蠶豆高代材料單株產量與農藝性狀的相關和通徑分析

李艷花， 陳 紅， 王 萍， 杜成章， 張繼君

(重慶市農業科學院特色作物研究所，重慶 402160)

蠶豆(Viciafaba)屬豆科碟形花亞科(Papilionoideae)野豌豆組(Vicieae)巢菜屬(Vicia)[1-2]，是重慶地區重要的食用豆類[3-4]，為常異花授粉作物，自然異交率高，雜交選育時一般在網室內自交6代左右，即可得到蠶豆純合品系[5]。蠶豆后代群體材料是蠶豆育種的重要中間材料，目前大多數學者較集中地研究了不同蠶豆品種的產量構成因素[6-9]，而對蠶豆育種中間材料——雜交群體高代材料的研究甚少。蠶豆雜交群體材料農藝性狀及產量性狀的表現比親本材料更加多樣化，這對育種工作十分有利。但如何更好地利用這些性狀表現豐富的材料，不僅需要育種家豐富的育種經驗，也需要綜合分析產量構成因素間的關系，較準確地保留具有利用價值的材料，為育成蠶豆新品種打下基礎。蠶豆單株粒質量是構成蠶豆產量的基礎，是蠶豆選種工作中重要的篩選指標。據報道，株高、有效分枝數、有效莢數、單株粒數、百粒質量等農藝性狀與單株產量顯著相關[10]。由于各地生態條件不同，蠶豆育種目標和品種類型差異較大，前人對與蠶豆產量相關的農藝性狀研究結果不一[11-12]。本研究針對近幾年得到的多個雜交組合的后代材料進行蠶豆單株籽粒產量及主要農藝性狀間的研究分析，期望通過大樣本比較系統地篩選出與蠶豆單株產量密切相關的農藝性狀，同時綜合優選有利用價值的材料，為重慶地區蠶豆選種工作提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014—2015年在重慶永川地區進行，土壤肥力中等。以蠶豆育種圃中成胡系列蠶豆與通蠶鮮系列蠶豆雜交選育的385份F6～F7代純合品系為試驗對象，進行研究分析。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，3次重復，2014年10月25日播種，前茬高粱，人工開穴點播，底施復合肥450 kg/hm2，密度13.33萬株/hm2，行距50 cm，穴距30 cm，每穴留苗2株，行長3 m，每份材料種植4行。田間管理按照當地高產栽培要求統一進行。

1.3 測定項目

成熟前每份材料種植區隨機取中間行10株測定株高、有效分枝數、有效莢數、單株粒數，小區收獲后脫粒曬干實測單株粒質量和百粒質量。

1.4 數據分析

用Microsoft Excel 2010整理數據和制表，用DPS 15.10進行試驗數據的統計分析。

2 結果與分析

2.1 蠶豆單株粒質量與主要農藝性狀間的簡單相關

對性狀進行原始數據統計分析(表1)，所得各性狀均符合正態分布，其中單株粒數變異系數最高，其次是有效莢數，株高變異系數最小。說明單株粒數變異豐富，可以通過育種手段改良的潛力較大，而株高改良潛力較小。有效分枝數的標準差最小，各材料表現比較穩定。從表2可知，單株粒質量(y)與5個農藝性狀均正相關，且都極顯著，相關性大小為x4(單株粒數)>x3(有效莢數)>x2(有效分枝數)>x1(株高)>x5(百粒質量)，這說明單株粒數和有效莢數是獲得蠶豆較高單株產量的基礎，單株產量的提高主要靠提高粒數和莢數、有效分枝數來獲得，且從目前蠶豆產量結構改良的育種難易程度上來看，粒數的提高較粒質量的提高更容易一些。

表1 蠶豆農藝性狀表現

表2 蠶豆單株粒質量與主要農藝性狀間的相關分析

注：“*”“**”分別表示相關性顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。x1：株高；x2：有效分枝數；x3：有效莢數；x4：單株粒數；x5：百粒質量；y：單株粒質量。下表同。

5個農藝性狀間除x5(百粒質量)與x2(有效分枝)呈顯著負相關，與x3(有效莢數)、x4(單株粒數)呈極顯著負相關，x1(株高)與x2(有效分枝)間呈極顯著負相關外，其余各性狀間均正相關。說明在選育大粒型蠶豆品種時其單株粒數(相關系數為-0.406 9)、有效莢數(相關系數為-0.243 5)及有效分枝數(相關系數為-0.061 6)是決定單株產量的主要因素；同一植株上要想獲得高稈和多分枝的協調比較困難，高產株系的選擇上應同時注重株高適中、分枝較多的株系的選擇，通過栽培途徑增加蠶豆有效分枝數、適當控制株高也可作為蠶豆產量突破的主要途徑。

2.2 蠶豆單株粒質量與主要農藝性狀的回歸方程

偏相關分析又稱凈相關分析，是排除其他自變量影響后，某一自變量與因變量的相關[13-15]。本研究中，株高、有效分枝數、有效莢數、單株粒數、百粒質量與單株粒質量的偏相關結果(表3)均達極顯著水平，據此得到相應的回歸方程為：

y=-33.63+0.04x1+0.84x2+0.13x3+0.77x4+0.31x5(r=0.947 1，F=1 806.296 5)。

式中：y為單株粒質量；x1為株高；x2為有效分枝數；x3為有效莢數；x4為單株粒數；x5為百粒質量。相關系數為0.947 1，F測驗表明回歸系數極顯著，說明方程中單株粒質量的 94.71% 變異是由株高、有效分枝、有效莢數、單株粒數和百粒質量共同影響的結果。表示在其他因素相對固定的前提下，株高每增加1 cm，單株粒質量增加0.04 g；每增加1個有效分枝，單株粒質量增加0.84 g；每增加1個有效莢數，單株粒質量增加0.13 g；單株粒數每增加1粒，單株粒質量增加0.77 g；百粒質量每增加1 g，單株粒質量增加0.31 g。

2.3 主要農藝性狀對蠶豆單株粒質量的通徑分析

雖然相關系數與偏相關系數在一定程度上反映了各因素間的相關程度，但要弄清楚其對產量的作用大小，還必須作進一步的通徑分析。通徑分析可將相關系數分解為直接作用和間接作用，從而清楚地顯示各因素的相關關系大小和相對重要性[14，16]。直接作用揭示了各產量因素對產量作用的事實。由表4可以看出，5個農藝性狀對產量的直接通徑系數都為正值，說明各農藝性狀對產量都有直接的正效應，如果控制其他性狀不變，提高5個性狀中的任何1個，均對產量起到積極作用。其中，以增加單株粒數的作用最大(Py4=0.929 0)，提高百粒質量的作用次之(Py5=0.498 2)，增加株高的作用最小(Py1=0.033 0)。這與偏相關分析的結果是一致的。說明只有在一定的單株粒數基礎上，才能獲得較理想的單株產量。

表3 蠶豆單株粒質量與主要農藝性狀間的偏相關分析

表4 主要農藝性狀與單株粒質量的通徑系數

從間接通徑系數看，P3(單株莢數)→P4(單株粒數)→y(單株粒質量)、P2(有效分枝)→P4→y、P1(株高)→P5(百粒質量)→y的間接通徑系數為正且位列前3，分別為0.729 9、0.448 9、0.105 1，其余作用較小，說明單株莢數和有效分枝的增加可通過影響單株粒數提高單株粒質量，株高的增加可通過導致百粒質量增加影響單株粒質量；P1→P2→y、P2→P1→y、P2→P5→y、P5→P2→y、P3→P5→y、P5→P3→y、P4→P5→y、P5→P4→y的間接通徑系數為負，說明株高與有效分枝之間，百粒質量分別與有效分枝、有效莢數、單株粒數之間不能通過彼此的增加提高單株粒質量；百粒質量不能通過有效分枝、有效莢數、單株粒數的增加提高單株粒質量，但可通過增加株高來提高單株粒質量(P5→P1→y的間接通徑系數為0.007 0)。說明若蠶豆籽粒過大，會影響有效分枝、有效莢數、單株粒數的增加，從而影響產量的提高，因此在高產株系選擇中，要兼顧5個因素的協調發展。

2.4 主要農藝性狀的灰色關聯度分析

從表5可知，單株粒質量與和各性狀的關聯度大小順序依次為單株粒數>有效莢數>有效分枝數>株高>百粒質量，依照關聯度分析原則，關聯度系數大，則發展過程中相對變化基本一致，反之，兩者關聯度就小[17-18]。結果表明，對蠶豆單株粒質量貢獻最大的是單株粒數，其次是有效莢數，再次是有效分枝數，這與相關分析的結果吻合。

表5 主要農藝性狀灰色關聯度分析

2.5 蠶豆高產株系的篩選

根據前述研究結果，用調查所得性狀數據對蠶豆高代材料的單株粒質量作TOPSIS綜合評價分析[19]，采用株高、有效分枝數、有效莢數、單株粒數、百粒質量等4個與單株產量直接或間接相關的指標對各株系進行分析，TOPSIS綜合指標得分高者具有較高的產量優勢，以綜合指標值為依據對各株系進行排序，得到單株產量優勢名次。株系綜合指標的統計量得分越高代表其株產量表現越好，在具體的育種實踐中可將該數據作為參考。表6只列舉出排名前10位的株系。

表6 應用TOPSIS評價法對蠶豆高代材料單株產量性狀的綜合比較

3 結論與討論

相關分析表明，蠶豆單株粒質量與5個農藝性狀均極顯著正相關，相關性大小順序為單株粒數>有效莢數>有效分枝數>株高>百粒質量。偏回歸分析發現，單株粒質量的94.71%變異是由株高、有效分枝、有效莢數、單株粒數和百粒質量共同影響的結果；建立的蠶豆單株產量與5個農藝性狀的多元回歸方程極顯著，偏回歸系數亦極顯著，表明產量與其之間具有極顯著的線性回歸關系，可用建立的最優回歸方程預測產量。通徑分析結果表明，各農藝性狀對產量都有直接的正效應，對單株產量的貢獻大小順序為單株粒數>百粒質量>有效分枝數>有效莢數>株高，與偏相關分析結果一致；百粒質量分別與有效分枝數、有效莢數、單株粒數彼此之間，及株高與有效分枝數彼此之間對單株產量有間接負效應，其余間接效應為正。灰色關聯度分析表明，對蠶豆單株粒質量貢獻最大的是單株粒數，其次是有效莢數，再次是有效分枝數。

綜上所述，蠶豆單株產量與株高、有效分枝數、有效莢數、單株粒數及百粒質量之間存在復雜的相關關系，各因素之間的關系亦復雜，不同的分析結果均表明單株粒數是影響蠶豆產量的最主要因素。因此，在重慶市高產蠶豆選育中，首先應注重單株粒數的選擇，百粒質量過大會影響有效分枝、有效莢數、單株粒數的增加，從而影響產量的提高，因此在高產株系選擇中，要兼顧5個因素的協調發展。

產量育種是蠶豆育種的主要目標，因為優質、多抗等性狀只有在一定的產量基礎上才具有實際意義。與產量相關的農藝性狀已成為探討產量形成的主要手段，因此，育種者必須對相關農藝性狀進行有效選擇，并使之協調發展。前人研究發現，對蠶豆產量貢獻較大的農藝性狀有單株粒數、百粒質量、莢果長[7，20]等，也有人研究發現有效分枝數、單株莢數[10，12]與蠶豆產量相關性較大。本研究發現，重慶地區對蠶豆單株產量貢獻最大的因子為單株粒數，它與單株產量的關系最密切，其次是百粒質量，這與劉玉皎等的研究結果[21]相似。造成這些差異的原因可能是蠶豆基因型差異、生態環境差異及蠶豆產量因素在不同地區、不同條件下的相對重要性及其改善潛力不一，產量的提高取決于產量因素的協調發展，這有待進一步進行深入比較研究。