不同蒲公英品種(系)主要農藝性狀和光合特性的綜合評價

張曉申, 于紅衛, 左紅娟, 曹 輝, 蔣拴麗, 王瑞華, 臘貴曉

(1.鄭州市農林科學研究所, 鄭州 450005; 2.河南省經濟作物推廣總站, 鄭州 450000;3.河南省農業科學院經濟作物研究所, 鄭州 450000)

蒲公英(Taraxacummongolicum)是菊科蒲公英屬多年生草本植物,在我國大部分地區均有分布[1]。蒲公英作為一種藥食同源植物,在我國傳統食用和藥用方面的應用已有幾千年的歷史[2]。蒲公英含有豐富的蛋白質、氨基酸、碳水化合物、微生物及鈣、磷、鐵等礦物質元素,其中鈣、鐵和氨基酸的含量均高于普通蔬菜[3]。蒲公英具有清熱解毒、抗腫瘤、降糖、降血壓、利尿、抗衰老等藥理作用。蒲公英是一種綠色、安全保健食品,長期以來作為時令蔬菜被食用,可生吃、炒食、煲湯,也可以加工成各類食品[4]。

對農作物和園藝作物農藝性狀和產量的評價有很多方法,灰色關聯度分析已經在小麥[5]、玉米[6]、水稻[7]、大豆[8]、菊花[9]等作物品種綜合評價及品種選育上取得效果。近年來,DTOPSIS法在大豆[10]、草莓[11]、甘薯[12]、柴胡[13]等作物的綜合評價上得到應用。主成分分析在菊花[14]、杧果[15]、甘薯[16]等作物品種評價上得到應用。目前,對蒲公英的研究主要集中在栽培技術、加工技術、藥理分析等方面,對蒲公英的光合特性研究已有報道[17-21]。武彥芬等[22]采用主成分分析和隸屬函數法對影響蒲公英種苗質量的生理指標進行綜合評價。惠西珂等[23]采用主成分分析法對不同產地蒲公英中藥材質量進行評價。丁夢軍等[24]運用模糊隸屬函數法和灰色相關性對蒲公英營養元素進行綜合評價。對蒲公英的農藝性狀、光合特性及產量相關性研究、品種(系)綜合評價方面至今未見報道。蒲公英作為藥食同源植物,市場需求量大,野生資源難以滿足市場的需求,需要選育更好的蒲公英品種滿足市場的需要,為了選育更好的蒲公英品種,建立起蒲公英品種(系)綜合評價體系。本研究以12個蒲公英品種(系)的光合特性性狀、農藝性狀和產量為研究對象,對其進行灰色相關分析,并采用DTOPSIS和主成分分析方法對光合特性性狀、農藝性狀等進行綜合評價,建立起蒲公英品種(系)評價體系,篩選出適合鄭州栽培的蒲公英品種(系),為豐富鄭州市蒲公英栽培品種(系)和新品種選育與推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為12個蒲公英品種(系)(鄭農蒲1號、鄭農蒲2號、鄭農蒲3號、鄭農蒲4號、鄭農蒲5號、鄭農蒲6號、鄭農蒲7號、鄭農蒲8號、鄭農蒲9號、鄭農蒲10號、鄭農蒲11號、鄭農蒲12號),其中鄭農蒲3號為鄭州市農林科學研究所選育的蒲公英新品種,2022年通過河南省中藥材品種鑒定專業委員會鑒定,品種命名為鄭農蒲3號,鑒定編號為2022006,其余11個為篩選出的蒲公英優良品系。

1.2 試驗方法

蒲公英品種(系)為2021年10月初進行播種,采用條播,行距40 cm,出苗后間苗為株距10 cm,隨機區組排列,3次重復,5行區,行長5 m,2022年收獲中間3行蒲公英第一茬地上部鮮重,并進行估產。收獲前用YMJ活體葉面積測定儀對蒲公英的葉長、葉寬、葉面積進行測定,每株取1片葉,每個品種(系)取10株,計算平均值;用SPAD-502葉綠素儀對蒲公英葉片葉綠素進行測定,每株3片葉,每個品種(系)10株,計算平均值;用PL3080H光合作用測定儀(選擇晴天10:00—11:00時進行)測定凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率、水分利用率,每株取1片葉,每個品種(系)取5片葉,計算平均值;葉片數在收獲前,每個品種(系)選10株,對地上部葉片數進行調查,取平均值。

1.3 數據分析

采用Excel2010軟件整理數據,進行灰色關聯度計算[24-25],對蒲公英農藝性狀、光合特性和產量進行DTOPSIS分析[10-12,26],運用SPSS22.0軟件對蒲公英進行主成分分析[14-16]。

2 結果與分析

2.1 蒲公英品種(系)的光合特性及農藝性狀

從表1可看出,蒲公英品種(系)的11個光合特性及農藝性狀變異系數范圍在21.65%～68.04%之間,變異系數由大到小為氣孔導度、水分利用率、凈光合速率、胞間CO2濃度、葉面積、葉長、葉綠素、葉寬、產量、葉片數、蒸騰速率,蒸騰速率變異系數最小,為21.65%,氣孔導度最大,為68.04%,表明12個蒲公英品種(系)各個農藝性狀差異較大。凈光合速率前三名是鄭農蒲2號、鄭農蒲1號和鄭農蒲3號,葉片數最多的是鄭農蒲3號,最少的是鄭農蒲9號,產量最高的是鄭農蒲3號,其次是鄭農蒲4號,產量最低的是鄭農蒲12號,鄭農蒲3號的鮮葉產量比鄭農蒲12號增產30.65%。

表1 12個蒲公英品種(系)的光合特性、農藝性狀與產量Table 1 Photosynthetic and agronomic characters and yield of twelve Taraxacum mongolicum varieties (lines)

2.2 光合特性、農藝性狀之間的相關性分析

從表2可看出,蒲公英凈光合速率與水分利用率和產量呈極顯著正相關,與單株葉面積呈顯著正相關,與蒸騰速率呈顯著負相關;蒸騰速率與水分利用率和單株葉片數呈極顯著負相關,與產量呈顯著負相關;水分利用率和葉綠素均與單株葉片數和產量呈極顯著正相關;產量與凈光合速率、水分利用率、葉綠素、單株葉片數呈極顯著正相關,與蒸騰速率呈顯著負相關,說明產量與凈光合速率、水分利用率、葉綠素、單株葉片數、蒸騰速率關系密切,這些因素決定蒲公英產量的高低。

表2 光合特性和主要農藝性狀之間的相關性分析Table 2 The correlation analysis between the photosynthetic characters and main agronomic characters

2.3 農藝性狀之間的關聯性分析

對蒲公英光合特性、農藝性狀及產量數據進行無量綱化處理(表3), 并計算出蒲公英各性狀與產量的關聯系數矩陣(表4)。從表5可看出,蒲公英各性狀對產量的影響從大到小為單株葉片數、葉綠素、凈光合速率、水分利用率、葉長、胞間CO2濃度、葉寬、葉面積、蒸騰速率、氣孔導度,單株葉片數對產量的影響最大,其次為葉綠素,第三為凈光合速率,氣孔導度對產量的影響最小。

表3 數據無量綱化處理結果Table 3 Dimensionless results of data processing

表4 蒲公英各性狀與產量關聯系數矩陣Table 4 Correlation coefficient matrix of characters and yield of Taraxacum mongolicum

表5 蒲公英品種(系)各性狀與產量的關聯度Table 5 Correlation degree between various characters and yield of Taraxacum mongolicum varieties (lines)

2.4 DTOPSIS分析

由于蒲公英各個性狀單位不一致,為保證各性狀間具有等效性和同序性,需對各性狀進行無量綱化處理,蒲公英所有性狀均按正向指標處理,以12個樣本中最大值為分母,對各性狀進行無量綱化處理(表6)。將 11個性狀指標分別賦于不同權重,根據不同蒲公英不同性狀與產量的關聯度及各性狀的重要性,各個性狀指標按順序賦予的權重值依次為 0.05,0.01,0.05,0.02,0.05,0.10,0.05,0.04,0.03,0.20, 0.40,X4為蒸騰速率,X5為水分利用率,X6為葉綠素,X7為葉長,X8為葉寬,X9為葉面積,X10為單株葉片數,X11為產量。下同。

表6 DTOPSIS法無量綱化處理Table 6 Dimensionless results of data processing on DTOPSIS method

得出11個性狀的正理解值,計算出每個蒲公英品種(系)的正理解值和S+,并根據DTOPSIS權重值計算得出正理解決策矩陣中選擇最小值,得出11個性狀的負理解值依次為0.023 6,0.004 8,0.028 4,0.014 8,0.026 2,0.062 5,0.033 6,0.028 4,0.020 5,0.133 0,0.306 2,根據決策矩陣計算公式得出負理解值和S-。根據DTOPSIS法分析理論按照胞間CO2濃度大小對蒲公英各品種(系)進行排序(表7),胞間CO2濃度值越大代表蒲公英品系綜合性狀越優。排在前4名的依次是鄭農蒲4號、鄭農蒲6號、鄭農蒲3號、鄭農蒲5號。從種植產量來看,排在前4名依次為鄭農蒲3號、鄭農蒲4號、鄭農蒲5號、鄭農蒲6號。蒲公英各品系胞間CO2濃度排序與產量排序前4名有所變化,說明這4個品種(系)表現穩定,綜合性狀好,各品系排名后3位在DTOPSIS和產量排名一致。

表7 DTOPSIS計算結果Table 7 Calculated results based on DTOPSIS method

2.5 主成分分析

由于蒲公英各個性狀單位不一致,為保證各性狀間具有等效性和同序性,需對各性狀進行標準化處理(表8)。運用SPSS 22.0軟件因子降維分析方法對11個光合性狀、農藝性狀及產量進行主成分分析,根據特征值大于1的原則,提取了3個主成分(表9),說明這3個主成分基本解釋了11個農藝性狀的大部分信息,第一個主成分包含原始信息的43.966%,第二個主成分包含原始信息的25.261%,第三個主成分包含的原始信息為10.015%,3個主成分累積貢獻率79.241%。3個主成分對蒲公英的載荷情況中,載荷值越大,說明對蒲公英的產量影響越大,主成分1中可看到,凈光合速率、水分利用率、單株葉片數、產量、蒸騰速率影響較大;主成分2中可看到影響較大的是葉長;主成分3中各性狀影響均不大。通過對3個主成分特征向量分析和各性狀指數值的標準化處理,建立線性回歸方程:

表9 農藝性狀的主成分分析Table 9 Principal component analysis of agronomic characters

Y1=0.830X1-0.326X2+0.266X3-0.843X4+0.913X5+0.774X6+0.082X7+0.193X8-0.306X9+0.901X10+0.936X11

Y2=-0.447X1-0.369X2-0.639X3-0.173X4-0.224X5+0.309X6+0.907X7+0.645X8+0.743X9+0.255X10+0.043X11

Y3=0.260 X1+0.636 X2-0.443 X3-0.085 X4+0.162 X5-0.348 X6-0.019 X7+0.497 X8-0.162 X9+0.058 X10-0.039 X11

將3個主成分的方差貢獻率作為權重系數建立綜合評價模型:

Y綜合=(43.966×Y1+25.261×Y2+10.015×Y3)/79.241。

根據主成分綜合評價模型,計算出12個蒲公英品種(系)各主因子得分和綜合得分,并進行排序,從表10可看出,得分越高說明該品種越好,得分最高的是鄭農蒲3號,與栽培產量第1名一致,主成分得分排序與栽培產量的排序不一致,說明不同評價方法得出的結果有所不同,主成分排名前五名的依次為鄭農蒲3號、鄭農蒲10號、鄭農蒲8號、鄭農蒲5號和鄭農蒲4號,產量排前5名依次是鄭農蒲3號、鄭農蒲4號、鄭農蒲5號、鄭農蒲6號和鄭農蒲1號,兩種評價方法均在前5名的是鄭農蒲3號、鄭農蒲4號和鄭農蒲5號。

表10 蒲公英品種(系)的主成分得分及綜合評價Table 10 Principal omponent scores and comprehensive evaluation of Taraxacum mongolicum varieties (lines)

3 結論與討論

本研究中12個蒲公英品種(系)的11個農藝性狀的變異系數為21.65%～68.04%,變異系數范圍較大,說明蒲公英育種獲得理想性狀比較容易。在相關性分析中,蒲公英凈光合速率與水分利用率呈極顯著正相關,與葉綠素含量呈正相關,與蒸騰速率呈負相關,與寧偉等[18]的研究結果一致。蒲公英產量與凈光合速率呈極顯著正相關,與水分利用率呈極顯著負相關,蒸騰速率與水分利用率呈極顯著負相關,與羅密等[27]研究的甘薯光合特性一致。從主成分分析中凈光合速率的權重比較大和凈光合速率與產量的極顯著正相關關系一致。灰色關聯度分析結果表明,單株葉片數對產量的影響最大,其次為葉綠素,第三為凈光合速率,這3個性狀可以作為蒲公英品種(系)選育的重要指標。

采用DTOPSIS方法對蒲公英品種(系)進行綜合評價,能夠彌補只用產量來統計分析蒲公英品種(系)的不足,通過DTOPSIS分析,本研究得出的前4名與栽培產量前4名品種(系)一致,排名順序有所變化,最后3名完全一致,本研究對農藝性狀采用的權重系數比較準確,因為本研究采用的農藝性狀權重系數是在灰色關聯度基礎上進行綜合考慮的,產量、單株葉片數、葉綠素綜合評價影響較大,給予較高的權重系數,葉面積、蒸騰速率和氣孔導度給予較低的權重系數。

主成分分析能在不損失或很少損失原有信息條件下,通過多個指標綜合評價作物品種的適應性[16]。本試驗對蒲公英光合特性性狀、農藝性狀及產量等指標進行綜合評價,得出主成分第1名與栽培產量第1名一致(均是鄭農蒲3號),說明鄭農蒲3號適應性最強,該品種也是通過鑒定的中藥材品種。排名前5名與栽培產量前5名中有3個品種是一致的,說明主成分分析是一種合適的品種評價方法。

本研究采用DTOPSIS法對蒲公英12個品種(系)進行評價,與栽培產量比較排在前4名的均是鄭農蒲3號、鄭農蒲4號、鄭農蒲5號和鄭農蒲6號。采用主成分分析和栽培產量比較,排前5名的蒲公英品種(系)也包含鄭農蒲3號、鄭農蒲4號和鄭農蒲5號,說明鄭農蒲3號、鄭農蒲4號和鄭農蒲5號是適合在鄭州栽培的蒲公英品種(系),其中鄭農蒲3號為選育的蒲公英新品種,下一步鄭農蒲4號和鄭農蒲5號可以作為新品種進行鑒定。本文首次提出對蒲公英光合特性性狀和農藝性狀進行綜合評價,DTOPSIS和主成分分析方法可以作為鑒定蒲公英品種(系)優劣的評價方法,從而初步建立一套蒲公英綜合評價體系。