8個紫蘇新品系農藝性狀相關性及主成分分析

2024-07-11 00:00:00陳維盧平王濤楊天英陳叢果俞瑋向依

中國種業 2024年4期

摘要：以貴州省油料研究所和畢節市農業科學研究所培育的8個紫蘇新品系為試驗材料，對其9個農藝性狀進行變異分析、相關性分析及主成分分析。結果表明，產量位居前3位的品系為AS-06、AS-07、AS-08；AS-06每667m2平均產量最高，為33.94kg；AS-07位居第2位，平均產量為31.70kg；AS-08位居第3位，平均產量為31.24kg。8個參試品系的農藝性狀變異系數在11.72%～40.38%之間，單株籽粒重變異系數最大，主莖節數變異系數最小，可見8個紫蘇品系農藝性狀遺傳多樣性十分豐富，可以通過改善栽培措施和育種技術手段進一步優化紫蘇經濟性狀。產量與單株籽粒重呈極顯著正相關關系，與單株總穗數、主穗長度呈顯著正相關關系，與株高、千粒重、主莖節數呈正相關關系，與莖粗、單株分枝數呈負相關關系，因此在新品種培育中應注重以上性狀之間的協調性。由主成分分析可得，9個性狀可歸納為3個主成分（產量與穗型因子、株高與分枝數因子、莖粗與千粒重因子），累計貢獻率達92.199%；根據各個品系的主成分得分及綜合得分，AS-06、AS-07、AS-08等3個紫蘇新品系綜合得分最高，表現較好，適宜在貴州安順地區種植，可進入下一步生產試驗。

關鍵詞：紫蘇；新品系；農藝性狀；變異分析；相關性分析；主成分分析

Correlation and Principal Component Analysis of Agronomic

Traits in 8 New Perilla frutescens Varieties

CHEN Wei1，LU Ping1，WANG Tao1，YANG Tianying1，CHEN Congguo1，YU Wei1，XIANG Yi2

（1Anshun Academy of Agricultural Sciences，Anshun 561000，Guizhou；2Guizhou Oil Research Institute，Guiyang 550006）

紫蘇（Perilla frutescens L.Britt.）又名白蘇、紅蘇、回回蘇、野薄荷等，為唇形科紫蘇屬一年生直立草本植物，原產于中國，在我國已有2000多年的栽培歷史[1-2]。紫蘇全株均可藥用，具有治療感冒、發汗、散寒、健胃、涼血、利尿、抗過敏、抗氧化、抑菌、消炎等多重功效[3]。紫蘇葉食品營養價值高，含有高纖維、高胡蘿卜素、高礦質元素、維生素B1

等[4]，紫蘇籽約含有18種氨基酸，總氨基酸含量可達18.67%，必需氨基酸的含量占8.04%[5]，紫蘇嫩枝、嫩葉可鮮食，還可炒食或腌制咸菜。隨著紫蘇深加工產業的不斷發展，紫蘇原料被廣泛應用于食品、化妝品、醫療用品等領域[6]。貴州地區有種植紫蘇的習慣，紫蘇常作為“引子餡”呈現在餐桌上、美食中，深受消費者的青睞。除此之外，紫蘇還是貴州省一種傳統的香料作物，發展這一特色香料作物，對發展地方特色經濟具有重要意義。但是，紫蘇在貴州省的育種及栽培技術研究起步相對較晚，紫蘇育種中選擇的性狀多為數量性狀，易受環境影響，而遺傳和環境因子的共同作用則增加了育種的難度。

相關性及主成分分析方法廣泛應用于水稻、花生、玉米、大豆、油菜、小麥等農作物種質資源遺傳多樣性的分析及新品種農藝性狀、產量、品質等關聯性分析。通過相關性及主成分分析，可以明確作物育種目標與其他農藝性狀之間的相關性以及影響育種目標的主要因素，在作物新品種選育及種質資源創新利用中，可充分利用性狀之間的相關性，通過間接選擇對難以選擇的性狀進行選擇[7-8]，因此該方法對作物優異種質資源篩選及新品系綜合評價具有重要的指導意義。魏忠芬等[9]對53份貴州紫蘇資源表型遺傳多樣性進行相關性及主成分分析，得出除紫蘇花色及蒴口絨毛與其他性狀無顯著相關外，其余性狀之間存在顯著相關。陳東杰等[10]研究了15份紫蘇材料產量與主要農藝性狀的相關關系，發現株高、有效分枝數、單株穗數對紫蘇產量影響最為明顯，因此在進行紫蘇品種選育時應偏向于選擇株型高大、多分枝、多穗的植株，而分枝角度、首次分枝高度、分枝夾角、主穗長度對產量影響均不大。趙龍

等[11]應用相關性及主成分分析對8個油用紫蘇品種（系）適應性進行評價，結果表明株高與全生育期、單株分枝數呈極顯著正相關；將紫蘇的9個農藝性狀降維為3個主成分后，篩選出了綜合性狀良好的新品系3個。前人對紫蘇品種的相關性及主成分分析因栽培措施、氣候條件、分析方法的不同，結果略有差異，但都為優良新品種培育及優異種質篩選提供了可靠的參考依據。

目前，盡管研究人員對貴州地區紫蘇的種質資源遺傳變異、品質成分、適應性等進行了研究分析，篩選出一批優異的種質資源，并選育出如貴蘇1號、貴蘇2號、奇蘇1號、奇蘇2號等一系列紫蘇新品種，但對紫蘇新品系農藝性狀及產量相關性、主成分分析方面的研究報道相對較少。本試驗以8個紫蘇新品系為試驗材料，探究其主要農藝性狀及產量之間的相關性，分析數量性狀的變異，并采用主成分分析法綜合評價紫蘇新品系，篩選適應貴州安順地區種植的新品系，為紫蘇新品種的認定、種植、推廣及進一步利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗材料為8份紫蘇新品系，分別為AS-01、AS-02、AS-03、AS-04、AS-05、AS-06、AS-07、AS-08，由貴州省油料研究所提供，選育單位為貴州省油料研究所和畢節市農業科學研究所。

1.2 試驗概況試驗設在貴州省安順市農業科學院八畝大田試驗地，安順市農業科學院作為國家、省農作物區域試驗試點，具有安順地區的農業氣候和地力水平的代表性。試驗地土壤為黏土，旱地；肥力均勻一致，中上等水平；排灌方便；前茬為油菜。試驗于2022年4-10月實施完成，采用育苗移栽的方式，4月12日大棚基質育苗，5月26日移栽，移栽前拖拉機旋耕1次，人工精細整地，移栽時每667m2施腐熟有機肥500kg，6月26日施尿素6kg，6月27日、7月18日進行2次人工中耕除草，保證試驗田干凈無雜草。于9月29日、10月1日、10月7日分3次收獲完成。

1.3 試驗設計試驗采用隨機區組排列，3次重復。試驗小區長5.72m，寬3.50m，小區面積約為20m2。重復間走道寬60cm，小區間走道寬50cm，行距50cm，窩距35cm，每窩移栽2株，移栽密度約為7600株/667m2，試驗地四周設置1.5m保護行。成熟后取代表性植株10株進行室內考種，其余全部收獲計產，并折合成每667m2的產量。

1.4 項目測定項目測定嚴格按照《蘇子種質資源描述規范和數據標準》[12]和《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南紫蘇》技術標準執行，取樣進行室內考種，測定株高、莖粗、主莖節數、單株分枝數、單株總穗數、主穗長度、單株籽粒重、千粒重、產量9個主要性狀。

1.5 數據處理采用WPS進行數據整理與統計，用SPSS 26.0進行產量與農藝性狀相關性及主成分分析。

2 結果與分析

2.1 參試品系農藝性狀分析 8個紫蘇品系的農藝性狀表現見表1，株高平均為121.11cm，變幅為98.60～151.80cm，AS-04最矮，AS-08最高；莖粗均值為8.51mm，變幅為4.70～10.56mm，AS-07最細，AS-02最粗；主莖節數均值為14.1節，變幅

為12.0～16.4節，AS-04、AS-05最少，AS-06最多；單株分枝數均值12.3個，變幅為8.3～17.4個，AS-01最多，AS-04最少；單株總穗數均值為16.7穗，變幅為11.5～27.0穗，AS-03最少，AS-06最多；主穗長度平均9.23cm，變幅為6.42～16.73cm，AS-02最短，AS-06最長；千粒重平均1.38g，變幅為0.83～1.95g，AS-02最小，AS-06最大；單株籽粒重均值為4.11g，變幅為2.54～6.24g，AS-03最輕，AS-06最重；產量均值為24.99kg/667m2，AS-03最低（15.61kg/667m2），AS-06最高（33.94kg/667m2）。

8個紫蘇品系農藝性狀及產量變異十分豐富，9個性狀變異系數在11.72%～40.38%之間；主莖節數變異系數最小，為11.72%，單株籽粒重變異系數最大，為40.38%；株高和主莖節數的變異系數在15%以下，性狀差異不大，莖粗、單株分枝數、單株總穗數、主穗長度、千粒重、單株籽粒重、產量的變異系數在15%以上，性狀變異豐富。因此針對這8個品系，在后續育種和栽培中可以不用過多考慮主莖節數這一性狀，通過栽培措施或提高單株籽粒重的方式來提升紫蘇產量。

2.2 參試品系農藝性狀相關性分析利用雙變量相關性分析[13]對8個紫蘇品系的9個性狀之間的相關關系進行分析，結果見表2。株高與主莖節數極顯著正相關，與單株分枝數、單株總穗數、主穗長度、千粒重、單株籽粒重、產量呈正相關，與莖粗呈負相關。莖粗與單株分枝數呈正相關關系，與主莖節數、單株總穗數、主穗長度、千粒重、單株籽粒重、產量呈負相關。主莖節數與單株總穗數、主穗長度呈顯著正相關關系，與單株分枝數、千粒重、單株籽粒重、產量正相關。單株分枝數與單株總穗數、主穗長度、千粒重、單株籽粒重、產量呈負相關關系，單株總穗數與主穗長度呈極顯著正相關關系，與單株籽粒重、產量呈顯著正相關關系，與千粒重呈正相關關系。主穗長度與千粒重、單株籽粒重、產量呈顯著正相關關系。千粒重與單株籽粒重、產量呈正相關關系，單株籽粒重與產量呈極顯著正相關關系。綜上所述，單株籽粒重、主穗長度、單株總穗數是影響產量的重要指標，對產量影響最大，因此，在高產紫蘇新品種選育及優異材料的創制中，應注重單株籽粒重、主穗長度及單株總穗數性狀的選擇及各性狀整體的協調性。

2.3 參試品系主成分分析為更好地評價參試品系，利用SPSS 26.0進行主成分分析，按照主成分個數提取原則，特征值大于1作為提取標準，主成分分析累計貢獻率≥85%的原則，提取了3個主成分，累計貢獻率達92.199%。從表3可知，主莖節數（特征向量值0.810）、單株總穗數（特征向量值0.959）、主穗長度（特征向量值0.925）、單株籽粒重（特征向量值0.913）、產量（特征向量值0.848）在第1主成分上均有較高載荷，第1主成分特征值為5.277，方差貢獻率最大為58.629%，說明第1主成分基本反映主莖節數、單株總穗數、主穗長度、單株籽粒重、產量的指標信息；株高（特征向量值0.707）和單株分枝數（特征向量值0.956）在第2主成分上具有較高載荷，第2主成分特征值為1.895，方差貢獻率21.053%，說明第2主成分能反映株高和單株分枝數2個指標信息；莖粗（特征向量值0.765）和千粒重（特征向量值0.472）在第3主成分上具有較高載荷，說明第3主成分能反映莖粗和千粒重2個指標信息。因此，3個主成分能夠基本反映原來的9個指標信息，根據3個主成分載荷，將第1主成分歸類為產量與穗型因子，第2主成分歸類為株高與分枝數因子，第3主成分歸類為莖粗與千粒重因子。

2.4 參試品系的綜合評價將數據標準化，再根據特征向量值，計算8個品系的主成分因子得分，以3個主成分對應的特征值占提取主成分總的特征值之和的比例權重，構建不同紫蘇品系綜合評價模型為F=（5.277F1+1.895F2+1.127F3）/8.299，得到綜合得分（表4）。主成分F1中AS-06、AS-07、AS-08等3個品系在產量和穗型方面表現優異，主成分F2中AS-01、AS-08等2個品系在株高和單株分枝數方面表現優異，主成分F3中AS-03、AS-04、AS-06等3個品系在莖粗和千粒重方面表現優異。綜合得分中，AS-06、AS-07、AS-08位居前3位，說明這3個品系綜合表現最優。

3 結論與討論

通過對紫蘇農藝性狀及產量的分析發現，8個紫蘇品系各性狀變異豐富，單株籽粒重、主穗長度、單株總穗數、千粒重、莖粗、單株分枝數的變異系數較大，變異幅度在24.50%～40.38%之間，因此，這6個性狀的選擇潛力較大，在品種選育時可重點關注，株高和主莖節數2個性狀變異系數較小，具有一定的改良余地。

提高紫蘇產量是紫蘇新品種培育最棘手的問題，而紫蘇產量構成因子之間又存在相關關系，因此分析其相關關系有利于在紫蘇育種中更好地協調各產量構成因子，從而獲得高產。紫蘇主要經濟性狀與產量相關性分析結果表明，紫蘇產量與單株籽粒重呈極顯著相關關系，與主穗長度、單株總穗數呈顯著正相關關系，與株高、主莖節數、千粒重呈正相關關系，與莖粗、單株分枝數呈負相關關系，說明單株籽粒重、主穗長度、單株總穗數對產量的影響較大，在紫蘇高產育種中應選擇單株籽粒重較大、主穗長度較長、單株總穗數較多的品種，并且這些性狀之間相互協調的種質資源作為育種材料，更利于獲得目標品種。

主成分分析將多個性狀降維得到代表性狀，降低了育種選擇的難度，可以進一步提高育種效率。主成分分析結果中，每個主成分是相對獨立的指標，各主成分之間不存在相關性，且數據直觀、易于分析[14]。從主成分分析來看，其性狀信息主要集中在3個主成分上，基本反映了9個性狀的全部信息，累計貢獻率達92.199%。因此建議在紫蘇新品種培育和育種中間材料創制時，可以將重點放在產量與穗型、株高與分枝數、莖粗與千粒重3個主成分因子的選擇上，使育種目標更準確。

本研究對8個紫蘇新品系進行變異分析、相關性及主成分分析，得出了紫蘇9個性狀的變異幅度及8個紫蘇品系主要農藝性狀及產量之間的相關關系，綜合評價了紫蘇品系的表現，其中綜合得分居前3位的品系為AS-08、AS-06、AS-07，產量表現和綜合得分高低基本保持一致，說明這3個品系在安順地區的適應性較好，在通過認定后適宜在安順地區推廣種植。此外，研究結果還表明，主成分分析法應用于紫蘇品種篩選科學合理。紫蘇產量的提升除受自身遺傳因素的影響外，還受環境、栽培措施的影響，在生產中除了不斷培育和利用新品種，還要注重良種良法配套，才能充分發揮優良品種的增產潛力。

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