南方春大豆品種秋播條件下的綜合評價及聚類分析

李清華等

摘 要：通過測定17個南方春大豆品種在莆田地區秋播下的生物學性狀，變異分析結果表明，17個春大豆品種底莢高度變異系數最大；相關性分析表明，春大豆秋播條件下，單株粒重與單株粒數呈顯著正相關；主成分分析結果表明，前4個主成分的總方差遺傳累積貢獻率達84.43%，基本上反映了所有性狀的變異信息；系統聚類分析表明，17份品種主要可分為有籽粒大、中、小，且產量高、中、低交叉等7大類型。

關鍵詞：春大豆；秋播；主成份分析；聚類分析

中圖分類號 S565.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）08-52-04

Abstract：Tested the main biological characters of 17 south spring soybean varieties sowed in autumn in Putian region. The results showed that the variance coefficient of height of pod was the largest. The correlation analysis indicated that seed weight per plant positive significant correlation with number of seeds per plant when south spring soybean sowed in autumn；Principal components analysis showed that the first four principal components variance accumulation contribution rate amounted to 84.43%，which basically reflected the variance information as listed of all characteristics above. Cluster analysis showed that 17 south spring soybean could be divided into 7 types which included big、medium and little seed，and high、medium and low yield，and so on.

Key words：Spring soybean；Autumn sowing；Principal component analysis；Cluster analysis

大豆是糧油兼用作物，是人們獲取植物蛋白的主要來源，也是發展畜牧業的重要精飼料和許多輕工業的重要原料。福建省屬亞熱帶濕潤季風區，大豆栽培歷史悠久，適宜一年兩播，但是由于不同播種季節所處的氣候環境存在一定差異，造成不同播種季節下種植產量、效益的差距。春播大豆生育期一般處于3月上旬至7月上旬，而在5、6月份結莢鼓粒期至成熟期福建地區多臺風暴雨，易造成大豆落花落莢、植株倒伏、爛莢爛粒等現象。秋播大豆生育期一般處于7月下旬至10月中下旬，生育前期多高溫，植株生長過快，導致后期植株變矮、粒重下降。以上不利因素導致了大豆產量降低、效益減少，進而影響了農民群眾種植春大豆積極性，導致福建省春大豆種植面積的不斷減少。

近年來，數量分類學在農作物品種研究上得到廣泛應用，科學準確地鑒定篩選新品種，是大豆育種、推廣程序中的一個重要環節。特別是主成分分析和聚類分析在花生[1-2]、玉米[3]、水稻[4]、甘薯[5]等作物種質資源分類方面的應用，對于科學評價品系好壞真實性、品種適應性起到了較好的效果，同時在大豆育種中品系鑒定和品種推廣應用也有較多的報道[6-8]。本試驗通過借鑒以往研究方法的基礎上，采用主成分分析和聚類分析方法對17份南方春大豆品種在莆田地區秋種的適應性進行評價，以期為福建省秋季大豆種植品種更新和篩選及春大豆育種中就地秋播加代對性狀有效選擇提供理論依據，為大豆品種的區域適應性評價提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 本試驗的材料包括有：福建省莆田市農業科學研究所育成的莆豆8008、莆豆10號和莆豆5號；福建省農科院作物所育成的福豆310和福豆234；福建省泉州市農業科學研究所育成的泉豆6號和泉豆7號。福建省華南農業大學農學院育成的華春1號、華春2號、華春3號、華春5號和華春6號；廣西壯族自治區玉米研究所育成的桂春1號、桂春2號、桂春5號、桂春6號和桂春8號。

1.2 試驗設計 試驗在福建省莆田市農業科學研究所的試驗基地進行，該地塊土層深厚，地勢平坦，肥力均勻中上，半粘壤土，排灌方便，前茬水稻，多為水稻-蔬菜輪作。2013年8月6日播種，小區隨機區組排列，3次重復，小區面積6.67m2（6.67m×1m）。每小區雙行穴播，行距0.40m，株距0.238m，種植密度16 800株/667m2。

1.3 數據收集與處理 觀察與考種記載項目包括全生育期（T）、主莖高（X1）、主莖節數（X2）、有效分枝（X3）、底莢高度（X4）、單數莢數（X5）、單株粒數（X6）、百粒重（X7）、單株粒重（X8）。采用DPS軟件進行數據處理[9]。數據處理包括變異分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析。聚類分析先按性狀組合進行聚類，然后進行綜合性狀聚類；聚類時將原始數據先進行標準化變換，然后在歐氏距離水平上采用離差平方和法進行系統聚類分析[10]。

2 結果與分析

2.1 生物學性狀的變異分析 試驗材料的9個主要觀測值及變異情況見表1。由表1可以看出，有效分枝、底莢高度和單株粒數變異系數較大，分別為21.76%、25.21%、14.16%，變異明顯；主莖高、主莖節數、單株莢數、百粒重和單株粒重變異系數分別為7.21%、6.02%、8.52%、9.92%、6.63%，變異較明顯；生育期變異系數最小，僅為4.06%。endprint

2.2 生物學性狀的相關性分析 對17分春大豆品種主要農藝性狀的相關分析表明（表2）：單株粒數與單株莢數呈極顯著正相關，百粒重與單株莢數、單株粒數呈極顯著負相關；單株粒重與單株粒數呈顯著正相關，與生育期、主莖節數、單株莢數及單株粒數呈正相關，與主莖高、有效分枝、底莢高度、百粒重呈負相關；主莖高與單株粒數呈負相關，與百粒重呈正相關；主莖節數與底莢高度呈負相關、與單株粒數呈正相關；有效分枝與底莢高度呈正相關。

2.3 主成分分析 對供試的17份春大豆品種的9個主要觀測值采用DPS數據處理軟件進行主成分分析，計算得特征值Yi、特征值累計百分率和主成份特征向量。各特征值大小代表各綜合指標遺傳方差大小，各特征值累計百分率代表各有關綜合指標對總遺傳方差貢獻的百分率。為提高分析精度，只選用對總遺傳方差貢獻率達85.43%的前4個特征值（表3）。

從表3可以看出，第一主成分的特征向量中，單株莢數、單株粒數和單株粒重的權重系數為正值，百粒重的權重系數為負值，均較大，構成了變異主要來源，說明單株莢數、單株粒數與單株粒重呈同步增長態勢，而單株莢數、單株粒數同時影響了籽粒的大小，故可稱為產量關鍵因子；第二主成分的特征向量中，有效分枝、底莢高度權重系數為正值，百粒重、單株粒重權重系數為負值，且較大，構成了變異主要來源，說明有效分枝過多、底莢高度過高將影響大豆籽粒大小，進而影響了大豆的單株產量，故可稱為產量影響因子；第三主成分的特征向量中，主莖高、主莖節數和有效分枝權重系數均為正數，且較大，這些主要反映了植株生長勢，故稱為生長勢因子；第四主成份的特征向量中，生育期與主莖高、底莢高度權重系數較大，可稱之為生育期與植株高度綜合因子。

2.4 聚類分析

2.4.1 不同性狀組合的聚類分析 對參試品種分別按植株性狀與經濟性狀2種性狀組合分別進行少類性狀聚類。其中植株性狀包括：主莖高、主莖節數、有效分枝與底莢高度；經濟性狀包括：單株莢數、單株粒數、百粒重與單株粒重。聚類結果表明：參與聚類的性狀組合不同，其聚類結果各異。按植株性狀方面聚類（圖1），17個品種在聚類水平D2=1.07時可分成12類，類型較為多樣復雜；按經濟性狀方面聚類（圖2），17個品種在聚類水平D2=4.06時只分成了四大類，且從圖中可以看出福建省育成的多數春大豆品種在經濟性狀方面較為相似。

2.4.2 綜合性狀聚類分析 對參試品種9個觀測值進行標準化變換后在歐氏距離水平上采用離差平方和法進行系統聚類分析（圖3），根據統一類群內大豆品種類群間距離接近且綜合性狀差異值較小的原則，17份大豆品種在聚類水平D2=4.24時可以劃分為7大類群。

第1類群有1、2和7號3個品種，該類群品種有效分枝、底莢高度兩性狀表現上存在較大差異外，其他性狀均表現相近，屬于單株莢數、粒數偏少，籽粒較大的低產型品種；第2類群有4、5、6和17號4個品種，該類群品種在植株性狀和單株莢數存在明顯差異，其他性狀均表現相近，屬于生育期較長，粒少、粒大的中產型品種；第3類群有3和9號2個品種，兩品種在產量性狀表現上存在較小差異，均屬于生育期適中，植株旺盛，結莢數適宜，粒少、粒大的中高產型品種；第4類群有8、16、11和15號4個品種，該類群生育期、主莖節數和有效分枝性狀表現上存在較大差異外，其他性狀均表現相近，屬于底莢高度較低，莢多粒多，籽粒較小的高產型品種；第5類群有10號1個品種，該品種屬于株高適中，分枝旺盛，底莢高度較高，粒多、粒小的早熟低產型品種；第6類群12和14號3個品種，該類群品種屬于生育期較長，底莢高度偏高，籽粒大小中等，其他性狀均表現優異的中產型品種。第7類群有13號1個品種，該品種屬于生育期偏長，主莖節數少，底莢高度高，莢數粒數多，籽粒小的低產型品種。

從不同角度進行的聚類分析結果可以看出，綜合性狀的聚類與兩種性狀組合聚類的結果存在明顯不同。少數性狀組合的聚類只考慮到少數性狀表現的相似性，各類群內只有被聚類的性狀表現一致，而大多性狀表現明顯差異。綜合性狀的聚類使類群內大多性狀表現一致，僅個別性狀有差異，結果更具整體性和合理性[3]。

3 結論和討論

本研究結果表明，供試的17份南方春大豆品種秋播下的生物學性狀變異系數以底莢高度最大、生育期最小。單株粒重與單株粒數呈顯著正相關，與生育期、主莖節數及單株莢數呈正相關，與主莖高、有效分枝、底莢高度、百粒重呈負相關。主成份分析結果表明，秋播條件下不同大豆品種的生物學性狀可分為產量關鍵因子、產量影響因子、生長勢因子和生育期與株高綜合因子4個主成分，它們基本上代表了所有性狀的變異信息。系統聚類分析結果表明，17份品種類群較為復雜，其中有莢少粒少、粒大的低產型品種，粒少、粒大的中高產型品種，莢多粒多，籽小的高產型品種等；同時聚類分析結果還表明了來自同一單位育成的品種不一定類型相似。總之，主成分分析結果反映了17份春大豆秋播下生物學性狀的主導影響因子，聚類結果反映了產量的差異，這為正確評價大豆品種的適應性及科學地選擇品種提供了依據[6]。

參考文獻

[1]殷冬梅，李銓柱，崔黨群.花生主要農藝性狀的相關性及聚類分析[J].中國油料作物學報，2010，32（2）：212-216.

[2]李清華，黃金堂，陳海玲，等.27份花生種質資源的主成份分析與遺傳距離測定[J].植物遺傳資源學報，2011，12（4）：519-524.

[3]李淑華，荊紹凌，楊丹萍，等.聚類分析法在玉米種質資源中的應用[J].農業技術，2008，28（5）：43-45.

[4]馮永祥，劉沐江，汪秀志，等.寒地水稻產量性狀相關及聚類分析[J].安徽農業科學，2008，36（23）：9 925-9 928.

[5]蘇春華，李育明，黃迎冬，等.甘薯主要親本材料的主成分分析及聚類分析[J].雜糧作物，2007，27（6）：405-409.

[6]張玉革，胡緒彬.基于主成分和聚類分析的大豆品種生物學性狀的比較研究[J].大豆科學，2004，23（3）：178-183[J].

[7]李向華，常釹鎮.中國春大豆品種聚類分析及主成分分析[J].作物學報，1998，24（3）：325-332.

[8]劉燦洪，林榮輝，劉德金.福建省大豆地方品種多元統計分析[J].福建農業學報，1999，14（4）：11-15.

[9] 唐啟義，馮光明. 實用統計分析及DPS其數據處理系統[M].北京：科學出版社，2002.

[10]王林輝.基于主成分分析的棉花品種綜合評價及聚類分析[J].廣東農業科學，2009，（1）：29-32. （責編：張宏民）endprint

2.2 生物學性狀的相關性分析 對17分春大豆品種主要農藝性狀的相關分析表明（表2）：單株粒數與單株莢數呈極顯著正相關，百粒重與單株莢數、單株粒數呈極顯著負相關；單株粒重與單株粒數呈顯著正相關，與生育期、主莖節數、單株莢數及單株粒數呈正相關，與主莖高、有效分枝、底莢高度、百粒重呈負相關；主莖高與單株粒數呈負相關，與百粒重呈正相關；主莖節數與底莢高度呈負相關、與單株粒數呈正相關；有效分枝與底莢高度呈正相關。

2.3 主成分分析 對供試的17份春大豆品種的9個主要觀測值采用DPS數據處理軟件進行主成分分析，計算得特征值Yi、特征值累計百分率和主成份特征向量。各特征值大小代表各綜合指標遺傳方差大小，各特征值累計百分率代表各有關綜合指標對總遺傳方差貢獻的百分率。為提高分析精度，只選用對總遺傳方差貢獻率達85.43%的前4個特征值（表3）。

從表3可以看出，第一主成分的特征向量中，單株莢數、單株粒數和單株粒重的權重系數為正值，百粒重的權重系數為負值，均較大，構成了變異主要來源，說明單株莢數、單株粒數與單株粒重呈同步增長態勢，而單株莢數、單株粒數同時影響了籽粒的大小，故可稱為產量關鍵因子；第二主成分的特征向量中，有效分枝、底莢高度權重系數為正值，百粒重、單株粒重權重系數為負值，且較大，構成了變異主要來源，說明有效分枝過多、底莢高度過高將影響大豆籽粒大小，進而影響了大豆的單株產量，故可稱為產量影響因子；第三主成分的特征向量中，主莖高、主莖節數和有效分枝權重系數均為正數，且較大，這些主要反映了植株生長勢，故稱為生長勢因子；第四主成份的特征向量中，生育期與主莖高、底莢高度權重系數較大，可稱之為生育期與植株高度綜合因子。

2.4 聚類分析

2.4.1 不同性狀組合的聚類分析 對參試品種分別按植株性狀與經濟性狀2種性狀組合分別進行少類性狀聚類。其中植株性狀包括：主莖高、主莖節數、有效分枝與底莢高度；經濟性狀包括：單株莢數、單株粒數、百粒重與單株粒重。聚類結果表明：參與聚類的性狀組合不同，其聚類結果各異。按植株性狀方面聚類（圖1），17個品種在聚類水平D2=1.07時可分成12類，類型較為多樣復雜；按經濟性狀方面聚類（圖2），17個品種在聚類水平D2=4.06時只分成了四大類，且從圖中可以看出福建省育成的多數春大豆品種在經濟性狀方面較為相似。

2.4.2 綜合性狀聚類分析 對參試品種9個觀測值進行標準化變換后在歐氏距離水平上采用離差平方和法進行系統聚類分析（圖3），根據統一類群內大豆品種類群間距離接近且綜合性狀差異值較小的原則，17份大豆品種在聚類水平D2=4.24時可以劃分為7大類群。

第1類群有1、2和7號3個品種，該類群品種有效分枝、底莢高度兩性狀表現上存在較大差異外，其他性狀均表現相近，屬于單株莢數、粒數偏少，籽粒較大的低產型品種；第2類群有4、5、6和17號4個品種，該類群品種在植株性狀和單株莢數存在明顯差異，其他性狀均表現相近，屬于生育期較長，粒少、粒大的中產型品種；第3類群有3和9號2個品種，兩品種在產量性狀表現上存在較小差異，均屬于生育期適中，植株旺盛，結莢數適宜，粒少、粒大的中高產型品種；第4類群有8、16、11和15號4個品種，該類群生育期、主莖節數和有效分枝性狀表現上存在較大差異外，其他性狀均表現相近，屬于底莢高度較低，莢多粒多，籽粒較小的高產型品種；第5類群有10號1個品種，該品種屬于株高適中，分枝旺盛，底莢高度較高，粒多、粒小的早熟低產型品種；第6類群12和14號3個品種，該類群品種屬于生育期較長，底莢高度偏高，籽粒大小中等，其他性狀均表現優異的中產型品種。第7類群有13號1個品種，該品種屬于生育期偏長，主莖節數少，底莢高度高，莢數粒數多，籽粒小的低產型品種。

從不同角度進行的聚類分析結果可以看出，綜合性狀的聚類與兩種性狀組合聚類的結果存在明顯不同。少數性狀組合的聚類只考慮到少數性狀表現的相似性，各類群內只有被聚類的性狀表現一致，而大多性狀表現明顯差異。綜合性狀的聚類使類群內大多性狀表現一致，僅個別性狀有差異，結果更具整體性和合理性[3]。

3 結論和討論

本研究結果表明，供試的17份南方春大豆品種秋播下的生物學性狀變異系數以底莢高度最大、生育期最小。單株粒重與單株粒數呈顯著正相關，與生育期、主莖節數及單株莢數呈正相關，與主莖高、有效分枝、底莢高度、百粒重呈負相關。主成份分析結果表明，秋播條件下不同大豆品種的生物學性狀可分為產量關鍵因子、產量影響因子、生長勢因子和生育期與株高綜合因子4個主成分，它們基本上代表了所有性狀的變異信息。系統聚類分析結果表明，17份品種類群較為復雜，其中有莢少粒少、粒大的低產型品種，粒少、粒大的中高產型品種，莢多粒多，籽小的高產型品種等；同時聚類分析結果還表明了來自同一單位育成的品種不一定類型相似。總之，主成分分析結果反映了17份春大豆秋播下生物學性狀的主導影響因子，聚類結果反映了產量的差異，這為正確評價大豆品種的適應性及科學地選擇品種提供了依據[6]。

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[5]蘇春華，李育明，黃迎冬，等.甘薯主要親本材料的主成分分析及聚類分析[J].雜糧作物，2007，27（6）：405-409.

[6]張玉革，胡緒彬.基于主成分和聚類分析的大豆品種生物學性狀的比較研究[J].大豆科學，2004，23（3）：178-183[J].

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[8]劉燦洪，林榮輝，劉德金.福建省大豆地方品種多元統計分析[J].福建農業學報，1999，14（4）：11-15.

[9] 唐啟義，馮光明. 實用統計分析及DPS其數據處理系統[M].北京：科學出版社，2002.

[10]王林輝.基于主成分分析的棉花品種綜合評價及聚類分析[J].廣東農業科學，2009，（1）：29-32. （責編：張宏民）endprint

2.2 生物學性狀的相關性分析 對17分春大豆品種主要農藝性狀的相關分析表明（表2）：單株粒數與單株莢數呈極顯著正相關，百粒重與單株莢數、單株粒數呈極顯著負相關；單株粒重與單株粒數呈顯著正相關，與生育期、主莖節數、單株莢數及單株粒數呈正相關，與主莖高、有效分枝、底莢高度、百粒重呈負相關；主莖高與單株粒數呈負相關，與百粒重呈正相關；主莖節數與底莢高度呈負相關、與單株粒數呈正相關；有效分枝與底莢高度呈正相關。

2.3 主成分分析 對供試的17份春大豆品種的9個主要觀測值采用DPS數據處理軟件進行主成分分析，計算得特征值Yi、特征值累計百分率和主成份特征向量。各特征值大小代表各綜合指標遺傳方差大小，各特征值累計百分率代表各有關綜合指標對總遺傳方差貢獻的百分率。為提高分析精度，只選用對總遺傳方差貢獻率達85.43%的前4個特征值（表3）。

從表3可以看出，第一主成分的特征向量中，單株莢數、單株粒數和單株粒重的權重系數為正值，百粒重的權重系數為負值，均較大，構成了變異主要來源，說明單株莢數、單株粒數與單株粒重呈同步增長態勢，而單株莢數、單株粒數同時影響了籽粒的大小，故可稱為產量關鍵因子；第二主成分的特征向量中，有效分枝、底莢高度權重系數為正值，百粒重、單株粒重權重系數為負值，且較大，構成了變異主要來源，說明有效分枝過多、底莢高度過高將影響大豆籽粒大小，進而影響了大豆的單株產量，故可稱為產量影響因子；第三主成分的特征向量中，主莖高、主莖節數和有效分枝權重系數均為正數，且較大，這些主要反映了植株生長勢，故稱為生長勢因子；第四主成份的特征向量中，生育期與主莖高、底莢高度權重系數較大，可稱之為生育期與植株高度綜合因子。

2.4 聚類分析

2.4.1 不同性狀組合的聚類分析 對參試品種分別按植株性狀與經濟性狀2種性狀組合分別進行少類性狀聚類。其中植株性狀包括：主莖高、主莖節數、有效分枝與底莢高度；經濟性狀包括：單株莢數、單株粒數、百粒重與單株粒重。聚類結果表明：參與聚類的性狀組合不同，其聚類結果各異。按植株性狀方面聚類（圖1），17個品種在聚類水平D2=1.07時可分成12類，類型較為多樣復雜；按經濟性狀方面聚類（圖2），17個品種在聚類水平D2=4.06時只分成了四大類，且從圖中可以看出福建省育成的多數春大豆品種在經濟性狀方面較為相似。

2.4.2 綜合性狀聚類分析 對參試品種9個觀測值進行標準化變換后在歐氏距離水平上采用離差平方和法進行系統聚類分析（圖3），根據統一類群內大豆品種類群間距離接近且綜合性狀差異值較小的原則，17份大豆品種在聚類水平D2=4.24時可以劃分為7大類群。

第1類群有1、2和7號3個品種，該類群品種有效分枝、底莢高度兩性狀表現上存在較大差異外，其他性狀均表現相近，屬于單株莢數、粒數偏少，籽粒較大的低產型品種；第2類群有4、5、6和17號4個品種，該類群品種在植株性狀和單株莢數存在明顯差異，其他性狀均表現相近，屬于生育期較長，粒少、粒大的中產型品種；第3類群有3和9號2個品種，兩品種在產量性狀表現上存在較小差異，均屬于生育期適中，植株旺盛，結莢數適宜，粒少、粒大的中高產型品種；第4類群有8、16、11和15號4個品種，該類群生育期、主莖節數和有效分枝性狀表現上存在較大差異外，其他性狀均表現相近，屬于底莢高度較低，莢多粒多，籽粒較小的高產型品種；第5類群有10號1個品種，該品種屬于株高適中，分枝旺盛，底莢高度較高，粒多、粒小的早熟低產型品種；第6類群12和14號3個品種，該類群品種屬于生育期較長，底莢高度偏高，籽粒大小中等，其他性狀均表現優異的中產型品種。第7類群有13號1個品種，該品種屬于生育期偏長，主莖節數少，底莢高度高，莢數粒數多，籽粒小的低產型品種。

從不同角度進行的聚類分析結果可以看出，綜合性狀的聚類與兩種性狀組合聚類的結果存在明顯不同。少數性狀組合的聚類只考慮到少數性狀表現的相似性，各類群內只有被聚類的性狀表現一致，而大多性狀表現明顯差異。綜合性狀的聚類使類群內大多性狀表現一致，僅個別性狀有差異，結果更具整體性和合理性[3]。

3 結論和討論

本研究結果表明，供試的17份南方春大豆品種秋播下的生物學性狀變異系數以底莢高度最大、生育期最小。單株粒重與單株粒數呈顯著正相關，與生育期、主莖節數及單株莢數呈正相關，與主莖高、有效分枝、底莢高度、百粒重呈負相關。主成份分析結果表明，秋播條件下不同大豆品種的生物學性狀可分為產量關鍵因子、產量影響因子、生長勢因子和生育期與株高綜合因子4個主成分，它們基本上代表了所有性狀的變異信息。系統聚類分析結果表明，17份品種類群較為復雜，其中有莢少粒少、粒大的低產型品種，粒少、粒大的中高產型品種，莢多粒多，籽小的高產型品種等；同時聚類分析結果還表明了來自同一單位育成的品種不一定類型相似。總之，主成分分析結果反映了17份春大豆秋播下生物學性狀的主導影響因子，聚類結果反映了產量的差異，這為正確評價大豆品種的適應性及科學地選擇品種提供了依據[6]。

參考文獻

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