貴州特色蠶豆種質資源主要農藝性狀分析與綜合評價

李 歡， 陳惠查， 阮仁超， 黎小冰， 康秀晗， 譚金玉*

(1.貴州省農業科學院 農作物品種資源研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州省農業科學院 園藝研究所， 貴州 貴陽 550006； 3.海南省眾邑新材料研究院有限公司， 海南 三亞 572025)

蠶豆(ViciafabaLinn.)，又名南豆、胡豆，隸屬于豆科蝶形花亞科豌豆屬，1年生或越年生草本植物[1]。蠶豆營養價值豐富，是食用豆類中蛋白質含量僅次于大豆的高蛋白作物[2-3]，也是重要的經濟作物，可作食用、藥用、肥用、飼用[4]。貴州在長期農業生產中，利用和保留了大量具有地方特色的特優、特有和特用的豆類種質資源類型[5]，但專門針對特色蠶豆種質資源的綜合評價與利用研究鮮有報道。因此，筆者使用主成分分析、隸屬函數值結合權重分析等方法對貴州不同市縣的20個特色蠶豆種質資源的12個農藝性狀進行了綜合評價，為豆類種質資源的發掘、創新與利用奠定基礎，同時也為蠶豆種質資源的綜合評價與品種篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為2012—2014年貴州省農業科學院農作物品種資源研究所收集的貴州省內20份具有地方特色的蠶豆種質資源(表1)。

表1 供試材料品種名稱及來源

1.2 試驗設計

試驗地位于貴州省農業科學院作物基因資源與種質創制貴州科學觀測實驗站基地。蠶豆種植時間為2017年11月13日，種子收獲時間為2018年6月，小區采取完全隨機區組設計，每個品種種植5行，每行10穴，每穴3粒種子，行穴距為40 cm×30 cm，出苗后每穴僅留1株植株。田間管理按照當地大田常規管理方式，各項栽培管理措施保持一致。

1.3 性狀調查

試驗以《蠶豆種質資源描述規范和數據標準》[6]為標準進行蠶豆大田農藝性狀調查，每個性狀重復測量10次，收獲的種子用SC-G型自動考種分析儀(萬深)進行測定。田間及室內測量性狀：生育日數(x1)、小葉數目(x2)、鮮莢長(x3)、鮮莢寬(x4)、鮮莢重(x5)、株高(x6)、單株分枝(x7)、單株總莢數(x8)、干莢長(x9)、干莢寬(x10)、單株產量(x11)、百粒重(x12)。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2010整理數據，SPSS 18.0統計分析軟件對數據進行相關性分析、主成分分析，并對各主成分計算得分，利用隸屬函數分析、標準差系數賦予權重法進行農藝性狀的綜合評價，相關指標計算公式及方法參照文獻[7]。

1) 原始數據標準化計算公式：

(1)

2) 隸屬函數值計算公式：

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1，2，3……，n

(2)

式中：Xj表示第j個綜合指標的得分值，Xmax、Xmin為所有參試品種某一指標的最大值和最小值。

3) 權重計算公式：

(3)

式中：Wj表示第j個綜合指標的權重，Pj代表經主成分分析后所得蠶豆種質資源第j個綜合指標的貢獻率。

4) 綜合評價D值計算公式：

(4)

式中：D表示各蠶豆種質資源通過12個農藝性狀綜合指標評價所得到的綜合評價值。

2 結果與分析

2.1 蠶豆種質資源主要農藝性狀相關性

相關性分析(表2)表明，20份蠶豆種質資源的12個農藝性狀間存在不同程度的相關性，多表現為顯著或極顯著相關。其中生育日數與鮮莢長、鮮莢重呈極顯著正相關；單株產量與鮮莢長、鮮莢寬、鮮莢重、干莢長呈顯著正相關；百粒重與鮮莢長、鮮莢寬、鮮莢重、干莢長、干莢寬呈極顯著正相關，與生育日數和單株產量呈顯著正相關，與單株總莢數呈極顯著負相關。

表2 蠶豆種質資源12個農藝性狀的相關性分析

2.2 蠶豆種質資源主要農藝性狀主成分分析

將蠶豆12個農藝性狀的原始數據根據公式(1)標準化處理，消除各指標間量綱和數量級的影響后，經主成分分析得到5個主成分(表3)，特征值分別為5.944、1.949、1.197、0.870和0.726，貢獻率分別為49.530%、16.242%、9.976%、7.248%和6.047%，其累計貢獻率達89.043%，將原始的12個單項指標轉換為5個新相互獨立的綜合指標，反映了原始指標攜帶的絕大部分信息，同時各綜合指標的貢獻率也反映了其相對重要性。

表3 蠶豆種質資源12個數量性狀5個主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率

通過5個主成分的貢獻率和特征向量，建立5個主成分的因子得分表達式：

y1=0.273x1-0.121x2+ 0.366x3+ 0.382x4+ 0.388x5+ 0.056x6+ 0.049x7-0.183x8+ 0.331x9+ 0.372x10+ 0.232x11+ 0.374x12

y2=-0.198x1+ 0.42x2+ 0.147x3+ 0.08x4+ 0.039x5+ 0.491x6+ 0.049x7+ 0.311x8+ 0.034x9-0.048x10+ 0.4x11-0.088x12

y3=0.175x1+0.005x2-0.112x3-0.01x4+ 0.069x5-0.595x6+ 0.678x7+ 0.045x8-0.176x9-0.146x10+ 0.279x11+ 0.074x12

y4=0.405x1-0.531x2+ 0.183x3+ 0.001x4-0.045x5-0.066x6-0.256x7+ 0.544x8+ 0.021x9-0.186x10+ 0.222x11-0.265x12

y5=0.525x1+ 0.643x2-0.022x3-0.112x4+ 0.033x5-0.142x6-0.42x7-0.092x8-0.054x9-0.191x10+ 0.22x11+ 0.062x12

2.3 蠶豆種質資源主要農藝性狀綜合評價

2.3.1 隸屬函數 計算20份蠶豆種質資源的隸屬函數值(表4)，依據各主成分貢獻率的大小利用公式(3)求出5個綜合指標的權重，分別為0.556、0.182、0.112、0.081、0.068。

2.3.2 綜合評價值 蠶豆種質資源主要農藝性狀綜合評價值(D)的大小反映種質綜合性狀的優良，D值越大說明綜合性狀越好。利用公式(4)，以隸屬函數值結合權重處理并累加得到綜合評價D值大小及排名(表4)。D值排名前3的蠶豆種質資源分別是蠶豆4號、祖基蠶豆和蠶豆3號，綜合性狀表現最好，且分別來源于織金縣、威寧縣、盤縣；D值排名18～20名的分別是竹園胡豆、龍潭胡豆、胡豆1號，綜合性狀表現最差，分別來源于務川縣、務川縣、平塘縣。

表4 各品種的綜合指標值、隸屬函數值、D值及排名

3 結論與討論

形態學或表型性狀檢測遺傳變異是最直接、最簡便易行的方法[8]，也是育種研究者進行復雜機理研究的基礎。汪雁峰等[9]對1 000豇豆種質資源的10個農藝性狀進行分析，發現了一批豇豆特色種質資源。研究以蠶豆的12個主要農藝性狀為調查對象，為進一步的相關性分析、主成分分析等提供了基礎。

主成分分析法作為綜合評價作物農藝性狀的重要分析方法已廣泛應用于水稻[10-11]、棉花[12]、小豆[13]、玉米[14]、青稞[7]等作物，主成分分析是利用降維的思想，設法將原來的多個變量重新組合成一組新的互相無關的綜合變量，同時根據實際需要從中可以取出幾個較少的綜合變量盡可能多地反映原來變量的信息[15]。經相關性分析可看出，指標間存在不同程度的相關性，導致指標信息重疊交錯，影響對蠶豆種質的評價，為了避免這類因素的影響，采用主成分分析法，在損失較少信息的前提下，將蠶豆的12個農藝性狀濃縮簡化為5個綜合指標，累計貢獻率達89.043%，代表了原始指標攜帶的絕大部分信息，為蠶豆種質資源的篩選提供了有利依據。

試驗使用主成分分析結合隸屬函數分析法對20份貴州特色蠶豆種質資源進行了綜合評價，獲得的綜合評價值(D值)更直觀、更準確、更方便、更科學地為育種專家及科研工作者提供了評判標準及篩選依據。D值排名前三的3個品種分別來自織金縣、威寧縣和盤縣，位于貴州省的西部地區；而D值最低的品種來源于平塘縣，位于貴州省的南部地區。貴州典型的喀斯特地貌導致各生態區光、溫、水分布差異較大，使得不同生態區具有各自典型的區域代表性和遺傳基礎。本試驗為豆類種質資源的發掘、創新與利用奠定了基礎，同時也為蠶豆種質資源的綜合評價與品種篩選提供了新方法。未來對種質資源進行多時期、多指標的綜合評價，對育種和實際生產帶來更大價值。