棉花新品種植株性狀與產(chǎn)量因素性狀的因子分析與聚類分析

盧華平，余 雙，胡海珍，戴寶生 (黃岡市農(nóng)業(yè)科學院，湖北黃岡438000)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢的變化，常規(guī)棉育種成為棉花育種新的方向。如何協(xié)調(diào)植株性狀和產(chǎn)量性狀的相互關系，成為常規(guī)育種中的重要問題。采用多元統(tǒng)計分析，研究因素間的相互關系已得到廣泛的應用。孫長法［1］利用新疆自治區(qū)棉花新品種區(qū)試中早熟組試驗資料進行典型相關和通徑分析，認為在主攻結鈴性強、株鈴多的前提下，應謹防鈴重、衣分趨低。3個產(chǎn)量因素協(xié)調(diào)發(fā)展是實現(xiàn)皮棉增產(chǎn)的關鍵。劉衛(wèi)星等［2］運用典型相關分析方法對中早熟棉花進行研究，認為選擇生育期短的品種，可有效提高單位面積成鈴數(shù)，從而提高皮棉產(chǎn)量和霜前皮棉產(chǎn)量。劉水東等［3］運用典型相關和主成分分析方法對轉基因抗蟲棉的13個主要數(shù)量性狀進行研究，認為轉基因抗蟲棉的生育性狀與產(chǎn)量性狀間水平在0.01水平顯著相關，產(chǎn)量性狀與品質性狀間典型相關達0.05顯著水平，生育性狀與品質性狀間典型相關不顯著。在轉基因抗蟲棉育種中，應注意各性狀間動態(tài)平衡，有利于育成優(yōu)質、高產(chǎn)抗蟲棉品種。李蔚等［4］采用偏相關、通徑和多元回歸等方法對湖北省麥后直播棉品種進行分析，提出麥后直播棉高產(chǎn)育種和高產(chǎn)栽培的主攻方向。前人的研究在特定地區(qū)進行，對相應區(qū)域的棉花育種和生產(chǎn)都有較高的理論參考價值。筆者以2012年湖北省棉花區(qū)域試驗常規(guī)棉組28個新品種為材料，對植株性狀、產(chǎn)量性狀進行研究，探討性狀之間的相互關系，以期為常規(guī)棉的改良方向提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試品種 試驗材料來源于湖北省2012年棉花區(qū)域試驗常規(guī)組的棉花新品種28個，分別為鄂抗棉13、HF10-4、荊棉107、XG11-C69、KB7038、楚優(yōu) 8 號、Z-3、華棉 08-3109、FY-108 、U37-8、欣抗4 號、華棉3119、晶華棉 115、荊棉 113、富棉166、春來棉1號、科欣7號、三抗棉1號、華惠14號、219-08、航棉 16、中 CJ811088、岡 0918、華棉 411、恩棉 99、YY02、天源 CZ-4、宜棉3號。

1.2 試驗方法 試驗地位于黃岡市農(nóng)業(yè)科學院梅家墩試驗基地。試驗采用隨機區(qū)組排列，3次重復。小區(qū)面積20 m2，種植密度27 000株/hm2。

試驗考察對象為數(shù)量性狀，共12個，分為3組:①植株生育性狀組，包括生育期(x1)、株高(x2)、果枝數(shù)(x3)、果枝始節(jié)(x4)、霜前花率(x5);②抗病性狀組，包括鈴期病指(x6);③產(chǎn)量因素性狀組，包括單株鈴數(shù)(x7)、鈴重(x8)、籽指(x9)、衣分(x10);④產(chǎn)量組，僅含皮棉產(chǎn)量(x11)。

1.3 分析方法 采用因子分析、聚類分析等多元統(tǒng)計方法，對棉花植株性狀、產(chǎn)量性狀進行分析，探索性狀之間的相互關系及其對產(chǎn)量的影響，發(fā)掘具有生物學和專業(yè)意義的統(tǒng)計參數(shù)，為品種綜合評價和確定性狀改良決策提供理論參考。試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析使用Microsoft Excel 2010和 SAS9.2進行。

2 結果與分析

2.1 因子分析

2.1.1 初始因子荷載矩陣。利用考察性狀的相關系數(shù)矩陣進行因子分析計算。前7個公因子累積方差貢獻率達91.57%，基本能代表所考察的全部性狀的絕大部分相關信息，既保留絕大部分信息，又達到降維的目的。前7個公因子特征值、累計貢獻率、初始因子載荷矩陣以及各性狀的共同度列于表1。其中，共同度是全部公因子對該性狀的總方差所作的貢獻，共同度越大，說明所選公因子代表該變量的效果越好。最小共同度達0.829，說明這7個公因子對這11個性狀均具有較好的代表性。

表1 初始因子荷載矩陣及共同度

2.1.2 初始因子載荷矩陣方差極大化旋轉。因子分析方法的目的不僅要找出公因子，更重要的是要明確每個因子的生物學意義。由表1可知，有的公因子上有3個或更多個性狀都有較高的載荷值，同時具有中等載荷值的性狀不少，使得公因子的作用和意義含糊不清，不便于解釋。為合理地解釋公因子，可采用方差最大法對公因子進行正交旋轉，得到方差最大正交因子載荷陣。從表2可以看出，經(jīng)旋轉后的載荷陣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和性質比較明確。

在第1公因子中，荷載值較大的性狀是籽指、單株鈴數(shù)、果枝數(shù)，可稱為籽指因子，說明籽指越大，單株鈴數(shù)越少，同時果枝數(shù)減少。在第2公因子中，荷載值較大的性狀是皮棉總產(chǎn)、鈴期病指，可稱為產(chǎn)量因子，產(chǎn)量與鈴期病指負相關，在參試材料中產(chǎn)量與鈴期抗病性存在矛盾。在第3公因子中，荷載值較大的性狀是霜前花率、鈴重，可稱為早熟因子，說明早熟性越好，鈴重越大。在第4公因子中，荷載值較大的性狀是生育期、株高，可稱為生育期因子，說明株高越高，生育期越長。要選擇合適的生育期，可通過對株高的選擇實現(xiàn)。在第5公因子中，荷載值較大的性狀是衣分、單株鈴數(shù)，可稱為衣分因子，說明衣分越高，單株鈴數(shù)越低，二者存在一定程度的負相關。在第6公因子中，荷載值較大的性狀是果枝始節(jié)、果枝數(shù)，可稱為果枝數(shù)因子，說明果枝始節(jié)越高，果枝數(shù)越多。在第7公因子中，荷載值較大的性狀是株高、鈴期病指，可稱為株高因子，說明株高越高，鈴期抗病性越差。要想提高鈴期抗病性，可通過對株高的選擇實現(xiàn)。上述分析表明棉花數(shù)量性狀間存在錯綜復雜的相互關系，高產(chǎn)性狀與鈴期抗病性存在負相關。在新品種的選擇中，可通過對株高的選擇，實現(xiàn)對抗病性和生育期的改良，同時注重協(xié)調(diào)單株鈴數(shù)和衣分的關系，實現(xiàn)抗性和豐產(chǎn)性的結合。

表2 方差極大旋轉后的因子載荷陣

2.2 聚類分析 為了揭示各品種性狀間的相互關系，為棉花新品種的性狀鑒定和選擇方向提供參考信息，對參試棉花品種的植株性狀與產(chǎn)量因素性狀進行聚類分析。利用棉花品種在各公因子上的得分值，取品種間相似度量為歐氏距離，采用離差平方和方法，將參試品種進行聚類分析。由圖1可知，28個棉花品種共聚為6類，其中第Ⅰ類包括8個品種，分別為宜棉3號、華棉411、春來棉1號、U37-8、FY-108、Z-3、楚優(yōu)8號、荊棉107;第Ⅱ類包括 3個品種，分別為中CJ811088、三抗棉1號、晶華棉115;第Ⅲ類包括3個品種，分別為華惠14號、科欣7號、荊棉113;第Ⅳ類包括7個品種，分別為恩棉99、岡0918、航棉16、219-08、富棉166、欣抗4號、HF10-4;第Ⅴ類包括5個品種，分別為天源CZ-4、YY02、華棉3119、KB7038、鄂抗棉13;第Ⅵ類包括2個品種，分別為華棉08-3109、XG11-C69。

2.3 各類品種主要數(shù)量性狀的平均值及標準差 由表3可知，第Ⅰ類品種平均產(chǎn)量為1 551.53 kg/hm2，居第2位;這類品種鈴重較大，為5.85 g，居第 2位;衣分(38.30%)和單株鈴數(shù)(29.76)較低，分別居第4位和第5位。所以，對這類品種的改良，應注重提高衣分和單株鈴數(shù)。

第Ⅱ類和第Ⅲ類品種產(chǎn)量水平均較低，分別為1 499.54和1 365.20 kg/hm2，產(chǎn)量構成因素水平均處于中等偏下水平，但鈴期病指較低。所以，對這類品種的改良，應在保持抗病性的基礎上重點提高產(chǎn)量水平。

第Ⅳ類平均產(chǎn)量為1 660.05 kg/hm2，居第1位;這類品種單株鈴數(shù)較少，為29.50個;衣分、鈴重和抗病性均處于上等水平。所以，對這類品種的改良，應注重提高單株鈴數(shù)。

第Ⅴ類品種平均產(chǎn)量為1 544.24 kg/hm2，居第3位;這類單品種衣分較低，為37.61%;鈴重和單株鈴數(shù)均處于中上等水平。所以，對這類品種的改良，應注重提高衣分。

第Ⅵ類品種平均產(chǎn)量為1 481.48 kg/hm2;這類單品種衣分較高，為40.04%;鈴重和單株鈴數(shù)均處于中等偏下水平。所以，對這類品種的改良，應在保持高衣分的基礎上，注重提高鈴重和單株鈴數(shù)。

表3 6類品種的性狀均值和標準差

3 結論與討論

因子分析是尋找對觀察結果起支配作用的潛在因子的探索性統(tǒng)計方法。利用主要因子描述數(shù)據(jù)集內(nèi)部結構，實際上起數(shù)據(jù)降維的作用。利用因子分析，既減少變量的個數(shù)，又再現(xiàn)變量之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而揭示事先未預料到的相互關系，使得評價結果更加準確、可靠。因子分析在水稻［5］、小麥［6］、大豆［7］、玉米［8］等農(nóng)作物遺傳育種研究中得到廣泛的應用。筆者對湖北省2012年棉花區(qū)域試驗常規(guī)棉組的28個品種的植株性狀與產(chǎn)量性狀進行因子分析，發(fā)現(xiàn)前7個公因子累積方差貢獻率達91.57%，分別為籽指因子、產(chǎn)量因子、早熟因子、生育期因子、衣分因子、果枝數(shù)因子。

利用不同品種在各公因子上的得分值進行聚類分析，將28個供試棉花品種聚為6類，并且從單株鈴數(shù)、鈴重、衣分和鈴期病指等性狀對各類品種進行評價分析，有針對性地提出改良方向。

［1］孫長法.棉花新品種數(shù)量性狀的典型相關及通徑分析［J］.河南科技學院學報(自然科學版)，2013(2):9 －14.

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