烤煙種質(zhì)資源葉片收縮及經(jīng)濟(jì)性狀表型遺傳多樣性分析

吳興富， 焦芳嬋， 陳學(xué)軍， 馮智宇， 張光海， 張誼寒， 李永平

（云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，煙草行業(yè)煙草生物技術(shù)育種重點(diǎn)實(shí)驗室，昆明 650021）

種質(zhì)資源的遺傳多樣性可以反映其遺傳背景、育種潛力和利用價值，對資源發(fā)掘利用、親本選擇、拓寬育成品種遺傳基礎(chǔ)和保護(hù)優(yōu)異種質(zhì)具有重要意義?？緹熓且环N特殊的葉用經(jīng)濟(jì)作物，煙葉生產(chǎn)最終收獲的產(chǎn)品是烘烤后的干煙葉。在煙葉烘烤過程中，葉長、葉寬、葉面積呈逐漸減小的趨勢[1]，同時，初烤煙的葉片長度是烤煙分級的重要因素之一[2]?？梢?，烘烤后的葉片大小對煙葉等級質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性狀影響較大，研究烤煙葉片收縮特性對煙葉生產(chǎn)和品種選育具有重要意義。

目前，有關(guān)烤煙葉片收縮特性的研究主要集中在不同烤房類型[3-4]、烘烤工藝[5]、采收方式[6-7]、成熟度[8]等對煙葉收縮率的影響，針對烤煙品種或種質(zhì)資源葉片收縮特性的研究較少。武圣江等[9]報道了不同烤煙品種（系）煙葉烘烤后的收縮率差異顯著。煙草種質(zhì)資源遺傳多樣性研究主要集中在利用分子標(biāo)記研究資源的農(nóng)藝性狀及親緣關(guān)系等方面[10-14]，而表型遺傳多樣性研究報道較少[15-16]，且關(guān)于烤煙種質(zhì)資源葉片收縮特性的遺傳多樣性研究尚未見報道，為探究烤煙葉片收縮特性及其遺傳多樣性，本研究以158 份烤煙資源為材料，分析其葉片收縮特性和經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳多樣性，并進(jìn)行相關(guān)性分析、因子分析和聚類分析，以期為烤煙育種親本選擇或品種改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

158 份烤煙種質(zhì)資源（編號001~158）均由云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供，詳見表1。

1.2 試驗方法

試驗于2018 年在云南省石林彝族自治縣板橋 鎮(zhèn)（N 24°43′43.3″，E 103°12′56.2″，海 拔1 714.4 m）進(jìn)行，每份材料種植50 株，采用膜下小苗移栽，行距120 cm，株距50 cm，田間管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)操作。于煙株中心花開放時打頂，打頂后，每份資源隨機(jī)選擇10 株掛牌標(biāo)記中部葉，每株標(biāo)記3 片（從下往上第8～10 葉位），共標(biāo)記30片葉。于田間煙葉適熟時采烤，每次大田采回的標(biāo)記煙葉先用軟尺（精度0.1 cm）測量烘烤前煙葉的長和寬，測量完后單獨(dú)編竿烘烤。裝煙時，參試資源煙葉全部裝在氣流下降式密集烤房的中間層，其中掛牌標(biāo)記煙葉裝在中間層的中間位置，按“三段式”烘烤工藝進(jìn)行烘烤。煙葉出爐回軟后下竿，測量標(biāo)記煙葉的長和寬。田間煙葉采烤結(jié)束后，參照文獻(xiàn)[2]對每份資源的所有煙葉（包括牌標(biāo)記煙葉）進(jìn)行分級測產(chǎn)，統(tǒng)計單株產(chǎn) 量（yield per plant，YPP）和 上 等 煙 比 例（proportion of high grade cured leaf，PHGCL），并按當(dāng)?shù)禺?dāng)年煙葉收購價格計算均價（average price，AP）和單株產(chǎn)值（output value per plant，OVPP）。

1.3 測定項目及方法

按上述方法用軟尺（精度0.1 cm）測量標(biāo)記煙葉烘烤前和烘烤后的葉長（leaf length，LL）和葉寬（leaf width，LW）。參照文獻(xiàn)[2]方法計算烘烤前和烘烤后葉面積（leaf area，LA），參照樊軍輝等[4]方法計算葉長和葉寬的收縮率，參照趙銘欽等[5]方法計算葉面積收縮率，參照王繼師等[17]方法計算Shannon-Weaver 遺傳多樣性指數(shù)（H'）。計算公共如下。

式中，Pi為某性狀第i級的頻率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010 統(tǒng)計各性狀的最小值、最大值、極差、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和Shannon-Weaver遺傳多樣性指數(shù)。利用DPS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和因子分析。同時，用R 語言軟件對各性狀數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行Ward層次聚類分析，采用完全隨機(jī)分析方法對各類群資源16 個性狀的平均值進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要性狀描述性統(tǒng)計及遺傳多樣性分析

參試資源12 個葉片性狀及產(chǎn)量、上等煙比例、產(chǎn)值、均價的統(tǒng)計分析（表2）表明，16 個性狀的變異系數(shù)為7.41%~73.36%，平均22.01%，變異較大。在葉片性狀中，葉面積和葉寬的收縮值變異系數(shù)大于20%，變異較大；烘烤前葉長和烘烤后葉長的變異系數(shù)小于10%，變異較??；其他性狀的變異系數(shù)為10%~20%，變異中等。烤后煙葉的上等煙比例、單株產(chǎn)值和均價變異系數(shù)均大于30%，產(chǎn)量的變異系數(shù)為23.73%，表明在這4 個性狀上158 份資源蘊(yùn)含豐富的遺傳變異，尤其是上等煙比例。在遺傳多樣性指數(shù)（H'）方面，參試資源16 個性狀的H'為1.912 3～2.090 9，平均2.022 4?？梢?，參試資源葉片收縮特性及經(jīng)濟(jì)性狀變異較大，遺傳多樣性較豐富。

表2 參試資源16個性狀描述性統(tǒng)計及遺傳多樣性指數(shù)Table 2 Descriptive statistics and Shannon-Weaver index of 16 traits on tested flue-cured tobacco resources

2.2 主要性狀相關(guān)性分析

相關(guān)性分析（表3）表明，在葉片性狀方面，烘烤后葉寬與葉長收縮值、葉寬收縮值、葉長收縮率相關(guān)性不顯著；烘烤后葉面積與葉長、葉寬、葉面積的收縮率相關(guān)性不顯著；烘烤后葉寬與葉寬收縮率、葉面積收縮率呈極顯著負(fù)相關(guān)；其他性狀間呈顯著或極顯著正相關(guān)。在經(jīng)濟(jì)性狀方面，產(chǎn)量與上等煙比例、均價相關(guān)性不顯著；產(chǎn)量與產(chǎn)值、上等煙比例與產(chǎn)值、上等煙比例與均價、產(chǎn)值與均價呈極顯著正相關(guān)。在葉片性狀與經(jīng)濟(jì)性狀間，產(chǎn)量與烘烤前葉長、葉面積和烘烤后葉長、葉面積呈極顯著正相關(guān)；產(chǎn)量與其他葉片性狀間相關(guān)性不顯著；上等煙比例與葉寬、葉面積的收縮值及葉寬、葉面積的收縮率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他葉片性狀相關(guān)性不顯著；產(chǎn)值與葉長、葉寬、葉面積的收縮值及葉長、葉寬、葉面積的收縮率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其他葉片性狀相關(guān)性不顯著；均價與烘烤前葉長、葉寬、葉面積及葉長、葉寬、葉面積的收縮值和葉長、葉寬、葉面積的收縮率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與烘烤后葉長呈顯著負(fù)相關(guān)，與烘烤后葉寬和葉面積相關(guān)性不顯著。可見，6 個葉片收縮性狀與產(chǎn)量間相關(guān)性不顯著，但與產(chǎn)值和均價呈極顯著負(fù)相關(guān)；葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與上等煙比例呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

表3 參試資源16個性狀相關(guān)性分析Table 3 Correlation Analysis of 16 traits on tested flue-cured tobacco resources

2.3 主要性狀因子分析

參試資源16 個性狀Bartlett 球形檢驗χ2=5 244.137 5（P<0.001），表明所有數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析[18]。按特征值大于1、累計貢獻(xiàn)率大于85%的因子保留原則，前4 個因子累計貢獻(xiàn)率88.058%，包含了全部性狀的絕大部分信息（表4）。從斜交參考因子模式矩陣（表4）可以看出，第1因子中，葉面積、葉寬、葉長收縮率以及葉長、葉寬、葉面積收縮值載荷較大，對第1 因子影響較大，葉長、葉寬、葉面積的收縮值與收縮率呈極顯著正相關(guān)，故將第1 因子命名為葉片收縮因子。第2 因子中，烘烤后葉寬和葉面積、烘烤前葉寬和葉面積載荷較大，對第2因子影響較大，相關(guān)性分析表明這4 個性狀間呈極顯著正相關(guān)，故將第2 因子命名為葉面積因子。第3因子中，上等煙比例、均價、產(chǎn)值載荷較大，對第3因子影響較大，相關(guān)性分析表明這3個性狀間呈極顯著正相關(guān)，且上等煙比例主要反映烤后煙葉的等級質(zhì)量，故將第3因子命名為煙葉等級質(zhì)量及產(chǎn)值因子。第4 因子中，產(chǎn)量載荷最大，對第4 因子影響最大，烘烤后葉長也有較大載荷，烘烤后葉長與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，故將第4 因子命名為產(chǎn)量因子。從斜交參考因子相關(guān)矩陣（表5）可以看出，因子2與因子4、因子1 與因子2、因子1 與因子4、因子3 與因子4 均具有正相關(guān)關(guān)系；因子1與因子3 具有負(fù)相關(guān)關(guān)系；因子2 與因子3 相關(guān)性弱?？梢姡緹熑~片收縮因子與煙葉等級質(zhì)量及產(chǎn)值因子具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表4 斜交參考因子模式矩陣Table 4 Factor pattern matrix of promax rotation

表5 斜交參考因子相關(guān)矩陣Table 5 Factor correlation matrix of promax rotation

2.4 主要性狀聚類分析

聚類分析將158 份參試資源劃分為4 個類群（圖1）：Ⅰ類群包括050、153 等31 份資源；Ⅱ類群包括097、040等35份資源；Ⅲ類群包括120、084等27份資源；Ⅳ類群包括109、116 等65 份資源。類群間性狀差異極顯著（表6）。Ⅰ類群烘烤前葉片大，烘烤后葉片較大，葉長、葉寬、葉面積的收縮值和收縮率大，產(chǎn)量、上等煙比例、產(chǎn)值、均價低，經(jīng)濟(jì)性狀差。Ⅱ類群烘烤前和烘烤后葉片大，葉長的收縮值和收縮率大，葉寬、葉面積的收縮值和收縮率較大，產(chǎn)量高，上等煙比例、均價、產(chǎn)值較高，經(jīng)濟(jì)性狀較好。Ⅲ類群烘烤前葉片較大，烘烤后葉片大，葉長收縮值較大、收縮率小，葉面積收縮值較小、收縮率小，葉寬收縮值和收縮率小，產(chǎn)量、上等煙比例、產(chǎn)值、均價高，經(jīng)濟(jì)性狀好。Ⅳ類群烘烤前和烘烤后葉片小，葉長、葉寬、葉面積的收縮值小，葉長收縮率小、葉寬和葉面積收縮率較小，產(chǎn)量低，上等煙比例和產(chǎn)值較低，均價較高，經(jīng)濟(jì)性狀稍差。

圖1 烤煙種質(zhì)資源聚類分析Fig. 1 Cluster analysis in flue-cured tobacco leaf germplasm resources

表6 不同類群的表型Table 6 Phenotype of different clusters

2.5 優(yōu)異種質(zhì)資源分析

烤煙生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)“優(yōu)質(zhì)、高效”，即煙葉等級質(zhì)量好，種植效益高。從參試資源中篩選出上等煙比例、均價、產(chǎn)值兼顧性好的優(yōu)異資源，如表7所示。與158 份資源的平均值相比，025 和002 烘烤前葉片較大，葉片收縮率小，烘烤后葉片大，且上等煙比例、均價、產(chǎn)值突出。001 烘烤前葉片較大，葉片收縮率較小，烘烤后葉片大，上等煙比例和均價高、產(chǎn)值突出。072 烘烤前和烘烤后葉片較大、葉片收縮率中等偏??；093和036烘烤前和烘烤后葉片稍大，093 葉片收縮率小、036 葉片收縮率中等偏??；072、093、036 上等煙比例和均價高，072 和093 產(chǎn)值高、036產(chǎn)值較高。可見，這6份優(yōu)異資源的上等煙比例、均價、產(chǎn)值兼顧性好，且均聚在Ⅲ類群，與Ⅲ類群經(jīng)濟(jì)性狀好的特點(diǎn)吻合，表明聚類分析在種質(zhì)資源綜合性狀篩選鑒定方面具有一定優(yōu)勢。

表7 6份優(yōu)異資源葉片性狀及經(jīng)濟(jì)性狀Table 7 Leaf and economic characters of 6 excellent resources

3 討論

158份參試資源在16個性狀上的變異系數(shù)為7.41%～73.36%，平均22.01%；遺傳多樣性指數(shù)為1.912 3～2.082 9，平均2.022 2，表明變異較大，遺傳多樣性較豐富。本研究表明，中部葉片的收縮率表現(xiàn)為葉面積>葉寬>葉長，這與樊軍輝等[4]、趙銘欽等[5]、武圣江等[9]、王濤等[19]、向先友等[20]、楊天旭等[21]結(jié)果一致。葉寬收縮率大于葉長收縮率的原因主要有兩方面，一方面可能是由于葉脈的木質(zhì)化程度比葉肉高，主脈和側(cè)脈內(nèi)夾角較小，葉肉組織縱向收縮力小于葉脈的收縮力所引起[5]；另一方面是由于烘烤前葉長與葉寬的差異導(dǎo)致。158 份參試資源烘烤前葉長平均值比葉寬平均值大37.8 cm，烘烤后葉長收縮值與葉寬收縮值差異小，結(jié)合葉長和葉寬收縮率計算公式看，烘烤前葉長與葉寬的差異是引起葉長收縮率小于葉寬收縮率的直接原因。此外，本研究只分析了烤煙中部葉片的收縮特性，有關(guān)烤煙上部葉片和下部葉片的收縮特性有待進(jìn)一步研究。

烤煙作為一種特殊的葉用經(jīng)濟(jì)作物，煙葉生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)“優(yōu)質(zhì)、高效（產(chǎn)值高）、適產(chǎn)（產(chǎn)量適宜）”，在保證煙葉質(zhì)量的同時，要兼顧種植效益和產(chǎn)量。葉片收縮性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的相關(guān)性分析表明，葉長、葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與產(chǎn)量相關(guān)性不顯著；葉長收縮值和收縮率與上等煙比例呈弱負(fù)相關(guān)；葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與上等煙比例呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；葉長、葉寬、葉面積的收縮值和收縮率與產(chǎn)值和均價呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明烤煙葉片收縮過大，對上等煙比例、產(chǎn)值、均價有不利影響，這與趙銘欽等[5]、黎平等[3]、劉勇等[7]研究中收縮率大、烤后煙葉等級質(zhì)量或經(jīng)濟(jì)性狀較差的結(jié)果一致。因子分析表明，葉片收縮因子與煙葉等級質(zhì)量及產(chǎn)值因子呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與葉片收縮性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的相關(guān)性分析結(jié)果吻合，可見，葉片收縮因子應(yīng)作為重要性狀給予關(guān)注。

本研究將158份參試資源劃分為4個類群，其中Ⅲ類群烘烤后葉片較大，收縮率小，經(jīng)濟(jì)性狀好。對烤煙而言，煙葉等級質(zhì)量、種植效益兼顧性好的品種（資源）在煙葉生產(chǎn)或品種選育中具有較好的應(yīng)用前景。從Ⅲ類群中篩選出6 份優(yōu)異資源，即‘云煙97’（025）‘長脖黃’（002）‘云煙116’（001）‘峨山烤煙’（036）‘紅花云煙85’（072）‘GL939’（093），葉片收縮率中等至小，上等煙比例59.10%～80.56%，接近或達(dá)到了閆新甫等[22]報道的依據(jù)單株葉片數(shù)和單葉重估算的上等煙比例理論最大值（60.00%和69.30%），這6 份優(yōu)異資源的煙葉等級質(zhì)量和種植效益兼顧性好，可用于煙葉生產(chǎn)或作為親本用于品種選育。