25個高梁雜交組合主要農(nóng)藝性狀評價與綜合分析

雜種優(yōu)勢利用是目前提高作物產(chǎn)量最重要的技術(shù)手段。高粱不同親本各自攜帶獨特的優(yōu)良性狀基因，通過雜交組合可將父本和母本的優(yōu)勢性狀進行整合。這種性狀的互補融合，打破了單一親本在性狀表現(xiàn)上的局限性，為培育出綜合性狀更優(yōu)的高粱品種奠定了基礎(chǔ)[1-2]。高梁（Sorghum bicolor L.Moench）是禾本科一年生草本植物，主要種植于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)的干旱、半干旱區(qū)，也是我國主要的雜糧作物之一[3-7]，是重要的釀造和醫(yī)用工業(yè)原料[8，同時是僅次于水稻、玉米、大豆和小麥的第五大重要的谷類作物[9-10]。遼西地區(qū)素有盛產(chǎn)小雜糧的美譽，是我國主要的高粱種植區(qū)域[11]。高梁產(chǎn)量相關(guān)性狀的提高主要依賴于各農(nóng)藝性狀和生物性狀的改良和協(xié)調(diào)，因此，探究各性狀對產(chǎn)量提高的作用，了解各性狀受環(huán)境影響的變化規(guī)律，不僅可以加速目標(biāo)性狀的改良，同時也可以助力高效選育高梁優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種[12-14]

主成分分析是目前在高梁雜交組合評價中使用較為廣泛的方法之一。周偉等[12]通過主成分分析，從176份高梁品系的16個農(nóng)藝性狀中提取了5個主成分，累計貢獻率達到 67.676% ，結(jié)合同異分析法與主成分綜合得分，篩選出5份綜合性狀較理想的品系。王自力等[15]對152份高梁種質(zhì)資源的13個表型性狀進行主成分分析，提取了6個主成分，累計貢獻率為 78.579% ，通過6個主成分貢獻率權(quán)重構(gòu)建綜合評價指標(biāo)，篩選出10份較為優(yōu)異的高梁種質(zhì)資源。高旭等[1對257份高梁種質(zhì)資源產(chǎn)量相關(guān)性狀進行主成分分析，將15個農(nóng)藝性狀轉(zhuǎn)化為5個主成分，累計貢獻率為 82.40% ，聚類分析將257份高梁種質(zhì)資源分為三大類，第I類群、第Ⅱ類群中優(yōu)異種質(zhì)資源可作為高粱遺傳改良的育種親本。

目前，遼西地區(qū)由于氣候環(huán)境比較特殊，常年高溫干旱少雨，導(dǎo)致當(dāng)?shù)貙嶋H生產(chǎn)中應(yīng)用的高粱品種產(chǎn)量不穩(wěn)定，缺少適應(yīng)性強、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的當(dāng)?shù)刂髟云贩N，為了保證當(dāng)?shù)馗吡寒a(chǎn)業(yè)化發(fā)展，本研究選取中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所選育的25個高粱雜交組合，通過對主要農(nóng)藝性狀進行變異系數(shù)分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析，旨在篩選出適宜遼西地區(qū)種植的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高梁雜交組合，為雜交高粱品種的選育和種質(zhì)資源的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2023年在遼寧省旱地農(nóng)林研究所示范基地進行，5-9月平均氣溫 22.96^°C ，比往年高 0.94^°C ;年均降雨量 276.8mm ，比往年少125.3mm，6-7 月降雨量比往年少 61.7mm ;年均日照時數(shù)1122.4h，比往年少 60.7h ；無霜期150d左右。試驗地前茬作物為谷子，供試土壤為砂壤質(zhì)褐土，肥力中等，地勢平坦。土壤有機質(zhì)含量 8.84g/kg 全氮含量 0.60g/kg 、有效磷含量 28.90mg/kg 、有效鉀含量131.17mg/kg 。

1.2試驗材料參試高梁雜交組合共25個，均為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所選育，具體信息見表1。

1.3試驗設(shè)計試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)種植6行，行長 5m ，行距 60cm ，小區(qū)面積 18m²，3 次重復(fù)。收獲時去掉兩側(cè)邊行，收中間行計產(chǎn)，收獲面積 12m² 。前茬作物收獲后及時翻耕，播種前進行備種、整種，于2023年5月20日進行播種，施磷酸二銨 300kg/hm² 作為底肥；6月8日間苗，留苗密度12萬株 /hm² ，拔節(jié)期追施尿素 300kg/hm²;7 月24日和8月18日以溝灌的方式對每個小區(qū)進行灌水，定期人工除草及病蟲害管理。

1.4測定項目及方法產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀測定高梁成熟期進行農(nóng)藝性狀指標(biāo)測量，每小區(qū)取5株長勢相近的植株，嚴格參照《高粱種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[7測定株高、莖粗、穗長、穗莖粗、倒二葉長、倒二葉寬、倒三葉長、倒三葉寬、單穗重、單穗粒重、千粒重、穗粒數(shù)等指標(biāo)，并計算折合每 hm² 產(chǎn)量。主成分分析計算所調(diào)查性狀的特征值和成分方差，再根據(jù)成分方差累計貢獻率提取主成分；通過線性模型系數(shù)表將被測性狀無量綱數(shù)據(jù)代入線性模型，求得25個高粱雜交組合的每個主成分得分，求和得到品種綜合得分。聚類分析對每個品種的加權(quán)綜合得分進行聚類分析，以歐式距離為尺度，依據(jù)類間平均的最短距離進行歸類。

1.5數(shù)據(jù)處理采用Excel2010計算各性狀平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，利用Origin2021軟件進行相關(guān)性繪圖，采用SPSSStatistics26進行主成分分析和聚類分析。

表1供試高粱雜交組合親本及選育單位

2 結(jié)果與分析

2.1高粱雜交組合農(nóng)藝性狀分析由表2可知，13個性狀變異系數(shù)的范圍為 8.00%～27.01% ，其中單穗粒重的變異系數(shù)最大，變異幅度為 40.92～ 109.86g ，倒三葉長的變異系數(shù)最小，變異幅度為59.14～73.74cm 。除此之外，性狀間變異系數(shù)較大的還有穗粒數(shù)、株高、單穗重，變異系數(shù)范圍為 23.21%～

26.78% ，變異幅度分別為1418.49～4226.35粒 .100.70～ 222.43cm.60.57-136.64g 。表明單穗粒重、穗粒數(shù)、株高、單穗重這4個性狀的變異情況較為突出，遺傳多樣性較高。變異系數(shù)較低的還有倒二葉長、千粒重、穗長，變異系數(shù)范圍為 9.93%～11.72% ，變異幅度分別為 52.13～66.83cm.22.25～30.89g.26.62～ 38.08cm ，表明這3個性狀具有較為穩(wěn)定的遺傳特性。

表225個高梁雜交組合農(nóng)藝性狀統(tǒng)計

2.2高梁雜交組合農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析從不同高粱雜交組合農(nóng)藝性狀相關(guān)性可以看出，13個性狀之間既相互關(guān)聯(lián)、又相互制約（圖1）。株高與產(chǎn)量、穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單穗重、單穗粒重呈顯著正相關(guān)，與倒二葉長呈顯著負相關(guān)。莖粗與穗長、穗莖粗、倒三葉寬呈極顯著正相關(guān)，與倒二葉寬、倒三葉長、單穗重呈顯著正相關(guān)。穗長與倒二葉寬、倒三葉寬、單穗重、穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)。倒二葉長與倒三葉長、倒三葉寬呈極顯著正相關(guān)，與倒二葉寬呈顯著正相關(guān)。倒二葉寬與倒三葉寬、單穗重、單穗粒重呈極顯著正相關(guān)，與倒三葉長、穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)。倒三葉長與倒三葉寬呈極顯著正相關(guān)。倒三葉寬與單穗重、單穗粒重和穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)。單穗重與單穗粒重、穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。單穗粒重與穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。千粒重與穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)。產(chǎn)量與穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)。

圖1高梁13個農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性

靠近正值紅色即為正相關(guān)，靠近負值藍色即為負相關(guān)；、“分別表示在0.05、0.01水平上存在顯著、極顯著相關(guān)性

2.3高梁雜交組合農(nóng)藝性狀主成分分析由于所測性狀的單位不同，將25個高粱雜交組合13個性狀進行了無量綱化處理（表3）。通過主成分分析，提取了4個主成分，主成分1的特征值為5.264，貢獻率為 40.495% ；主成分2的特征值為3.102，貢獻率為 23.864% ；主成分3的特征值為1.375，貢獻率為 10.577% ；主成分4的特征值為1.091，貢獻率為8.391%，4 個主成分的累計貢獻率為 83.327% ，表明13個指標(biāo)可以轉(zhuǎn)化成4個獨立的綜合指標(biāo)，并能夠全面地反映供試材料所測指標(biāo)的原始信息（表4）。

從主成分的因子載荷中可以看出（表5），主成分1中載荷值較高且數(shù)值為正的性狀為單穗重（0.910）和單穗粒重（0.888），為穗粒重因子；主成分2中載荷值較高且數(shù)值為正的性狀為倒二葉長（0.871）和倒三葉長（0.735），為葉長因子；主成分3中載荷值較高且數(shù)值為正的性狀為產(chǎn)量（0.436），為產(chǎn)量因子；主成分4中載荷值較高且數(shù)值為正的性狀為穗莖粗（0.604）和千粒重（0.602），為穗粗和千粒重因子。

2.4高梁雜交組合的綜合評價結(jié)合4個主成分的特征值和表5中的成分矩陣計算出特征向量，以特征向量為權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建4個主成分的函數(shù)表達式。F₁=0.211X₁+0.240X₂+0.251X₃+0.209X₄+0.123X₅+ 0.342X₆+0.187X₇+0.367X₈+0.397X₉+0.387X₁₀- （2 0.068X₁₁+0.204X₁₂+0.369X₁₃;F₂=-0.399X₁+0.256X₂+ 0.052X₃-0.037X₄+0.495X₅+0.183X₆+0.471X₇+0.199X₈- 0.247X₁-0.489X₂-0.377X₃-0.401X₄+0.183X₅+0.242X₆+ 0.372X₁₂-0.099X₁₃;F₄=0.138X₁+0.138X₂-0.006X₃+ （204號0.578X₄-0.188X₅+0.138X₆-0.219X₇+0.094X₈- 0.130X₉-0.141X₁₀+0.576X₁₁+0.256X₁₂-0.286X₁₃ ；式中 X₁～X₁₃ 是高粱雜交組合13個農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后得到的數(shù)值。將4個主成分的方差貢獻率作為權(quán)重系數(shù)，得到綜合得分方程 F=0.405F₁+0.239F₂+ 0.106F₃+0.084F₄ 。根據(jù)F值，對25個高梁雜交組合的13個農(nóng)藝性狀進行綜合評價，得分越高，綜合表現(xiàn)越好。由表6可知，25個高梁雜交組合得分范圍在 -1.85～1.83 之間。雜交組合S14、S23、S24、S3和S16綜合得分較高，分別為1.83、1.41、1.31、1.19和1.10，可根據(jù)每個雜交組合的性狀特點，將其作為優(yōu)良的育種材料加以利用。

表325個高粱雜交組合農(nóng)藝性狀無量綱化處理結(jié)果

表425個高梁雜交組合主要性狀主成分特征值和貢獻率

表525個高梁雜交組合主要性狀主成分的因子載荷

表625個高梁雜交組合的綜合得分及排序

2.5高梁雜交組合的聚類分析對25個高粱雜交組合進行系統(tǒng)聚類分析，在歐式距離為10處分為三大類，如圖2所示。各類群農(nóng)藝性狀平均值結(jié)果見表7，各類群間產(chǎn)量性狀差異較為明顯。類群I包括S12、S17、S11、S3、S16、S23、S24、S14高梁雜交組合，此類群主要特征是株高中等，莖粗較細，穗長長，單穗重和單穗粒重大，穗粒數(shù)多，產(chǎn)量較高；類群Ⅱ包括S15、S19、S7、S22、S25、S2、S21、S1、S20高梁雜交組合，此類群主要的特征是株高較矮，莖粗較細，穗長長，單穗重、單穗粒重和穗粒數(shù)中等，產(chǎn)量較低；類群II包括S6、S18、S4、S13、S8、S9、S10和S5高粱雜交組合，此類群主要特征是株高中等，莖粗較細，穗長短，單穗重和單穗粒重小，穗粒數(shù)少，產(chǎn)量適中。

圖225個高梁雜交組合聚類樹狀圖

表7各類群農(nóng)藝性狀平均值

同行不同小寫字母表示不同類群高粱雜交組合在0.05水平上存在顯著差異

3討論

變異系數(shù)是衡量各農(nóng)藝性狀相對值變異程度的標(biāo)準(zhǔn)，變異系數(shù)的大小可以反映性狀的選育潛力[18]。變異系數(shù)分析結(jié)果表明，單穗粒重的變異系數(shù)最大，倒三葉長的變異系數(shù)最小，說明單穗粒重改良空間較大。其他性狀變異系數(shù)較大的還有穗粒數(shù)、株高和單穗重，這與高進等[19]研究結(jié)果基本一致。上述分析可以說明，25個高粱雜交組合遺傳差異較大，在13個農(nóng)藝性狀上變異較為豐富，可以通過優(yōu)化親本來對目標(biāo)性狀進行適度改良[20]。今后在遼西地區(qū)進行高粱雜交品種選育時，可優(yōu)先考慮單穗粒重對產(chǎn)量的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，25個高粱雜交組合的株高與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；單穗粒重、單穗重和穗粒數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān);穗長、穗莖粗、倒二葉寬、倒三葉寬與產(chǎn)量呈正相關(guān)，但相關(guān)性相對較弱，這與付江鵬等[21研究的結(jié)果基本一致。因此，在實際高粱品種選育過程中，依據(jù)栽培條件和氣候環(huán)境等因素選擇搭配不同性狀是實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素之一。

主成分分析是利用降維的思想，從作物眾多農(nóng)藝性狀中篩選出多個綜合因子，即通過較少的綜合因子來解釋原有的大部分變量信息。依據(jù)各因子的貢獻率大小確定其重要性，從而根據(jù)綜合信息評定各性狀或雜交組合的綜合表現(xiàn)[22]。本研究利用主成分分析法將25個高粱雜交組合的13個農(nóng)藝性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個主成分，其中主成分1和主成分3可以綜合歸納為產(chǎn)量因子，主成分2可以歸納為株型因子，主成分4可以歸納為穗部因子。特定性狀對于不同育種目標(biāo)的高梁而言，其選擇潛力可以通過各主成分的載荷值得到更為客觀的呈現(xiàn)[23]。聚類分析將25個高梁雜交組合分為三大類，類群1為優(yōu)質(zhì)型，表現(xiàn)出中等株高，產(chǎn)量較高等特點，但S12、S24高梁雜交組合株高相對較高，容易發(fā)生倒伏現(xiàn)象，有待進一步改良。類群Ⅱ為矮稈型，表現(xiàn)出株高較矮，葉長較短等特點，此類群株高適宜機械化收獲，符合新雜交種理念[24]。類群Ⅲ主要表現(xiàn)為莖稈較細，所有供試材料均有此特點。高梁雜交品種選育的過程中，應(yīng)依據(jù)本地氣候特點和農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展的需要，有針對性地選擇各性狀因子的最優(yōu)搭配，提高育種效率，縮短育種時間。

4結(jié)論

本研究通過對25個高梁雜交組合進行主成分分析以及綜合得分分析得出，類群I中的S12（ G211A×NF21-R65）.S17 （哲 405A×NF21-R111， 人S11（ G147A×NF21-R4AA ）S3（ G147A×NF21-R01 ）S16（哲 405A×NF21-R105）.S23 （ G147A× 吉林2676）S24（哲 405A× 吉林2676）S14（ Gl47A× NF21-R69）高粱雜交組合綜合性狀較好，具有較大的生產(chǎn)潛力和育種潛力，有望進一步開發(fā)利用。同時，在開展高粱雜交種選育工作時，可著重關(guān)注單穗粒重、單穗重、倒二葉長以及穗莖粗等性狀的篩選，實現(xiàn)各性狀的優(yōu)化組合。

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（收稿日期：2025-05-07）