基于主成分分析的花生新品種開農91 主要農藝性狀綜合評價

李軍華 蘆振華 李紹偉 李 陽 苗建利 殷君華 胡俊平 任 麗

（開封市農林科學研究院 河南開封 475004）

花生（Arachis hypogaea Linn.）是我國主要油料作物，是食用植物油和蛋白質的重要來源之一，在國家經濟與社會發展中占有重要地位[1-2]。 花生及其制品風味獨特、品質優良并具有良好的保健功能，深得人們喜愛[3-4]。 近年來，由于花生種植效益高，其種植規模逐年增加， 適宜不同需求的新品種層出不窮。 目前，圍繞花生的栽培管理技術已從種植密度、適宜播期和水肥調控等方面進行了廣泛研究。 主成分分析是一種降維處理技術， 是把原來多個變量劃為少數幾個綜合指標的一種統計分析方法， 是綜合評價的一種有效方法。 郭敏杰等[5]用此方法分析了11 個冀花高油酸花生品種， 得出用基因型數據更能準確反映品種內在遺傳基礎， 為種質資源的分類和利用提供參考。 范小玉等[6]通過對供試材料的農藝性狀和品質性狀進行主成分分析， 為花生品種資源鑒定確定了主要觀察性狀。 潘麗娟等[7]的研究發現，高油酸花生在不同緯度種植，產量存在極顯著差異。 花生的生長對氣候、土壤等具有選擇性，不同生態條件下的花生產量和品質差異較大[8]。 為了更好地確定花生新品種開農91 適宜種植區， 本研究分析了開農91 在國家北方片花生新品種多點試驗中的農藝性狀及產量表現， 通過主成分分析法綜合評價不同參試點影響花生產量的性狀指標，為確定開農91 的適宜生產和推廣區域及配套栽培管理技術提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

開農91 的農藝性狀和產量表現數據來源于2017 年國家北方片（大粒一組） 花生新品種多點試驗。 大粒一組共有20 個承試點， 分別為安徽泗縣、河北保定、 遼寧大連、 安徽固鎮、 山東菏澤、 山東濟寧、 河南開封、 山東臨沂、 河南漯河、 河南濮陽、 山東青島、 山東泰安、 河南商丘、 河北石家莊、 山東濰坊、 江蘇徐州、 山東煙臺、 河南鄭州、河南駐馬店、 北京密云。

田間試驗設計均采用隨機區組法排列， 小區面積13.33 m2，重復3 次，播種密度為10 000 穴/畝，每穴2 粒，穴距按當地習慣種植。 栽培管理均按當地耕作習慣和水平進行。 花生生育期間各承試單位均進行了出苗率（X1）和生育期（X2）等農藝性狀調查記載。通過觀察莢果和種子表皮顏色判斷收獲時間， 當莢果和種子表皮顏色達到品種特性描述顏色且籽粒飽滿時可以準備收獲。 收獲前每個小區取樣10 株測量主莖高（X3）、側枝長（X4）、總分枝數（X5）、結果枝數（X6）、單株飽果數（X7）和單株果數（X8）等性狀指標；測產時每小區實打實收，曬后稱干重。 曬干后的種子在倉庫平衡10 d，取樣考種，測量百果重（X9）、百仁重（X10）和出仁率（X11）等性狀指標，并以小區產量干重計算畝產量（Y）。

1.2 數據分析

采用Excel 2010 進行試驗數據整理； 采用R 語言進行方差分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同地點開農91 的產量表現

花生產量的形成受多種因素的影響， 氣候、 品種和栽培管理等都會影響花生產量， 使不同地點的花生產量存在差異[9]。 由表1 和表2 可知，開農91 在不同地點的產量表現存在極顯著差異。 產量表現好且達到400 kg/畝以上的分別是山東菏澤、安徽固鎮、安徽泗縣和山東濟寧， 產量分別為520.43 kg/畝、501.77 kg/畝、451.77 kg/畝、411.43 kg/畝，比最低產量表現的北京密云增產分別為62.05%、60.63%、56.28%和51.99%。說明不同生態環境、栽培管理措施等影響開農91 產量的形成，不同生態區花生產量存在顯著差異，這與前人的研究結果一致[10-11]。

表1 不同地點開農91 產量的方差分析

表2 不同地點開農91 產量的多重比較分析

2.2 不同地點農藝性狀的變異分析

由表3 可知， 多項農藝性狀指標觀測值之間存在較大程度的變異。 其中以單株飽果數變異系數最大，達46.65%；單株果數次之，為39.10%。 總分枝數、結果枝數、畝產、主莖高、側枝長變異系數也相對較高，分別為32.36%、28.84%、26.82%、26.25%、24.79%。變異系數較大的農藝性狀指標在品種栽培管理過程中有更高的塑造潛力。 本試驗中，主莖高、側枝長和總分枝數等株型指標的變異系數大于出苗率、 生育日數和出米率等指標的變異系數， 這表明通過改進管理措施促進地上部干物質積累和單株飽果數的增加獲得較高產量是可行的。

表3 不同地點開農91 主要農藝性狀分布

2.3 KMO 和Bartlett 檢驗

Bartlett 球形檢驗結果顯示，顯著水平小于0.05，說明該數據可以進行主成分分析（表4）。

表4 KMO 和Bartlett 檢驗

2.4 農藝性狀的主成分分析

農藝性狀的主成分分析以特征值＞1、 方差貢獻率＞85%為標準， 對12 個農藝性狀進行主成分分析。圖1 的碎石圖中位于陡坡的主成分特征值大， 所含信息量大。 本試驗中前5 個主成分特征值位于陡坡且大于或接近1，且表5 中這5 個主成分累積方差貢獻率達90%， 代表了開農91 絕大部分的性狀信息。因此，可用這5 個主成分代表12 個農藝指標評價開農91 的綜合性狀。

圖1 主成分分析碎石圖

表5 主成分分析旋轉后的成分載荷值、初始特征值、方差貢獻率及累計貢獻率

由表5 可知， 第1 主成分的方差貢獻率為24.00%，百果重、百仁重和畝產量在第1 主成分上有較大的載荷，且均與與第1 主成分呈正相關；第2 主成分的方差貢獻率為18.00%，主莖高和側枝長在第2主成分上有較大的載荷，其中除了單株飽果數、單株果數和出仁率與第2 主成分呈負相關外， 其余農藝性狀與第2 主成分均呈正相關； 第3 主成分的方差貢獻率為17.00%， 單株果數和單株飽果數在第3 主成分上有較大的載荷，且與第3 主成分呈正相關，主莖高和側枝長與第3 主成分呈負相關； 第5 主成分的方差貢獻率為16.00%，總分枝數和結果枝數在第4主成分上有較大的載荷，且與其呈正相關；第4 主成分的方差貢獻率為14.00%， 主莖高和側枝長在第4主成分上有較大的載荷， 其中主莖高與第4 主成分呈負相關，側枝長與其呈正相關。

3 討論與結論

高產是花生育種和栽培最主要的目標之一，同一品種在不同生態區有不同的表現， 新品種在某一生態環境下能否發揮品種的遺傳潛力， 需要經過大田生產試驗， 參加品種區域試驗是新品種進入生產的一個重要環節。 品種區域試驗是連接試驗室、小規模試驗田到最終在大田進行大規模生產的橋梁，是品種從科研、生產、市場直至最終成為一個產業的連接樞紐[12]，在篩選優良品種、提高農作物產量方面具有重要作用[13]。 張忠信等[14]通過對遠雜9847 在不同生態區的產量表現進行研究，發現遠雜9847 在不同生態區產量間差異極顯著。潘麗娟等[15]為客觀評價高油酸花生花育917 的生產適應性， 在8 個花生主產區參加生產試驗，結果表明，不同生產區產量存在顯著差異。 本試驗中，開農91 在不同地點間的產量呈現出極顯著差異， 產量表現最好的山東菏澤比產量表現最差的北京密云每畝高出322.9 kg。說明不同生態環境、栽培管理措施等因素限制了開農91 產量潛力的發揮，該結果對選擇開農91 適宜種植區域及區域間引種進行大規模生產具有重要的指導作用。

花生是地上開花、地下結果的作物，花生的農藝性狀表現直接影響花生產量的形成。 花生農藝性狀又受到環境及栽培管理措施等方面的影響。 適期早播和增施氮肥可以促進花生植株干物質積累和氮素積累，通過增加單株結果數和百果重獲得花生高產[16]。張翔等[17]研究發現，施氮量影響花生的株高、總分枝數、側枝長、結果枝數和干物質積累。 種植密度通過影響分枝數和結果枝數，進而影響產量形成[18]。 通過對不同地點開農91 的農藝性狀進行變異分析發現，變異系數較大的農藝性狀依次為單株飽果數、 單株果數、總分枝數、結果枝數、主莖高和側枝長，產量的變化是地上部和地下部共同作用的結果， 這與前人的研究結果一致[10]。對開農91 的12 個農藝性狀進行主成分分析結果表明，開農91 的主要農藝性狀可歸納為5 個主成分， 這5 個主成分累計貢獻率達到89.00%， 每個主成分都比較客觀地反映了所控制的各性狀之間的相互關系， 這些因子在方差貢獻上均具有活躍作用，在確定開農91 適宜種植區域及栽培管理措施中具有重要地位。 其中百果重、 百仁重在第1 主成分中的特征值均較高， 說明這2 個性狀在花生主要農藝性狀占有很重要地位，在開農91 栽培管理中應著重考慮二者對產量的影響。 從產量性狀和農藝性狀綜合考慮，在開農91 栽培管理中應注重使第1 主成分、 第3 主成分和第5 主成分值偏高，第2 主成分和第4 主成分適中，即使開農91 具有結果枝數、單株果數和單株飽果數多，主莖高和側枝長適用的綜合性狀。 因此，在開農91 實際栽培管理過程中， 應根據不同生態條件同時結合主成分因子的選擇確定相應的栽培管理措施。

綜上所述，花生新品種開農91 在國家北方片區域試驗中，主要農藝性狀和具有豐富的變異多樣性，各個性狀間存在緊密聯系， 且每個性狀對產量影響各不相同。 大多數花生品種具有不同的生態適應性[6]。

因此，在開農91 實際推廣應用過程中，要根據當地生態環境、栽培措施等因素，綜合考慮其對產量和主成分因子相關主要農藝性狀的影響， 以此確定開農91 適宜的栽培管理措施， 最大程度發揮品種的遺傳潛力。