大豆主要莢粒性狀與百粒質量的多元分析與評價

王 怡 ，趙 霞 ，王一璞 ，張 豪 ，岳愛琴 ，王 敏 ，杜維俊 ，趙晉忠

（1.山西農業大學農學院，山西太谷030801；2.山西農業大學文理學院，山西太谷030801）

眾所周知，在我國大豆是不可或缺的糧食作物，百粒質量是大豆產量的重要構成因子，在一定條件下與產量呈顯著正相關[1-2]。而百粒質量是一個復雜的數量性狀，是由多因子一起產生影響。只有找出控制大豆產量性狀百粒質量的主要因子，才能選出優質高產的大豆品種。主成分分析法的原理即通過降維的方法，將多因素轉變成較少的主要因子，其中，每個主要因子均可體現原來的大部分內容，且所含內容不重復。李傳仁等[3]研究認為，在對大豆百粒質量進行優選時，應重點關注單株莢數、單株粒數、生育后期、全生育期、莖粗等農藝性狀。劉念析等[4]研究發現，大豆百粒質量與生殖生長期呈顯著負相關，與營養生長期呈極顯著負相關；并與株高呈極顯著正相關，與有效莢數呈極顯著負相關。譚淑玲等[5]對黑龍江省第四積溫帶種植的21個大豆品種進行分析，結果表明，大豆百粒質量與單株莢數、單株粒數、生育后期、全生育期、莖粗等農藝性狀有較大關聯。馬愛萍[6]研究認為，百粒質量與株高、主莖節數、生育前期以及全生育期之間呈極顯著正相關，但與單株粒數呈極顯著負相關。目前，關于不同大豆品種的百粒質量研究主要集中在生育期、株高、莖粗等方面，尚未見到大豆莢皮、籽粒農藝性狀對百粒質量影響的研究。

本試驗以102個大豆品種的莢粒為研究對象，對7個莢粒性狀與百粒質量進行調查，分析了莢粒性狀與百粒質量間的相關性，并通過主成分分析法對不同莢粒性狀與百粒質量進行分析與評價，選出幾個與百粒質量相關的綜合指標，并用聚類分析法對102個品種進行分類，為今后大豆育種提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

依托山西農業大學大豆遺傳與種質創新實驗室大豆種質資源圃，選擇有代表性的102份大豆栽培品種、地方品種和野生大豆為材料，其序號和品種名稱如表1所示。

表1 102份大豆材料的序號和名稱

1.2 試驗方法

試驗點設在山西農業大學試驗基地，地力偏上。隨機區組排列，二次重復，行長4 m，行距0.5 m，3行區，小區面積6 m2，每行定苗14株，種植密度10.5萬株/hm2。4月29日至5月10日播種，開溝條播；間定苗1～2次，中耕除草2～4次，防治病蟲2～4次，全生育期灌水1～2次。收獲后各材料隨機取10組，每組10個莢粒，分別測定每組的莢長、莢寬、莢厚、莢質量、粒長、粒寬、粒厚和百粒質量。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 莢長 使用游標卡尺量出大豆莢皮的長度，10個一組，取平均數記錄，重復3次。

1.3.2 莢寬 使用游標卡尺量出大豆莢皮的寬度，10個一組，取平均數記錄，重復3次。

1.3.3 莢厚 使用游標卡尺量出大豆莢皮的厚度，10個一組，疊起來測量記錄，重復3次。

1.3.4 莢質量 使用千分之一天平秤出大豆莢皮的質量，10個一組記錄數據，重復3次。

1.3.5 粒長 使用游標卡尺測量出10個排在一起的大豆籽粒的長度，重復3次。

1.3.6 粒寬 使用游標卡尺量出10個排在一起的大豆籽粒的寬度，重復3次。

1.3.7 粒厚 使用游標卡尺量出10個排在一起的大豆籽粒的厚度，重復3次。

1.3.8 百粒質量 挑選出100顆顆粒飽滿的大豆籽粒，使用千分之一天平進行測量并記錄。

1.4 數據處理

試驗采用 SPSS，Excel，GraphPad Prism 統計軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 102個大豆材料莢粒性狀測定及分析

表2 102個大豆的數量性狀表現

由表2可知，除莢長、莢寬、粒長外，其他性狀變異幅度均較大。變異系數在20%以內、變異層次較低的有莢長、莢寬和粒長；變異系數在20%～40%、變異層次中等的有粒寬、粒厚；莢皮厚度變異系數最高（43.84%），其次是莢質量（41.07%）和百粒質量（40.76%）。說明這3個性狀有較大的變異潛力。

2.2 百粒質量的測定及分析

將已收獲的102份大豆材料進行考種。百粒質量可以用來衡量種子大小，可將種子分為5個級別，分別為特大粒、大粒、中粒、小粒和極小粒。特大粒種是24.10 g以上的大豆品種，大粒種是24.00～18.10 g，中粒種是18.00～12.10 g，小粒種是12.00～6.10 g，極小粒種是6.00 g以下者[7-9]。從圖1可以看出，達特大粒種標準的大豆有30個，達大粒種標準的有42個，10個大豆達中粒標準，小粒種有12個，極小粒種有8個。

2.3 莢粒性狀與百粒質量的相關分析

分別用 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，Y 表示莢長、莢寬、莢厚、莢質量、粒長、粒寬、粒厚、百粒質量。由表 3 可知，Y 與 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7 均呈極顯著正相關。

表3 大豆農藝特征之間的相關分析

2.4 大豆百粒質量和7個自變量間的多元線性回歸分析

經過多元線性回歸分析，選出影響因變量百粒質量的重要自變量，經計算，獲得的方程為：Y＝-12.228－0.567X1＋1.016X5－0.199X7＋3.717X6＋2.405X2＋3.447X4－7.468X3，其中，F＝158.953，相關系數r＝0.961，決定系數R2＝0.924。由表4可知，粒長、粒寬、莢寬和莢質量對百粒質量的作用均為正，而莢長、莢厚、粒厚這3個性狀的作用為負。

2.5 百粒質量與莢粒性狀的通徑分析

將7個對百粒質量有極顯著作用的莢粒表型性狀進行通徑分析，得出這些性狀對百粒質量的直接通徑系數、間接通徑系數及綜合作用[10-12]。粒寬對大豆百粒質量的直接正效應最大（0.649），莢寬通過粒寬對百粒質量的間接作用最大（0.52）（表5），雖莢長、莢厚、粒厚對百粒質量的直接作用均為負，但它們通過粒寬的間接作用后很大，因此，這3個的綜合作用也變為正，說明粒寬是產量增產的重要因素。這7個莢粒表型性狀對百粒質量的綜合排序為：粒寬＞莢寬＞莢質量＞莢長＞粒長＞粒厚＞莢厚。

表4 百粒質量與莢粒性狀回歸模型系數

表5 百粒質量與莢粒性狀的通徑系數

2.6 莢粒性狀的主成分分析

從表6可以看出，這102個大豆材料的莢粒表型性狀的主成分分析中，特征值大于1的主成分有1個，這個主成分的累積貢獻率達到了65.531%，并且這第1主成分中載荷較大的性狀有3個，分別為莢寬、莢質量、粒寬，說明第1主成分主要解釋莢寬對產量的作用，可稱為“莢寬因子”。

表6 莢粒性狀的主成分值及主成分載荷

2.7 聚類分析

根據主成分的貢獻率可得到各品種的綜合分數，再根據綜合得分將102份大豆材料聚成4大類群（圖2）。由表7可知，第Ⅰ類囊括了74份大豆品種，總體特征為莢長、莢寬、莢厚、莢質量、粒長、粒寬、粒厚、百粒質量這8個指標除了低于第Ⅳ類群外，其均值均高于平均水平，且僅次于第Ⅳ類。

第Ⅱ類群囊括了22個品種，其特征是莢長、莢寬較短，莢厚、莢質量較小，粒長粒寬較短，粒厚、粒質量也較小，其性狀的均值均低于評價水平，但其綜合評價水平比第Ⅲ類要好。第Ⅲ類囊括了5個品種，其特征是莢長、莢寬短，莢厚、莢質量最小，粒長粒寬短，粒厚、百粒質量也最小，其性狀的均值均低于評價水平，是4類中綜合評價水平最低的。第Ⅳ類僅有1個，其特征是莢質量、百粒質量最大，其他性狀的均值也均顯著高于評價水平。其綜合主成分得分最高，與其他種質的親緣關系較遠，利用第Ⅳ類大豆資源與其他類別大豆雜交的后代會有更大的雜種優勢。

表7 各類群大豆材料各性狀的表現特征

3 討論

種質資源可以為育種、科研及生產提供豐富的基因源，大豆的莢粒性狀受人工選擇、地理環境的影響很大[13]。從莢粒性狀的變異情況來看，在本研究的102個大豆材料中，莢長、莢寬和粒長的變異系數較小，其余性狀的變異系數均大，性狀間表現出更大差異，說明本試驗種質資源的不同性狀間存在更大的差異，變異范圍大，遺傳具多樣性，通過性狀的選擇還能一定程度的提高產量。這與陳學珍等[14]對不同產地大豆種質資源莢粒性狀的表現與相關性分析的結果一致。

本研究經相關性分析可得出，百粒質量與7個性狀均呈極顯著正相關，對產量的綜合效應排序為：粒寬＞莢寬＞莢質量＞莢長＞粒長＞粒厚＞莢厚。以上結果與前人研究結果一致[15-21]。根據綜合得分進行聚類分析發現，第Ⅳ類的綜合主成分得分最高，與其他種質的親緣關系較遠，利用第Ⅳ類大豆資源與其他類群的品種雜交有可能產生較大的優勢。

4 結論

不同大豆品種的莢厚、莢質量、粒寬、粒厚、百粒質量均有較大的變異潛力，且用過主成分分析得出對百粒質量影響最大的3個性狀為：粒寬、莢寬、莢質量。清來四號對未來培育新品種有較大前景。