甘薯主要數量性狀的因子分析及聚類分析

楊秀蓮，梁艷麗，謝世清 ，趙慶云

（1.云南農業大學基礎與信息工程學院，云南昆明，650201；2.云南農業大學魔芋研究所）

甘薯[Ipomoea batatas（L.） Lam.]是旋花科甘薯屬的一個重要栽培作物，廣泛種植于100多個國家，約有500多個種，是世界上重要的糧食、飼料、工業原料及新型能源用塊根作物，總產量在世界糧食生產中位列第7[1，2]。由于云南省光、熱條件或土地資源都具有發展甘薯生產的巨大潛力，且甘薯種植歷史悠久，造就了豐富多彩的云南甘薯地方品種資源。據調查，全省現有甘薯地方品種40多個，均具有獨特的優良性狀，可作為雜交親本之用。目前生產上種植的甘薯品種繁多，而優良品種少，造成“多、雜、老、少”的現象，且一些品種已經嚴重退化。云南甘薯良種缺乏已嚴重制約了甘薯生產的進一步發展[3]。為此，以從云南及國外收集到的17份甘薯種質資源為材料，對其農藝性狀、產量和淀粉含量等9個主要數量性狀進行因子分析和聚類分析，了解各種質資源間的遺傳差異，以期為甘薯生產中資源選擇及品種選育提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為收集自云南各地及國外的17份甘薯種質資源，分別為云薯46、云薯48、云薯112、云薯 116、云薯 122、云薯 J-2、云薯 J-4、云薯 J-7、云薯J-10、京雜4號、灰薯、南薯88、臺灣薯、川山紫、脫毒一號、甘心紅薯、徐91-54-1。

1.2 試驗方法

試驗于2010年4～11月在云南農業大學教學試驗農場進行。5月20日栽插，隨機區組排列，3次重復。株距25 cm，壟距55 cm，密度4 850株/667 m2。9月上旬，即甘薯進入旺盛生長時期后對甘薯的地上部形態特征進行觀察記錄。11月10日收獲，觀察記錄地下部形態特征，測算產量、淀粉含量。

1.3 數據分析

利用SPSS、DPS數據分析軟件對所得數據進行因子分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 甘薯主要數量性狀的因子分析

①總方差分解 利用已得到的相關系數矩陣進行因子分析，相關系數矩陣有3個較大的特征值，分別為4.511，2.110和1.386，根據提取因子的特征值應大于1，故提取了3個公因子[4]。其累積方差貢獻率達88.979%，代表了所有性狀絕大部分相關信息。具體見表1。

②初始因子載荷矩陣 從表2各性狀的共同度可以看出，除淀粉含量為0.590外，其余各性狀的共同度均超過80%，表明所選的3個公因子能較好地反映這些性狀所包含的信息。另外，從初始因子載荷矩陣看，有的性狀雖有較高的載荷值，但同時具有中等載荷值的性狀也較多，使得公因子的作用和意義含糊不清，不便于解釋，為了合理地對公因子進行解釋，需要進一步采用方差最大法對公因子進行正交旋轉，得到旋轉載荷矩陣（表3）。

表1 總方差分解

表2 初始因子載荷矩陣及共同度

表3 旋轉后因子載荷矩陣

③載荷陣的方差極大旋轉 從表3可知，經旋轉后，各公因子中的載荷值已趨于兩極分化，各公因子與有關性狀的相關程度比較明確，其生物學意義更加鮮明。在第1公因子中，以薯塊產量（0.936）、莖粗（0.926）、莖分枝數（0.861）的載荷值最大，可稱為產量因子。但藤薯比、淀粉含量的載荷值為較大的負值，分別為-0.851、-0.765，說明莖粗越粗，分枝數越多，薯塊的產量也越高，而淀粉含量卻降低；并且藤薯比越小，即地上部分生長過于旺盛，薯塊產量反而呈下降趨勢。第2公因子中載荷值較大的是莖葉產量（0.961）、葉片大小（0.925），可稱為葉片因子，可見葉片大小與莖葉產量有一點的正相關關系，葉片大的植株其莖葉產量也高。第3公因子中節間長（0.984）、最長蔓長（0.907）的載荷值較高，可將這2個性狀稱為藤蔓因子。而莖分枝數、莖粗則有較小的負載荷值，可見莖蔓長的植株節間相對也長，但其莖粗及分枝數則減小。綜合以上因子分析得出，在甘薯種質資源選擇過程中，為了提高甘薯產量，應注意選擇葉片大、莖粗、分枝多的種質為宜，若需進行淀粉加工用則應適中選擇，產量不宜太高。

圖1 甘薯種質資源的主要數量性狀聚類（樹狀圖）

2.2 甘薯主要數量性狀的聚類分析

對17份甘薯種質資源的主要數量性狀進行聚類分析，聚類距離采用歐式距離，聚類方法為類間平均距離法，將其聚為5大類（圖1）。從聚類結果可知，產量、淀粉含量、藤薯比相近的聚為一類。第1類為云薯46、云薯48、京雜4號，該類資源的產量和淀粉含量均相對較高，淀粉含量22%左右，薯塊產量2 500 kg/667 m2左右，具有一定的開發利用價值；第2類為云薯116、云薯122，其產量最高，為3 000 kg/667 m2以上，淀粉含量19%左右，可作為以收獲鮮薯為主的種質資源加以利用；第3類為灰薯，產量在2 000 kg/667 m2左右；第4類為云薯J-4，鮮薯產量不高，但莖葉產量高，以收獲地上部為主；其余種質為第5類，產量相對較低，但種質的淀粉含量較高，在24%～28%，部分種質可作為淀粉加工或能源加工利用。

3 結論與討論

①通過對甘薯9個主要數量性狀進行因子分析，將其分為3個主要因子。薯塊產量、莖粗、莖分枝數為產量因子；莖葉產量、葉片大小為葉片因子；節間長、最長蔓長為藤蔓因子。可見莖越粗，莖的分枝數越多，薯塊的產量也越高，但淀粉含量相對降低。隨著最長蔓長、基部分枝數的增加，地上部分生長過于旺盛，薯塊產量反而呈下降趨勢。因此在甘薯種質資源選擇過程中，應考慮生產目的與各主要因子間的相關性，收獲鮮薯為目的的應選擇莖粗、莖蔓分枝數多的種質為宜，對于加工淀粉用的則應適中選擇。

②從聚類結果可知，產量、淀粉含量、藤薯比相近的聚為一類。第1類為云薯46、云薯48、京雜4號，該類資源的產量和淀粉含量均相對較高，具有一定的開發利用價值；第2類為云薯116、云薯122，其產量最高，為3 000 kg/667 m2以上，可作為以收獲鮮薯為主的種質資源加以利用；第3類為灰薯，產量在2 000 kg/667 m2左右；第4類為云薯J-4，鮮薯產量不高，但莖葉產量高，以收獲地上部為主；其余種質為第5類，產量相對較低，但一些種質的淀粉含量較高，可作為淀粉加工或能源加工利用。

③通過對17份甘薯種質資源的9個主要數量性狀進行因子分析和聚類分析可知，云薯116、云薯122的鮮薯產量都較高，可作為以主要收獲塊根為主的品種進行發展；云薯46、云薯48、京雜4號不僅鮮薯產量高，淀粉含量也較高，開發利用價值較高；云薯J-4、川山紫、脫毒一號的莖葉產量較高，可作為以收獲莖葉為主的品種來發展；云薯J-10、云薯J-2、云薯J-7、甘心紅薯的鮮薯產量雖然不是很高但淀粉含量較高，適合用作淀粉、酒精等工業原料。

[1]劉慶昌.甘薯在我國糧食和能源安全中的重要作用[J].科技導報，2004（9）：21-22.

[2]張啟堂，付玉凡，楊春賢，等.甘薯蔓尖蔬菜專用型品種的營養品質及經濟效益評價[C]//第二屆中國雜糧產業化發展論壇，2005.

[3]趙波，張曉宇，張青，等.菜用甘薯品種產量性狀比較及評價[J].北京農學院學報，2010，25（2）：8-10.

[4]楊生超，徐紹忠，文國松，等.燈盞花主要數量性狀的主成分與聚類分析[J].西部林業科學，2008，37（3）：93-96.