黔西北山區蕓豆新品系主成分分析研究

唐 義 葛平珍 何友勛 趙 龍 余 娟 宗 宏 余 莉 張時龍

（畢節市農業科學研究所 貴州畢節 551700）

黔西北山區特有的氣候、 地理環境適合蕓豆產業的發展，但當前蕓豆新品種（系）衰退嚴重，傳統品種產量較低，已不能滿足種植戶對產量的需求，鑒選出適合黔西北山區種植的高產、 商品性佳的品種是當前蕓豆育種的目標。

主成分分析是從構成性狀的多因素關系揭示供試材料的特點，了解其主成分構成、特征及生物學意義， 為供試材料的客觀評價和品種的引進或選育提供理論參考。 近年來，主成分分析較多地運用于作物種質資源的綜合評價，主要作物有花生、小麥、大豆、紅麻、棉花、蕓豆、小豆、黃麻等[1-8]。

本研究以15 個蕓豆新品種（系）為試驗材料，通過田間記載和室內考種， 并用主成分分析確定農藝性狀的主成分組成， 根據主成分得分和貢獻率計算出綜合主成分得分， 利用綜合主成分得分評價蕓豆的適應性，篩選出農藝性狀良好的蕓豆新品種（系），旨在為黔西北山區提供優質高產的蕓豆新品種（系），同時為蕓豆的大面積示范推廣提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種（系）為畢節市農業科學研究所選育的14 個直立有限蕓豆新品系， 分別為YL-06、PⅡ-5、YL-02、PⅡ-8、觀47、YL-09、YL-10、YL-07、YL-03、YL-04、PⅠ-11、觀39、YL-08、YL-05、英國紅（CK）。

1.2 試驗方法

本試驗不設統一對照， 以參試品種的平均產量作為參考對照進行統計分析。 試驗各小區隨機區組排列，重復3 次，小區面積10 m2（5 m×2 m）。 點播，每小區行長2 m、 寬5 m， 行距50 cm， 窩距33.3 cm，10 行區，每行6 窩，播種深度5～8 cm。 雙株留苗，每小區60 窩、120 株（12 萬株/hm2）。

試驗地位于畢節市朱昌鎮，海拔1 595.3 m，北緯27.17°、東經105.28°，土質黃壤，肥力中等。 播種前土地實行一犁一耙，撿除殘樁雜草。 土地平整、細碎、疏松。 2021 年4 月22 日播種，4 月30 日至5 月3 日達出苗期，出苗整齊，5 月16 日勻苗、定苗。 5 月20 日第1 次中耕除草， 起小壟。 5 月21 日追肥， 復合肥15 kg/畝+尿素15 kg/畝+鉀肥5 kg/畝混合施用。 6 月2 日、6 月15 日分別用高效氯氰菊酯噴霧殺蟲。 7 月2 日、7 月20 日分別進行中耕除草。

1.3 農藝性狀調查

參考《普通菜豆種質資源描述規范和數據標準》進行調查記載，對播種期、出苗期、成熟期、株高、主莖分枝數、有效分枝數、主莖節數、莢長、莢寬、單株莢數、單莢粒數、粒型、粒色、百粒重、單株產量等農藝性狀進行調查記載和統計。

1.4 數據分析

利用Excel 整理數據，通過SPSS 22.0 對株高、主莖分枝、有效分枝、主莖節數、莢長、莢寬、單株莢數、莢粒數、百粒重、單株產量等農藝性狀進行描述性統計分析，同時用DPS 軟件進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 15 個蕓豆品系農藝性狀的描述性統計分析

由表1 可知， 不同品種在農藝性狀上均表現一定的差異性，差異范圍為11.39%～56.15%。 變異系數表現為單株莢數>單株粒重>百粒重>有效分枝>主莖節數>株高>莢粒數>主莖分株>莢長>莢寬。單株莢數變異系數最高， 為56.15%； 莢寬變異系數最小，為11.39%，表明單株莢數受基因型和環境影響較大，莢寬受基因型和環境影響較小。

表1 15 個蕓豆品系農藝性狀描述性統計

2.2 蕓豆農藝性狀的主成分分析

2.2.1 10 個農藝性狀的相關性分析 由蕓豆單株產量和各農藝性狀的相關系數（表2）可知，單株產量與株高、主莖分枝、有效分枝、主莖節數、單株莢數、莢粒數呈顯著或極顯著正相關， 與百粒重呈顯著負相關。 百粒重與株高、主莖節數、單株莢數呈顯著或極顯著負相關，與莢長、莢寬呈顯著正相關。 其余性狀間也存在一定的相關性， 各農藝性狀顯示的信息發生重疊， 同時各指標在農藝性狀評價中的作用各有差異， 直接利用這些指標不能對蕓豆農藝性狀進行綜合評價。 將相互關聯的性狀通過降維轉換為幾個相互獨立的因子進行分析， 從而使綜合評價更加科學合理。

表2 15 個蕓豆品系各農藝性狀相關性系數

2.2.2 10 個農藝性狀的主成分分析 由于蕓豆各農藝性狀間存在不同程度的相關性， 其顯示和表達的信息會相互重疊，為了消除性狀間的相關影響，采用主成分分析法對蕓豆農藝性狀進行綜合評價及分析。 前3 個主成分的累計貢獻率為86.11%（表3），能代表原農藝性狀的大部分信息，因此將10 個農藝性狀轉化為3 個主成分。

表3 蕓豆品系農藝性狀的主成分分析

各農藝性狀特征向量系數絕對值越大， 代表該農藝性狀與主成分的相關性越強， 通常認為特征向量系數絕對值大于0.3，則表明該農藝性狀與主成分緊密度較高[9]。 第1 主成分特征值為6.10，貢獻率為61.03%，表達株高、主莖分枝、有效分枝、主莖節數、單株莢數、莢粒數、百粒重、單株粒重等信息，稱其為產量構成因子；第2 主成分特征值為1.76，貢獻率為17.59%，表達主莖分枝、有效分枝、莢長、百粒重等信息， 稱其為籽粒構成因子； 第3 主成分特征值為0.75，貢獻率為7.50%，主要表達莢寬和單株產量的信息，稱其為莢寬和單株產量構成因子。

2.2.3 蕓豆農藝性狀綜合評價 根據各農藝性狀的標準化數據和相應的特征向量，計算出15 個蕓豆新品種（系）各自的主成分得分，即Y（i,1）=0.351Zs1+0.318×Zs2+……+0.324×Zs10；Y（i,2）=0.015×Zs1+0.377×Zs2+……+0.129×Zs10；Y（i,3）=-0.087×Zs1-0.005×Zs2+……+0.368×Zs10（其中，Zs1，Zs2，……Zs10 表示各指標的標準化數據）。 將15 個蕓豆新品種（系）各主成分得分按序排列， 可直觀權衡每個主成分在每個品種中所處的位置及分量。蕓豆農藝性狀的綜合評價模型為Y＝［λ1/（λ1＋λ2＋λ3）］×Y（i,1）＋［λ2/（λ1＋λ2＋λ3）］×Y（i,2）＋［λ3/（λ1＋λ2＋λ3）］×Y（i,3），其中，λ1～λ3分別對應各主成分的特征值， 并利用該數學模型計算15 個蕓豆新品種（系）的綜合主成分得分（表4），能較直觀地對蕓豆農藝性狀進行綜合評價。

表4 蕓豆農藝性狀的主成分得分及排名

由表4 可知， 在15 個蕓豆新品種 （系） 中，第1 主成分排名前3 的是PⅡ-5、觀47、YL-09，得分分別為5.486 6、5.477 6、1.408 2， 此3 個品種植株較高，主莖節數、主莖分枝數及有效分枝較多，單株莢數、莢粒數較高，百粒重較低，單株產量較高；第2 主成分排名前3 的是YL-10、觀39、YL-02，得分分別為2.756 7、1.543 1、1.348 5，此類品種的主莖分枝和有效分枝較多、莢較長、百粒重較高；第3 主成分排名前3 的是YL-07、YL-06、YL-09，得分分別為1.390 4、0.977 4、0.961 0，以上蕓豆新品種（系）的莢較寬。

從農藝性狀綜合主成分得分來看， 其分值越高蕓豆的綜合農藝性狀越好。 蕓豆新品種（系）綜合主成分排名前3 的是PⅡ-5、觀47、YL-09，植株較高，主莖節數、 主莖分枝及有效分枝較多， 單株莢數較多、單莢粒數和百粒重適中，則蕓豆新品種（系）的單株產量較高。 綜上表明，不能只考慮某一性狀或隨機的幾個性狀，應對農藝性狀進行全面、系統及科學地綜合評價。

PⅡ-5、 觀47、YL-09 這3 個品種的綜合主成分得分排名前3 且均大于1.0， 綜合農藝性狀表現良好，參加貴州省蕓豆區試及生產試驗，報貴州省種子管理站登記或鑒定后在黔西北山區推廣示范應用。

2.2.4 蕓豆農藝性狀主成分的二維排序圖 以蕓豆各農藝性狀第1 主成分得分與第2、3 主成分得分為橫、縱坐標制作二維散點圖（圖1）。 第1 主成分為產量構成因子，其得分越高越好，第2 主成分為籽粒構成因子，其得分適中較好，第3 主成分為莢寬構成因子，其得分適中較好。 從圖1 可直觀地看出，綜合農藝性狀較好的品種有PⅡ-5、 觀47、YL-09。 可將此3 個品種作為黔西北山區推廣示范品種。

圖1 第1 與第2、3 主成分的二維散點圖

3 討論與結論

通過對15 個蕓豆品種進行描述性統計分析，發現蕓豆的經濟性狀（株高、主莖分枝、有效分枝、主莖節數、莢長、莢寬、單株莢數、莢粒數、百粒重、單株粒重等）均存在不同程度的變異，其中，株高、主莖分枝、有效分枝、主莖節數、單株莢數、莢粒數、百粒重、單株粒重等8 個性狀的變異系數均大于15%， 其中單株莢數的變異系數（56.15%）最大。 說明可通過有性雜交、 系統選育等方法對以上8 個性狀進行選擇及改良，最終實現育種目標。

本研究采用主成分分析法對15 個蕓豆品種的10 個農藝性狀進行分析， 前3 個主成分的累計貢獻率為86.11%，其中：第1 主成分為產量構成因子，貢獻率為61.03%；第2 主成分為籽粒構成因子，貢獻率為17.59%；第3 主成分為莢寬和單株產量構成因子，貢獻率為7.5%。 以上主成分表達的綜合信息能反映全部性狀的絕大部分遺傳信息， 區域適應性越好的品種，其主成分綜合得分越高。 蕓豆新品種（系）綜合主成分得分排名前3 的是PⅡ-5、觀47、YL-09，且通過主成分的二維排序圖能直觀看出PⅡ-5、觀47、YL-09 的綜合農藝性狀較好， 可提供以上品種參加貴州省蕓豆區試及生產試驗， 若綜合表現良好， 可報貴州省種子管理站登記或鑒定后在黔西北山區推廣示范應用。