栝樓主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性及主成分分析

張冰冰，葉艷英，周勁松，湯泳萍，尹玉玲，羅紹春

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200）

栝樓（Trichosanthes kirirowii Maxim）俗名吊瓜、藥瓜、野葫蘆等，為葫蘆科栝樓屬多年生攀緣草質(zhì)藤本植物［1］。其藤莖、果實(shí)、種子、果皮及根均可入藥［2］。研究證實(shí)，栝樓具有改善心血管、祛痰止咳、抗腫瘤、降低三高、延緩衰老等作用［3-4］。隨著國(guó)家對(duì)中醫(yī)藥的重視，瓜蔞皮、天花粉、全瓜蔞等中藥材需求量逐年穩(wěn)步增加，價(jià)格不斷攀升［5］，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。

近年來，栝樓的種植面積逐年增加，但粗放的管理一直是限制栝樓產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素。如何提高栝樓產(chǎn)量是急需要解決的現(xiàn)實(shí)問題。除管理模式外，植株的生長(zhǎng)性狀也是影響其產(chǎn)量的重要因素。所以，了解生長(zhǎng)性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性更有利于進(jìn)行有效選擇，加速育種進(jìn)程。但由于多個(gè)數(shù)量性狀間往往存在著相互依存和制約的關(guān)系，如何從眾多數(shù)量性狀中甄別符合目標(biāo)要求的性狀，進(jìn)而提高選擇的效果［6］，是當(dāng)前栝樓高產(chǎn)新品種選育急需解決的關(guān)鍵問題。張榮超等［7］通過相關(guān)性分析與主因素分析的方法，得出影響單株產(chǎn)量的因素主要是單株結(jié)果數(shù)、分蘗數(shù)、主莖粗、葉片數(shù)、株高等，其單株結(jié)果數(shù)越高，分蘗數(shù)越多，主莖越粗，葉片數(shù)越多，株高越高，栝樓的單株產(chǎn)量就越高。除此之外，未見更多相關(guān)報(bào)道。鑒于此，本研究對(duì)栝樓的主要性狀進(jìn)行了考察，包括產(chǎn)量性狀、果實(shí)性狀、種子性狀和植株光合性狀，采用遺傳變異分析、相關(guān)性分析和主成分分析的方法，探討了栝樓主要農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量形成的影響，以期為栝樓高產(chǎn)新品種選育和生產(chǎn)農(nóng)藝管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為：皖樓20號(hào)、皖樓17號(hào)、皖樓9號(hào)、東13-3和西9-1，均為栝樓1年生種根，引自安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間種植 試驗(yàn)于2020年3~12月在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高安創(chuàng)新示范基地（115.37°E、28.42°N）進(jìn)行。試驗(yàn)田區(qū)塊面積為0.45 hm2（南北50 m，東西90 m），土壤為黏性紅壤土，土壤肥力一般。試驗(yàn)采用架式栽培模式，將田塊整成畦面寬2.0 m，長(zhǎng)45 m的小區(qū)，共計(jì)28畦，溝系配套齊全，排灌通暢，試驗(yàn)田之前未種植其他作物。根據(jù)各材料的多少，從東至西依次種植，皖樓20號(hào)10行，皖樓17號(hào)10行，皖樓9號(hào)4行，東13-3號(hào)2行，西9-1號(hào)2行。行距3.0 m，株距1.0 m，每行種植39~45株，并按照雌雄株10∶1的比例搭配種植，參照石澤平等［8］的高產(chǎn)栽培技術(shù)進(jìn)行日常栽培與管理。最終性狀考察采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)連續(xù)5株。

1.2.2 性狀考察 記載各試驗(yàn)單株的發(fā)芽時(shí)間（Budding time, BT）、開 花 時(shí) 間（Flowering time,FT）與成熟時(shí)間（Maturity time, MT），并轉(zhuǎn)化成天數(shù)（本試驗(yàn)種根的播種日期是2020年3月20日）。

在栝樓果實(shí)成熟期，考察各試驗(yàn)單株的結(jié)果數(shù)（Fruit number per plant, FNP）和果實(shí)性狀指標(biāo)，包括鮮果實(shí)重（Fresh fruit weight, FRW）、鮮果皮重（Fresh peel weight, FPW）、果柄長(zhǎng)（Stalk length, SL）、果皮厚（Peel thickness, PT）、果實(shí)縱徑（Longitudinal diameter of fruit, LDF）和果實(shí)橫徑（Fruit diameter, FD），并計(jì)算果實(shí)大小（Fruit size,FS）。將鮮果皮置60 ℃恒溫干燥箱烘干至恒重，稱干果皮重（Dry peel weight, DPW），并計(jì)算果皮折干率（Peel dry rate, PDR）；用游標(biāo)卡尺測(cè)量其主莖粗（Main stem diameter, MSD）。

采摘各品種果實(shí)后，人工清洗栝樓瓤，收獲種子。每品種隨機(jī)挑選15個(gè)果實(shí)，考察其種子性狀，包括成熟種子數(shù)（Number of mature seeds, NMS）；不成熟種子數(shù)（Number of immature seeds, NIS）;剔除不成熟種子，將成熟種子用濾紙擦干，稱重，得種子鮮重（Fresh seed weight, FSW），并計(jì)算種子總數(shù)（Number of seeds, NS）、種子成熟率（Seed maturity, SM）和鮮出籽率（Fresh seed rate, FSR）。將各品種的鮮種子裝入網(wǎng)袋，于自然環(huán)境下晾曬，至種子恒重，得干種子重（Dry seed weight,DSW），并考察百粒重（100-grain weight, HGW），計(jì)算單株產(chǎn)量（Yield per plant, YP）和種子折干率（Seed drying rate）。晾曬干燥種子后，每品種用游標(biāo)卡尺隨機(jī)測(cè)量50粒種子的外形性狀，包括種子長(zhǎng)（Seed length, SR）、種子寬（Seed width, SW）和種子厚（Seed thickness, ST），并計(jì)算種子長(zhǎng)寬比（Seed aspect ratio）。

在栝樓果期晴天上午9:00~11:00用SPAD儀測(cè)量各品種單株葉綠素含量（Chlorophyll SPAD）；用LI-6400XT便攜式光合儀測(cè)量其光合性狀，包括凈光合速率（Net photosynthetic rate, Pn）、氣孔導(dǎo) 度（Stomatal conductance, Gs）、胞 間CO2濃度（Intercellular CO2concentration, Ci）和蒸騰速率（Transpiration rate, Tr），并計(jì)算水分利用率（Water use efficiency, WUE）。每單株挑選生長(zhǎng)狀態(tài)典型的，顏色、大小基本一致的3個(gè)葉片進(jìn)行光合性狀的測(cè)定。

上述性狀涉及的主要計(jì)算公式為：?jiǎn)沃戤a(chǎn)量=單株結(jié)果數(shù)×單果干種子重；果實(shí)大小=果實(shí)縱徑×果實(shí)橫徑；鮮出籽率/%=單果鮮種子重/單果鮮重×100%；水分利用率=凈光合速率/蒸騰速率。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 使用WPS校園版對(duì)上述性狀指標(biāo)進(jìn)行群體特征值統(tǒng)計(jì)分析；用SPSS 20.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)、相關(guān)分析和主成分分析。相關(guān)性分析采用皮爾遜（Pearson）相關(guān)系數(shù)表示。參考Salkind［9］對(duì)相關(guān)性的分級(jí)，0~0.2為極弱相關(guān)或不相關(guān)，0.2~0.4為弱相關(guān)，0.4~0.6為中等相關(guān)，0.6~0.8為強(qiáng)相關(guān)，0.8~1.0為極強(qiáng)相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 栝樓主要性狀指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

考察5份不同栝樓品種的35個(gè)性狀的表型特征（表1）。試驗(yàn)群體的主要性狀表型變異豐富，供試材料的變異系數(shù)在0~99.94%之間，存在較大的差異，各農(nóng)藝性狀變異系數(shù)由大到小依次為NIS＞DPW＞YP＞FNP＞PDR＞W(wǎng)UE＞Pn＞FPW＞SL＞FSW＞FRW＞Tr＞DSW＞DSW＞FS＞NMS＞NS＞MSD＞ST＞FSR＞Ci＞PT＞LDF＞HGW＞SPAD＞SW＞FD＞SM＞SAR＞SDR＞SR＞BT＞FT＞MT＞Gs。其中變異系數(shù)最大的是NIS為99.94，說明單果不成熟種子數(shù)可以通過品種選育獲得較大程度的改善；GS的變異系數(shù)最小，為0，說明葉片氣孔導(dǎo)度受種質(zhì)因素影響小，種質(zhì)資源選擇范圍窄。由偏度與峰度值可知，各性狀呈正態(tài)或偏正態(tài)分布，是典型的數(shù)量性狀特征。因此，本試驗(yàn)可進(jìn)行下一步分析。

表1 栝樓主要性狀指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

2.2 栝樓性狀相關(guān)性分析

2.2.1 栝樓產(chǎn)量構(gòu)成因子間相關(guān)性分析 栝樓產(chǎn)量構(gòu)成因子以本研究1.2.2單株產(chǎn)量計(jì)算公式乘積因子為指標(biāo)。從表2可知，YP與FNP、DSW呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.870**和0.401**。其中YP與FEP強(qiáng)相關(guān)，說明選育單株結(jié)果數(shù)較多的材料對(duì)于提高栝樓單株產(chǎn)量具有顯著的促進(jìn)作用。

表2 栝樓產(chǎn)量構(gòu)成因子間的相關(guān)系數(shù)

2.2.2 栝樓單株產(chǎn)量與果實(shí)性狀相關(guān)性分析 從表3可知，YP與FRW、FPW、PT的相關(guān)系數(shù)小于0.2，說明YP與此3個(gè)性狀無關(guān)；YP與DPW、SL、LDF、FD、FS的相關(guān)系數(shù)在0.2~0.4，其中與DPW、SL呈正向弱相關(guān)，與LDF、FD、FS呈負(fù)向弱相關(guān)；YP與PDR的相關(guān)系數(shù)為0.528**，呈極顯著中等相關(guān)，說明在某種程度上提高果實(shí)的果皮折干率可以有效提高栝樓單株產(chǎn)量。

表3 栝樓單株產(chǎn)量與果實(shí)性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.2.3 栝樓單株產(chǎn)量與種子性狀相關(guān)性分析 從表4可 知，YP與NS、NMS、SDR、SAR的 相 關(guān) 系 數(shù)小于0.2，說明YP與這4個(gè)性狀無關(guān)；YP與FSW、SR、SW的相關(guān)系數(shù)在0.2~0.4，且均呈正向弱相關(guān)；YP與HGW、DSW、SM呈極顯著中等正相關(guān)，與NIS呈極顯著中等負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.412**、0.401**、0.483**和-0.475**，說明提高百粒重、單果干種子重、種子成熟率，減少單果不成熟種子數(shù)可有效提高栝樓單株產(chǎn)量；YP與ST、FSR呈極顯著強(qiáng)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.692**和0.732**，種子越厚，說明栝樓籽的出仁率可能越高。所以，提高種子厚度與鮮出籽率可有效提高栝樓單株產(chǎn)量。

表4 栝樓單株產(chǎn)量與種子性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.2.4 栝樓單株產(chǎn)量與葉綠素含量、光合性狀相關(guān)性分析 從表5可知，YP與Tr、Gs的相關(guān)系數(shù)小于0.2，說明YP與這2個(gè)性狀無關(guān)；YP與Ci（0.377*）、WUE（0.306*）呈顯著弱正相關(guān)；YP與SPAD（0.496**）、Pn（0.425**）呈極顯著中等正相關(guān)，表明栝樓葉綠素含量越高，凈光合速率越強(qiáng)，其栝樓單株產(chǎn)量越高。

表5 栝樓單株產(chǎn)量與葉綠素含量、光合性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.2.5 栝樓單株產(chǎn)量與生長(zhǎng)性狀相關(guān)性分析 從表6可知，YP與BT、FT、MSD的相關(guān)系數(shù)小于0.2，表明YP與這3個(gè)性狀無關(guān)；YP與MT的相關(guān)系數(shù)為-0.716**，呈極顯著負(fù)強(qiáng)相關(guān)，表明栝樓成熟越晚，其單株產(chǎn)量越低。

表6 栝樓單株產(chǎn)量與生長(zhǎng)性狀間的相關(guān)系數(shù)

2.3 栝樓單株產(chǎn)量與各性狀間的主成分分析

對(duì)上述35個(gè)性狀進(jìn)行KMO和Bartlett檢驗(yàn)，提示其性狀不是正定矩陣，剔除上文表2至表6中與栝樓單株產(chǎn)量無顯著相關(guān)性的性狀指標(biāo)，對(duì)剩余的19個(gè)指標(biāo)進(jìn)行KMO和Bartlett檢驗(yàn)，KMO檢驗(yàn)系數(shù)=0.716，Bartlett顯著性檢驗(yàn)P=0.000＜0.05，說明與栝樓單株產(chǎn)量顯著相關(guān)的19個(gè)性狀指標(biāo)適合進(jìn)行下一步主成分分析。根據(jù)特征值大于1的原則提取了5個(gè)因子，累積貢獻(xiàn)率為86.54%，表明提取的5個(gè)主成分包含19個(gè)性狀的大多數(shù)信息，且降維5個(gè)主成分的重要性是主成分1＞2＞3＞4＞5。

第1主成分的特征值最大，為7.285，貢獻(xiàn)率為38.345%。YP、FNP、FSR、ST的載荷正向值較大，均大于0.7，且在之前相關(guān)性分析中，這些性狀均與產(chǎn)量顯著相關(guān)，因此第1主成分可定義為產(chǎn)量因子；SM、SPAD、Pn、Ci、PDR的載荷正向值次之，均大于0.5，說明在第1主成分中，這些性狀會(huì)促進(jìn)栝樓產(chǎn)量的提高；另外MT、NIS、LDF、FS的載荷負(fù)向值較大，介于-0.6~-1.0之間，說明在第1主成分中，這些性狀會(huì)制約栝樓的產(chǎn)量。

第2主成分的特征值為4.209，貢獻(xiàn)率為22.151%。DPW、LDF、FS、FSW、DSW與HGW的載荷正向值較大，介于0.6~0.9之間，這些性狀都與果實(shí)、種子性狀有關(guān)，因此第2主成分可定義為栝樓收獲品質(zhì)因子。第3主成分的特征值為2.029，貢獻(xiàn)率為10.678%，其僅有MSD這個(gè)性狀，可定義為栝樓植株形態(tài)因子。第4主成分的特征值為1.748，貢獻(xiàn)率為9.2%，其包含MT，WUE兩個(gè)性狀，可定義為栝樓植株發(fā)育因子。第5主成分的特征值為1.172，貢獻(xiàn)率為6.166%，包含NIS一個(gè)性狀，可定義為產(chǎn)量抑制因子。

表7 栝樓主要性狀的主成分分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

高產(chǎn)是作物育種的主要目標(biāo)，產(chǎn)量的提高與單株產(chǎn)量存在密切關(guān)系［10］。作物的單株產(chǎn)量又往往與其生長(zhǎng)性狀有密切聯(lián)系，每一種生長(zhǎng)性狀對(duì)單株產(chǎn)量都有不同程度的影響［11］。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)植株性狀與產(chǎn)量相關(guān)性研究報(bào)道較多，性狀考察與統(tǒng)計(jì)分析體系也較為完善，主要應(yīng)用于油菜［12］、小麥［13］、棉花［14］、水稻［15］、玉米［16］等農(nóng)作物上。針對(duì)栝樓性狀的分析，多見于新品種引種［17-18］、不同居群種質(zhì)資源評(píng)價(jià)［19］和雌雄株生長(zhǎng)差異分析［20］。產(chǎn)量與生長(zhǎng)性狀的相關(guān)性研究?jī)H見張榮超等［7］一篇報(bào)道。所以本研究對(duì)5個(gè)栝樓品種的35個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行考察、統(tǒng)計(jì)分析。發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)群體的主要性狀變異系數(shù)為0~99.94%，表型變異豐富；與單株產(chǎn)量相關(guān)的性狀有單株結(jié)果數(shù)（0.870）、鮮出籽率（0.732）、成熟時(shí)間（-0.711）、種子厚（0.692）、果皮折干率（0.528）、葉綠素含量（0.496）、種子成熟率（0.483）、不成熟種子數(shù)（-0.475）、凈光合速率（0.425）、百粒重（0.412）和干種子重（0.401）。

統(tǒng)計(jì)學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)研究中的應(yīng)用越來越被人們所重視，合理使用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理與技術(shù)，有助于從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息［21］。本研究采用主成分分析法，可將較多的性狀進(jìn)行降維分類，以提煉出較少的比較獨(dú)立的主成分，為栝樓高產(chǎn)新品種的選育提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)與單株產(chǎn)量顯著相關(guān)的19個(gè)性狀進(jìn)行降維分析，最終降維到5個(gè)主成分，第一主成分定義為產(chǎn)量因子。通過載荷的高低得出影響栝樓單株產(chǎn)量的主要性狀大小順序?yàn)椋撼墒鞎r(shí)間（-0.931）＞單株結(jié)果數(shù)（0.881）＞鮮出籽率（0.876）＞種子厚（0.72）＞不成熟種子數(shù)（-0.69）＞葉綠素含量（0.686）＞凈光合速率（0.661）＞種子成熟率（0.65）＞果實(shí)大小（-0.641）＞果實(shí)縱徑（-0.635）＞胞間CO2濃度（0.615）。因此，我們?cè)谶M(jìn)行栝樓新品種選育時(shí)，為了提高單株產(chǎn)量，首先要關(guān)注的是成熟時(shí)間、單株結(jié)果數(shù)和鮮出籽率，選育早熟的、單株結(jié)果數(shù)多和鮮出籽率高的材料對(duì)于提高栝樓單株產(chǎn)量具有顯著的促進(jìn)作用；其次是種子性狀、葉綠素含量和光合性狀，選育栝樓籽較厚的品種，提高其出仁率，增加種子成熟率，減少不成熟種子數(shù)，選育或引進(jìn)適應(yīng)本地物候的優(yōu)良品種，其葉綠素含量高，凈光合速率強(qiáng)，同時(shí)也要注意胞間CO2濃度的協(xié)調(diào)作用，可有效提高栝樓產(chǎn)量；最后才是果實(shí)大小，選育果實(shí)較小的材料，特別是果實(shí)縱經(jīng)不宜過長(zhǎng)，可有效提高栝樓產(chǎn)量。

本試驗(yàn)通過對(duì)5個(gè)栝樓品種的產(chǎn)量性狀、果實(shí)性狀、種子性狀、葉綠素和光合性狀、生長(zhǎng)性狀等，與栝樓單株產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，表明對(duì)單株產(chǎn)量的形成是通過自身構(gòu)成因子的直接作用與其他性狀的間接作用綜合實(shí)現(xiàn)的，性狀間相互作用，相互影響。因此在選擇這些性狀時(shí)應(yīng)考慮這些性狀間的關(guān)系，并充分加以利用。