。在整個生育期，8N540-11 株系的單株葉片數(shù)均超過其他株系（圖2-C）。依照谷衛(wèi)剛（2003）的葉面積模擬方程計算獲得的葉面積與葉長呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，表明葉面積主要與葉長有關（圖2-D）。

從整體上看，11 個不同株系的葉長、葉面積在營養(yǎng)生長為主的階段均表現(xiàn)緩慢生長、快速生長、緩慢生長的發(fā)育規(guī)律。在整個生育期內，8N540-11 株系的葉長、葉寬、單株葉片數(shù)、葉面積均超過其他株系。

2.3 南歐蒜不同株系葉綠素相對含量的差異

通過葉綠素測定儀測定幼苗期與蒜薹伸長期不同株系葉片的葉綠素相對含量。結果表明（圖3），幼苗期葉綠素相對含量最高的是8N540-2，最低的是8N540-10。蒜薹伸長期葉綠素相對含量最高的是8N540-11，最低的是8N540-3。在這2 個時期8N540-3、8N540-10、8N540-11 的葉綠素相對含量差異顯著。

2.4 南歐蒜不同株系數(shù)量性狀的變異

對南歐蒜8 個數(shù)量性狀的變異情況進行分析，結果表明（表1），南歐蒜后代株系的形態(tài)性狀，包括株高、開展度、葉長、葉寬、單株葉片數(shù)、地上假莖高、地上假莖粗差異明顯，變異系數(shù)分布范圍在19.56%～27.35%，平均為23.55%，其中開展度的變異系數(shù)最大，葉長的變異系數(shù)最小。生理性狀葉綠素相對含量的變異系數(shù)為24.87%，表明后代株系的葉綠素相對含量差異明顯。各形態(tài)性狀的多樣性指數(shù)分布在0.60～1.04 之間，地上假莖粗、葉長的多樣性指數(shù)較大，單株葉片數(shù)的多樣性指數(shù)較小，而且變異系數(shù)大的性狀，其多樣性指數(shù)不一定大。生理性狀葉綠素相對含量的多樣性指數(shù)達1.21，高于所有形態(tài)性狀。

表1 南歐蒜不同株系8 個數(shù)量性狀的變異情況

2.5 南歐蒜不同株系質量性狀的表現(xiàn)

對南歐蒜不同株系質量性狀進行分析，株型表現(xiàn)直立與半直立2 種類型，葉面蠟粉表現(xiàn)中、多2種類型，假莖橫切面表現(xiàn)圓形與橢圓形2 種類型，葉片挺直度、葉橫切面、葉色以及葉鞘色表現(xiàn)一致，分別是葉片挺直、葉橫切面為“V”型、葉色綠、葉鞘綠白色（表2）。質量性狀的多樣性指數(shù)反映了性狀在不同級別上的分布情況，株型、葉面蠟粉、假莖橫切面的多樣性指數(shù)在0～0.36 之間，表明后代株系的株型、葉面蠟粉、假莖橫切面具有豐富的遺傳多樣性。

2.6 南歐蒜不同株系的結實率

選擇8N540-8 株系一半植株自交授粉，一半植株開放授粉，其余株系開放授粉，觀察其結實情況（表3）。8N540-8 株系采用自交授粉方式的結實率高于開放授粉，說明人工輔助授粉能提高南歐蒜結實率。

表2 南歐蒜不同株系7 個質量性狀的多樣性

表3 南歐蒜不同株系的結實率

3 結論與討論

本試驗發(fā)現(xiàn)南歐蒜不同株系的株高、開展度、葉長等形態(tài)性狀均大體呈現(xiàn)出緩慢生長、快速生長、緩慢生長的生長規(guī)律，在生長末期還會出現(xiàn)株高、開展度下降。這與劉秀慧（2017）對5 個栽培大蒜品種生長動態(tài)觀測的結果基本一致。在4 月16 日至4 月20 日之間，11 個南歐蒜株系處于旺盛生長期，此期是南歐蒜生長管理的關鍵時期，這比劉秀慧（2017）發(fā)現(xiàn)的5 個栽培大蒜品種的旺盛生長期早7 d 左右，南歐蒜的生長發(fā)育速度可能較普通大蒜快，為其生殖生長奠定了足夠的能量儲備。本試驗中南歐蒜的生長周期約290 d，比普通大蒜長15 d 左右，這與谷衛(wèi)剛（2003）對南歐蒜的生長發(fā)育時期研究結論相一致。本試驗還發(fā)現(xiàn)部分南歐蒜株系的開展度下降之后還會出現(xiàn)上升的狀況，可能是因為鱗莖膨大完成后，葉片尚未失綠，營養(yǎng)物質被運往蒜薹，促進了開展度的增長。

葉綠素含量是影響大蒜光合效率的重要因素，其含量高低直接影響大蒜光合能力的強弱（張亞娟等，2016），本試驗對南歐蒜葉綠素相對含量進行測定后發(fā)現(xiàn)，與其他株系相比，8N540-11 株系在蒜薹伸長期的葉綠素相對含量最高，表明8N540-11 株系在蒜薹伸長期的生長發(fā)育狀況可能優(yōu)于其他株系。

本試驗通過對數(shù)量性狀和質量性狀變化研究發(fā)現(xiàn)南歐蒜后代株系數(shù)量性狀變異較大，這為挑選優(yōu)良的株系類型奠定了基礎。在南歐蒜后代株系中，8N540-11 株系的株高、開展度、葉長、葉寬、單株葉片數(shù)、葉面積均超過其他株系，且其結實率中等，綜合性狀表現(xiàn)較好，可見種子繁殖南歐蒜可以創(chuàng)造生長勢強的株系。

總之，本試驗發(fā)現(xiàn)南歐蒜有性繁殖后代的生長發(fā)育及性狀表現(xiàn)有很大差異，為南歐蒜種質創(chuàng)新提供了材料基礎，特別是8N540-11 株系表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，生長速度快，具有育種的潛在價值。