不同激素處理下谷子主要農藝性狀的相關和主成分分析

摘" " 要：為綜合評價不同激素對谷子生物性狀及農藝性狀的影響，選取生產上種植面積最大的谷子品種晉谷21號，在拔節初期和孕穗期分別噴施8種激素，以清水為對照，試驗設置3次重復，田間測定不同處理下葉片的凈光合速率、蒸騰速率、胞間濃度、氣孔導度，成熟期測定株高、穗長、頂葉長、頂葉寬、節間數、鞘莖粗、根條數和根干質量等9個主要農藝性狀，對數據進行變異系數、相關性和主成分分析。結果表明：不同性狀間變異系數的變幅為 1%～22%，其中根干質量變異較大，性狀選擇潛力大；頂葉寬與凈光合速率呈正相關性，與胞間CO2濃度呈顯著性正相關，株高與穗長、凈光合速率呈顯著正相關；前4個主成分對變異累積貢獻率達94.57%，主成分的總方差和貢獻率是選擇主成分的主要依據，這些性狀與谷子的光合作用有關。因此，在對谷子進行遺傳改良時，應充分考察農藝性狀與光合性能對產量貢獻，栽培時可充分利用外源生長激素調控農藝性狀，提高其光合效率進而提高產量。

關鍵詞：激素；晉谷21號；農藝性狀；變異系數；相關分析；主成分分析

中圖分類號：S515" " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " "DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2024.03.005

Correlation and Principal Component Analysis of Major Agronomic Traits of Millet under Different Hormonal Treatments

MA Huifang， SHI Guanyan，WANG Juanfei， XUE Hongli， REN Guoxiang

（The Industrial Crop Institute of Shanxi Agricultural University， Fenyang， Shanxi 032200， China）

Abstract：For a comprehensive evaluation of the impact of different hormones on the biological and agronomic traits of millet， the most widely planted millet variety in production， Jingu 21 was selected. The plants were sprayed with 8 different hormones at the beginning of the jointing stage and the booting stage， respectively using clear water as a control. The experiment was set with three repetitions. In the field， the net photosynthetic rate， transpiration rate， intercellular concentration， and stomatal conductance of the leaves under different treatments were measured. At maturity， 9 main agronomic traits were determined， including plant height， spike length， top leaf length， top leaf width， internode number， sheath stem thickness， root number， and root dry weight. The data were subjected to coefficient of variation， correlation， and principal component analyses. The results showed that the coefficient of variation among different traits ranged from 1% to 22%， with root dry weight showing greater variability and potential for trait selection. Top leaf width was positively correlated with net photosynthetic rate and significantly positively correlated with intercellular CO2 concentration. Plant height showed significant positive correlations with spike length and net photosynthetic rate. The first four principal components accounted for 94.57% of the cumulative variation， and the total variance and contribution rate of principal components were the main basis for selecting principal components. These traits are related to the photosynthetic activity of millet.Therefore， in the genetic improvement of millet， it is possible to fully examine the contribution of agronomic traits and photosynthetic performance to yield. During cultivation， exogenous growth hormones can be fully utilized to regulate agronomic traits and enhance photosynthetic efficiency， thereby increasing yield.

Key words： hormones; Jingu 21; agronomic traits; coefficient; correlation analysis; principal component analysis

谷子[Setaria italica （L.） P. Beauv.]是一年生草本植物，俗稱粱、黃粟、小米等，屬于短日照C4植物，具有耐高溫、抗旱、適應性廣和穩產等特性，主要種植在亞歐大陸的溫帶及熱帶地區，在我國東北、華北和西北地區廣泛栽培[1-2]，其中在山西地區谷子種植較為普遍，品種較多。晉谷21號是山西農業大學（省農科院）經濟作物研究所自主研發選育的新品種，在山西乃至全國都屬于種植面積較大的品種之一，與其他品種相比較，晉谷21號品質優、熟相好、對光照敏感、抗低溫、根系壯、莖稈粗、光和效率高，可以大大提高土地面積的利用率，達到增產的效果。

植物生長調節劑是由人工合成的含有植物激素活性的一類有機物質，在植物生長的某一階段及一定的環境條件下對植物代謝有調控作用，能夠有效調節植物的生長發育[3]。因其具有價格低、效果好、用量少、抗逆作用強、平衡植物代謝、提高產量等優點，已被廣泛應用于各種作物，尤其是糧食作物[4-5]。作物的抗倒伏能力與株高顯著相關，株高越低，植株抗倒伏能力越強，化學調控技術已成為降低植株高度、培育壯苗的重要手段。多效唑、烯效唑等植物生長調節劑具有高效、低殘留、低毒等特點，已被廣泛應用于多種農作物的壯苗培育[6-7]，具有提高葉綠素含量、降低丙二醛（MDA）含量、提高超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性、緩解膜脂過氧化程度等作用，可提高植物抗逆能力[8]。

谷子的產量是一種數量性狀，由遺傳和環境共同決定，不同生態類型下的谷子[9-10]，農藝性狀表達參差不齊。為提高谷子產量，一方面可以通過基因型改良，將新培育的優勢基因導入谷子中，使其融合成為新的優勢品種，但是此方法成本高、周期長，不利于大規模種植；另一方面，可以通過局部噴施不同激素溶液，對作物本身的細胞結構產生作用，促進作物生長發育。在谷子日常生產中，使用的激素大多為粒粒飽、海綠素、根旺、赤霉酸、縮節胺等，不同的激素對谷子的作用機理不同，例如粒粒飽可以提高葉綠素含量，縮短節間；赤霉酸可以促進細胞伸長，降低葉綠素；縮節胺可以提高葉綠素含量，降低整體株高。每種激素都具有專一性，可以對谷子起到不同的作用。

農藝性狀遺傳標記是研究遺傳多樣性的有效途徑，可以更方便地研究生物體內的遺傳和突變規律。目前，遺傳標記主要有形態標記、分子標記、細胞標記和生化標記4種類型，各種遺傳標記都存在不同程度的局限性[11]。其中，形態標記可以代表植物的表型性狀，如株高、穗長、旗葉長寬和葉面積等農藝性狀。由于農藝性狀可以簡單直觀地記錄農作物，因此大多數學者將其作為研究遺傳多樣性的指標。

本研究利用相關性和主成分分析等方法[12-20]，對晉谷21號在不同激素處理下的農藝性狀進行分析，為晉谷21號的改良育種提供理論基礎與試驗依據。

1 材料方法

1.1 供試品種

參試谷子品種為晉谷21號，8種激素分別為復硝酚鈉、粒粒飽、縮節胺、蕓苔素內酯、海綠素、赤霉酸、根旺、烯效唑，并以清水為對照。

1.2 試驗設計

試驗采取隨機區組排列，3次重復，小區行長3.5 m，6行每區，行距0.5 m。種植事項及耕作管理均按照當地習慣進行，在拔節初期和孕穗期噴施激素2次。田間使用儀器測定部分凈光合速率、蒸騰速率、胞間濃度、氣孔導度等光合參數；收獲前，在每個小區抽取10株代表性植株進行考種工作，調查株高、穗長、頂葉長、頂葉寬、節間數、鞘莖粗、根條數和根干質量等性狀。

1.3 數據分析

試驗采用變異系數分析、相關性和主成分分析等研究方法；數據利用Excel和SPSS2.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 主要性狀變異系數分析

對晉谷21號在不同激素溶液處理下的1年生和2年生植株的株高、穗長、鞘莖粗和根干質量農藝性狀進行測定，進行多樣性分析。由表1可知，在株高方面，對照組株高均值約為172.40 cm，經過植物激素處理下的株高有明顯的變化。在赤霉酸與蕓苔素內酯激素處理下，株高明顯增加，均值分別達到183.40 cm與173.51cm；在烯效唑、縮節胺與粒粒飽激素處理下，株高明顯降低，分別為166.53 cm、167.80 cm與160.13 cm；在其他激素處理下，株高變化不受影響。在不加激素的情況下，正常穗長為23.50 cm，在噴施激素溶液后，穗長發生變化。其中，在赤霉酸激素處理后，穗長明顯增加，變異系數為0.07；烯效唑激素處理后，穗長降低為22.73 cm；復硝酚鈉與根旺對穗長影響不大。鞘莖粗在激素處理前后并未發生明顯變化，標準偏差數值較低。在噴施海綠素后，根干質量明顯增加，變異系數為0.18。由表2可知，在激素處理下的2年生數據與1年生數據保持一致。從整體上來看，在激素處理下的主要性狀的變異系數差異明顯，根干質量變異系數最大，表明在不同激素處理下的根干質量變異較為豐富，性狀選擇潛力較大；莖粗變異系數最小，表明激素處理下的莖粗變異潛力較小；株高和穗長2個性狀的變異系數介于中間，說明可以通過噴施激素處理來改善性狀的潛力。

2.2 主要性狀相關性分析

對不同激素處理的主要農藝性狀的數據進行相關性分析，結果見表3。由表3可以看出，晉谷21號的株高與穗長、頂葉長均表現出顯著性正相關，株高與頂葉寬表現出顯著性負相關。穗長與頂葉長表現出極顯著性相關，穗長與頂葉寬表現出顯著性正相關。頂葉長與頂葉寬沒有表現出明顯的相關性。此外，株高與凈光合速率、胞間CO2濃度呈正相關，但相關性數較小，且不顯著，與蒸騰速率呈極顯著性負相關，與氣孔導度呈顯著性負相關；穗長、頂葉長2個性狀與凈光合速率、氣孔導度呈負相關，但不顯著，與胞間CO2濃度呈正相關，相關系數不大，且不顯著，與蒸騰速率呈極顯著性負相關；頂葉寬與凈光合速率呈正相關，與胞間CO2濃度呈顯著性正相關，與蒸騰速率、氣孔導度呈負相關，但不顯著。株高與凈光合速率呈現正相關，由此可以推測株高越高，凈光合速率越大。

2.3 主要性狀主成分分析

主成分分析是一種多元統計分析方法，可將多個相關變量轉化為少數幾個能夠反映初始全部指標大部分信息的綜合變量。為了進一步研究晉谷21號在不同激素處理下的農藝性狀和光合參數的整體效果，本研究采用主成分分析法進行了綜合評價[15]。由表4可知，信息主要集中在前4個主成分，其貢獻率依次為50.126%、20.605%、15.265%、8.575%，累計貢獻率達到94.570%，說明這4個主成分包含了晉谷21號主要性狀的94.570%的信息。主成分的特征根（總方差）和貢獻率是選擇主成分的主要依據，通過計算得到的各農藝性狀評價指標的特征值、主成分貢獻率和累積貢獻率見表5。

由表5可知，在第1主成分中，載荷較高且為正值的性狀是胞間濃度、氣孔導度和蒸騰速率，其特征向量值依次為0.877、0.871和0.862；載荷較高且為負值的是株高，特征向量值為-0.724，這些性狀與谷子的光合作用有關，光合作用往往影響其產量因素，結合表3可知，株高越高，光合效率越高，其產量可能越高，因此第1主成分值應偏低較好。在第2主成分中，除穗長、頂葉長、頂葉寬與莖粗為負值外，其余性狀均為載荷較高的正值，株高特征向量值為0.411，在4個主成分中最高，因此第2主成分應該較高。在第3主成分中，載荷較高且為正值的是凈光合速率，特征向量為0.766，在4個主成分中最大，因此第3主成分與第2主成分同為較高。在第4個主成分中，整體特征向量均偏小，載荷較高且為負值的是穗長與凈光合速率，其特征向量分別為-0.421與-0.389，結合表3可知，株高越高，穗長越長，光合效率越高，因此第4主成分應該最低。

3 討論與結論

主成分分析可綜合多個指標性狀，排除重疊信息，將多個指標轉化為少數幾個不相關的綜合指標，通過主成分綜合得分對參試品種進行評價分析[21-23]。劉自遠等[18]認為，綜合評價過程中，權重的賦予至關重要，確定各評價因素的權重系數是科學、合理地作出評價的關鍵。通過多元統計分析方法對不同激素（植物生長調節劑）處理下晉谷21號的主要農藝性狀參數進行分析，可以探討和總結谷子產量與主要相關性狀的遺傳表現聯系，并為新品種改良和選育提供指導作用。有研究表明，合理使用植物生長調節劑可以提高小麥生育后期葉細胞的自我保護能力，延長葉片的功能期，提高葉片的光合能力，有利于促進籽粒灌漿，更好地協調產量構成因素的關系，從而提高小麥產量[24-26]，這與本研究結果一致。植物生長調節劑具有用量少、成本低、效果顯著等優點，在農業領域已得到廣泛應用[27-28]。

本研究結果表明，8種激素處理下的晉谷21號的農藝性狀中根干質量、株高、穗長均有一定范圍內的變異程。這說明這些性狀的選擇潛力較大，可以通過改善栽培和噴施激素溶液方法，使晉谷21號性狀得到明顯改善。相關性分析顯示，在激素處理下株高與穗長、凈光合速率關系密切，從而影響其產量。因此，株高、穗長和光照可作為選育高產品種的重點標識性狀。主成分分析顯示，在所有的主成分構成中，信息主要集中在前4個主成分，其累積貢獻率達到94.57%。袁峰等[29]對谷子產量相關性狀的主成分分析結果表明，株高、穗長、單穗質量、千粒質量和產量變異系數較大，出谷率和生育期變異系數較小；苗澤志等[30]對谷子產量相關性狀的主成分分析表明，株高與平均分蘗間呈顯著負相關，其研究結果與本研究一致。因此，在谷子新品種選育過程中，應根據不同的育種目標有針對性地篩選基礎材料，突出主因子兼顧輔因子，協調好各個農藝性狀之間的關系，實現綜合性狀的最優化。

參考文獻：

[1] 劉斌， 李書田， 王顯瑞， 等. 谷子主要農藝性狀的分析[J]. 種子， 2014， 33（5）： 88-90.

[2] 趙禹凱， 王顯瑞， 陳高勛， 等. 谷子主要農藝性狀的相關和通徑分析[J]. 內蒙古農業大學學報（自然科學版）， 2014， 35（2）： 35-38.

[3] 張鋒， 潘康標， 田子華. 植物生長調節劑研究進展及應用對策[J]. 現代農業科技， 2012（1）： 193-195.

[4] 顧萬榮， 葛自強， 陳源， 等. 中國作物化控栽培工程技術研究進展及展望[J]. 中國農學通報， 2005， 21（7）： 400-405.

[5] 劉振宇， 于肖， 秦嶺， 等. 乙烯利和矮壯素螯合生長調節劑對谷子農藝和產量性狀的影響[J]. 山東農業科學， 2021， 53（3）： 29-35.

[6] 劉思辰， 曹曉寧， 王海崗， 等. 多效唑浸種對谷子幼苗期生長和生理特性的影響[J]. 安徽農業科學， 2019， 47（22）： 28-30.

[7] 廖爾華， 丁麗， 羅延宏， 等. 烯效唑浸種對玉米種子萌發及幼苗生長的影響[J]. 西南農業學報， 2014， 27（6）： 2339-2344.

[8] 鞠樂， 牛銀亭， 陳培育， 等. 不同植物生長調節劑浸種對谷子萌發及幼苗生長的影響[J]. 中南農業科技， 2023， 44（6）： 27-31.

[9] 傅曉藝， 付藝偉， 劉桂茹. 小麥遺傳多樣性的研究進展[J]. 華北農學報， 2008， 23（S2）： 142-145.

[10] 王歡歡， 賈亞濤， 許鵬飛， 等. 谷子主要農藝性狀與產量的關系[J]. 山西農業科學， 2014， 42（7）： 657-659， 754.

[11] 張霞， 馮永忠. 神木縣不同谷子品種主要農藝性狀及產量分析[J]. 西北農業學報， 2017， 26（1）： 32-37.

[12] 賈小平， 陸平， 董志平， 等. 42個谷子品種的聚類分析[J]. 種子， 2016， 35（1）： 64-67.

[13] 李曉宇， 王昆鵬， 劉迎春， 等. 谷子主要農藝性狀分析[J]. 內蒙古農業大學學報（自然科學版）， 2015， 36（2）： 26-30.

[14] 田伯紅. 谷子地方品種和育成品種的遺傳多樣性研究[J]. 植物遺傳資源學報， 2010， 11（2）： 224-228.

[15] 呂建珍， 馬建萍， 獨俊娥， 等. 春播谷子品種（系）生態適應性鑒定及主成分分析[J]. 作物雜志， 2015（6）： 44-47.

[16] 王素英， 劉金榮， 路志國， 等. 豫北地區谷子生產現狀及產業化發展思路[J]. 河南農業科學， 2010（9）： 52-54.

[17] 程汝宏， 劉正理. 谷子育種中幾個主要性狀選育方法的探討[J]. 華北農學報， 2003， 18（S1）： 145-149.

[18] 代小冬， 楊育峰， 陳煜， 等. 施肥對谷子農藝性狀、產量及抗倒伏能力的影響[J]. 河南農業科學， 2014， 43（10）： 47-52.

[19] 高吉喜， 段飛舟， 香寶. 主成分分析在農田土壤環境評價中的應用[J]. 地理研究， 2006， 25（5）： 836-842.

[20] 張露荷， 黃華梨， 張廣忠， 等. 基于主成分分析法的鮮食棗品種綜合評價[J]. 南方農業學報， 2018， 49（4）： 727-734.

[21] 高進， 蔡立旺， 宋錦花， 等. 早熟棉花品種產量品質性狀的綜合評價與聚類分析[J]. 西南農業學報， 2015， 28（6）： 2425-2431.

[22] 劉自遠， 劉成福. 綜合評價中指標權重系數確定方法探討[J]. 中國衛生質量管理， 2006， 13（2）： 44-46， 48.

[23] 張道榮， 陳橋生， 譚永強， 等. 多效唑不同施用方法對小麥生產的影響[J]. 湖北農業科學， 2012， 51（13）： 2675-2677.

[24] 韓虎峰， 姚鋒娜， 騫天佑， 等. 10%多唑·甲哌錄可濕性粉劑對小麥株高和產量的影響[J]. 湖北植保， 2014（6）： 30-31.

[25] 段留生， 李召虎， 何鐘佩， 等. 20%多效唑·甲哌鎓微乳劑防止小麥倒伏和增產機理研究[J]. 農藥學學報， 2002， 4（4）： 33-39.

[26] 朱鳳榮， 邱宗波. 植物生長調節劑對小麥產量及產量構成的影響[J]. 平原大學學報， 2003， 20（2）： 61-62.

[27] 孔繁玲， 張群遠， 葛知男， 等. 作物品種區域試驗的試驗精確度和品種比較精確度[J]. 中國農業科學， 2001， 34（3）： 266-271.

[28] 田保明， 楊光圣. 農作物倒伏及其評價方法[J]. 中國農學通報， 2005， 21（7）： 111-114.

[29] 袁峰， 楊慧卿， 王軍， 等. 谷子產量相關性狀的主成分分析[J]. 河北農業科學， 2010， 14（11）： 112-114.

[30] 苗澤志， 韓浩坤， 杜偉建， 等. 雜交谷子產量及品質相關性狀的主成分分析[J]. 山西農業科學， 2013， 41（8）： 785-788， 812.