大豆農藝性狀相關性及主成分分析

王桂梅 邢寶龍

摘 要：以12個大豆新品系為研究對象，對其8個農藝性狀進行了變異分析、相關分析和主成分分析。結果表明，12個品種的變異系數在5.94%～40.51%，變異系數最大的性狀是單株有效莢數，變異系數為40.51%;變異系數最小的是主莖節數，變異系數為5.94%。產量與單株有效分枝數、單株莢數、單莢粒數和百粒重呈極顯著正相關，與結莢高度呈顯著負相關。產量與株型、主莖節數和株高等3個主成分因子，累計貢獻率為90.620%;根據個品系的主成分得分和綜合得分，適宜晉北地區種植的大豆新品系有3個，分別為Dt-10、Dt-06和Dt-02，其中Dt-06綜合得分最高，產量也最高。該方法為大豆品種綜合評價及品種篩選提供了新的途徑和方法。

關鍵詞：大豆;相關性;主成分分析

中圖分類號 S565 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2021）24-0046-04

Correlation and Principal Component Analysis of Agronomic Traits in Soybean

WANG Guimei et al.

（High Latitude and Cold Weather Crops Institute of Shanxi Agricultural University， Datong 037006， China）

Abstranct： The variation analysis， correlation analysis and principal component analysis of 8 agronomic traits of 12 new soybean lines were carried out. The results showed that the coefficient of variation of 12 varieties ranged from 5.94% to 40.51%， and the most significant variable was the number of effective pods per plant， with the coefficient of variation of 40.51%; The lowest coefficient of variation was the number of main stem nodes， and the coefficient of variation was 5.94%. That yield was significantly positively correlated with effective branches per plant， pods per plant， seeds per pod and 100 seed weight， and negatively correlated with pod height. Three principal component factors， yield and plant type， node number of main stem and plant height were extracted， and the cumulative contribution rate was 90.620%. According to the principal component score and comprehensive score， three new soybean lines suitable for planting in northern Shanxi were selected， namely dt-10， dt-06 and dt-02. Dt-06 has the highest comprehensive score and the highest yield. This method can be well applied to the comprehensive evaluation and screening of soybean varieties， and provide a new way and method for the comprehensive evaluation and screening of soybean varieties.

Key words： Soybean; Relevance; Principal component analysis

大豆原產于我國，是我國重要的糧食作物，具有約5000年的栽培歷史[1]，是世界上重要的油料作物和高蛋白的糧飼兼用經濟作物，也是北方旱作區極為重要的油料作物[2]。大豆有“豆中之王”“田中之肉”“綠色的牛乳”之稱，是典型的高蛋白、低脂肪食物。大豆蛋白中含有異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸等18種氨基酸。大豆含有豐富的微量元素如鋅、硒、鉬、鎂、銅、氟等，對于預防動脈血管硬化、防止大腦老化、骨質疏松等非常重要[3]。另外，大豆還含有功能成分大豆異黃酮、大豆磷脂等。大豆具有解毒、活血利水、補腎強身的功效，自古就有“每天吃豆三錢，何需服藥連年”的諺語[3-4]，是一種很好的藥食同源作物。大豆可加工成各種豆制品、釀造醬油、榨取豆油，也可以將豆渣當成禽畜飼料。大豆不僅具有很高的營養價值，還具有藥食同源的功效，也是我國一些傳統食品的主要原材料，在農業經濟中具有非常重要的地位，與生產和加工業息息相關。大豆營養豐富而價格低廉，富含蛋白質、脂肪及人體所必需的多種氨基酸、微量元素和礦物質，且秸稈和豆餅又是優質飼料，發展這一特色作物的生產對于調整山西省農業產業結構、出口創匯、增加農民收入具有極其重要的作用。

大豆育種中選擇的多數農藝性狀都是數量性狀，它們不僅受遺傳因子控制，而且在很大程度上也受環境因素的支配，從而增加了選擇的難度。因此，研究和探討農藝性狀間的遺傳聯系已成為許多數量遺傳學家和育種工作者十分關注的問題[5-16]。本試驗以課題組選育的新品系為研究對象，采用主成分分析法研究大豆部分數量性狀間的遺傳關系，探討每個品種在主成分分析中單一主成分下的表現及綜合因子中的得分情況，篩選適宜晉北地區的大豆新品系，為大豆新品種的推廣奠定基礎，同時也為大豆品種綜合評價及品種篩選提供新的途徑和方法[17]。

1 材料與方法

1.1 供試材料 供試大豆新品系共12個，全部由山西農業大學高寒區作物研究所大豆課題組提供。分別為Dt-1、Dt-2、Dt-3、Dt-4、Dt-5、Dt-6、Dt-7、Dt-8、Dt-9、Dt-10、Dt-11、Dt-12。

1.2 試驗設計與田間管理 本試驗于2019年在山西農業大學高寒區作物研究所試驗基地進行，年平均降雨量在370～460mm。試驗地地勢平坦，肥力中等，前茬作物為馬鈴薯，灌溉方便，土質沙壤土。試驗設計采取隨機區組排列，3次重復;小區長5m，寬2m，小區面積10m2;6行區，精量穴播每穴2～3粒，留苗27萬株/hm2。四周設保護行，播前結合耕地施農家肥30000kg/hm2、復合肥600～750kg/hm2，其他管理略高于大田。

1.3 田間調查及經濟性狀測定 大豆播種后，記載各生育時期的生長變化與生物學性狀。大豆成熟時每個小區隨機取樣10株進行田間調查。測定項目包括株高、底莢高度、主莖節數、有效分枝數、單株有效莢數、單莢粒數、百粒重、單株產量。大豆成熟后各小區分別收獲、脫粒、稱重。

1.4 數據統計與分析 試驗數據采用Excel軟件進行統計分析，采用SPSS軟件進行相關性和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 參試大豆新品系的農藝性狀描述性統計分析 由表1可知：12個大豆新品系的農藝性狀存在豐富的變異，變異范圍在5.94%～40.51%，其中，變異系數最大的性狀是單株有效莢數，平均值為54.28個，變異系數為40.51%;變異系數最小的是主莖節數，平均值為16.33節，變異系數為5.94%;各性狀的變異系數從大到小依次為：單株有效莢數>有效分枝數>底莢高度>單株產量>株高>單株粒數>百粒重>主莖節數。可以看出，供試材料之間主莖節數的差異不大;單株有效莢數的變異系數最大，充分說明參試品種在單株莢數上的變異十分豐富，而其他性狀的表現則介于這兩類之間。說明可以通過良種選配和改善栽培措施等方法，使這些性狀獲得一定程度的改善和提高;主莖節數的變異系數很小，表明期望通過育種手段獲得理想目標性狀的難度較大[5]。

2.2 參試大豆新品系各性狀間的相關性和主成分分析 由表2相關性分析可知：產量與單株有效分枝數、單株莢數、單莢粒數和百粒重呈極顯著正相關，與結莢高度呈顯著負相關。這充分說明有效分枝數、單株莢數、單莢粒數和百粒重對產量的影響最大，所以在選育高產品種時，應注重選擇分枝數多、單株莢數多、單株粒數多和百粒重大的品種。

為了評價品種的綜合表現，僅對數據進行無量綱化是不夠的，要對原始數據進行主成分分析，利用SPSS軟件進行主成分析，遵循主成分分析累計貢獻率≥85%的原則[18-20]，所提取的前3個主成分的累積貢獻率達到90.620%（>85%），表明這3個主成分基本代表了8個性狀的90%的信息量。由表3可知，主成分1的特征值為4.921，貢獻率為61.512%，載荷較高的性狀是有效分枝數、單株莢數、單莢粒數、百粒重和產量單莢粒數和產量，這幾個性狀主要均與大豆的株型和產量密切相關，因此，可將主成分1命名為“產量與株型因子”;主成分2的特征值為1.235，貢獻率為15.437%，載荷較高的性狀是株高和底莢高度，其主要解釋株高的相關信息，可將主成分2命名為“株高因子”，主成分3的特征值為1.094，貢獻率為13.671%，載荷較高的性狀是主莖節數，其反映了主莖節數的信息，可將主成分3命名為“主莖節數因子”。

2.3 參試大豆新品系的綜合評價 將數據標準化后，再根據特征向量，可以進行12個品種的主成分因子得分計算，根據每個主成分的特征值占所提取主成分的總特征值的比例權重，構建出不同大豆品種的綜合評價模型[21-22]為F=（4.921F1+1.235F2+1.094F3）/7.25，得到綜合得分見表4。主成分1中，得分最高的前3個品系是Dt-06、Dt-02和Dt-09，表明這3個大豆品系在產量和株型方面表現優異;主成分2中，得分最高的前3個品系是Dt-01、Dt-06和Dt-05，表明這3個大豆品系在株高方面表現優異，主成分3中，得分最高的前3個品系是Dt-09、Dt-01，Dt-04，表明這3個大豆品系在主莖節數方面表現優異。在綜合因子得分中，得分前3位的大豆品系）是Dt-10、Dt-06和Dt-02，表明這3個大豆系在所測量的8個性狀中綜合表現最好。

3 結論

本研究對12個大豆品系的農藝性狀進行了主成分分析和綜合評價，結果表明，Dt-06的產量與株型因子得分最高，Dt-02的株高因子得分最高，Dt-10主莖節數因子得分最高，綜合得分最高的是Dt-10、Dt-06和Dt-02。表明3個品種在晉北地區的適應性較好。產量是評價品種生產力高低的重要指標，僅考慮產量高低排序前3位的品種是Dt-06、Dt-09、Dt-08，2種方法的排序有所差異，而主成分分析法考慮到了品種的綜合性狀分析，使結果更加科學。通過本研究可知，Dt-10、Dt-06和Dt-02等3個品系在晉北地區的綜合得分較高，適應性較強，可作為晉北地區推廣種植的優選品種。

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（責編：張宏民）