綠豆主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)與主成分分析

方路斌，羅河月，陳 潔，李 平

（邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北 邯鄲 056001）

綠豆原產(chǎn)于中國，是一種廣泛種植的雜糧作物，栽培歷史已超過2 000 a[1]。綠豆具有生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、播種適應(yīng)期較長、生育期短、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，是填補(bǔ)農(nóng)田空閑時(shí)期重要的茬口作物[2]。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和人們生活水平的不斷提高，綠豆的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營養(yǎng)價(jià)值越來越被人們所認(rèn)可，但是，目前生產(chǎn)上綠豆優(yōu)良品種少、產(chǎn)量低仍是制約綠豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出問題[3～5]。綠豆農(nóng)藝性狀的研究是種質(zhì)資源合理利用和優(yōu)良新品種選育的關(guān)鍵。近年來，多元遺傳分析方法已在小麥、玉米、大豆、小豆等作物的種質(zhì)資源遺傳分析研究上得到了廣泛應(yīng)用[6～10]，在綠豆育種實(shí)踐中也多有報(bào)道[1～5]，但是，由于各試驗(yàn)所處的生態(tài)環(huán)境不同，因此所得結(jié)論也有差別。為了明確綠豆各農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)的主次關(guān)系，提高綠豆育種效率，我們利用變異系數(shù)、相關(guān)性和主成分分析等方法[11～16]，對(duì)冀南地區(qū)種植的綠豆品種進(jìn)行農(nóng)藝性狀表現(xiàn)與單株產(chǎn)量的分析，旨為合理利用優(yōu)異基因資源選育高產(chǎn)綠豆品種提供參考。

1 材料與方法

本研究分析的綠豆主要性狀有生育期、株高、主莖分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、莢長、單莢粒數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量，指標(biāo)數(shù)據(jù)素材均來源于2015～2016年河北省綠豆品種區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果（表1）。

參試綠豆品種（系） 共7個(gè)，分別為冀綠HNZ0810-3、冀綠02003-7-6、冀綠HN0809-1、保綠200621-18、保綠200611-6、保綠200713-10和保942（CK）。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，小區(qū)面積10 m2（行長5.0m，行距0.5cm，4行/區(qū)），3次重復(fù)。綠豆株距16.7 cm，留苗密度12萬株/hm2。田間管理和指標(biāo)調(diào)查均按照河北省綠豆品種區(qū)域試驗(yàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。成熟期，每小區(qū)均選取有代表性的植株10株進(jìn)行室內(nèi)考種。

采用變異系數(shù)分析、相關(guān)分析和主成分分析3種方法，對(duì)7個(gè)綠豆品種的9個(gè)主要性狀進(jìn)行分析。利用Excel和SPSS軟件完成數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆主要性狀的變異系數(shù)分析

變異系數(shù)是品種性狀遺傳動(dòng)態(tài)的基本表現(xiàn)，能夠反映某一性狀在一定生態(tài)環(huán)境下的差異程度。參試綠豆不同性狀的變異系數(shù)順序?yàn)閱沃昵v數(shù)＞主莖分枝數(shù)＞百粒重＞主莖節(jié)數(shù)＞單株產(chǎn)量＞單莢粒數(shù)＞株高＞莢長＞生育期，指標(biāo)值范圍1.56%～13.60%，差異較大（表1）。其中，單株莢數(shù)的變異系數(shù)最大，變幅為18.5～27.0個(gè)，平均23.24個(gè)；生育期的變異系數(shù)最小，變幅為59～62 d，平均60.71d。單株莢數(shù)、主莖分枝數(shù)、百粒重、主莖節(jié)數(shù)和單株產(chǎn)量的變異系數(shù)（6.52%～13.60%）較大，說明這些性狀選擇的潛力大，具有較大的改進(jìn)余地，作為育種目標(biāo)選擇效果明顯。單莢粒數(shù)、株高和莢長的變異系數(shù)（4.27%～4.71%）次之，說明這些性狀選擇的幾率有限，在育種過程中需擴(kuò)大選擇群體來提高選擇效果。生育期的變異系數(shù)最小，說明期望通過育種手段獲得理想目標(biāo)性狀的難度較大。

表1 不同綠豆品種主要性狀的變異系數(shù)Table 1 Variation coefficients of main characters of different mung bean varieties

2.2 綠豆主要性狀的相關(guān)分析

相關(guān)分析能夠反映出作物不同數(shù)量性狀之間的相關(guān)性。參試綠豆各性狀之間的相關(guān)程度和相關(guān)方向不盡一致（表2）。其中，單株產(chǎn)量與單株莢數(shù)呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.814），單株莢數(shù)與株高和主莖分枝數(shù)呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)分別為0.759和0.785），主莖分枝數(shù)與株高呈顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.775），莢長與主莖節(jié)數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)-0.906）；而其他性狀之間的相關(guān)性均不顯著。單株產(chǎn)量與單株莢數(shù)呈顯著正相關(guān)，與株高、主莖分枝數(shù)、單莢粒數(shù)和莢長呈不顯著的正相關(guān)，與生育期、百粒重和主莖節(jié)數(shù)呈不顯著的負(fù)相關(guān)。因此，在選擇高產(chǎn)綠豆品種時(shí)，應(yīng)以單株莢數(shù)作為首要目標(biāo)性狀進(jìn)行選擇，還要兼顧選擇株高偏高，分枝數(shù)較多，生育期和百粒重適中的材料。

2.3 綠豆主要性狀的主成分分析

主成分分析能夠更充分地反映出作物各性狀間起主導(dǎo)作用的綜合指標(biāo)。前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.86%（表3），能夠概括9個(gè)性狀絕大部分的信息量。其中，主成分1的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到了51.29%；其次是主成分2和主成分3，貢獻(xiàn)率分別為21.83%和13.74%。

第1主成分的特征向量中，載荷較高且為正值的性狀是主莖分枝數(shù)、單株莢數(shù)、株高和主莖節(jié)數(shù)，特征向量值為0.326～0.411（表4），這些性狀主要反映了植株的生長因子。但莢長、百粒重和生育期的向量值為負(fù)值。因此，追求過高的生長勢會(huì)導(dǎo)致主莖節(jié)數(shù)增加、莢長變短。結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果，認(rèn)為在選育高產(chǎn)品系時(shí)第1主成分值適中偏高為好。

第2主成分的特征向量中，載荷較高且為正值的性狀是單株產(chǎn)量、單株莢數(shù)和莢長，特征向量值分別為0.517 2、0.415 9和0.313 2，這些性狀主要反映了植株的產(chǎn)量因子。結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果“單株產(chǎn)量與單株莢數(shù)呈顯著正相關(guān)”，因此認(rèn)為，在選育高產(chǎn)品系時(shí)第2主成分值偏高為好。

表2 不同綠豆品種主要性狀的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of main characters of different mung bean varieties

表3 主成分的特征值及累積貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalue and accumulative contribution rate of principal components

第3主成分的特征向量中，載荷較高且為正值的性狀是生育期和單莢粒數(shù)，特征向量值分別為0.566 3和0.408 6，對(duì)應(yīng)的是百粒重、主莖分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和單株莢數(shù)減少。結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果，認(rèn)為在選育高產(chǎn)品系時(shí)第3主成分值適中偏低為好。

表4 主要性狀的主成分矩陣Table 4 Principal components matrix of main characters

綜合來看，第2主成分主要反映了植株的產(chǎn)量因子，對(duì)應(yīng)的特征向量中以單株產(chǎn)量和單株莢數(shù)載荷較大，且單株莢數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；同時(shí)，第1主成分上特征向量值最大的主莖分枝數(shù)與單株莢數(shù)亦呈顯著正相關(guān)，第3主成分上特征向量值最大的生育期與單株產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。結(jié)合其他性狀因子共同分析，認(rèn)為在選擇高產(chǎn)綠豆品種時(shí)，應(yīng)選取第2主成分值偏高、第1主成分值適中偏高、第3主成分值偏低的材料。

3 結(jié)論與討論

綠豆產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)分析，對(duì)于綠豆新品種選育中性狀的選擇以及綠豆種質(zhì)資源的利用和栽培管理等具有重要意義[13]。變異系數(shù)分析結(jié)果表明，單株莢數(shù)、主莖分枝數(shù)、百粒重、主莖節(jié)數(shù)和單株產(chǎn)量等變異系數(shù)較大，對(duì)這些性狀優(yōu)先進(jìn)行選擇較易獲得理想的目標(biāo)性狀。相關(guān)分析結(jié)果表明，綠豆單株產(chǎn)量與單株莢數(shù)相關(guān)性最為密切，因此，在綠豆高產(chǎn)育種實(shí)踐中，首先應(yīng)把單株莢數(shù)作為選育的重點(diǎn)標(biāo)識(shí)性狀，同時(shí)綜合考量各性狀的制約依從關(guān)系。主成分分析結(jié)果表明，在所有的主成分構(gòu)成中，信息主要集中在前3個(gè)主成分，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)到86.86%，在對(duì)高產(chǎn)綠豆綜合性狀評(píng)價(jià)和選育過程中，單株莢數(shù)是提高單株產(chǎn)量的關(guān)鍵，但同時(shí)應(yīng)注重對(duì)其他性狀綜合考慮，注重選擇單株莢數(shù)和分枝數(shù)較多、株高較高、生育期較短、籽粒大小適中的材料，才有可能選出符合育種目標(biāo)的高產(chǎn)綠豆品種。