夏大豆種質資源農藝性狀與產量的多樣性分析

王玲燕，黃金華，張素平，黃中文，董彥琪，朱紅彩，唐振海

（1.河南省新鄉市農業科學院，河南 新鄉 453000；2.河南科技學院，河南 新鄉 453000）

大豆作為世界農產品貿易中最重要的油脂產品之一，已經有數千年的種植歷史。中國是最早種植大豆的國家，但其產量占比僅為4.41%。據統計，2018 年中國大豆播種面積已達841.23 萬hm2，產量達1 596.71 萬t［1］，但平均單產僅有1 800 kg/hm2，遠低于國際水平3 000 kg/hm2。大豆產量受多個基因控制［2］，通過研究與產量相關的農藝性狀，正確評價夏大豆種質資源有助于保證遺傳資源的有效利用，為夏大豆品種選育方向提供依據。

主成分分析是把多指標轉化為少數幾個綜合指標（即主成分），每個主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復［3］，該方法已被廣泛應用于作物農藝性狀的多樣性分析中［4-7］。林文磊等［8］利用該方法將39 份春大豆種質的7 個主要農藝性狀歸納為2 個主成分因子。常世豪等［9］從60 份黃淮海區試夏大豆資源中12 個主要農藝性狀提取到4 個主成分。覃思思等［10］將27 份大豆材料的13個農藝性狀與產量的關系進行分析獲得5 個主要成分。符小發等［11］從150 份國內外引進的大豆資源的7 個農藝性狀獲得3 個主要成分。汪寶卿等［12］對黃淮海地區87 個大豆品種12 個農藝性狀進行研究獲得4 個主要成分。河南省是中國夏大豆主產區之一，有著豐富的種質資源，目前關于河南省夏大豆產量相關農藝性狀的主成分分析報道較少。

本研究對32 份夏大豆種質的9 個農藝性狀及產量指標進行了分析，并研究了各個性狀之間的相關性，以期為夏大豆新品種選育中相關性狀的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試品種（系）共有32 個（表1），于8 個試驗點進行，分別為新鄉市農業科學院、河南農業職業學院、新鄉市錦科棉花研究所、洛陽嘉創農業開發有限公司、通許縣農業科學研究所、河南省許科種業有限公司、南陽師范學院、寶豐縣農科所。

表1 32 份夏大豆參試品種（系）名稱及來源

1.2 試驗設計

2019 年6 月中旬播種，試驗統一采用間比法排列，設2 次重復，行長4 m，行距0.4 m，小區面積8 m2，株距12 cm，3 粒擺播，單株留苗，普通組密度為21 萬株/hm2，播種時留預備苗，田間管理嚴格按照試驗要求進行。收獲時去邊行，實收中間3 行，計產面積4.8 m2。收獲前第一重復參試品種小區中間3 行隨機取樣10 株以備考種，對照品種鄭196 在有代表性的小區內取樣。

1.3 項目測定

生長期間進行田間觀察記載，大豆成熟后，各材料分別收獲有代表性的10 株進行考種，測定指標包括：生育日數（x1）、株高（x2）、底莢高（x3）、主莖節數（x4）、有效分枝數（x5）、單株有效莢數（x6）、單株粒數（x7）、單株粒重（x8）、百粒重（x9）、產量（x10）。

1.4 數據分析

采用Excel 2019 軟件進行各主要農藝性狀數據處理，使用DPSv9.50 數據處理系統進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 大豆品種（系）農藝性狀及產量分析

由表2 可知，32 個參試夏大豆品種（系）之間的農藝性狀及產量存在不同程度的差異，其中有效分枝數（x5）的變異系數最大，為30.37%；生育日數（x1）的變異系數最小，為2.19%。決定植株株型的株高（x2）、底莢高（x3）、主莖節數（x4）的變異系數分別為13.46%、15.11%、14.87%；對產量有重要影響因素的有效分枝數（x5）、單株有效莢數（x6）、單株粒數（x7）、單株粒重（x8）、百粒重（x9）的變異系數分別為30.37%、19.21%、18.05%、16.98%、10.58%，表明這些育種材料遺傳改良利用潛能較高，具有一定的選育價值。

表2 大豆品種（系）農藝性狀及產量變異系數

由圖1 可知，生育期為102～108 d 的品種（系）占比最高，為87.5%，小于102 d 的早熟品系有3 個（軍農68、天成4 號、濰豆22），大于108 d 的晚熟品系有1 個（尚豆2 號）。株高介于65～85 cm 的品種（系）占比最高，為68.75%，小于65 cm 的有5 個（河豆66、菏育豆10 號、軍農68、濰豆22、喜多豆1 號），大于95 cm 的有1 個（國豆2 號）。底莢高介于15～21 cm 的占比最高，為71.88%，低于15 cm 的有5 個（菏育豆10 號、軍農68、圣育10 號、天成4 號、中黃321），高于24 cm 的有1 個（駐豆36）。主莖節數介于13～19 節的品種（系）最多，占90.63%，高于19 節的有3 個（洛豆16081、南農1804、五豐豆8 號）。有效分枝數介于1～3 個的品種（系）最多，占84.38%，高于3 個分枝的有5 個（洛豆0906-3、尚豆2 號、許豆11、中豆6301、駐豆35）。單株有效莢數介于35～55 個的居多，占75%，低于35 個的有3 個（濰豆22、豆滿倉5 號、河豆66），高于60 個的有3 個（國豆2 號、科豆29、尚豆1號）。單株粒數介于75～120 粒的居多，占75.01%，低于75 粒的有4 個（喜多豆1 號、濰豆22、豆滿倉5號、河豆66），高于120 粒的有4 個（尚豆1 號、尚豆2號、豫研豆086、駐豆35）。單株粒重介于15～23 g 的居多，占78.13%，低于15 g 的有2 個（成豆6 號、軍農68），高于27 g 的有1 個（駐豆35）。百粒重介于19～25 g 的品種（系）居多，占81.25%，低于17 g 的有2 個（軍農68、尚豆2 號）。產量介于3 500～3 900 kg 的品種（系）居多，低于3 300 kg 的有3 個（豆滿倉5 號、菏育豆10 號、軍農68），高于3 900 kg 的有4 個（周豆46號、中豆6301、永鵬豆6 號、國豆2 號）。

圖1 32 個夏大豆品種（系）農藝性狀及產量分布

2.2 夏大豆品種（系）農藝性狀及產量的相關分析

對32 個夏大豆品種（系）9 個農藝性狀及產量進行相關性分析，結果見表3。由表3 可知，產量與株高（相關系數0.24）、有效分枝數（0.46）、單株有效莢數（0.39）、單株粒數（0.40）、單株粒重（0.40）、百粒重（0.17）6 個性狀均呈極顯著正相關（P＜0.01）；與主莖節數（0.15）呈顯著正相關（P＜0.05）；與生育日數（0.08）、底莢高（0.01）相關性不顯著。

由表3 可知，生育日數與株高（0.18）、有效分枝數（0.32）、單株粒數（0.21）、單株粒重（0.30）以及百粒重（0.29）均呈極顯著正相關，與底莢高（-0.21）呈極顯著負相關。除百粒重外，株高與其他性狀均呈極顯著正相關（P＜0.01）。底莢高與主莖節數（0.22）呈極顯著正相關（P＜0.01），與有效分枝數（-0.15）、單株粒重（-0.13）呈顯著負相關（P＜0.05）；主莖節數與單株有效莢數（0.23）、單株粒數（0.17）呈極顯著正相關（P＜0.01）。有效分枝與單株有效莢數（0.43）、單株粒數（0.49）、單株粒重（0.50）呈極顯著正相關（P＜0.01）。單株有效莢數與單株粒數（0.72）、單株粒重（0.63）呈極顯著正相關（P＜0.01）。單株粒數與單株粒重（0.84）呈極顯著正相關（P＜0.01）。單株粒重與百粒重（0.39）呈極顯著正相關（P＜0.01）。

表3 夏大豆品種（系）農藝性狀及產量的相關性分析

2.3 夏大豆品種（系）農藝性狀的主成分分析

基于32 個品種（系）9 個農藝性狀及產量進行主成分分析，結果見表4。由表4 可知，10 個性狀的信息主要集中在前3 個主成分（特征值＞1），累積貢獻率為63.14%。其中，第1 個主成分貢獻率最大，為35.12%，第2 個和第3 個主成分貢獻率分別為16.13%和11.89%。在第1 主成分特征向量中，單株粒重的向量值最大（0.47），其次為單株粒數（0.46）和單株有效莢數（0.42），其中底莢高的向量值為負。這表明，第1 主成分大的品種（系）單株產量、粒數和有效莢數高，而植株底莢高比較低。第1 主成分主要包含植株的產量性狀，因此第1 主成分可稱為產量性狀因子。在第2 主成分特征向量中，底莢高（0.52）、主莖節數（0.48）和株高（0.31）向量值較大，生育日數（-0.40）、百粒重（-0.39）、有效分枝數（-0.17）、單株粒重（-0.13）的向量值為負。表明第2主成分大的品種，具有植株高大、底莢結莢高，生育期短、百粒重低、有效分枝少等特點。第2 主成分性狀主要包含株型性狀，可稱為株型性狀因子。在第3 主成分的特征向量中，百粒重（0.63）、株高（0.39）、底莢高（0.36）和生育日數（0.32）向量值較大，而單株有效莢數（-0.28）、單株粒數（-0.26）和有效分枝（-0.12）向量值為負。這表明第3 主成分大的品種（系）具有百粒重高、植株高大、生育期長且有效分枝、單株有效莢數和粒數較少的特點。第3 主成分中百粒重性狀向量值最高，可稱為百粒重性狀因子。

表4 夏大豆品種（系）農藝性狀及產量的主成分分析

2.4 夏大豆品種（系）主要農藝性狀聚類分析

使用DPSv9.50 軟件對32 個參試品種（系）的9個農藝性狀及產量均值構建聚類圖，結果見圖2。由圖2 可知，在歐式距離D2=8.59 處，32 份種質資源可分為2 個大類，每個大類又分為2 個類群。

圖2 夏大豆品種（系）基于農藝性狀的聚類分析

第I 類群有成豆6 號、豆滿倉5 號、河豆66、華豆26、天成4 號、濰豆22、菏育豆10 號、喜多豆1 號8 個品種（系），占供試種質資源的25%。這一類群株高、有效分枝、單株有效莢數、單株粒數、單株粒重均偏低，百粒重較高。

第II 類僅有1 份種質，即軍農68，占供試種質資源的3.12%。該品種（系）各農藝性狀均表現較低，與其他品種（系）遺傳距離較大。

第III 類有道秋23、粟豆8 號、永鵬豆6 號、周豆46 號、國禾豆1 號、圣育10 號、中黃321、洛豆0906-3、蘇豆13、南農1804、尚豆2 號、許豆11、華育11、豫豐豆369、駐豆36、中豆6301、駐豆35 共17 個品種（系），占供試種質資源的53.13%。這一類群品種（系）單株有效莢數多，單株粒重較高，有效分枝較多，結構合理，具有較高的增產潛力。

第IV 類有國豆2 號、科豆29、豫研豆086、尚豆1號、洛豆16081、五豐豆8 號6 個品種（系），占供試種質資源的18.75%。這一類群品種（系）生育期較長，株高較高，主莖節數、單株有效莢數、單株粒數、單株粒重均較高，百粒重適中。該類群種質資源整體表現良好，具有較高選育價值。

3 小結與討論

優異種質資源精準鑒定與創新利用是作物遺傳改良的基礎［13］。本研究對32 份夏大豆種質資源農藝性狀的調查結果發現，所有材料的9 個農藝性狀及產量之間存在明顯的遺傳差異，其中有效分枝變異系數最大，這與前人研究結果一致［9，12，14］，其次是底莢高。這說明河南夏大豆有效分枝和底莢高性狀具有豐富的遺傳變異，具有較大改良基礎。以供試的夏大豆品種（系）作為育種種質資源，可選育出植株性狀好、高產、優質的夏大豆品種。

研究各農藝性狀與產量的相關性，可為大豆產量預測評價和高產品種選育提供數據支撐［15］。本研究發現，株高、有效分枝數、單株有效莢數、單株粒數、百粒重與產量均呈極顯著正相關，與慈敦偉等［16］研究結果一致，說明這些性狀對產量的影響起關鍵作用。有效分枝與產量的相關性最強，可以將有效分枝作為高產品種選擇的依據。主成分分析結果發現，夏大豆植株性狀信息主要集中在前3 個主成分，表明這3 個主成分包含的性狀信息具有一定的相關性。通過聚類分析發現，第IV 類群具有生育期較長、株高較高，主莖節數、單株有效莢數、單株粒數、單株粒重較高，百粒重適中的特征，可以作為品種選育的優質種質資源。

隨著大豆育種資源和育種方法的不斷研究和深入，利用先進的生物技術和試驗手段等，在大豆品種育種選擇時能更大程度實現品種優化創新，最終實現大豆產量和品質的提升。