山西芝麻種質資源農藝性狀的相關分析及聚類分析

韓俊梅，任果香，文 飛，呂 偉，王若鵬，劉文萍

山西芝麻種質資源農藝性狀的相關分析及聚類分析

韓俊梅，任果香，文 飛，呂 偉，王若鵬，劉文萍

（山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽032200）

利用SPSS24.0軟件對333份芝麻種質資源的8個數量性狀和8個質量性狀進行了相關性分析、主成分分析和聚類分析。結果顯示，單株蒴果數與分枝數、株高、主莖果軸長度呈正相關，與始分枝高度呈負相關，與每葉腋花數、株型、葉色、蜜腺有相關性。主成分分析表明，主要信息集中在前4個主成分中，累計貢獻率為78.43%。利用聚類分析把芝麻種質資源分為5個類群，其中，第Ⅱ類群材料屬于分枝、矮稈、節間短、高產型；第Ⅲ類群可作為特異性材料加以利用；第Ⅴ類群屬于一葉一果的類型。

芝麻；種質資源；相關性分析；聚類分析

芝麻（Sesamum indicum Linn）隸屬于胡麻科胡麻屬一年生草本植物，是世界上最古老的油料作物之一[1]。芝麻在全球分布較廣，在亞洲、非洲、美洲、歐洲均有種植，且主要在亞洲、非洲等發展中國家種植，其種植面積占世界種植面積的90%以上。我國芝麻主要分布在長江、黃河和淮河三大流域[2]，其單產和總產均居世界首位[3-4]。芝麻籽營養豐富，含有油酸、亞油酸、蛋白質，還有大量的芝麻酚、芝麻素和維生素E，AS等抗氧化物質，而且在工業、制藥、食品、畜牧等方面都具有重要價值[5-7]。

我國十分重視種質資源的搜集、保存、研究及利用。種質資源是育種工作的物質基礎，作物育種的突破性成就決定于關鍵性基因資源的發現和利用，作物資源豐富的遺傳多樣性也是農作物生產的需要，種質資源也是生物學理論研究的重要基礎材料。盡管各種分子生物學及遺傳學技術已經廣泛應用于芝麻種質資源的遺傳多樣性鑒定分析和評價研究中，但是農藝性狀的描述和鑒定，仍然是種質資源利用研究的重要途徑和方法[8]。張艷欣等[9]、車卓等[10]對我國保存的芝麻核心種質進行了遺傳多樣性分析；孫建等[11]對芝麻種質資源的葉綠素含量進行了多樣性研究；還有在苦瓜[12]、甜菜[13]、燕麥[14]等作物中也有報道。可見，對種質資源進行相關性分析和聚類研究，對種質資源創新有重要作用。

本試驗通過對333份芝麻種質資源的農藝性狀進行一系列的統計分析，旨在對這些種質資源進行全面的了解、分類，為種質資源的創新、利用提供理論基礎，同時發掘優良的種質資源進行有效、充分利用。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗所用材料為山西省農業科學院經濟作物研究所收集的山西、陜西的農家種和國家芝麻產業技術體系各位專家提供的種質，共333份，其中，山西98份，陜西46份，湖北53份，河北28份，東北108份。

1.2 試驗設計

試驗于2016年在山西省農業科學院經濟作物研究所試驗地進行，采用田間隨機區組設計，3次重復，每個小區長2.4 m、寬2.4 m，株距0.2 m，行距0.4 m，每個材料種植2行，常規田間管理。土壤為沙壤土，前茬作物為玉米，播種期5月27日，無霜期152 d。現蕾期、開花期較常年降雨量多60 mm左右。

1.3 性狀調查

田間調查的質量性狀有株型、葉色、葉形、蜜腺、葉腋花數、花冠顏色、蒴果棱數、莖稈茸毛量。田間調查的數量性狀有主莖始蒴高度、始分枝高度、一次分枝數、二次分枝數、主莖果軸長度、株高、節間長度、單株蒴果數。調查標準參照中國農業科學院油料作物研究所編寫、中國農業出版社出版的《芝麻種質資源描述規范和數據標準》。

1.4 質量性狀賦值

表1 芝麻種質資源質量性狀賦值

8個質量性狀的賦值情況如表1所示。

1.5 數據處理

數據采用Excel，SPSS24.0軟件進行統計分析，質量性狀進行賦值，數值進行標準化轉換（Z得分），聚類方法為組內聯接，用平方歐式距離繪制聚類結果樹狀圖。

2 結果與分析

2.1 芝麻種質資源的主要特征

統計分析結果顯示，參試材料的株高平均為147.91 cm，最小為43 cm，最大為311 cm；主莖始蒴高度平均為41.92 cm，最小為12 cm，最大為112 cm；主莖果軸長度平均為101.91 cm，最小為7 cm，最大為174 cm；節間長度平均為3.962 cm，最小為2 cm，最大為8.3 cm；單株蒴果數平均為135.3個，最小為32個，最大為588個。可見，山西芝麻種質資源的數量性狀變化范圍大，有豐富的多樣性。

株型以單稈為主，占63.1%，其余為分枝型；莖稈茸毛以33.9%為茸毛量少，27.1%為中等，20.4%為沒有茸毛，18.6%為茸毛量多；葉色淺綠色為45.3%，綠色為31.2%，深綠色為23.5%；葉形以橢圓形為主，占53.2%，其次為卵形，占32.1%，披針形占13.5%，柳葉形最少；每葉腋花數以三花為主，占69.4%，其次為單花，占30%，只有少數多花；花冠顏色以淺紫色為主，占69.1%，25.1%為紫色，還有少數白花；蜜腺以沒有蜜腺為主，占71.2%，中等蜜腺次之，為19.8%，其余為小蜜腺和大蜜腺；蒴果棱數以四棱為主，占87.7%，6.6%為混合棱數，5.4%為八棱。由此可以看出，芝麻種質資源各個性狀類型豐富，可為培育高產、優質、抗逆性品種提供豐富的親本材料。

2.2 8個數量性狀的相關性分析

表2 8個數量性狀的相關性分析

從表2可以看出，株高與主莖果軸長度、單株蒴果數、主莖始蒴高度、始分枝高度、節間長度呈顯著正相關，且相關性系數最大的為主莖果軸長度，其次為單株蒴果數；始分枝高度與主莖始蒴高度呈極顯著正相關，相關系數為0.415；一次分枝數與主莖始蒴高度、節間長度、單株蒴果數呈極顯著正相關；二次分枝數與主莖始蒴高度、單株蒴果數呈極顯著正相關；主莖始蒴高度與主莖果軸長度呈極顯著負相關；主莖果軸長度與節間長度、單株蒴果數呈極顯著正相關；單株蒴果數與株高、一次分枝數、二次分枝數、主莖果軸長度呈極顯著正相關，且相關系數最大的為二次分枝數，單株蒴果數與始分枝高度呈負相關，說明在一定程度上分枝數越多、株高越高、主莖果軸長度越長，單株蒴果數越多，產量也越高。

2.3 8個數量性狀的主成分分析

對參試的333份芝麻種質資源的8個數量性狀進行主成分分析，結果表明，主要信息集中在前4個主成分中，累計貢獻率為78.43%（表3）。

表3 8個數量性狀的主成分分析

第1主成分的特征值為2.110，貢獻率為26.376%，特征向量中載荷較高的性狀有株高、主莖果軸長度、單株蒴果數，特征值分別為0.726，0.731，0.672。這3個性狀與產量正相關，所以，在一定程度上株高越高、主莖果軸長度越長、單株蒴果數越多，產量越高。其余的性狀都為正向載荷，但是特征向量值較小，對產量的影響也小。

第2主成分的特征值為1.604，貢獻率為20.048%。這一主成分中載荷為正且較高的性狀為始分枝高度、株高、主莖始蒴高度，特征值分別為0.699，0.536，0.446。載荷為負且較高的性狀有一次分枝數、單株蒴果數，特征值分別為-0.562，-0.433。可以看出，隨著始分枝高度、株高、主莖始蒴高度的增加，和產量相關的一次分枝數和單株蒴果數會降低，所以，在育種中要選擇始分枝高度、株高、主莖始蒴高度適中的品種。

第3主成分的特征值為1.534，貢獻率為19.178%。這一主成分中正向載荷較高的為主莖始蒴高度，負向載荷較高的為主莖果軸長度，說明主莖始蒴高度大在一定程度上會影響主莖果軸長度，進而影響產量，為了獲得高產，應選擇主莖始蒴高度適中的資源。

第4主成分的特征值為1.026，貢獻率為12.829%。這一主成分中主要反映的是節間長度、二次分枝數的影響，說明節間長度和分枝數的增加將影響產量，為了達到高產，在生產中應該選擇節間長度小、二次分枝數適中的資源。

2.4 單株蒴果數與8個質量性狀的相關性分析

對參試資源的單株蒴果數與8個質量性狀進行相關性分析，從表4可以看出，相關系數大且達到顯著的性狀為：每葉腋花數與蜜腺相關，相關系數為-0.943；單株蒴果數與株型、每葉腋花數、蜜腺、葉色相關，相關系數分別為0.261，0.271，-0.271，-0.206；還有一些性狀存在相關性但是相關性系數小，莖茸毛稀密與葉形、花冠顏色相關；株型與蜜腺、葉形相關；葉色與蒴果棱數相關；葉形與每葉腋花數、花冠顏色、蜜腺相關。

表4 單株蒴果數與8個質量性狀的相關性分析

2.5 333份芝麻種質資源的聚類分析

利用SPSS24.0軟件對333份參試芝麻種質資源的5個數量性狀、8個質量性狀進行聚類分析，采用組內聯接法，在遺傳距離為20.5處，將供試材料大致分為5個類群（圖1），每個類群的農藝性狀特征如表5所示。

第Ⅰ類群株高矮小、始蒴部位低、主莖果軸長度小、節間長度小、單株蒴果數較少。形態特征主要表現為：單稈，莖茸毛類型多，葉色3個類型均有，葉形主要為橢圓形和卵形，三花，花色主要為淺紫、紫色次之，沒有蜜腺，蒴果主要為四棱。這一類群資源產量低，農藝性狀類型豐富，需通過雜交、誘變等方法進一步加以利用。

第Ⅱ類群植株矮小、始蒴部位高、主莖果軸長度短、節間長度最短、單株蒴果數較多。形態特征表現為：分枝型為主，莖茸毛類型多，葉色以淺綠色為主，葉形橢圓形為主、卵形次之，三花，淺紫，沒有蜜腺，蒴果有四棱和八棱。此類群材料屬于分枝、矮稈、節間短、高產型，可以作為抗倒、適合機械化播種的品種提供親本資源。

第Ⅲ類群植株株高適中、主莖始蒴高度適中、主莖果軸長度中等、節間長度長、單株蒴果數中等。形態特征表現為：單稈分枝均有，莖茸毛類型以多為主，葉色深綠色為主、綠色次之，葉形以橢圓形和卵形為主，三花，淺紫，沒有蜜腺，蒴果棱數以四、六、八混合棱數為主。此類群的材料形態表現特殊，可作為特異性材料加以利用。

第Ⅳ類群植株高大、主莖始蒴部位高、主莖果軸長度長、節間長度長、單株蒴果數多。形態特征表現為：單稈、分枝都有，莖茸毛類型多，葉色以淺綠色和綠色為主，葉形以橢圓和卵形為主，三花，淺紫，沒有蜜腺，蒴果以四棱為主。此類群材料屬于高產類型，但是始蒴部位高、節間長度長，需進一步改進加以利用，篩選出節間短、始蒴部位適中的高產品種。

第Ⅴ類群植株株高中等、始蒴部位高、主莖果軸長度中等、節間長度中等、單株蒴果數少。形態特征表現為：單稈、分枝均有，莖茸毛類型多，葉色淺綠色、綠色、深綠色都有，葉形以橢圓為主，單花，淺紫為主，中等蜜腺為主，蒴果棱數為四棱。此類群的材料屬于一葉一果的類型，有其獨特的特點，可作為特殊材料加以利用。

表5 5個類群農藝性狀特征

3 結論與討論

通過對333份芝麻種質資源的8個數量性狀和8個質量性狀的分析可知，芝麻的種質資源不論是數量性狀還是質量性狀都有豐富的多樣性；相關性分析得知，單株蒴果數與分枝數、株高、主莖果軸長度呈顯著正相關，與始分枝高度呈負相關，與蜜腺、株型、每葉腋花數、葉色相關，結合主成分分析可以得出，影響芝麻產量的農藝性狀中單株蒴果數、株高、主莖果軸長度、分枝數、節間長度、主莖始蒴高度為重要因素。理論上在一定程度上植株高大、主莖果軸長度長、分枝數多、節間長度短、主莖始蒴高度低的材料能達到高產。

聚類分析將芝麻種質資源分為5個類群，第Ⅰ類群有112份資源，供試材料的33.6%分布在這一類群，其中，包含51.8%的東北資源，其次為山西資源，占30.6%，陜西、湖北、河北資源均有。第Ⅱ類群有39份材料，占供試材料的11.71%，5個地區的材料分布差不多；第Ⅲ類群有18份，供試材料分布較少，為5.4%，山西資源達10份，其余地區分布較少；第Ⅳ類群有93份，27.9%的供試材料分布在此類群，陜西資源分布最高，為39.1%，其次為湖北、河北、山西、東北資源；第Ⅴ類群包含71份材料，占供試材料的21.3%，5個地區均有分布。由此看出，不同地區資源聚集交錯，與地理分布并無直接關系，這與國內外相關研究結果一致[15]。資源的地理分布與分類沒有太大的關系，也可能是區域之間資源相互交流，導致了遺傳基礎狹窄。

在以后的工作中，應該擴大資源來源地的范圍，廣泛收集農家種，對已有的材料、好的種質資源不僅可以直接用于生產，還可以作為育種的基礎材料，為育種家選育優良的品種提供優良的親本來源。同時，利用已有的種質資源，通過雜交、理化誘變、外源基因的導入及其他手段，創造新的種質資源，不斷拓建基因庫。

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Correlation Analysis and Cluster Analysis of Agronomic Traits of Sesame in Shanxi

HANJunmei，RENGuoxiang，WENFei，Lü Wei，WANGRuopeng，LIUWenping
（Instituteof the Economic Crops，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Fenyang 032200，China）

Toefficiently use sesamegermplasmresources，this study analyzed the correlation,principal component and cluster of 8 quantitative traits and 8 quality traits of 333 sesame germplasm resources by SPSS24.0 software.The results showed that the number of capsulesper plant had a very significant correlation with the number of branches,plant height and the length of the main stem,while had negatively correlated with branching height.Besides,it had a relationship with leaf number,plant type,leaf color and nectary.The principal components of 8 quantitative traits were analyzed，and the results showed that the accumulation indices of the top four principal components were up to 78.43%.Cluster analysis showed that 333 sesame germplasm resources were classified into five groups.The GroupⅡhad branch,dwarf,internode short and high yield.The GroupⅢcould be used as specific material.The GroupⅤwas belongs tothetypeof leaf-fruit.

sesame;germplasmresources;correlation analysis;cluster analysis

S565.3

A

1002-2481（2017）12-1912-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.03

2017-09-07

國家現代農業芝麻產業技術體系（CARS-14-2-02）；山西省農業科學院科研項目（17YZGC050）

韓俊梅（1987-），女，山西汾陽人，研究實習員，碩士，主要從事芝麻育種與栽培研究工作。劉文萍為通信作者。

《山西農業科學》編輯部