基于主成分分析的山東省中熟棉花新品種（系）的綜合評(píng)價(jià)

摘要：為了篩選出適宜山東省種植的棉花新品種（系），本研究以中早熟常規(guī)組21個(gè)新品種（系）為研究對(duì)象，對(duì)其農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)等進(jìn)行了變異系數(shù)、相關(guān)性、主成分分析。結(jié)果表明：21份棉花材料15個(gè)性狀變異系數(shù)為0.62%～30.20%，單株結(jié)鈴數(shù)變異系數(shù)最高（30.20%）；其中有5個(gè)性狀變異系數(shù)均超過(guò)10%（均為農(nóng)藝性狀），而纖維品質(zhì)指標(biāo)均小于10%。生育期與株高、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量、上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度呈正相關(guān)，籽棉產(chǎn)量與單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分呈極顯著正相關(guān)。主成分分析共提取了6個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.82%，可代表15個(gè)性狀的大部分信息。通過(guò)每個(gè)主成分的得分及其對(duì)應(yīng)的權(quán)重求和對(duì)參試材料進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，魯棉1142、魯棉271、德棉14號(hào)綜合評(píng)價(jià)較高，表現(xiàn)較好。

關(guān)鍵詞：棉花；中熟；相關(guān)性分析；主成分分析；綜合評(píng)價(jià)

Comprehensive Evaluation of New Mid Maturity Cotton Strains in Shandong Province Based on Principal Component Analysis

WEN Xiaoxia，YANG Zhongxu，LI Qing’en，LI Xiaoyu，YIN Huihui，

LI Qiuzhi，LI Haitao，SHANG Na，LI Tong，YU Fagang

（Liaocheng Academy of Agricultural Sciences，Liaocheng 250000，Shandong）

棉花（Gossypium hirsutum L.）屬于抗旱耐鹽堿的經(jīng)濟(jì)作物之一，是人們衣食住行中“衣”的生產(chǎn)制造原料，在人們的生活中起著十分重要的作用[1]。當(dāng)前，我國(guó)植棉區(qū)主要包括西北（新疆）棉區(qū)、黃河流域棉區(qū)和長(zhǎng)江流域棉區(qū)，受區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，國(guó)內(nèi)棉花總播種面積呈下降趨勢(shì)[2]。長(zhǎng)期以來(lái)，棉花產(chǎn)量的改善、品質(zhì)的改良是農(nóng)業(yè)科研工作者的育種目標(biāo)。棉花產(chǎn)量、品質(zhì)受多種因素的影響[3-5]，研究分析農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的關(guān)系對(duì)新品種的培育及改良具有重要的意義。本研究以21份山東省中熟常規(guī)組棉花新品種（系）為材料，對(duì)其農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀進(jìn)行了描述性分析、相關(guān)性分析、主成分分析及綜合評(píng)價(jià)，旨在為新品種（系）的審定、應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)材料由山東省種子管理總站提供，來(lái)源于多個(gè)雜交組合后代，包括不同高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)且性狀穩(wěn)定的棉花新品種（系）。本試驗(yàn)中21份材料分別為德棉14號(hào)、魯棉1142、魯棉1156、魯棉377、魯棉264、山農(nóng)棉21號(hào)、中棉所907、魯棉1177、德棉23號(hào)、山農(nóng)棉22號(hào)、魯棉271、魯棉272、魯棉335、中MB903、魯棉3156、魯棉5191、中生棉1、德利農(nóng)19、魯棉2436、魯棉473、魯棉3218，分別以1～21編號(hào)。試驗(yàn)于2022年在聊城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茌平科技示范園進(jìn)行，試驗(yàn)地塊土質(zhì)黏土，土壤肥力較好，有機(jī)質(zhì)含量1.2%，堿解氮含量100mg/kg，有效磷含量32mg/kg，速效鉀含量146mg/kg，前茬作物為棉花。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理 采取隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積34m2，每小區(qū)5行，行距 0.8m、株距 0.24m，密度3500株/667m2。播期為4 月24日，定苗時(shí)間為6月1日。全生育期共防治棉鈴蟲3次，棉蚜 4次，紅蜘蛛1次，甜菜夜蛾1次，7月15日打頂。

1.3 田間相關(guān)性狀調(diào)查 每個(gè)小區(qū)選取具有代表性的植株，調(diào)查生育期、果枝著生節(jié)位、株高、單株果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)等；吐絮期在取樣行采摘中上部吐絮正常的50鈴，曬干稱重計(jì)算平均單鈴籽棉重、衣分等。將棉樣統(tǒng)一送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（安陽(yáng)）檢測(cè)纖維品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析 利用Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行描述性分析、相關(guān)性分析、主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試材料主要性狀描述性分析 由表1可以看出：參試材料間性狀存在較大差異，變異范圍在0.62%～30.20%之間，變異系數(shù)由高到低依次為：?jiǎn)沃杲Y(jié)鈴數(shù)gt;株高gt;第一果枝節(jié)位gt;單鈴重gt;果枝數(shù)gt;籽指gt;伸長(zhǎng)率gt;斷裂比強(qiáng)度gt;籽棉產(chǎn)量gt;馬克隆值gt;紡紗均勻指數(shù)gt;衣分gt;上半部平均長(zhǎng)度gt;生育期gt;整齊度；變異系數(shù)超過(guò)10%的有：?jiǎn)沃杲Y(jié)鈴數(shù)（30.20%）、株高（15.43%）、第一果枝節(jié)位（11.54%）、單鈴重（11.04%）、果枝數(shù)（10.40%）。

由表2可以看出：21份參試材料的生育期均在110～114d；株高為110～120cm的材料有13份，超過(guò)120cm的有2份；第一果枝節(jié)位低于7個(gè)的有7份，7～8個(gè)節(jié)位的有9份；從生育期、株高和第一果枝節(jié)位來(lái)看，參試材料均符合中熟的要求。果枝數(shù)13～14個(gè)的材料有12份；單株結(jié)鈴數(shù)變化幅度較大，其中單株結(jié)鈴14個(gè)左右的材料居多；單鈴重大多材料在6～7g之間，變化幅度不大；衣分主要集中在41%～43%之間，有12份；籽棉產(chǎn)量超過(guò)230kg/667m2的材料有18份。

由表3可以看出：上半部平均長(zhǎng)度超過(guò)30mm的材料有9份；斷裂比強(qiáng)度超過(guò)30cN/tex的材料有19份，其中超過(guò)33cN/tex的有3份材料；纖維品質(zhì)達(dá)到“雙30”的材料有9份。馬克隆值4.5～5.0的有12份；紡紗均勻指數(shù)140～160的材料有18份；整齊度大部分材料集中在84%～85%之間；伸長(zhǎng)率5%～6%的材料有18份，超過(guò)6%的材料有2份。

2.2 參試材料主要性狀間的相關(guān)性分析 相關(guān)分析法用于研究定量數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，具體關(guān)系能以數(shù)字的方式準(zhǔn)確描述相關(guān)程度和方向。由表4可以看出：生育期與株高、單株結(jié)鈴數(shù)、上半部平均長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān)，與單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量、斷裂比強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)；株高與單株結(jié)鈴數(shù)、衣分呈顯著正相關(guān)；果枝數(shù)與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)；單株結(jié)鈴數(shù)與衣分、籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；單鈴重與籽棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；衣分與籽棉產(chǎn)量、馬克隆值呈極顯著正相關(guān)，與整齊度呈顯著負(fù)相關(guān)，與伸長(zhǎng)率呈顯著正相關(guān)；上半部平均長(zhǎng)度與馬克隆值呈顯著負(fù)相關(guān)，與整齊度、伸長(zhǎng)率分別呈極顯著、顯著正相關(guān)；斷裂比強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率呈顯著正相關(guān)；整齊度與伸長(zhǎng)率呈顯著正相關(guān)。

2.3 主要性狀的主成分分析及綜合評(píng)價(jià) 由于棉花各農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀之間存在不同程度的相關(guān)性，所表達(dá)顯示的信息會(huì)有一定程度的重疊。為了明確相關(guān)數(shù)據(jù)是否能進(jìn)行主成分分析，需要將這15個(gè)相關(guān)性狀通過(guò)降維對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO和Barlett檢驗(yàn)（表5）。由表5可知，根據(jù)KMO統(tǒng)計(jì)值、Barlett檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量、顯著性等表明原有變量適合做主成分分析。依據(jù)特征值大于1的原則，選取前6個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.82%，能基本代表參試材料絕大部分信息。

由表6可知，第一主成分的特征值為3.53，反映了原始性狀指標(biāo)信息的23.56%，其中上半部平均長(zhǎng)度和紡紗均勻指數(shù)正向載荷最大，均為0.86，整齊度0.78、伸長(zhǎng)率0.39，因此第一主成分可稱為纖維品質(zhì)構(gòu)成因子。該成分得分越高的參試材料表明棉花纖維品質(zhì)越好，11號(hào)、7號(hào)、2號(hào)此項(xiàng)得分較高

（表7）。第二主成分的特征值為2.85，反映了原始性狀指標(biāo)信息的19.03%，該成分主要包含第一果枝節(jié)位（0.78）、馬克隆值（0.76）、衣分（0.68）、株高（0.56）、果枝數(shù)（0.56）等代表性指標(biāo)，可以稱為株型與品質(zhì)因子，2號(hào)、5號(hào)此項(xiàng)得分較高。第三主成分特征值為2.03，反映了原始性狀指標(biāo)信息的13.52%，載荷較大的為單株結(jié)鈴數(shù)（0.58）、果枝數(shù)（0.43），可稱為結(jié)鈴因子，負(fù)向載荷最大的為斷裂比強(qiáng)度（-0.82），可見結(jié)鈴越多，斷裂比強(qiáng)度越低，6號(hào)、5號(hào)此項(xiàng)得分較高。第四主成分特征值為1.59，反映了原始性狀指標(biāo)信息的10.57%，該成分主要包含單鈴重（0.69）、單株結(jié)鈴數(shù)（0.49）、籽棉產(chǎn)量（0.38）等指標(biāo)，該成分可稱為產(chǎn)量因子，1號(hào)、2號(hào)、19號(hào)此項(xiàng)得分較高。第五主成分特征值為1.27，反映了原始性狀指標(biāo)信息的 8.45%，載荷較高的有生育期（0.63）、株高（0.56），該成分可稱為熟性與株高因子，19號(hào)、13號(hào)此項(xiàng)得分較高。第六主成分特征值為1.00，反映了原始性狀指標(biāo)信息的 6.69%，載荷較高的指標(biāo)是籽指（0.48）、果枝數(shù)（0.44），該成分可稱為果枝數(shù)與籽指綜合選擇因子，2號(hào)、11號(hào)此項(xiàng)得分較高。

將參試材料相關(guān)性狀標(biāo)準(zhǔn)化后，根據(jù)特征值和系數(shù)計(jì)算出各個(gè)主成分的計(jì)算式。F1=

-0.28Zs1+0.13Zs2+0.08Zs3+0.02Zs4-0.01Zs5-0.19Zs6+0.14Zs7-0.26Zs8-0.2Zs9+0.46Zs10+0.18Zs11-0.26Zs12+0.46Zs13+0.42Zs14+0.21Zs15

F2=-0.04Zs1+0.33Zs2+0.46Zs3+0.33Zs4-0.07Zs5+0.12Zs6+0.4Zs7-0.02Zs8-0.12Zs9-0.01Zs10-0.07Zs11+0.45Zs12-0.18Zs13+0.22Zs14+0.29Zs15

F3=0.1Zs1+0.12Zs2-0.08Zs3.+0.3Zs4+0.41Zs5+

0.01Zs6+0.13Zs7-0.25Zs8+0.18Zs9+0.04Zs10-0.58Zs11-0.13Zs12-0.23Zs13+0.11Zs14-0.22Zs15

F4=-0.22Zs1+0.2Zs2+0.36Zs3+0.06Zs4+0.39Zs5+0.55Zs6+0.28Zs7+0.11Zs8+0.3Zs9+0.16Zs10-0.08Zs11-0.15Zs12+0.02Zs13-0.1Zs14+0.22Zs15

F5=0.56Zs1+0.5Zs2+0.01Zs3-0.06Zs4-0.35Zs5+

0.17Zs6+0.31Zs7+0.26Zs8-0.36Zs9+0.13Zs10-0.15Zs11-

0.08Zs12-0.02Zs13-0.03Zs14+0.03Zs15

F6=0.11Zs1-0.34Zs2-0.21Zs3+0.44Zs4-0.35Zs5-0.2Zs6-0.07Zs7+0.48Zs8+0.16Zs9-0.01Zs11+0.1Zs12+

0.07Zs13+0.35Zs14+0.28Zs15

式中Zs1、Zs2、Zs3.....Zs15為15個(gè)性狀標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值。

最后以每個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，通過(guò)每個(gè)主成分的得分及其對(duì)應(yīng)的權(quán)重求和獲得棉花新品種（系）綜合評(píng)價(jià)方程，計(jì)算式為：F=0.235F1+0.193F2+0.135F3+0.105F4+0.084F5+0.067F6，計(jì)算出每個(gè)參試材料的最終得分。由表7可以看出：按照總得分由高到低排序依次為：2gt;11gt;1gt;10gt;7gt;15gt;13gt;21gt;14gt;19gt;20gt;5gt;3gt;12gt;16gt;4=6gt;17gt;8gt;9gt;18。可見參試材料魯棉1142、魯棉271、德棉14號(hào)得分較高，表現(xiàn)較好。這也表明評(píng)價(jià)一個(gè)品種優(yōu)劣不能只以某一個(gè)性狀或僅用單一指標(biāo)進(jìn)行判斷，棉花綜合評(píng)價(jià)是多種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)整體呈現(xiàn)的結(jié)果。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)21份棉花品種（系）進(jìn)行描述性分析，發(fā)現(xiàn)棉花的農(nóng)藝性狀（株高、第一果枝節(jié)位、果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重）在不同品種間存在較大的差異，這5個(gè)性狀的變異系數(shù)均超過(guò)10%，其中單株結(jié)鈴數(shù)的變異系數(shù)最大，為30.20%；而纖維品質(zhì)指標(biāo)（上半部平均長(zhǎng)度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、整齊度、伸長(zhǎng)率）均小于10%，這與尹會(huì)會(huì)等[6]、鄧艷鳳等[7]的研究結(jié)果一致。這種變化趨勢(shì)也表明：參試材料的農(nóng)藝性狀容易受栽培環(huán)境的影響，存在較大改良的空間，栽植潛力較大，可在生產(chǎn)中通過(guò)改善栽培措施從而獲得高產(chǎn)；而品質(zhì)性狀具有相對(duì)穩(wěn)定性，受外界影響較小，主要受基因型的影響，在育種過(guò)程中可選擇品質(zhì)較好且穩(wěn)定的材料作為配置新組合的親本材料。

棉花植株的形態(tài)決定著產(chǎn)量和品質(zhì)，它們之間存在著一定程度的相關(guān)性。相關(guān)性分析表明，參試材料中大部分農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀之間存在著極顯著或顯著的相關(guān)關(guān)系，這與張哲等[8]研究結(jié)果一致。由此可見，棉花各性狀間并不是孤立存在的，特別是產(chǎn)量與品質(zhì)等性狀間是相互制約、牽制的關(guān)系。在今后工作中育種工作者可以在合理的范圍內(nèi)適當(dāng)延長(zhǎng)生育期，增加株高、果枝數(shù)、鈴數(shù)、單鈴重，以確保最終達(dá)到產(chǎn)量與品質(zhì)的相對(duì)平衡。

主成分分析是利用降維思想，對(duì)多元數(shù)據(jù)的變量數(shù)目進(jìn)行有效減維壓縮，在保持原始大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為主要的幾個(gè)新的指標(biāo)，以達(dá)到簡(jiǎn)化性狀間關(guān)系的目的[9]；該方法已被廣泛應(yīng)用于作物種質(zhì)資源多樣性研

究[10-12]。將15個(gè)性狀指標(biāo)降維后提取6個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.82%，能代表大部分的原始數(shù)據(jù)信息，這與董承光等[13]、張華崇等[14]的研究結(jié)果基本一致。綜合比較而言，魯棉1142、魯棉271、德棉14號(hào)3個(gè)棉花新品種（系）整體評(píng)分最高、表現(xiàn)較佳。

參考文獻(xiàn)

[1]喻樹迅，范術(shù)麗，王寒濤，魏恒玲，龐朝友．中國(guó)棉花高產(chǎn)育種研究進(jìn)展．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（18）：3465-3476

[2]盧秀茹，賈肖月，牛佳慧．中國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，51（1）：26-36

[3]戴寶生，盧華平，李蔚，黃曉莉，閆振華，張華崇，趙樹琪．棉花新品種產(chǎn)量與主要數(shù)量性狀的相關(guān)及通徑分析．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，55（24）：6358-6388

[4]田琴，司愛君，陳紅，孔憲輝，余渝．新陸早系列棉花品種產(chǎn)量性狀與品質(zhì)性狀的相關(guān)性．貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（2）：1-4

[5]張清華，賀維昭，裴美燕．2011-2020年國(guó)家審定黃河流域春棉品種產(chǎn)量及相關(guān)性狀分析．中國(guó)棉花，2023，50（5）：17-21

[6]尹會(huì)會(huì)，李秋芝，李海濤，王士紅，李彤，商娜，張晗，楊中旭．134份國(guó)外陸地棉種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀與纖維品質(zhì)性狀的遺傳多樣性分析．植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2017，18（6）：1105-1115

[7]鄧艷鳳，肖水平，王濤，楊紹群，楊秀，劉新穩(wěn)．早熟棉12份新品種（系）主要性狀的分析與綜合評(píng)價(jià)．棉花科學(xué)，2020，42（4）：14-20

[8]張哲，熱比耶·玉蓀，買買提·莫明，吾買爾江·庫(kù)爾班，艾先濤，高山．新疆棉花生產(chǎn)品種機(jī)采農(nóng)藝性狀分析．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，59（5）：1084-1092

[9]陳偉．主成分分析法用于評(píng)價(jià)需要注意的若干問(wèn)題．人類工效學(xué)，2002（1）：30-33

[10]丁璐，劉學(xué)海，王聿雙，牟美睿，楊仁杰．26個(gè)玉米雜交組合農(nóng)藝性狀的相關(guān)性與主成分分析．分子植物育種，2019，18（3）：995-1002

[11]方路斌，羅河月，陳潔，李平．綠豆主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)與主成分分析．河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，22（3）：67-69

[12]苗建利，鄧麗，殷君華，郭敏杰，李艷，任麗．基于變異系數(shù)和主成分分析花生主要品質(zhì)性狀的遺傳多樣性評(píng)價(jià)．中國(guó)種業(yè)，2024（1）：82-87

[13]董承光，王娟，周小鳳，馬曉梅，李生秀，余渝，李保成．新疆陸地棉品種資源的主成分分析和聚類分析．西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，29（8）：1798-1805

[14]張華崇，閆振華，趙樹琪，黃曉莉，戴寶生，李蔚．46份棉花雜交組合主要性狀主成分和聚類分析．種子，2022，41（5）：60-65

（收稿日期：2024-01-03）