冀西北環(huán)境下青花菜品種表型性狀綜合評價(jià)

申領(lǐng)艷， 康少輝， 閆鳳岐， 陳寶剛， 蘇浴源， 栗淑芳

(1.張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 河北 張家口 075000；2.張家口市鄉(xiāng)村振興促進(jìn)中心， 河北 張家口 075000)

青花菜(BrassicaoleraceaL. var. italica Plenck)又名綠菜花、木立花椰菜、西蘭花、綠花椰菜等，屬于十字花科蕓薹屬。青花菜營養(yǎng)豐富，富含抗癌物質(zhì)，可預(yù)防心腦血管病和白血病[1-6]，是綠色保健蔬菜[7]。目前我國的種植面積和總需求量呈逐年增加的趨勢，在我國北方地區(qū)的種植面積不斷擴(kuò)大，尤其張家口地區(qū)種植面積已超7 000 hm2，主要供給北京及其周邊地區(qū)。另外，青花菜還是張家口地區(qū)出口創(chuàng)匯的主要蔬菜之一，成為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)。

對青花菜材料表型性狀的綜合評價(jià)，是雜種優(yōu)勢育種的參考指標(biāo)之一，既能提高利用率，又能加快育種進(jìn)程。目前，關(guān)于青花菜表型性狀研究中，唐征等[8]對不同播期對農(nóng)藝性狀的變化進(jìn)行研究，結(jié)果表明，播期的延遲，可導(dǎo)致株高、花球品質(zhì)等性狀變差。陸信娟等[9]對青花菜的21個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行評價(jià)和相關(guān)分析，結(jié)果表明，23對性狀之間相關(guān)性達(dá)到顯著水平，14對性狀之間相關(guān)性達(dá)到極顯著水平。朱長志等[10]對青花菜的16個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果表明，各性狀間存在較高相關(guān)性，主成分分析中，前6個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為73.10%。郭軍等[11]指出，播種密度對農(nóng)藝性狀無顯著相關(guān)關(guān)系；崔麗紅[12]發(fā)現(xiàn)，青花菜花球莖直徑與花球質(zhì)量呈顯著相關(guān)，葉面積指數(shù)、花球直徑與花球質(zhì)量呈極顯著相關(guān)。這些研究結(jié)果為探尋評價(jià)青花菜育種材料的綜合指標(biāo)提供了參考。

冀西北地區(qū)因海拔不同，呈現(xiàn)出不同的氣候梯度和立體氣候特點(diǎn)。其中，海拔800 m左右，年平均氣溫3.2 ℃，夏季高溫月份7月的平均氣溫為17～25 ℃，且晝夜溫差大。表型性狀是微效多基因型與所處的生長環(huán)境因素互作后的結(jié)果，在冀西北特殊的高寒環(huán)境條件下，對青花菜表型數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評價(jià)的研究尚未見報(bào)道。本研究運(yùn)用聚類分析、相關(guān)性和主成分分析，對86份青花菜材料20個(gè)重要表型性狀進(jìn)行考察，明確青花菜所處的生長環(huán)境因素對各性狀及性狀之間的影響，以期揭示各表型性狀間的相關(guān)性與特征規(guī)律，為加快育種進(jìn)程，提高育種效率，進(jìn)行種質(zhì)資源改良和創(chuàng)新，以及為選育出適合市場的新品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年在河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院壩上試驗(yàn)基地(張北縣喜順溝)進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬作物一致，土壤及肥力均勻。供試青花菜材料86份(詳見表1)，于2020年4月30日穴盤育苗，6月5日定植于試驗(yàn)田中，起壟種植，采用壟上覆膜，膜下滴灌，壟寬0.6 m，壟高0.1 m，壟溝寬0.5 m，長5 m，小區(qū)面積11 m2，每壟定植2行，株距0.5 m。

表1 86份青花菜材料

1.2 測量方法和項(xiàng)目

測量按照《花椰菜和青花菜種質(zhì)材料描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]對各性狀進(jìn)行觀察和數(shù)據(jù)采集。在青花菜成熟期，從各小區(qū)隨機(jī)選取5株進(jìn)行性狀調(diào)查。調(diào)查的主要性狀有20項(xiàng)，其中包括8個(gè)質(zhì)量性狀和12個(gè)數(shù)量性狀。8個(gè)質(zhì)量性狀(葉色、葉緣、葉面、葉尖形狀、花球色、花蕾大小、花球緊實(shí)度、花球內(nèi)小葉)；12個(gè)數(shù)量性狀即生育期(X1)、株高(X2)、株幅(X3)、外葉數(shù)(X4)、分枝數(shù)(X5)、花球縱徑(X6)、花球橫徑(X7)、葉長(X8)、葉寬(X9)、花球主莖高(X10)、花球主莖橫徑(X11)、單球重(X12)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

對各性狀調(diào)查的原始數(shù)據(jù)，采用Excel、DPS軟件和NTSYS-pc 2.11軟件進(jìn)行分析。用Excel軟件整理計(jì)算數(shù)量性狀的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)；用DPS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析；用NTSYS-pc 2.11軟件進(jìn)行農(nóng)藝性狀聚類分析[14-15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 青花菜性狀變異分析

86份青花菜的12個(gè)數(shù)量性狀的基本統(tǒng)計(jì)量見表2。各性狀變異系數(shù)從大到小依次為：分枝數(shù)、花球主莖高、外葉數(shù)、單球重、株高、花球高、葉長、花球主莖橫徑、生育期、葉寬、開展度、花球橫徑。分枝數(shù)的變異系數(shù)最大，為117.8%；其次花球主莖高變異系數(shù)為25.43%；外葉數(shù)、單球重、株高、花球高、葉長、花球主莖橫徑、生育期、葉寬8等個(gè)性狀變異系數(shù)在10%～20%之間；開展度、花球橫徑等6個(gè)性狀變異系數(shù)在5%～10%之間。分枝數(shù)的變異豐富，說明改良和選擇范圍潛力大。開展度和花球橫徑變異系數(shù)小，其中花球橫徑在13～14 cm范圍是采收的標(biāo)準(zhǔn)，故變異系數(shù)小。

表2 青花菜品種12個(gè)數(shù)量性狀變異結(jié)果

2.2 青花菜表型性狀的聚類分析

以生育期、株高、開展度、外葉數(shù)、分枝數(shù)、花球高、花球橫徑、葉長、葉寬、花球主莖高、花球主莖橫徑、單球重等12個(gè)數(shù)量性狀，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時(shí)加入葉色、葉緣、葉面、葉尖形狀、花球色、花蕾大小、花球緊實(shí)度、花球內(nèi)小葉等8個(gè)質(zhì)量性狀指標(biāo)，質(zhì)量性狀予以賦值。采用UPGMA法，對86個(gè)青花菜品種進(jìn)行聚類分析，建立品種聚類樹狀圖(見圖1)，多數(shù)品種間的相似性比較高，在相似性系數(shù)0.83處可以分為六類。各類群種質(zhì)表型性狀的均值如表3所示。

圖1 基于20個(gè)表型性狀的青花菜材料聚類分析

表3 各類群青花菜數(shù)量性狀的平均值

第Ⅰ類群包含23份青花菜材料，占材料總數(shù)的26.74%。該類群特征為葉色：除15號和44號品種葉色淺灰綠，其他材料呈灰綠。葉面：葉面皺縮包含5份材料，葉面平滑18份材料。葉尖形狀：除54號外，其他品種均呈圓形?；ㄇ蛏簻\灰綠15份，8份灰綠。蕾大小：除15號為中蕾外，其他材料呈小蕾。4份材料花球內(nèi)小葉。生育期較短，為60.14 d，株高適中，單球重最重。這一類群具有高產(chǎn)潛力，綜合性狀較好。

第Ⅱ類包含42份青花菜材料，占材料總數(shù)的48.84%。該類群特征為葉色：淺灰綠包含10份材料，灰綠32份材料。葉面：葉面皺縮8份材料，葉面平滑34份材料。葉尖形狀：除61號和75號呈鈍尖外，其他品種均呈圓形。花球色：除8號，38號和39號呈淺灰綠外，其他品種均呈灰綠。蕾大小：大蕾1份材料，中蕾34份材料，小蕾7份材料。6份材料花球內(nèi)小葉。株高適中、外葉數(shù)最多，開展度大，單球重較佳。綜合性狀較好。

第Ⅲ類包含4份青花菜材料，占材料總數(shù)的4.65%。該類群特征為葉色：僅45號呈淺灰綠，其他材料呈灰綠。葉面均呈平滑。葉尖形狀均呈圓形?；ㄇ蛏撼?0號呈淺灰綠外，其他材料均呈灰綠。蕾大?。撼?3號呈小蕾，其他材料呈中蕾。10號材料花球松散，其他材料花球松緊適中。45號材料花球內(nèi)小葉。生育期最短為57.25 d，開展度最小為68.15，分枝數(shù)較多，外葉較短。綜合性狀一般。

第Ⅳ類包含10份青花菜材料，占材料總數(shù)的11.63%。該類群特征為葉色均呈灰綠，葉面：葉面皺縮4份材料，葉面平滑6份材料。葉尖形狀均呈圓形?；ㄇ蛏蕼\灰綠。蕾大小均為中蕾。13號材料花球松散，65號材料花球緊實(shí)，其他材料花球松緊適中。12號材料花球內(nèi)小葉。株高矮、外葉最短，開展度小，中心柱較低，葉面積小，單球重較輕，綜合性狀一般。

第Ⅴ類包含6份青花菜材料，占材料總數(shù)的6.98%。該類群特征為除19號和79號葉色呈灰綠，葉面皺縮外，其他品種葉色呈淺灰綠，葉面平滑。葉尖形狀呈圓形?；ㄇ蛏撼?2號淺灰綠外，其他品種均呈灰綠。蕾大?。撼?7號大蕾外，其他品種為中蕾?；ㄇ蛩缮?。株高適中、外葉數(shù)最少，花球高較大，花球主莖橫徑較寬。綜合性狀一般。

第Ⅵ類包含1份青花菜材料，占材料總數(shù)的1.16%。該類群特征為葉色呈淺灰綠，葉緣呈鋸齒，葉面平滑，葉尖形狀呈鈍尖，花球色呈灰綠，大蕾，花球松散。株高最高、外葉數(shù)最多，分枝數(shù)最多，開展度大，花球橫徑大，單球重低。綜合性狀最差。

2.3 青花菜性狀相關(guān)性分析

數(shù)量性狀相關(guān)性是作物資源研究和利用的重要內(nèi)容，也是組配雜交組合過程中所要考慮的重要因素[16]。從表4可知，各性狀均至少與2個(gè)其他性狀呈顯著或極顯著相關(guān)。其中單株重與株高(0.25*)、開展度(0.25*)、花球高(0.28**)、葉長(0.42**)、葉寬(0.52**)、花球主莖高(0.23*)達(dá)極顯著或顯著水平，說明植株高大，生長旺盛、花球越高，且單株重就越高；生育期與株高(0.22*)和葉寬(-0.30**)達(dá)極顯著或顯著相關(guān)，說明株高越高和葉寬較窄，其生育期長；株高與開展度(0.55**)、外葉數(shù)(0.38**)、花球(0.26*)、橫徑葉長(0.85**)、葉寬(0.30**)和花球主莖高(0.27*)達(dá)極顯著或顯著相關(guān)，說明營養(yǎng)生長和生殖生長越旺盛，株高越高；開展度與葉長(0.67**)和葉寬(0.36**)極顯著相關(guān)，說明葉面積大，其開展度越大；外葉數(shù)與分枝數(shù)(0.35**)、花球高(-0.32**)、花球橫徑(0.43**)、葉長(0.30**)和花球主莖橫徑(-0.28**)達(dá)極顯著相關(guān)，說明分枝數(shù)越多，花球橫徑和葉長越大，花球主莖橫徑越寬，花球高較低，其外葉數(shù)越多；分枝數(shù)與花球橫徑(0.39**)、花球主莖高(0、0.32**)和花球主莖橫徑(-0.25*)達(dá)極顯著或顯著相關(guān)，說明分枝數(shù)與生殖生長關(guān)系密切，花球橫徑和花球主莖高的值越大，花球主莖橫徑越小，其分枝數(shù)越多；花球高與花球主莖高(0.31**)達(dá)極顯著相關(guān)，說明花球主莖越高，其花球越高；花球橫徑與花球主莖高(0.41**)和花球主莖橫徑(-0.24*)達(dá)極顯著或顯著相關(guān)，說明花球主莖越高，花球主莖橫徑越小，其花球橫徑越大；葉長與葉寬(0.54**)達(dá)極顯著相關(guān)，說明葉寬越寬，其葉長越長。

表4 青花菜品種12個(gè)數(shù)量性狀相關(guān)分析

2.4 青花菜性狀主成分分析

對數(shù)量性狀進(jìn)行主成分分析(表5)，可見信息主要集中在前5個(gè)主成分中，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)77.13%，說明已覆蓋數(shù)量性狀的主要信息。其主成分1的貢獻(xiàn)率最大，為26.89%，主成分2的貢獻(xiàn)率次之，為18.14%，主成分3、4、5的貢獻(xiàn)率分別為14.42%、10.9%和6.78%。

表5 青花菜品種12個(gè)數(shù)量性狀的主成分分析

在第1主成分的特征向量中，葉長、株高、開展度、葉寬、單球重載荷絕對值較高，其特征向量值分別為0.51、0.47、0.37、0.35和0.30。說明株高越高，葉片大而壯，開展度越大，單球重越重，產(chǎn)量就越高。此類性狀均與產(chǎn)量性狀直接相關(guān)，可認(rèn)為是產(chǎn)量因子。

在第2主成分的特征向量中，分枝數(shù)、外葉數(shù)、花球橫徑、花球主莖橫徑載荷絕對值較高且向量為正，其特征向量值分別為0.50、0.43、0.43和0.26。花球主莖高和單球重值較高且向量為負(fù)，其特征向量值分別為-0.39、-0.25。向量為正和負(fù)的這2類性狀呈負(fù)相關(guān)，說明中心柱越小，單球重越小，花球主莖橫徑越大，花球橫徑越大，外葉數(shù)越多，其分枝數(shù)越多。此類性狀均與分枝數(shù)有關(guān)，可認(rèn)為是分枝數(shù)因子。

在第3主成分的特征向量中，花球高、單球重和花球主莖高載荷絕對值較高且向量為正，特征向量值分別為0.51、0.36和0.33，向量為負(fù)的是生育期和外葉數(shù)，特征向量值分別為-0.48和-0.31，前3個(gè)性狀與后2個(gè)性狀呈負(fù)相關(guān)，說明生育期越短，外葉少，中心柱越高，單球越重，花球越高，可認(rèn)為是花球高因子。

第4主成分的特征向量中，以生育期貢獻(xiàn)最大，其次是葉寬(為負(fù)值)、花球高、花球主莖橫徑，因此可認(rèn)為是生育期因子。在第5主成分的特征向量中，以花球主莖橫徑、花球橫徑、花球高(為負(fù)值)、花球主莖高，因此可認(rèn)為是花球主莖橫徑因子。

3 結(jié)論與討論

對青花菜進(jìn)行形態(tài)學(xué)描述和鑒定是評價(jià)種質(zhì)資源最直觀、簡便、快速、經(jīng)濟(jì)的有效方法，同時(shí)是篩選優(yōu)良品種的一個(gè)重要手段。表型性狀是基因型與其所處生長環(huán)境因素互作后的結(jié)果，明確青花菜所處的生長環(huán)境因素對各性狀的及性狀之間的影響，將有助于在育種過程中對性狀進(jìn)行選擇，可提高選擇效率。尤其對材料群體數(shù)量較大時(shí)，可用表型性狀進(jìn)行初步解析，陳越等[17]采用變異系數(shù)、聚類分析和主成分分析等方法，對881份水稻種質(zhì)12個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評價(jià)；潘存祥等[18]采用變異系數(shù)和聚類分析等方法，對國內(nèi)外783份西瓜種質(zhì)資源24個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了遺傳多樣性研究?；诰垲惙治?、相關(guān)性和主成分的研究方法已成功應(yīng)用于多種作物資源分類和育種研究[19-21]，對于作物資源利用和品種選育起到了較好的指導(dǎo)作用，但在青花菜研究上應(yīng)用較少。在本研究中86份青花菜材料數(shù)量性狀的變異系數(shù)差異較遠(yuǎn)，尤其分枝數(shù)的變異系數(shù)最大(117.8%)，花球橫徑變異系數(shù)最小(7.05%)，這與朱長志等[10]的研究結(jié)果一致。

通過對青花菜20個(gè)表型性狀聚類分析，明確了86份青花菜材料類型，但未能把地理來源不一致的青花菜材料區(qū)分開，與王嵐等[22]、朱長志等[10]研究結(jié)果一致。Tyler等[23]研究指出，導(dǎo)致聚類結(jié)果與地理來源相關(guān)不明顯的原因，是因微效多基因控制表型性狀，它極易受生態(tài)環(huán)境條件的影響，導(dǎo)致地理來源相同的材料，在不同的生態(tài)環(huán)境條件下具有豐富的表型變異。

利用相關(guān)性分析12個(gè)數(shù)量性狀中株高、開展度、葉長、葉寬4個(gè)性狀間具有較高的相關(guān)性，與陸信娟等[9]，朱長志等[10]的研究結(jié)果相同。單球重與株高、開展度、葉長、葉寬、花球高、花球主莖高達(dá)到顯著和極顯著相關(guān)，與朱長志等[10]、崔麗紅等[12]的研究結(jié)果一致，但單球重與生育期、側(cè)枝數(shù)、莖徑、球橫徑未達(dá)到顯著和極顯著相關(guān)，這與他們的研究結(jié)果有所不同，這可能因試驗(yàn)材料、所測的性狀項(xiàng)目和地域環(huán)境不同等有關(guān)。

利用主成分分析將86份青花菜材料12個(gè)數(shù)量性狀歸為5個(gè)主成分，即產(chǎn)量因子、分枝數(shù)因子、花球高因子、生育期因子、花球主莖橫徑因子，它們對綜合表現(xiàn)的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到77.13%。主成分1～主成分4，貢獻(xiàn)率依次減小，說明對品種農(nóng)藝綜合表現(xiàn)的影響依次減小。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)首先注重對貢獻(xiàn)率大的主成分因子的改良，即青花菜綜合農(nóng)藝表現(xiàn)的遺傳改良工作的重點(diǎn)應(yīng)放在對產(chǎn)量及分枝數(shù)性狀的改良上。

本試驗(yàn)在冀西北高寒生態(tài)環(huán)境下，對青花菜的多個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，變異系數(shù)為7.04%～117.8%。聚類分析將86份材料8個(gè)質(zhì)量性狀和12個(gè)數(shù)量性狀劃分為六類群，第Ⅰ類群和第Ⅱ類群綜合性狀較好。第Ⅲ類群、第Ⅳ類和第Ⅴ類群綜合性狀一般，第Ⅵ類群綜合性狀最差。相關(guān)性分析了12個(gè)數(shù)量性狀中，株高、開展度、葉長、葉寬4個(gè)性狀間具有較高的相關(guān)性，單球重與株高、開展度、葉長、葉寬、花球高、花球主莖高達(dá)到顯著和極顯著相關(guān)。通過主成分分析將12個(gè)數(shù)量性狀歸為5個(gè)主成分，即產(chǎn)量因子、分枝數(shù)因子、花球高因子、花球主莖橫徑因子，它們對綜合表現(xiàn)的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)77.13%。本試驗(yàn)的分析結(jié)果可以為青花菜育種工作中目標(biāo)性狀的選擇提供參考依據(jù)，從而加大青花菜優(yōu)良品種的選擇力度，提高選擇的效率。