6個豇豆品種農藝性狀的相關性、主成分及聚類分析

張朝明，趙 坤*，唐 勝，黎兆山，陳 梅，周作高，周生茂

(1.廣西農業科學院蔬菜研究所，廣西 南寧 530007；2.南寧市江南區蘇圩鎮無公害蔬菜協會，廣西 南寧 530228；3.合浦縣農業服務中心，廣西 合浦 536100)

【研究意義】豇豆[Vignaunguiculata(Linn.)Walp]為1年生草質藤本或近直立草本植物，頂端纏繞狀，喜溫懼寒[1]，莖有矮生、半蔓生和蔓生3種類型，在我國栽培歷史悠久，栽培范圍廣，品種資源豐富[2]。豇豆以嫩莢供食用，生長適宜溫度20～28 ℃，在開花結莢期，溫度低于10 ℃植株生長不良，在高溫干旱和高溫高濕條件下，溫度超過30 ℃花粉萌發力減弱，容易引起落莢落花。光照不足或栽培密度過大時，植株下部落花落莢比植株上部明顯。目前，投放廣西市場的豇豆品種多且雜、抗病性差及枯萎病、銹病和病毒病發生嚴重，產量不高，需篩選出適合市場需求的優質、高產、抗病良種，以解決生產上存在的問題[3-6]。因此，篩選適宜本地栽培的抗寒、耐熱、抗衰豇豆品種，提高早春和秋延豇豆產量，對滿足消費者對四季蔬菜的需求具有重要意義。【前人研究進展】劉志剛等[6]開展5個溫室豇豆品種比較試驗，篩選出生育期、耐熱性、抗病性、商品性和豐產性等均優良的豇豆品種。陳凱利等[7]通過對5個豇豆品種進行生育期、莢條性狀、早期產量和總產量等測試，篩選出早冠318作為當地生產品種參考。陳海玲等[8]對12個引進豇豆品種的生育進程、植物學特征、主要農藝及經濟性狀等進行鑒定分析，篩選出適宜當地推廣種植的豇豆品種。主成分分析與聚類分析是農業研究中重要的統計分析方法[9]，已廣泛運用于進行青花菜[10]、辣椒[11]、南瓜[12]、苦瓜[13]、甜瓜[14]、黃瓜[15]、大白菜[16]、菜心[17]和甘藍型油菜[18]等種質資源甜瓜等蔬菜種質資源和品種主要農藝性狀評價。朱長志等[10]通過相關、主成分和聚類分析方法進行青花菜農藝性狀分析和綜合評價，以期篩選特異種質，指導青花菜品種選育。余莉等[19]運用描述性分析、相關分析、主成分分析及聚類分析對35個蕓豆品種的農藝性狀進行綜合評價，并揭示供試材料的遺傳距離和多樣性，結果顯示中蕓5號等4個品種綜合農藝性狀表現突出。楊衍等[20]對多種四棱豆種質資源的生育期、單株商品莢數和單莢重等22個主要農藝性狀進行主成分和聚類分析，結果表明27份四棱豆種質可歸納為四大類，10個數量性狀的主成分可分為產量、生育期、粒重和品質因子，這4個主要因子的貢獻率達86.356 %。姜永平等[21]采用主成分和聚類分析方法進行16個南通地方扁豆品種的10個主要農藝性狀分析，探討了影響扁豆產量的主要因子及品種間的遺傳距離，以期為扁豆雜交育種過程中合理選配親本提供理論依據?！颈狙芯壳腥朦c】目前，應用相關、主成分和聚類分析方法篩選適宜廣西南寧市栽培豇豆品種的研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】對本研究課題組收集的6個豇豆品種進行品比試驗，觀測其主要農藝性狀指標并進行相關、主成分和聚類分析，評價各品種的適應性，為桂南地區豇豆生產選擇用種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年8-11月在廣西南寧市江南區蘇圩鎮那海村進行。蘇圩鎮位于東經108.166189°，北緯22.565114°，海撥250～400 m；地處廣西首府南寧市西南，東北面與吳圩鎮接壤，東南面與延安鎮為鄰，西面及西南面與廣西崇左市扶綏縣交界，主要種植作物有水稻、甘蔗、西瓜和蔬菜等。蘇圩鎮屬亞熱帶季風氣候，夏季高溫濕潤，冬季暖和無極寒，無霜期長，年均氣溫超過21 ℃，年降水量超過1200 mm，非常適合豇豆生長。

1.2 試驗材料

6個供試豇豆品種分別為桂豇一號、贛農超炫、超越708、珍品5號、金豆8號和泰誠前鋒。桂豇一號為中熟品種，生長勢旺、雙莢率高、抗病抗逆性強、產量高和綜合性狀優良；超越708為中熟品種，植株分枝力中等、采收期長、商品性好及耐貯運；贛農超炫為生長勢強、分枝短、耐濕、翻花能力強、采收期長及商品性強品種；金豆8號為早中熟品種，生長勢強、分枝少、耐衰老、耐熱性好及商品性好；珍品5號為早中熟品種，生長旺盛、前期產量高、耐熱、采收期長、商品性好及耐貯運；泰誠前鋒為分枝能力一般、翻花能力強、耐熱及商品性優品種。桂豇一號由廣西農業科學院蔬菜研究所選育提供，其他品種均購自當地市場。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 各品種種子均采用直播方式播種，以泰誠前鋒為對照(CK)，每穴播3粒，留苗2株；畦面寬120 cm，溝寬30 cm，株行距80 cm×30 cm，地膜覆蓋栽培；每公頃施農家肥22 500 kg、復合肥300 kg、鈣鎂磷肥450 kg及鉀肥75 kg；小區面積40.5 m2，3次重復，隨機區組排列。栽培管理按統一標準進行。

1.3.2 測定項目及方法 參照《豇豆種質資源描述規范和數據標準》[18]的方法進行田間觀察和測定主要農藝性狀。每小區隨機抽取10株植株，調查其初莢節位、主莖節數和單株分枝數；于盛莢期每品種分別取10條成熟的豆莢，調查平均莢縱徑、莢橫徑、雙莢率、商品莢率、單莢重和單莢粒數。同時，參考劉玉生等[19]的方法，于盛莢期在不同行或不同壟面，每小區取5株植株，每株從上部第1片全展開的復葉開始，往下調查5片復葉，記錄病害發生的復葉個數，計算發病率，調查銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的發病率。發病率(%)=(病葉數÷總葉數)×100。

1.4 統計分析

試驗數據采用Excel 2010 進行整理，以SPSS 17.0進行標準化處理，并進行相關、主成分和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 6個豇豆品種的主要農藝性狀比較

由表1可知，桂豇一號豆莢的縱徑為62.3 cm，在6個品種中豆莢最長，超越708豆莢的縱徑次之，為61.1 cm，其他品種豆莢的縱徑排序為贛農超炫(59.7 cm)>珍品5號(58.6 cm)>泰誠前鋒(57.9 cm)>金豆8號(56.8 cm)；豆莢橫徑以超越708最大，為0.81 cm，桂豇一號次之，為0.80 cm，其他品種豆莢的橫徑排序為贛農超炫(0.79 cm)>金豆8號(0.77 cm)>珍品5號(0.75 cm)>泰誠前鋒(0.73 cm)；初莢節位排序為贛農超炫(8.3節)>超越708(7.8節)>泰誠前鋒(7.6節)>桂豇一號(7.2節)>金豆8號(6.6節)>珍品5號(6.1節)，即贛農超炫的初莢節位最低，超越708次之，而珍品5號的初莢節位最高，金豆8號次之，桂豇一號和泰誠前鋒居中；單莢粒數排序為桂豇一號(19.5粒)>贛農超炫(18.6粒)>超越708(18.3粒)>泰誠前鋒(17.7粒)>金豆8號(17.4粒)>珍品5號(16.8粒)；單莢重排序為桂豇一號(25.4 g)>贛農超炫(25.2 g)>超越708(24.8 g)>珍品5號(21.5 g)>泰誠前鋒(21.1 g)>金豆8號(20.7 g)；桂豇一號和贛農超炫的4種病害發病率在6個品種中均較低或最低，而泰誠前鋒4種病害的發病率均最高。

2.2 6個豇豆品種農藝性狀的相關分析

對6個參試豇豆品種農藝性狀進行相關分析，結果(表2)表明，單莢粒數與單株分枝數和主莖節數呈極顯著正相關(P<0.01，下同)，與單莢重、商品莢率、莢縱徑和雙莢率呈顯著正相關(P<0.05，下同)；單株分枝數與單莢粒數和主莖節數呈極顯著正相關，與單莢重和雙莢率呈顯著正相關；主莖節數與單株分枝數、單莢粒數、雙莢率和單莢重呈極顯著正相關，與商品莢率和莢縱徑呈顯著正相關。說明單莢粒數即種子數量的形成與植株的生長旺盛程度密切相關，即蔓生性強、分枝數和主莖節數多的品種能獲得更多的單莢粒數。

莢縱徑與雙莢率呈極顯著正相關，與商品莢率、單莢重和主莖節數呈顯著正相關；莢橫徑與商品莢率和單莢重呈顯著正相關，與病毒病發病率、煤霉病發病率和銹病發病率呈顯著負相關?？梢?，豇豆品種豆莢的莢縱徑和莢橫徑與商品莢率密切關聯，商品莢率高的豇豆品種豆莢較粗長。而商品莢率與單莢重呈極顯著正相關，與主莖節數、莢縱徑、雙莢率、莢橫徑和單莢粒數呈顯著正相關；雙莢率與莢縱徑、主莖節數呈極顯著正相關，與單莢重、商品莢率、單株分枝數、單莢粒數呈顯著正相關；單莢重與商品莢率和主莖節數呈極顯著正相關，與莢縱徑、雙莢率、單株分枝數、單莢粒數和莢橫徑呈顯著正相關，與銹病發病率、病毒病發病率和煤霉病發病率呈顯著負相關。

商品莢率與其他農藝性狀的相關程度排序為單莢重>主莖節數>莢縱徑>雙莢率>莢橫徑>單莢粒數；雙莢率與其他農藝性狀的相關程度排序為莢縱徑>主莖節數>單莢重>商品莢率>單株分枝數>單莢粒數；單莢重與其他農藝性狀的相關程度排序為商品莢率>主莖節數>莢縱徑>雙莢率>單株分枝數>單莢粒數>莢橫徑。可見，商品莢率和主莖節數對單莢重的影響最明顯，生產中提高豇豆產量需注重改善商品莢率和主莖節數兩個性狀。

2.3 6個豇豆品種農藝性狀的主成分分析

2.3.1 主成分的選擇 對參試品種的13個性狀指標進行標準化處理，結果如表3所示。從表4可看出，前2個主成分(第1主成分為PC1，第2主成分為PC2)變量的特征值均大于1.000，且經過最大方差旋轉后方差貢獻率分別為50.429 %和39.610 %，累積方差貢獻率達90.040 %，即占總方差貢獻率的比重超過90.000 %，PC1和PC2已能將豇豆13個農藝性狀指標的絕大部分信息反映出來，因此可選取這2個主成分作為豇豆品種農藝性狀的綜合評價指標。

表3 6個豇豆品種13個農藝性狀指標數據的標準化處理結果Table 3 Standardized processing results of 13 agronomic character index data of 6 cowpea varieties

2.3.2 正交旋轉主成分載荷矩陣 采用方差正交旋轉法對主成分載荷矩陣進行旋轉，對6個豇豆品種的農藝性狀進行主成分分析，由表5可知，PC1載荷較高且為正值的主要指標為商品莢率和莢橫徑，特征向量分別為0.836和0.810，而PC1的特征根為6.556，方差貢獻率為50.429 %(表4)，說明這幾個性狀存在較強的正相關性，與豇豆產量緊密關聯，可概括為產量因子，綜合反映豇豆的產量目標；PC2載荷較高且為正值的主要指標為單株分枝數、初莢節位和單莢粒數，特征向量分別為0.905、0.844和0.823，而PC2的特征根為5.149，方差貢獻率為39.610 %(表4)，這些性狀反映了植株營養生長等情況，可概括為生長因子。

表4 6個豇豆品種主成分的特征根、貢獻率和累積貢獻率Table 4 Characteristic root，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components of 6 cowpea varieties

表5 6個豇豆品種的正交旋轉主成分載荷矩陣Table 5 Orthogonal rotation principal component load matrix of variance of 6 cowpea varieties

2.3.3 公因子得分 用正交旋轉法對6個豇豆品種農藝性狀的主成分載荷矩陣進行旋轉后獲得正交旋轉主成分得分系數矩陣(表6)，并計算豇豆品種農藝性狀各主成分的得分及其綜合得分(表7)。從表7可看出，桂豇一號的綜合得分為80.37165分，排名第1；贛農超炫的綜合得分為57.56157分，排名第2；超越708的綜合得分為30.08979分，排名第3；珍品5號的綜合得分為-44.20257分，排名第4；金豆8號的綜合得分為-50.45963分，排名第5；泰誠前鋒的綜合得分為-73.36081分，排名第6。

表6 6個豇豆品種農藝性狀旋轉后主成分的得分系數矩陣Table 6 Score coefficient matrix of principal components of 6 cowpea varieties after rotation of agronomic characters

表7 6個豇豆品種農藝性狀的主成分得分、綜合得分及其排名Table 7 Principal component score，comprehensive score and ranking of agronomic characters of 6 cowpea varieties

2.4 6個豇豆品種農藝性狀的聚類分析

從圖1可看出，在歐氏距離為15處，6個豇豆品種可聚為兩大類，Ⅰ類包含3個品種，分別為桂豇一號、贛農超炫和超越708，Ⅱ類包含金豆8號、珍品5號和泰誠前鋒3個品種。由表8可知，Ⅰ類品種的單莢粒數、莢縱徑、莢橫徑、單株分枝數、主莖節數、商品莢率、單莢重和雙莢率均高于Ⅱ類品種，銹病、根腐病、煤霉病和病毒病發病率均低于Ⅱ類品種，即桂豇一號、贛農超炫和超越708在產量和抗病性方面優于其他3個品種，但其初莢節位高，熟性一般；金豆8號、珍品5號和泰誠前鋒的產量和對銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的抗性均低于桂豇一號、贛農超炫和超越708，但其初莢節位低，熟性早。

表8 Ⅰ和Ⅱ類豇豆品種農藝性狀指標的平均值比較Table 8 Average values of agronomic characters of cowpea varieties in the first and second clusters

3 討 論

本研究相關分析結果表明，豇豆品種的商品莢率與單莢重呈極顯著正相關，與主莖節數、莢縱徑、雙莢率、莢橫徑和單莢粒數呈顯著正相關；雙莢率與莢縱徑和主莖節數呈極顯著正相關，與單莢重、商品莢率、單株分枝數和單莢粒數呈顯著正相關；單莢重與商品莢率和主莖節數呈極顯著正相關，與莢縱徑、雙莢率、單株分枝數、單莢粒數和莢橫徑呈顯著正相關，與銹病發病率、病毒病發病率和煤霉病發病率呈顯著負相關?？梢?，相關分析方法可間接用于進行豇豆品種評價與鑒定；豇豆品種的商品莢率和主莖節數對單莢重具有重要影響，提高豇豆產量需改善這兩個密切關聯的性狀，與陳東明等[24]對四棱豆的研究結果相似。

豇豆各農藝性狀提供的信息具有一定程度重疊，單個性狀指標發揮的作用不盡相同，因此需將多個相關互聯的性狀通過降維轉換為少數幾個相互獨立的因子進行分析，才能科學合理地進行豇豆品種的綜合評價[19]。在豇豆品種評價鑒定過程中需協調2個主成分之間的關系，從而篩選出綜合性狀優良的豇豆品種。本研究主成分分析結果顯示，6個豇豆品種13個農藝性狀可歸納為2個主成分，其中，PC1載荷較高的性狀包括商品莢率和莢橫徑，屬于產量因子，PC2載荷較高的性狀包括初莢節位、單莢粒數和單株分枝數，屬于生長因子；PC1和PC2變量的方差貢獻率分別為50.429 %和39.610 %，累積方差貢獻率達90.040 %，說明商品莢率、莢橫徑、初莢節位、單莢粒數和單株分枝數能較好地代替豇豆的13個農藝性狀用于進行豇豆品種評價，并根據評價得分，篩選出桂豇一號、贛農超炫和超越708為綜合表現排名前3位的豇豆品種，金豆8號、珍品5號和泰誠前鋒為綜合排名后3位的豇豆品種。

聚類分析結果可反映不同品種間的遺傳差異和親緣關系，且與品種選育所在地生態環境有關[25]，同一聚類類群內品種的農藝性狀特征差異較小，類群間品種的農藝性狀特征差異較明顯[26]。本研究聚類分析結果表明，6個豇豆品種可聚為兩大類，其中Ⅰ類包含桂豇一號、超越708和贛農超炫3個品種，在兩個聚類中其單莢粒數、莢縱徑、單株分枝數、商品莢率、單莢重和雙莢率最高，銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的發病率最低，即產量和抗病性方面的性狀優于其他3個品種，但其初莢節位高，熟性一般；Ⅱ類包含珍品5號、金豆8號和泰誠前鋒3個品種，其產量和對銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的抗性均低于桂豇一號、贛農超炫和超越708，但其初莢節位低，熟性早?？梢?，在主成分分析基礎上進行豇豆主要農藝性狀評價與鑒定，可篩選出適宜推廣種植的優良豇豆品種。

本研究僅分析和評價在廣西南寧市蘇圩鎮秋季開展品種比較試驗豇豆的農藝性狀，對其他季節和其他區域栽培豇豆農藝性狀有待進一步分析和評價。

4 結 論

豇豆品種桂豇一號、贛農超炫和超越708的豐產性和抗病性等在廣西南寧市蘇圩鎮綜合表現良好，適宜在廣西南寧市及其周邊地區推廣種植。