基于主成分分析的11個紫蘇品系引種表現(xiàn)分析

摘要：為加強紫蘇種質(zhì)資源利用，篩選適宜山東省種植的優(yōu)異種質(zhì)資源，搜集了來源于上海、甘肅、貴州等地的11個紫蘇品系進行引種篩選，對10個主要農(nóng)藝性狀進行了相關(guān)性分析和主成分分析，并根據(jù)主成分綜合評分對11個紫蘇品系進行了綜合評價。結(jié)果表明，株高與莖粗、地上部生物量呈顯著正相關(guān)，與單株分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；單株總穗數(shù)與地上部生物量、單株籽粒重呈顯著正相關(guān)；單株籽粒重與株高、莖粗、單株分枝數(shù)、地上部生物量呈正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)、穗長呈負相關(guān)。采用各主成分與指標變量之間的相關(guān)系數(shù)對各主成分進行綜合分析，綜合主成分得分排名前3位的品系為ZGSZ0177、ZGSZ0431、ZGSZ0105，ZGSZ0105品系單株總穗數(shù)較多，地上部生物量、單株籽粒重、鮮葉重量較高；ZGSZ0177、ZGSZ0431品系生育期長，株高、地上部生物量較高，穗長較長，單株分枝數(shù)較多。以上3個紫蘇品系可作為重點改良的具有育種利用價值的優(yōu)異種質(zhì)資源進行深入研究和創(chuàng)新利用。

關(guān)鍵詞：紫蘇；品系；引種；農(nóng)藝性狀；主成分分析；相關(guān)性分析

Analysis of the Introduction Performance of 11 Perilla

Varieties Based on Principal Component Analysis

CUI Xinxiao，GONG Huihui，LI Yanli，WANG Xin，DONG Yuling，

ZHANG Xiurong，CHEN Ying，ZHAO Junsheng

（Institute of Industrial Crops，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100）

紫蘇（Perilla frutescens）屬唇形科紫蘇屬一年生草本植物，是原國家衛(wèi)生部公布的首批60個藥食兩用中藥種類之一，在醫(yī)藥、食品及保健等領(lǐng)域具有廣泛用途[1-2]。紫蘇的根、莖、葉、花、萼及果實均可入藥，嫩葉營養(yǎng)豐富且具有特殊香味；此外，紫蘇還是可用于糕點和梅醬等食品著色的天然色素原料，是極具發(fā)展?jié)摿Φ纳场⑴淞虾脱b飾的特種蔬菜作物[3]。目前，已有研究人員對紫蘇的遺傳多樣性、營養(yǎng)及功能性成分、不同地區(qū)引種表現(xiàn)、產(chǎn)量影響因素、農(nóng)藝性狀相關(guān)性[4-6]等方面進行了深入研究，為推動紫蘇產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了研究基礎(chǔ)。

主成分分析是一種多變量分析方法，可將較多的變量降維成幾個互不相關(guān)但能夠反映原變量基本信息的綜合變量，一般選取累計貢獻率在80%以上的主成分進行分析，該方法已成為農(nóng)作物遺傳育種研究的主要分析方法之一。相關(guān)性分析則是將變量或性狀間的相關(guān)關(guān)系通過相關(guān)系數(shù)對顯著程度進行闡述的一種方法，其主要目的是確定變量之間是否存在關(guān)聯(lián)，以及這種關(guān)聯(lián)的方向和強度。通過相關(guān)性分析及主成分分析，可以明確作物育種目標與農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，確定影響育種目標的主要因素。在作物新品種選育及新品種利用中，充分利用性狀之間的相關(guān)性，通過間接選擇來篩選目標性狀在作物新品系綜合評價中具有重要的指導作用[7-9]。主成分分析法目前已在苜蓿[10]、黃麻[11]、高粱[12]、大豆[13]等作物的育種研究中進行應用，在紫蘇品種評價中也有相關(guān)利用[14-15]。

目前山東省紫蘇種植多以本地的傳統(tǒng)自留種為主，一般于4月中下旬播種，10月中旬收獲，尚缺乏性狀穩(wěn)定、產(chǎn)量高、品質(zhì)好的優(yōu)良育成品種。部分產(chǎn)區(qū)紫蘇品種供不應求，品種使用情況混亂，導致種植品種繁多但雜亂無章，影響產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性，阻礙了紫蘇產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，迫切需要加強優(yōu)良特性資源的篩選與研究。因此，本文以11個搜集引進的紫蘇品系為研究對象，對其主要農(nóng)藝性狀進行了相關(guān)性分析和主成分分析，并根據(jù)主成分綜合評分對11個紫蘇品系進行了綜合評價，旨在為適宜山東省種植的紫蘇品種的選育及推廣提供資源支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗材料共11個紫蘇品系，其中“ZGSZ”系列品系為中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所提供，搜集自陜西、上海、貴州、山西、湖北、甘肅等地，紫-2來自于山東省，對照為山東本地農(nóng)家品種。參試材料具體信息見表1。

1.2 試驗設(shè)計 試驗地點位于山東省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所試驗站。試驗田前茬作物為棉花，土質(zhì)為黃壤土。采用單因素隨機區(qū)組方法種植，小區(qū)面積30m2。2023年4月下旬增墑后施足底肥，底肥為復合肥（N：14%、P2O5：16%、K2O：15%），犁前撒施，用量為20kg/667m2。5月上旬整地深耕30cm，耙勻后人工穴播，行距50cm，穴距30～40cm，播深3～4cm，播后覆薄土輕踩，用種量為0.4kg/667m2。紫蘇植株長到12cm左右時，進行中耕除草。定苗與中耕除草相結(jié)合，去弱苗、病苗、小苗，留壯苗，每穴留苗1～2株。苗高60cm左右時使用尿素10kg/667m2行間追肥1次，追肥后適時灌溉。試驗期間無病蟲害發(fā)生。

1.3 農(nóng)藝性狀測定 根據(jù)《蘇子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[16]，每1～2周記錄1次生育期。每個品系隨機選擇10株，在成熟期調(diào)查株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、單株分枝數(shù)、單株總穗數(shù)、穗長、單株籽粒重、鮮葉重量、地上部生物量等農(nóng)藝性狀。按生育期長短分批次收獲。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，使用SPSS軟件進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫蘇品系生育期比較 定植以后對參試品系進行生育期觀測，記錄抽穗、開花、成熟的關(guān)鍵時期。從表2結(jié)果可知，參試的12個材料播種期均在5月6日，出苗期均在5月11日，抽穗期在9月10-12日之間，ZGSZ0105最早抽穗、開花，ZGSZ0177最晚抽穗、開花，其余品系抽穗期、開花期基本與對照一致。各品系生育期在147～164d之間，ZGSZ0105生育期最短，ZGSZ0177、ZGSZ0431生育期最長；ZGSZ0177、ZGSZ0431、ZGSZ0351、ZGSZ0104較對照品種晚熟1～9d，紫-2與對照相當，其余品系較對照早熟1～8d。

2.2 不同紫蘇品系農(nóng)藝性狀比較 由表3可知，株高變幅為152.80～237.08cm，紫-2最高，ZGSZ0104最矮，僅ZGSZ0104低于對照。莖粗變幅為12.62～19.65mm，ZGSZ0105最粗，ZGSZ0104最細，除ZGSZ0104外，其余品系較對照高0.96～6.21mm。主莖節(jié)數(shù)變幅為12.25～17.25節(jié)，ZGSZ0103主莖節(jié)數(shù)最多，ZGSZ0174最少，僅ZGSZ0103、ZGSZ0105高于對照。穗長變幅為8.14～14.66cm，ZGSZ0351主穗最長，紫-2最短。

單株分枝數(shù)變幅為22.33～36.40枝，ZGSZ0351分枝最多，ZGSZ0104分枝最少，僅ZGSZ0450、ZGSZ0104低于對照。單株總穗數(shù)變幅為124.80～222.60穗，ZGSZ0105最多，ZGSZ0351最少，ZGSZ0105、ZGSZ0085、紫-2、ZGSZ0450較對照高26.20～49.40穗。

鮮葉重量變幅為145.40～446.80g，ZGSZ0177鮮葉最重，較對照高147.00g，ZGSZ0085最輕。地上部生物量變幅為235.80～518.91g，ZGSZ0085地上部生物量最多，ZGSZ0104最少，ZGSZ0085、ZGSZ0105、ZGSZ0450、紫-2、ZGSZ0431、ZGSZ0177、ZGSZ0106較對照高22.48～141.50g。單株籽粒重變幅為28.55～65.77g，ZGSZ0450單株籽粒最多，ZGSZ0431最少，ZGSZ0450、紫-2、ZGSZ0105、ZGSZ0085、ZGSZ0351、ZGSZ0103、ZGSZ0106較對照高1.94～23.48g。

參試紫蘇品系各性狀變異豐富，變異系數(shù)在10.94%～31.63%之間，鮮葉重量的變異系數(shù)最大，說明鮮葉重量受環(huán)境影響較大，在葉用紫蘇品種選育中，通過育種手段提高產(chǎn)量的潛力較大。莖粗變異系數(shù)為13.11%，主莖節(jié)數(shù)變異系數(shù)10.94%，說明莖粗及主莖節(jié)數(shù)受環(huán)境影響程度較低，具有相對穩(wěn)定的遺傳特性。

2.3 不同紫蘇品系農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析 利用雙變量相關(guān)性分析對12個紫蘇材料的10個性狀之間的相關(guān)關(guān)系進行分析，結(jié)果見表4。全生育期與鮮葉重量呈極顯著正相關(guān)，與單株籽粒重呈顯著負相關(guān)；株高與莖粗、地上部生物量呈顯著正相關(guān)，與單株分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；莖粗與地上部生物量呈極顯著正相關(guān)；單株總穗數(shù)與地上部生物量、單株籽粒重呈顯著正相關(guān)；鮮葉重量與單株籽粒重呈顯著負相關(guān)；單株籽粒重與株高、莖粗、單株分枝數(shù)、地上部生物量呈正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)、穗長呈負相關(guān)。

綜上可知，全生育期、單株總穗數(shù)、鮮葉重量是對種子產(chǎn)量影響較大的重要指標，其中鮮葉重量與單株籽粒重呈顯著負相關(guān)，這與紫蘇在生育期間營養(yǎng)生長與生殖生長的營養(yǎng)物質(zhì)分配相關(guān)。目前紫蘇品種選育主要為籽（油）用、葉用及藥用等方向，但多以油用為目標。前人研究表明，對紫蘇籽粒產(chǎn)量影響最明顯的是株高、有效分枝數(shù)、單株穗數(shù)、總穗數(shù)等性狀[17-18]，而植株高大健壯、分枝數(shù)多、葉片茂密是高產(chǎn)葉用紫蘇的主要形態(tài)特征[19-20]。因此，在紫蘇新品種選育、改良及不同功用型品種選擇方向上，應著重注意全生育期、單株總穗數(shù)、鮮葉重量等性狀的選擇及各性狀間的協(xié)調(diào)性。

2.4 主成分分析 經(jīng)過Bartlett球形檢驗，F(xiàn)=89.789，

P=0.00001lt;0.01，表現(xiàn)出顯著差異，故可以進行主成分分析。由表5可知，當特征值gt;1時，可提取前4個主成分，累計貢獻率為89.788%，說明前4個主成分基本包含了10個指標的全部信息。各主成分的特征向量可能在一定程度上受指標變量的量綱與數(shù)量級的影響，不宜用來綜合分析主成分，因此，采用各主成分與指標變量之間的相關(guān)系數(shù)對各主成分進行綜合分析[14]，具體結(jié)果見表6。

從表5與表6可知，第1主成分特征值為3.748，貢獻率為37.482%，以全生育期、株高、莖粗、單株總穗數(shù)、鮮葉重量、地上部生物量、單株籽粒重的影響為主，與株高、莖粗、單株總穗數(shù)、地上部生物量、單株籽粒重呈正相關(guān)，與全生育期、鮮葉重量呈負相關(guān)，可將第1主成分綜合為生長和產(chǎn)量因子。第2主成分特征值為2.749，貢獻率為27.489%，以全生育期、株高、單株分枝數(shù)、穗長的影響為主，與這4個性狀呈正相關(guān)，可將第2主成分綜合為莖枝生長因子。第3主成分特征值為1.415，貢獻率為14.154%，以主莖節(jié)數(shù)的影響為主，與主莖節(jié)數(shù)呈正相關(guān)，可將第3主成分綜合為主莖節(jié)數(shù)因子。第4主成分特征值為1.066，貢獻率為10.663%，以單株分枝數(shù)、鮮葉重量的影響為主，與鮮葉重量呈正相關(guān)，與單株分枝數(shù)呈負相關(guān)，可將第4主成分綜合為鮮葉重量因子。

2.5 不同紫蘇品系農(nóng)藝性狀的綜合評價 根據(jù)各農(nóng)藝性狀的標準化數(shù)據(jù)及相應的特征向量，對12個紫蘇材料的4個主成分采用公式（1）～（5）計算得出綜合得分。

由表7可知，第1主成分得分排名前3位的品系為ZGSZ0105、ZGSZ0450、ZGSZ0085，表明以上3個品系的單株總穗數(shù)、株高、單株籽粒重等較高。第2主成分得分排名前3位的品系分別為ZGSZ0177、ZGSZ0431、ZGSZ0104，表明這3個品系生育期、株高、單株分枝數(shù)等較高。第3主成分得分排名前3位的品系分別為ZGSZ0351、ZGSZ0103、紫-2，表明這3個品系的主莖節(jié)數(shù)較多。第4主成分得分排名前3位的品系為ZGSZ0105、紫-2、ZGSZ0103，表明這3個品系的鮮葉重量較高。用單一主成分分析紫蘇的農(nóng)藝性狀所得結(jié)果存在差異，利用綜合評價模型對其進行分析，得到綜合主成分得分排名前3位的品系為ZGSZ0177、ZGSZ0431、ZGSZ0105，表明以上3個品系在山東省種植的農(nóng)藝性狀綜合表現(xiàn)較好。

3 討論與結(jié)論

作物的生長發(fā)育過程中，生長中心在不斷變化，各個時期的代謝特點及生長發(fā)育特性也不

同[21]。在育種工作中，明確目標性狀是選擇材料的基礎(chǔ)，明晰農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性是根據(jù)目標性狀選擇材料的前提。選擇育種材料時要兼顧目標性狀和與之顯著相關(guān)的其他性狀，通過不同農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析進行綜合評估，在選擇中做到平衡。主成分分析將多個性狀降維得到代表性狀，降低了育種選擇的難度，可以進一步提高育種效率。

山東土地資源豐富，區(qū)位優(yōu)勢明顯，農(nóng)業(yè)種植及管理水平較高。紫蘇作為藥用、食用皆可的稀特菜品種之一，近幾年備受國內(nèi)外青睞。隨著人們對紫蘇食用口味和營養(yǎng)價值的重視，紫蘇的引種和栽培范圍逐年擴大，與之相關(guān)的紫蘇栽培和后續(xù)的食品加工、藥材制作等產(chǎn)業(yè)都有很大的發(fā)展前景。本次參試的紫蘇品系有11個，分別來自上海、湖北、山東、貴州和陜西等地。通過對其10個農(nóng)藝性狀進行的多樣性、相關(guān)性、主成分分析研究發(fā)現(xiàn)，單株籽粒重與單株總穗數(shù)呈顯著正相關(guān)，與鮮葉重量呈顯著負相關(guān)；鮮葉重量與全生育期呈極顯著正相關(guān)；株高與莖粗、單株分枝數(shù)、地上部生物量均呈顯著或極顯著正相關(guān)。主成分分析將農(nóng)藝性狀綜合為生長和產(chǎn)量因子、莖枝生長因子、主莖節(jié)數(shù)因子和鮮葉重量因子，累計貢獻率達89.788%。本試驗中綜合得分排名前3位的紫蘇品系為ZGSZ0177、ZGSZ0431、ZGSZ0105，綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好，可以作為重點改良的具有育種利用價值的優(yōu)異種質(zhì)資源進行深入研究和創(chuàng)新開發(fā)利用。

本試驗結(jié)果表明，在以籽用紫蘇為主要目標的育種中，應主要考慮株高、地上部生物量、莖粗、單株總穗數(shù)等農(nóng)藝性狀的影響，可以適當選擇莖較粗大，單株總穗數(shù)較多的材料，這與陳東杰等[7]的研究結(jié)論一致。在以葉用紫蘇為主要目標的育種中應主要考慮分枝多、生育期較長的材料，與張恒等[20]的研究結(jié)論基本契合。本次綜合表現(xiàn)排名前3位的品系分別來自山西、甘肅和陜西，與山東省在氣候條件、生態(tài)環(huán)境等方面具有相似性，說明在紫蘇育種過程中可以優(yōu)先選用同緯度地區(qū)優(yōu)良種質(zhì)資源，以提高育種效率。

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（收稿日期：2024-12-12）