沈宝宇，李玲，宗绪晓
(1.辽宁省经济作物研究所，辽宁 辽阳 111000；
2.中国农业科学院作物科学研究所，北京 100081)
豌豆(Pisum sativumL.)属于豆科蝶形花亚科豌豆属一年生冷季豆类，具有适应能力强、生育期短、遗传多样性丰富等特点，其籽粒富含蛋白质、淀粉等多种营养成分，是重要的经济作物和粮菜饲草兼用作物[1，2]。
豌豆蛋白质平均含量为24.84%，其乳化稳定性高、溶解性好，在肉制品、饮料及冷冻食品中广泛应用[3]。豌豆淀粉平均含量为48.7%，脂肪平均含量为1.4%[4]。豌豆淀粉是制作糕点、凉粉、粉丝等多种食品的优选原料[4]。随着豌豆在食用、饲用、肥用、药用等方面价值的不断发掘和展现，开发以豌豆为原料的综合利用及深加工产品具有广阔前景[5]。优异的种质资源在作物品质形成过程中起着关键性作用，种质资源的发掘、创新和利用是提高豌豆育种成效的关键。
基于作物种质资源品质性状的分析与评价在大豆、花生、小麦、玉米等作物上已有报道[6－9]。而在豌豆上的研究报道主要集中在农艺性状方面，而有关其品质性状的分析与评价相对较少。高小丽等[2]采用灰色关联度分析和相关分析相结合的方法研究表明，单荚粒数为影响豌豆产量的主要因子，粗蛋白含量对豌豆品质的影响最大。李莉等[10]研究了15份外引豌豆种质资源的主要农艺和经济性状，综合成为4个主成分，聚为5大类群。本研究将变异分析、相关性分析、主成分分析、聚类分析、逐步回归分析方法结合起来运用，对50份豌豆种质资源的4个品质性状进行综合评价，旨在探明它们之间的紧密程度，以期为豌豆优异专用新品种的选育和其有效利用提供动态性指标，为豌豆种质资源创新提供理论基础。
1.1 试验材料
供试豌豆种质资源共计50份(表1)，源于中国、捷克、英国、澳大利亚4个国家，其中国内资源35份、国外资源15份。
表1 豌豆种质资源信息
1.2 试验设计与田间管理
2021年供试豌豆资源种植于辽宁省经济作物研究所试验地(123°8′24″E，41°15′44″N，海拔44 m)。试验地为壤土，肥力中等。随机区组设计，重复3次。小区面积:4 m×2 m＝8 m2。3月24日穴播，6行区，行距30 cm，穴距8 cm，每穴2~3粒。其它田间管理按常规方法进行。6月20日始，50份资源根据各自成熟期分别收获。
1.3 品质指标测定及方法
每份豌豆资源分别精选大而饱满籽粒200 g进行品质测定。其中，水分含量测定采用直接干燥法(GB 5009.3—2016)；
粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法(GB/T 5009.5—2010)；
粗脂肪含量测定采用酸水解法(GB/T 5009.6—2003)；
总淀粉含量测定采用酸水解法(GB/T 5009.9.3—2008)。每个品种测定3次，取平均值。
1.4 数据统计与分析
试验数据采用Microsoft Excel 2019进行统计，DPS 21.0软件进行方差分析、相关分析、主成分分析、聚类分析及回归分析。
2.1 豌豆种质资源品质性状的变异和多样性分析
由表2可知，籽粒粗蛋白含量变幅为14.6%~27.7%，均值为21.63%；
粗脂肪含量变幅为0.6%~1.4%，均值为0.81%；
总淀粉含量变幅为39.3%~58.8%，均值为46.67%；
水分含量变幅为12.3%~15.0%，均值为14.15%。4个品质性状的变异系数范围为3.47%~24.08%，其中粗脂肪含量的变异系数最大(24.08%)，其次是粗蛋白含量(10.75%)，水分含量的变异系数最小(3.47%)。50份豌豆种质资源的Simpson多样性指数范围为0.9798~1.0036，其中粗脂肪含量最大为1.0036，总淀粉含量最小为0.9798。由上述分析结果可知，50份豌豆种质资源粗脂肪、粗蛋白含量具有较丰富的遗传多样性，种质之间性状差异较大，适宜进行优异种质分析与评价。
表2 豌豆种质资源品质性状的变异与多样性
2.2 豌豆种质资源养分含量分布分析
由表3可知，50份豌豆种质资源中，籽粒粗蛋白含量≤19%的有4份，占8%；
介于19.01%~21.00%的有15份，占30%；
介于21.01%~23.00%的有18份，占36%；
介于23.01%~25.00%的有11份，占22%；
>25.00%的有2份，占4%。籽粒粗脂肪含量≤0.70%的有14份，占28%；
介于0.71%~0.90%的有27份，占54%；
介于0.91%~1.10%的有3份，占6%；
介于1.11%~1.30%的有5份，占10%；
>1.30%的有1份，占2%。籽粒总淀粉含量≤40%的有3份，占6%；
介于40.01%~45.00%的有14份，占28%；
介于45.01%~50.00%的有22份，占44%；
介于50.01%~55.00%的有9份，占18%；
>55.00%的有2份，占4%。籽粒水分含量≤13.50%、介于13.51%~13.90%的各有6份，各占12%；
介于13.91%~14.30%的有16份，占32%；
介于14.31%~14.70%的有19份，占38%；
>14.71%的有3份，占6%。
表3 豌豆种质资源养分含量的分布与比率
2.3 豌豆种质资源的聚类分析
4个品质性状数据经标准化转换后，采用欧氏距离离差平方和法对50份豌豆种质资源的粗蛋白、粗脂肪、总淀粉和水分含量这4个品质性状进行系统聚类分析。结果(图1)表明，遗传距离变幅为0.0315~4.3360，其中资源39(GSP 16－006)的遗传距离最小，为0.0315，资源2(G0000815)的遗传距离最大，为4.4336。在欧氏遗传距离D＝1时，把50份种质资源分为4大类群:第Ⅰ类群有16个资源(1、30、50、48、24、34、37、26、29、35、45、13、17、21、15和33)，第Ⅱ类群有19个资源(4、12、43、14、46、27、7、9、42、16、39、18、49、40、28、44、31、41和47)，第Ⅲ类群有6个资源(20、38、23、25、32和36)。第IV类群有9个资源(2、22、10、11、3、19、5、6和8)。
图1 50份豌豆种质资源的聚类分析结果
统计4个类群各品质性状的均值、最小值、最大值、标准差和变异系数(表4)，结果显示:第Ⅰ类群中，粗蛋白和水分含量均值较群体均值(即50份种质资源相应品质性状的均值)分别高5.96%和1.48%，粗脂肪和总淀粉含量分别低19.75%和4.24%，主要特征是粗蛋白含量高。第Ⅱ类群中，总淀粉和水分含量均高于群体均值，分别高5.81%和1.13%，主要特征是总淀粉含量高。第Ⅲ类群中，粗脂肪含量高于第Ⅰ、Ⅱ类群，粗脂肪和总淀粉含量均高于群体均值，分别高6.17%和0.49%，主要特征是粗脂肪含量较高。第IV类群中，粗脂肪含量在4个类群中均值最大，高于群体均值达44.44%，其次是粗蛋白含量，高5.04%，主要特征是粗脂肪含量高。
表4 豌豆种质资源4个类群品质性状特征(%)
2.4 豌豆种质资源品质性状间的相关性分析
50份豌豆种质资源4个品质性状的相关性分析结果(表5)表明，粗蛋白含量与总淀粉含量、粗脂肪含量与水分含量呈极显著负相关，且后者的相关系数最大，为－0.5318。由此可见，豌豆粗蛋白含量越高其籽粒总淀粉含量越偏低，粗脂肪含量越高其籽粒水分含量越低。
表5 豌豆种质资源品质性状的相关系数
2.5 豌豆种质资源品质性状间的主成分分析
对50份豌豆资源的4个品质性状进行主成分分析得出，前3个特征值累计贡献率达89.680%(表6)，说明前3个主成分基本能反映全部特征信息。
表6 豌豆种质资源品质性状的主成分分析
第一主成分的特征值为1.647，贡献率为41.182%。第一主成分中负向载荷最高的是粗脂肪含量(－0.6544)，正向载荷最高的是水分含量(0.6040)，说明第一主成分特征值越大，粗脂肪含量越低，水分含量则越高，其它品质特性基本不变。粗脂肪对第一主成分的影响最大，可将第一主成分视为粗脂肪因子。
第二主成分的特征值为1.382，贡献率为34.545%。第二主成分中正向载荷最高的是粗蛋白含量，为0.7402，其次是水分含量，为0.3713；
负向载荷最高的是总淀粉含量，为－0.5396，其次是粗脂肪含量，为－0.1519。说明粗蛋白含量对第二主成分的影响最大，可将第二主成分视为粗蛋白因子。
第三主成分的特征值为0.558，贡献率为13.953%。第三主成分中正向载荷最高的是总淀粉含量，为0.6765，其次是粗蛋白、粗脂肪、水分含量，分别为0.5208、0.4990和0.1490。说明总淀粉含量对第三主成分的影响最大，可将第三主成分视为总淀粉因子。
综上所述，豌豆种质资源品质评价分析的性状依次为粗脂肪、粗蛋白、总淀粉含量。
2.6 豌豆种质资源品质性状的综合评价
代入标准化后的4个品质性状值(表6)，构建3个主成分的表达函数式:
主成分是原变量的正规化线性组合，主成分中各性状载荷值的大小体现了各性状在主成分中的重要程度[11]。以各主成分对应的贡献率权重(0.4592、0.3852和0.1556)，建立基于主成分的豌豆品质综合评价模型:
在主成分分析的基础上计算出综合得分F值，依F值大小对50份豌豆种质资源的品质性状进行综合评价，结果见表7。F值越大，说明该品种综合品质越好。资源45(G0001601)的F值最高(1.2219)，资源10(G0002121)的F值最低(－2.2174)，说明前者综合表现最好，后者综合表现最差。排在前10位的分别是资源45(G0001601)、48(G0001604)、37(G0001879)、15(G0005543)、31(G0001844)、34(G0002409)、26(G0001727)、24(G0002359)、41(GSP16－008)和28(G0001791)。
表7 豌豆种质资源品质性状各主成分得分
品质性状F值与4个品质性状的相关性分析结果(表8)表明，F值与粗蛋白、水分含量呈极显著正相关(0.47、0.89)，与粗脂肪含量呈极显著负相关(－0.71)。
表8 品质性状F值与4个品质性状的相关系数
2.7 豌豆种质资源品质性状综合评价指标筛选
以4个品质性状调查值为自变量(X)，综合得分F值为因变量(Y)，通过逐步线性回归方法构建最优回归方程式为:
Y＝－15.69346154＋0.13582791337X1－1.4560236502X2＋0.022187070227X3＋0.9118544853X4，式中X1、X2、X3、X4分别代表粗蛋白、粗脂肪、总淀粉、水分含量4个性状。其各回归系数的偏相关系数分别为1.0000、－1.0000、1.0000、1.0000，Durbin－Watson统计量(d)为1.7472，说明构建的回归方程为最优回归方程。回归方程中4个性状对应的直接通径系数分别为0.4155、－0.3740、0.1320、0.5896，回归方程决定系数R2＝1.0000，说明4个性状共同决定了综合得分100%的总变异，F值为5 624 991.56，即粗蛋白、粗脂肪、总淀粉、水分含量均可作为豌豆种质资源的综合评价指标。
种质资源综合分析、评价是种质创新的基础[6]。作物性状变异系数的大小，反映该性状在不同环境下对品种品质形成影响的差异，这种差异也是作物改良的基础[12]。本研究结果表明，50份豌豆种质资源的4个性状(粗蛋白、粗脂肪、总淀粉、水分含量)具有较高的遗传差异，变异系数范围为3.47%~24.08%，变异系数最高的是粗脂肪含量(24.08%)，变异系数最低的是水分含量(3.47%)，这与高小丽等[13]的研究结果基本一致。说明粗脂肪具有丰富的遗传基础，加以改良更易获得好的后代，而水分在供试材料上具有遗传稳定性。Simpson多样性指数变化范围为0.9798~1.0036，反映了性状的遗传多样性较高。
对豌豆各品质性状间的相关性进行分析，可了解各品质性状的比例组成对豌豆品质的影响[14]。由相关性分析可以看出，粗蛋白含量与总淀粉含量呈极显著负相关，这与高小丽等[2]的研究结果一致，说明两个品质性状相互制约；
粗脂肪含量与水分含量相互制约，也呈极显著负相关。
主成分分析、聚类分析、平均隶属函数值、逐步回归分析等方法已广泛应用于作物种质资源的筛选和鉴评上[15，16]。聚类分析是寻找一种能客观反映元素之间亲疏关系的统计量，可据此把元素分成若干类[17，18]。本研究聚类分析将50份豌豆种质资源分为4类，F值排在前10位的资源有7份聚在第Ⅰ类，均来自中国，说明第Ⅰ类综合性状最好，可作为豌豆育种的优质亲本类群。
以多元统计为基础的主成分分析法，可以简化资源多指标，选择出重点指标。本研究简化为3个相对独立的主成分，即粗蛋白、粗脂肪和总淀粉含量，其累计贡献率为89.680%，说明可以将这3个主成分作为豌豆种质的主要性状。第1主成分为粗脂肪因子，第2主成分为粗蛋白因子，第3主成分为总淀粉因子。从贡献率来看，第1主成分的贡献率最大(41.182%)，说明对它进行育种改良较容易实现。在此分析结果基础上，利用隶属函数与主成分分析相结合的方法建立主成分综合得分模型，对豌豆种质资源进行综合评价。依据品质性状综合得分F值的大小，直观地评判50份豌豆种质资源品质性状的优劣程度，结果表明:资源45(G0001601)的F值最高，综合表现最好；
排在2~5位的资源分别是资源48(G0001604)、37(G0001879)、15(G0005543)、31(G0001844)，可选择它们作为豌豆品种选育及种质创新的资源；
资源10(G0002121)的F值最低，综合表现最差。豌豆品质不仅受品种的影响，还与种植地区所处的生态环境、栽培措施等因素有一定关系，故分析结果也会存在差异。今后的研究应拓宽育种材料采样范围，加强研究的深入性，使研究结果更具实用价值，从而为豌豆加工企业提供依据[19]。
豌豆品质性状间存在不同程度的相关性，影响豌豆种质资源的高效研究利用，而逐步回归分析方法可以筛选最优化的种质资源评价指标，解决品质性状复杂繁多并彼此相互结合、相互作用的问题[20，21]。本研究通过逐步回归分析得出，粗蛋白、粗脂肪、总淀粉、水分含量4个品质性状均可作为豌豆种质资源品质性状综合评价的主要指标，此结论可为选育高产、优质、专用型豌豆品种提供参考。
本研究表明，50份豌豆种质资源的4个性状(粗蛋白、粗脂肪、总淀粉、水分含量)具有较高的遗传差异，变异系数范围为3.47%~24.08%，水分含量较稳定，粗脂肪含量变异丰富。其多样性指数变化范围为0.9798~1.0036，粗脂肪含量的多样性指数最大。其粗蛋白含量集中分布于21.01%~23.00%，粗脂肪含量集中分布于0.71%~0.90%，总淀粉含量主要分布于45.01%~50.00%，水分含量主要分布于14.31%~14.70%。聚类分析将50份豌豆种质资源分为4类，其中第Ⅰ类综合性状最好，可作为豌豆育种的优质亲本。粗蛋白含量与总淀粉含量、粗脂肪含量与水分含量均呈极显著负相关。主成分分析可知，前3个主成分的累计贡献率为89.680%，第1主成分可视为粗脂肪因子，第2主成分可视为粗蛋白因子，第3主成分可视为总淀粉因子。综合评价F值，50份豌豆种质资源中得分最高的是G0001601(1.2219)，综合表现最差的是G0002121(－2.2174)。通过逐步回归分析方法构建起最优回归方程，并分析得出粗蛋白、粗脂肪、总淀粉、水分含量4个性状均可作为豌豆种质品质综合评价的主要指标。
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