基于多元統計方法的江蘇食用向日葵主要農藝性狀綜合評價

紀洪亭 王勇 趙韓偉 曾燕楠 狄佳春 程潤東 朱銀 王慶南 趙荷娟

摘要：旨在掌握江蘇省地方食用向日葵種質資源主要農藝性狀，篩選食用向日葵優良種質資源，為江蘇食用向日葵新品種選育提供理論依據。對江蘇13份食用向日葵地方種質資源主要農藝性狀進行分析，結果表明，13份食用向日葵資源主要農藝性狀變異較大，變異系數為9.66%～66.03%，其中單株實粒質量、結實率變異系數較大，其次是百粒質量、株高、葉片數，變異系數在22.07%～28.91%之間;花盤直徑、籽仁率、籽粒長和籽粒寬的變異系數較小，變異系數在9.66%～16.99%之間。分別采用相關分析法和主成分分析法計算綜合隸屬函數值，對食用向日葵綜合農藝性狀進行評價，2種方法對綜合農藝性狀的評價較為一致。根據相關分析法計算的綜合隸屬函數值，采用聚類分析方法將13份食用向日葵種質資源分為4類，篩選出綜合農藝性狀表現最好的種質資源1份，綜合農藝性狀表現較好的種質資源6份。

關鍵詞：食用向日葵;農藝性狀;綜合評價;多元統計分析方法

中圖分類號：S565.503?? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）22-0105-05

收稿日期：2021-03-02

基金項目：江蘇現代農業產業技術體系建設項目 （編號：JATS[2020]013）。

作者簡介：紀洪亭（1987—），男，山東青州人，博士，助理研究員，主要從事向日葵遺傳育種研究。E-mail：jihongting2010@126.com。

通信作者：趙荷娟，研究員，主要從事甘薯、向日葵遺傳育種研究。E-mail：zhuzhao603@163.com。

向日葵（Helianthus annuus L.）屬于菊科向日葵屬一年生草本植物，根據用途可分為食用向日葵、油用向日葵和觀賞向日葵[1]，其對干旱、鹽堿、貧瘠的土壤具有較強的適應性。隨著經濟社會發展，以及人民對美好生活需求的日益增加，對好吃、好看、高效作物的種植需求越來越大[2]。向日葵集油用、食用、觀賞多功能于一體，已成為美麗鄉村建設和休閑觀光農業的特色優勢作物，在服務休閑觀光農業發展、助力鄉村振興中發揮了積極作用[3]。近年來，江蘇休閑觀光農業發展迅速，已成為重要的民生產業和新型消費業態，向日葵在休閑觀光農業中的應用有力地促進了農業增效、農民增收和美麗鄉村建設[4]。

種質資源是作物遺傳育種研究的基礎，種質資源的評價對作物育種具有重要意義。地方向日葵種植資源不僅對當地的土壤、氣候等環境條件具有較強的適應性，而且對當地流行的主要病害具有較好的抗性[5]。目前，有關地方向日葵種質資源的評價分析研究已有報道。孫長君等對遼寧省食用向日葵優良種質資源進行了評價，篩選出豐產性好、具有優良性狀的種質[6]。楊素梅等采用主成分分析法和聚類分析法對冀西北食葵地方資源農藝性狀進行了鑒定與分析[7-8]。魏忠芬等對貴州向日葵地方種質資源分布及種質資源表型性狀進行了調查與分析[9]。目前，有關江蘇食用向日葵種質資源評價的研究尚未見報道。

本研究從江蘇收集到13份向日葵地方種質資源，分別采用相關分析法和主成分分析確定權重系數，應用隸屬函數法對其主要農藝性狀進行綜合分析，旨在全面掌握江蘇地方食用向日葵種質資源主要農藝性狀，篩選向日葵優良種質資源，為江蘇地方食用向日葵新品種選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料來源

供試食用向日葵種質材料由江蘇省農業科學院種質資源與生物技術研究所提供，其編號、種子外觀、來源詳見表1。

1.2 試驗設計

試驗在江蘇丘陵地區南京農業科學研究所進行，于2020年5月21日播種，6月1日移栽，移栽株距60 cm，行距80 cm。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 主要生長指標 成熟期測定株高、葉片數、花盤直徑、籽粒長、籽粒寬，手動脫粒后烘干測定百粒質量、單株實粒質量、結實率。

1.3.2 權重系數 根據楊勁松等的方法[10-11]計算各主要農藝性狀指標的權重系數，計算公式分別為

（1）相關分析法

Wj=rij∑rij。（1）

式中：Wj為第j個指標的權重值;rij為第i個品種第j個指標農藝性狀指標與其他指標的之間相關系數的平均值。

（2）主成分分析法

Wj=Lj1×PC1+Lj2×PC2+Lj3×PC3PC1+PC2+PC3。（2）

式中：Lj1、Lj2、Lj3分別為第j個指標在第1、2、3主成分的載荷，PC1、PC2、PC3分別為第1、2、3主成分的方差貢獻率。

1.3.3 綜合隸屬函數值 根據各農藝性狀指標的權重系數和隸屬函數值計算綜合隸屬函數值，其計算公式為

Di=∑Uij×Wj;（3）

Uij=Xij-XminXmax-Xmin。（4）

式中：Dj為第i個品種的總隸屬函數值，Uij為第i個品種的第j指標的隸屬函數值，Xij為第i個品種的第j個指標，Xmin為第j個指標的最小值，Xmax為第j個指標的最大值。

1. 4 統計分析

用Excel整理數據，采用SPSS 20.0對各農藝性狀進行相關分析和聚類分析，用Origin軟件進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種食用向日葵主要農藝性狀

2.1.1 結實率 由表2可知，不同食用向日葵品種的結實率在18.35%～85.82%之間，變異系數為42.81%。V1、V7、V13品種的結實率較高，分別為81.33%、81.73%、85.82%;其次為V2、V10、V8、V6，結實率分別為70.02%、56.26%、53.61%、50.77%;V9、V3、V12、V11、V4、V5品種的結實率較低，分別為47.03%、40.67%、34.40%、33.97%、23.42%、18.35%。

2.1.2 百粒質量 由表2可知，不同食用向日葵品種的百粒質量在9.31 ～18.43 g之間，變異系數為22.24%。V13、V5、V4品種的百粒質量較高，分別為18.43、16.97、15.92 g;其次為V1、V2、V3、V6、V7、V8、V9、V10、V12品種，百粒質量在10.22 ～12.99 g之間;V11品種的百粒質量最低，為9.31 g。

2.1.3 單株實粒質量 由表2可知，不同食用向日葵品種的單株實粒質量在19.58～167.51 g之間，變異系數較大（66.03%）。V7和V13品種的單株實粒質量較高，分別為102.31 g和167.51 g;其次為V1、V2和V8品種，單株實粒質量在60.43～76.02 g之間，V3、V6、V10品種的單株實粒質量在43.64～54.26 g之間，而V4、V5、V9、V11、V12品種的單株實粒質量較小，在19.58 ～36.38 g之間。

2.1.4 株高 由表2可知，不同食用向日葵品種的株高在134.60 ～390.43 cm之間，變異系數為28.91%。V13品種的株高最高，為390.43 cm;其次為V4、V5、V7、V8、V9、V10品種，株高在247.10～256.30 cm之間;而V6、V11、V12品種的株高較小，在134.60～164.20 cm之間。

2.1.5 葉片數 由表2可知，不同食用向日葵品種的葉片數在59～122張之間，變異系數為22.07%。V13品種的葉片數最多（122張）;其次為V1、V7品種，葉片數均為77張;其余品種葉片數在59～74張之間。

2.1.6 花盤直徑 由表2可知，不同食用向日葵品種的花盤直徑在14.05～24.50 cm之間，變異系數為16.99%。V3、V4、V5、V13品種的花盤直徑較大，在22.30～24.50 cm之間;而V6、V9、V11品種的花盤直徑較小，在14.05～16.40 cm之間;其余品種花盤直徑在17.35～20.40 cm之間。

2.1.7 籽仁率 由表2可知，不同食用向日葵品種的籽仁率在45.00%～65.07%之間，籽仁率變異系數最小（9.66%）。V10品種的籽仁率最大（65.07%）;而V1、V5、V6、V12品種的籽仁率較小，在45.00%～49.82%之間;其余品種籽仁率在50.46%～56.43%之間。

2.1.8 籽粒長 由表2可知，不同食用向日葵品種的籽粒長在1.45～2.10 cm之間，變異系數為12.25%。V1、V6、V12、V13品種的籽仁率較小，在1.45～1.60 cm之間;其余品種籽粒長在1.80～2.10 cm之間。

2.1.9 籽粒寬 由表2可知，不同食用向日葵品種的籽粒寬在0.55～0.95 cm之間，變異系數為14.63%。V13品種的籽粒寬最大，V9品種的籽粒寬最小，其余品種的籽粒寬在0.60 ～0.80 cm之間。

2.2 食用向日葵主要農藝性狀相關性分析

表3為食用向日葵主要農藝性狀的相關性分析，可以看出，單株實粒質量與結實率、株高、葉片數和籽粒寬呈極顯著正相關（P<0.01）。結實率與葉片數呈顯著正相關（P<0.05），表明葉片越多，越有利于提高食用向日葵的結實率。百粒質量與株高、花盤直徑呈極顯著正相關，與葉片數和籽粒寬呈顯著正相關。

2.3 不同品種食用向日葵主要農藝性狀綜合評價

2.3.1 權重的確定 本研究分別采用相關分析法和主成分分析法確定權重。表4為主要農藝性狀的平均相關系數和權重系數。從權重系數來看，單株實粒質量、株高、葉片數的權重較高，其次是籽粒寬、百粒質量、結實率、花盤直徑，籽仁率和籽粒長權重系數較小。

對13份品種食用向日葵進行主成分分析（表5），可以看出，3個主成分的方差貢獻率分別為51.09%、20.57%和17.26%，累計方差貢獻率為88.92%。決定第1主成分大小的主要是單株實粒質量、株高、葉片數和籽粒寬，決定第2主成分大小的主要是結實率、百粒質量、花盤直徑、籽粒長，決定第3主成分大小的主要是籽仁率。從不同性狀指標的權重來看，株高的權重最大，其次為百粒質量、籽仁率、單株實粒質量、葉片數、花盤直徑，結實率、籽粒長和籽粒寬的權重較小。

2.3.2 食用向日葵主要農藝性狀綜合評價 食用向日葵主要農藝性狀綜合評價根據綜合隸屬函數值來確定。采用隸屬函數法計算出不同品種主要農藝性狀的隸屬函數值，根據相關分析法和主成分分析法確定權重系數，最終計算綜合隸屬函數值。將2種方法計算的綜合隸屬函數值作1 ∶1圖。由圖1可知，2種方法計算的綜合隸屬函數值相關關系較好。對2種方法計算出的綜合隸屬函數值作統計分析（圖2），結果表明，這2種方法計算的綜合隸屬函數值統計特征值基本一致。總體而言，盡管2種評價方法計算的權重和綜合隸屬函數值有所差異，但其評價結果較為一致。

2.4 不同品種食用向日葵聚類分析

根據相關分析法綜合函數值（圖2），采用歐式距離分析不同品種食用向日葵主要農藝性狀差異大小，采用組間聯接法進行系統聚類。由圖3可知，不同食用向日葵可分為4類，第1類包括V13，其綜合農藝性狀表現最好;第2類包括V1、V4、V5、V7、V8、V10，其綜合農藝性狀表現較好;第3類包括V2、V3、V6、V9，其綜合農藝性狀表現一般;第4類包括V11和V12，其綜合農藝性狀表現較差。

3 結論與討論

通過對向日葵主要農藝性狀的分析，篩選優良向日葵種質資源是向日葵育種工作的基礎[5]。白葦等對冀西北50份食葵地方資源農藝性狀分析得出，10份主要農藝性狀指標變異系數為6.98%～54.78%，其中莖粗、花盤直徑、籽粒長變異系數相對較小[8]。本研究對13份食用向日葵資源主要農藝性狀變異較大，其變異系數為9.66%～66.03%，其中單株實粒質量、結實率變異系數較大，其次是百粒質量、株高、葉片數，在22.07%～28.91%之間，花盤直徑、籽仁率、籽粒長和籽粒寬的變異系數較小，在9.66%～16.99%之間。本研究篩選出綜合性狀較好的品種V13，該品種的結實率、百粒質量、單株實粒質量最大，株高最高，葉片數最多，籽粒最寬，花盤直徑、籽仁率相對較大。篩選出結實率高的品種有2份，分別為V1和V7，百粒質量和花盤直徑較大的品種有2份，分別為V4和V5，籽仁率較高的品種有3份，分別為V8、V9和V10。

多元統計方法如主成分分析、隸屬函數分析、聚類分析等已被廣泛用于作物品種篩選和性狀評價[12-14]。本研究采用相關分析法和主成分分析法確定不同農藝性狀的權重，結合隸屬函數法綜合評價江蘇地區13份食用向日葵主要農藝性狀。該綜合評價方法不僅考慮了評價因素指標值，還考慮了不同性狀指標的權重，從而保證評價精度和評價結果的準確性[10，15]。根據相關分析法計算的綜合隸屬函數值，采用聚類分析方法將13份食用向日葵分為4類，第1類包括V13，其綜合農藝性狀表現最好;第2類包括V1、V4、V5、V7、V8、V10，其綜合農藝性狀表現較好;第3類包括V2、V3、V6、V9，其綜合農藝性狀表現一般;第4類包括V11和V12，其綜合農藝性狀表現較差。

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