基于主成分分析的花生新品種開農(nóng)91 主要農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)

李軍華 蘆振華 李紹偉 李 陽 苗建利 殷君華 胡俊平 任 麗

（開封市農(nóng)林科學(xué)研究院 河南開封 475004）

花生（Arachis hypogaea Linn.）是我國主要油料作物，是食用植物油和蛋白質(zhì)的重要來源之一，在國家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展中占有重要地位[1-2]。 花生及其制品風(fēng)味獨(dú)特、品質(zhì)優(yōu)良并具有良好的保健功能，深得人們喜愛[3-4]。 近年來，由于花生種植效益高，其種植規(guī)模逐年增加， 適宜不同需求的新品種層出不窮。 目前，圍繞花生的栽培管理技術(shù)已從種植密度、適宜播期和水肥調(diào)控等方面進(jìn)行了廣泛研究。 主成分分析是一種降維處理技術(shù)， 是把原來多個(gè)變量劃為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法， 是綜合評(píng)價(jià)的一種有效方法。 郭敏杰等[5]用此方法分析了11 個(gè)冀花高油酸花生品種， 得出用基因型數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確反映品種內(nèi)在遺傳基礎(chǔ)， 為種質(zhì)資源的分類和利用提供參考。 范小玉等[6]通過對(duì)供試材料的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析， 為花生品種資源鑒定確定了主要觀察性狀。 潘麗娟等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，高油酸花生在不同緯度種植，產(chǎn)量存在極顯著差異。 花生的生長對(duì)氣候、土壤等具有選擇性，不同生態(tài)條件下的花生產(chǎn)量和品質(zhì)差異較大[8]。 為了更好地確定花生新品種開農(nóng)91 適宜種植區(qū)， 本研究分析了開農(nóng)91 在國家北方片花生新品種多點(diǎn)試驗(yàn)中的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量表現(xiàn)， 通過主成分分析法綜合評(píng)價(jià)不同參試點(diǎn)影響花生產(chǎn)量的性狀指標(biāo)，為確定開農(nóng)91 的適宜生產(chǎn)和推廣區(qū)域及配套栽培管理技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

開農(nóng)91 的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量表現(xiàn)數(shù)據(jù)來源于2017 年國家北方片（大粒一組） 花生新品種多點(diǎn)試驗(yàn)。 大粒一組共有20 個(gè)承試點(diǎn)， 分別為安徽泗縣、河北保定、 遼寧大連、 安徽固鎮(zhèn)、 山東菏澤、 山東濟(jì)寧、 河南開封、 山東臨沂、 河南漯河、 河南濮陽、 山東青島、 山東泰安、 河南商丘、 河北石家莊、 山東濰坊、 江蘇徐州、 山東煙臺(tái)、 河南鄭州、河南駐馬店、 北京密云。

田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)均采用隨機(jī)區(qū)組法排列， 小區(qū)面積13.33 m2，重復(fù)3 次，播種密度為10 000 穴/畝，每穴2 粒，穴距按當(dāng)?shù)亓?xí)慣種植。 栽培管理均按當(dāng)?shù)馗髁?xí)慣和水平進(jìn)行。 花生生育期間各承試單位均進(jìn)行了出苗率（X1）和生育期（X2）等農(nóng)藝性狀調(diào)查記載。通過觀察莢果和種子表皮顏色判斷收獲時(shí)間， 當(dāng)莢果和種子表皮顏色達(dá)到品種特性描述顏色且籽粒飽滿時(shí)可以準(zhǔn)備收獲。 收獲前每個(gè)小區(qū)取樣10 株測量主莖高（X3）、側(cè)枝長（X4）、總分枝數(shù)（X5）、結(jié)果枝數(shù)（X6）、單株飽果數(shù)（X7）和單株果數(shù)（X8）等性狀指標(biāo)；測產(chǎn)時(shí)每小區(qū)實(shí)打?qū)嵤眨瑫窈蠓Q干重。 曬干后的種子在倉庫平衡10 d，取樣考種，測量百果重（X9）、百仁重（X10）和出仁率（X11）等性狀指標(biāo)，并以小區(qū)產(chǎn)量干重計(jì)算畝產(chǎn)量（Y）。

1.2 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理； 采用R 語言進(jìn)行方差分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地點(diǎn)開農(nóng)91 的產(chǎn)量表現(xiàn)

花生產(chǎn)量的形成受多種因素的影響， 氣候、 品種和栽培管理等都會(huì)影響花生產(chǎn)量， 使不同地點(diǎn)的花生產(chǎn)量存在差異[9]。 由表1 和表2 可知，開農(nóng)91 在不同地點(diǎn)的產(chǎn)量表現(xiàn)存在極顯著差異。 產(chǎn)量表現(xiàn)好且達(dá)到400 kg/畝以上的分別是山東菏澤、安徽固鎮(zhèn)、安徽泗縣和山東濟(jì)寧， 產(chǎn)量分別為520.43 kg/畝、501.77 kg/畝、451.77 kg/畝、411.43 kg/畝，比最低產(chǎn)量表現(xiàn)的北京密云增產(chǎn)分別為62.05%、60.63%、56.28%和51.99%。說明不同生態(tài)環(huán)境、栽培管理措施等影響開農(nóng)91 產(chǎn)量的形成，不同生態(tài)區(qū)花生產(chǎn)量存在顯著差異，這與前人的研究結(jié)果一致[10-11]。

表1 不同地點(diǎn)開農(nóng)91 產(chǎn)量的方差分析

表2 不同地點(diǎn)開農(nóng)91 產(chǎn)量的多重比較分析

2.2 不同地點(diǎn)農(nóng)藝性狀的變異分析

由表3 可知， 多項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)觀測值之間存在較大程度的變異。 其中以單株飽果數(shù)變異系數(shù)最大，達(dá)46.65%；單株果數(shù)次之，為39.10%。 總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、畝產(chǎn)、主莖高、側(cè)枝長變異系數(shù)也相對(duì)較高，分別為32.36%、28.84%、26.82%、26.25%、24.79%。變異系數(shù)較大的農(nóng)藝性狀指標(biāo)在品種栽培管理過程中有更高的塑造潛力。 本試驗(yàn)中，主莖高、側(cè)枝長和總分枝數(shù)等株型指標(biāo)的變異系數(shù)大于出苗率、 生育日數(shù)和出米率等指標(biāo)的變異系數(shù)， 這表明通過改進(jìn)管理措施促進(jìn)地上部干物質(zhì)積累和單株飽果數(shù)的增加獲得較高產(chǎn)量是可行的。

表3 不同地點(diǎn)開農(nóng)91 主要農(nóng)藝性狀分布

2.3 KMO 和Bartlett 檢驗(yàn)

Bartlett 球形檢驗(yàn)結(jié)果顯示，顯著水平小于0.05，說明該數(shù)據(jù)可以進(jìn)行主成分分析（表4）。

表4 KMO 和Bartlett 檢驗(yàn)

2.4 農(nóng)藝性狀的主成分分析

農(nóng)藝性狀的主成分分析以特征值＞1、 方差貢獻(xiàn)率＞85%為標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)12 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析。圖1 的碎石圖中位于陡坡的主成分特征值大， 所含信息量大。 本試驗(yàn)中前5 個(gè)主成分特征值位于陡坡且大于或接近1，且表5 中這5 個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)90%， 代表了開農(nóng)91 絕大部分的性狀信息。因此，可用這5 個(gè)主成分代表12 個(gè)農(nóng)藝指標(biāo)評(píng)價(jià)開農(nóng)91 的綜合性狀。

圖1 主成分分析碎石圖

表5 主成分分析旋轉(zhuǎn)后的成分載荷值、初始特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率

由表5 可知， 第1 主成分的方差貢獻(xiàn)率為24.00%，百果重、百仁重和畝產(chǎn)量在第1 主成分上有較大的載荷，且均與與第1 主成分呈正相關(guān)；第2 主成分的方差貢獻(xiàn)率為18.00%，主莖高和側(cè)枝長在第2主成分上有較大的載荷，其中除了單株飽果數(shù)、單株果數(shù)和出仁率與第2 主成分呈負(fù)相關(guān)外， 其余農(nóng)藝性狀與第2 主成分均呈正相關(guān)； 第3 主成分的方差貢獻(xiàn)率為17.00%， 單株果數(shù)和單株飽果數(shù)在第3 主成分上有較大的載荷，且與第3 主成分呈正相關(guān)，主莖高和側(cè)枝長與第3 主成分呈負(fù)相關(guān)； 第5 主成分的方差貢獻(xiàn)率為16.00%，總分枝數(shù)和結(jié)果枝數(shù)在第4主成分上有較大的載荷，且與其呈正相關(guān)；第4 主成分的方差貢獻(xiàn)率為14.00%， 主莖高和側(cè)枝長在第4主成分上有較大的載荷， 其中主莖高與第4 主成分呈負(fù)相關(guān)，側(cè)枝長與其呈正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

高產(chǎn)是花生育種和栽培最主要的目標(biāo)之一，同一品種在不同生態(tài)區(qū)有不同的表現(xiàn)， 新品種在某一生態(tài)環(huán)境下能否發(fā)揮品種的遺傳潛力， 需要經(jīng)過大田生產(chǎn)試驗(yàn)， 參加品種區(qū)域試驗(yàn)是新品種進(jìn)入生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 品種區(qū)域試驗(yàn)是連接試驗(yàn)室、小規(guī)模試驗(yàn)田到最終在大田進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的橋梁，是品種從科研、生產(chǎn)、市場直至最終成為一個(gè)產(chǎn)業(yè)的連接樞紐[12]，在篩選優(yōu)良品種、提高農(nóng)作物產(chǎn)量方面具有重要作用[13]。 張忠信等[14]通過對(duì)遠(yuǎn)雜9847 在不同生態(tài)區(qū)的產(chǎn)量表現(xiàn)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)雜9847 在不同生態(tài)區(qū)產(chǎn)量間差異極顯著。潘麗娟等[15]為客觀評(píng)價(jià)高油酸花生花育917 的生產(chǎn)適應(yīng)性， 在8 個(gè)花生主產(chǎn)區(qū)參加生產(chǎn)試驗(yàn)，結(jié)果表明，不同生產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量存在顯著差異。 本試驗(yàn)中，開農(nóng)91 在不同地點(diǎn)間的產(chǎn)量呈現(xiàn)出極顯著差異， 產(chǎn)量表現(xiàn)最好的山東菏澤比產(chǎn)量表現(xiàn)最差的北京密云每畝高出322.9 kg。說明不同生態(tài)環(huán)境、栽培管理措施等因素限制了開農(nóng)91 產(chǎn)量潛力的發(fā)揮，該結(jié)果對(duì)選擇開農(nóng)91 適宜種植區(qū)域及區(qū)域間引種進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用。

花生是地上開花、地下結(jié)果的作物，花生的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)直接影響花生產(chǎn)量的形成。 花生農(nóng)藝性狀又受到環(huán)境及栽培管理措施等方面的影響。 適期早播和增施氮肥可以促進(jìn)花生植株干物質(zhì)積累和氮素積累，通過增加單株結(jié)果數(shù)和百果重獲得花生高產(chǎn)[16]。張翔等[17]研究發(fā)現(xiàn)，施氮量影響花生的株高、總分枝數(shù)、側(cè)枝長、結(jié)果枝數(shù)和干物質(zhì)積累。 種植密度通過影響分枝數(shù)和結(jié)果枝數(shù)，進(jìn)而影響產(chǎn)量形成[18]。 通過對(duì)不同地點(diǎn)開農(nóng)91 的農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)較大的農(nóng)藝性狀依次為單株飽果數(shù)、 單株果數(shù)、總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、主莖高和側(cè)枝長，產(chǎn)量的變化是地上部和地下部共同作用的結(jié)果， 這與前人的研究結(jié)果一致[10]。對(duì)開農(nóng)91 的12 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析結(jié)果表明，開農(nóng)91 的主要農(nóng)藝性狀可歸納為5 個(gè)主成分， 這5 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到89.00%， 每個(gè)主成分都比較客觀地反映了所控制的各性狀之間的相互關(guān)系， 這些因子在方差貢獻(xiàn)上均具有活躍作用，在確定開農(nóng)91 適宜種植區(qū)域及栽培管理措施中具有重要地位。 其中百果重、 百仁重在第1 主成分中的特征值均較高， 說明這2 個(gè)性狀在花生主要農(nóng)藝性狀占有很重要地位，在開農(nóng)91 栽培管理中應(yīng)著重考慮二者對(duì)產(chǎn)量的影響。 從產(chǎn)量性狀和農(nóng)藝性狀綜合考慮，在開農(nóng)91 栽培管理中應(yīng)注重使第1 主成分、 第3 主成分和第5 主成分值偏高，第2 主成分和第4 主成分適中，即使開農(nóng)91 具有結(jié)果枝數(shù)、單株果數(shù)和單株飽果數(shù)多，主莖高和側(cè)枝長適用的綜合性狀。 因此，在開農(nóng)91 實(shí)際栽培管理過程中， 應(yīng)根據(jù)不同生態(tài)條件同時(shí)結(jié)合主成分因子的選擇確定相應(yīng)的栽培管理措施。

綜上所述，花生新品種開農(nóng)91 在國家北方片區(qū)域試驗(yàn)中，主要農(nóng)藝性狀和具有豐富的變異多樣性，各個(gè)性狀間存在緊密聯(lián)系， 且每個(gè)性狀對(duì)產(chǎn)量影響各不相同。 大多數(shù)花生品種具有不同的生態(tài)適應(yīng)性[6]。

因此，在開農(nóng)91 實(shí)際推廣應(yīng)用過程中，要根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、栽培措施等因素，綜合考慮其對(duì)產(chǎn)量和主成分因子相關(guān)主要農(nóng)藝性狀的影響， 以此確定開農(nóng)91 適宜的栽培管理措施， 最大程度發(fā)揮品種的遺傳潛力。