小麥農(nóng)藝性狀與品質特性的多元分析與評價

劉雅麗　婁洋　王東亮

摘要：小麥是三大谷物之一，其生產(chǎn)地域遼闊，對環(huán)境的適應性較強。主產(chǎn)地在亞洲、北美等地區(qū)，其中以我國和美國以及印度等種植最為廣泛。在種植小麥的過程中，它的產(chǎn)量影響因素非常多，如氣候變化、土壤情況、地形因素等，但同時還會受到小麥品種的個體生育狀況的影響。負責農(nóng)產(chǎn)品種植研究的工作人員通過對小麥農(nóng)藝性狀和品質特性等進行分析，能夠有效掌握小麥個體剩余狀況和整體的生產(chǎn)效能。這樣能夠有效提升小麥的產(chǎn)量。本次試驗主要是對來自西北農(nóng)林科技大學小麥品質改良實驗室的96個小麥品種的10個品質特性和11個農(nóng)藝性狀參數(shù)的主成分進行估算，供試材料于2011年10月1日采用單粒、行長2米，每行20株、株距0.1米、行距0.2米的方式播種于楊凌小麥綜合試驗站，并以主成分和歐式距離為基礎，進行聚類分析和二維排序分析。品質特性和農(nóng)藝性狀的前4個主成分分別反映了89.1483%和85.3450%的數(shù)據(jù)信息量。

關鍵詞：小麥；農(nóng)藝性狀；品質特性；主成分分析；二維排序分析

主成分分析通過保留低階主成分，忽略高階主成分以減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)，同時保持數(shù)據(jù)集中的對方差貢獻最大的特征，以便了解小麥材料的主成分構成及其帶來的生物學意義，這可幫助學者們從構成性狀的多因素關系中了解分析材料特點，對遺傳材料進行客觀的評價。而聚類分析可幫助學者衡量不同材料數(shù)據(jù)間的相似性，進而對其進行劃分和歸類，以便了解類群間的遺傳差異和相似性。本次研究運用主成分分析、聚類分析和二維排序分析的方法獲得了小麥品種的農(nóng)藝性狀和品質特性的主成分組成，并將所得資料數(shù)據(jù)進行二維排序圖以及聚類分析圖的繪制，通過對圖表的分析與考查找出了小麥材料的遺傳距離以及相似性和多樣性等理論參考依據(jù)，并最終整理出綜合品質特性以及農(nóng)藝性狀較好的小麥品種，獲得了優(yōu)良種質資源。

1 材料與方法

本次試驗主要是對來自西北農(nóng)林科技大學小麥品質改良實驗室的96個小麥品種的10個品質特性和11個農(nóng)藝性狀參數(shù)的主成分進行估算，供試材料于2011年10月1日采用單粒、行長2米，每行20株、株距0.1米、行距0.2米的方式播種于楊凌小麥綜合試驗站。

農(nóng)藝性狀調查的主要性狀包括小麥品種旗葉的長度與寬度、麥穗下節(jié)的長度與直徑、旗葉距穗長、植株高度、小穗數(shù)目、麥穗粒數(shù)、粒重、粒寬和粒厚，主要農(nóng)藝形狀的調查項目和參考標準參照金善寶《中國小麥生態(tài)》。品質特性測定，包括子粒鐵、鋅含量的測定、子粒蛋白質含量的測定、濕面筋含量的測定、粉質參數(shù)的測定、拉伸參數(shù)的測定、容重的測定、沉降值的測定等。

2 結果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀主成分分析

用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件計算出11個農(nóng)藝性狀的主成分的特征向量和貢獻率。經(jīng)計算得出，前4個主成分貢獻率分別為31.0133%、24.6215%、18.1518%、11.5583%，其特征向量所凝聚的生物學信息分別主要跟穗部、穗下節(jié)長、粒厚、粒寬及旗葉寬相關，故而分別稱它們?yōu)樗氩繕嫵梢蜃印⒅旮邩嫵梢蜃印⒆恿４笮嫵梢蜃右约捌烊~構成因子。第一主成分特征向量間的關系表明，穗下節(jié)直徑與穗部重量呈正相關關系，小穗數(shù)和穗粒數(shù)和穗粒重呈正相關關系，第二主成分凝聚向量之間的關系表明植株越高，粒寬就越小，旗葉越長。第三主成分的向量關系表明子粒大小與數(shù)目成反比。第四主成分的向量關系表明，旗葉寬度與植株高度成反比，穗粒數(shù)越少、穗粒重越小。

2.2 品質特性主成分分析

前4個主成分的貢獻率分別為54.1611%、14.9571%、10.3339%和9.6962%，由于第一個主成分的性狀特征值中沉降值、面團形成時間、子粒蛋白質含量、延展度、拉伸面積、濕面筋含量和面團穩(wěn)定時間的貢獻率彼此之間呈正相關，故稱第一主成分為沉降值因子。第二主成分中子粒容重貢獻最大，且其特征向量為負值，故又稱其為容重因子。實踐證明，小麥子粒容重越大，子粒鐵、鋅、蛋白質和濕面筋含量越低，面團形成時間和拉伸面積會越大。第三主成分中鋅含量作用最大，所以又稱之為鋅含量因子。第四主成分貢獻率最低，故稱之為鐵含量因子。第三、四主成分子粒容重的特征向量絕對值都較大，面團穩(wěn)定時間和沉降值都為負值。但前者鐵含量的特征向量為負值，后者鋅含量的特征向量為負值。由此可以得出：子粒鋅含量與子粒容重呈正相關，與面團穩(wěn)定時間、沉降值呈負相關；子粒鐵含量與其它品質性狀間的關系與此類似。子粒鐵含量和鋅含量負相關的關系決定了在小麥品質改良過程中應當選擇子粒容重、沉降值等品質性狀較好、鋅鐵含量適中的小麥品種。

3 結束語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活質量的要求逐步提高，其中對健康食物的要求更為苛刻，從要求吃得飽轉變?yōu)槌缘煤谩⒊缘镁⒊缘媒】怠Ｒ虼耍軌蚺嘤龈弋a(chǎn)而又優(yōu)質的小麥品種，滿足廣大人們的飲食需求一直是我國小麥育種單位的重要目標，而此次試驗，為小麥育種提出了很好的改善建議以及參考指標，為小麥育種的進程提供了一大助力。根據(jù)系統(tǒng)聚類分析圖，綜合品質特性較好的小麥材料主要集中于第一類和第二類，綜合農(nóng)藝性狀較好的多集中于第三類和第四類。根據(jù)二維排序分析圖顯示，96個小麥材料中，32個小麥品種綜合品質特性較好，鋅鐵含量較高；有27個小麥品種表現(xiàn)為矮桿，子粒和旗葉較大，代表其綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)良、豐產(chǎn)性較好。將聚類分析圖與二維排序分析圖進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)泰山9818、西農(nóng)822、楊31、西安837和輪選719以及中育9383品質特性比較好。