王 怡 ，趙 霞 ，王一璞 ，張 豪 ，岳愛琴 ，王 敏 ，杜維俊 ，趙晉忠

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院，山西太谷030801）

眾所周知，在我國大豆是不可或缺的糧食作物，百粒質(zhì)量是大豆產(chǎn)量的重要構(gòu)成因子，在一定條件下與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[1-2]。而百粒質(zhì)量是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀，是由多因子一起產(chǎn)生影響。只有找出控制大豆產(chǎn)量性狀百粒質(zhì)量的主要因子，才能選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的大豆品種。主成分分析法的原理即通過降維的方法，將多因素轉(zhuǎn)變成較少的主要因子，其中，每個(gè)主要因子均可體現(xiàn)原來的大部分內(nèi)容，且所含內(nèi)容不重復(fù)。李傳仁等[3]研究認(rèn)為，在對(duì)大豆百粒質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)選時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、生育后期、全生育期、莖粗等農(nóng)藝性狀。劉念析等[4]研究發(fā)現(xiàn)，大豆百粒質(zhì)量與生殖生長期呈顯著負(fù)相關(guān)，與營養(yǎng)生長期呈極顯著負(fù)相關(guān)；并與株高呈極顯著正相關(guān)，與有效莢數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。譚淑玲等[5]對(duì)黑龍江省第四積溫帶種植的21個(gè)大豆品種進(jìn)行分析，結(jié)果表明，大豆百粒質(zhì)量與單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、生育后期、全生育期、莖粗等農(nóng)藝性狀有較大關(guān)聯(lián)。馬愛萍[6]研究認(rèn)為，百粒質(zhì)量與株高、主莖節(jié)數(shù)、生育前期以及全生育期之間呈極顯著正相關(guān)，但與單株粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。目前，關(guān)于不同大豆品種的百粒質(zhì)量研究主要集中在生育期、株高、莖粗等方面，尚未見到大豆莢皮、籽粒農(nóng)藝性狀對(duì)百粒質(zhì)量影響的研究。

本試驗(yàn)以102個(gè)大豆品種的莢粒為研究對(duì)象，對(duì)7個(gè)莢粒性狀與百粒質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，分析了莢粒性狀與百粒質(zhì)量間的相關(guān)性，并通過主成分分析法對(duì)不同莢粒性狀與百粒質(zhì)量進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，選出幾個(gè)與百粒質(zhì)量相關(guān)的綜合指標(biāo)，并用聚類分析法對(duì)102個(gè)品種進(jìn)行分類，為今后大豆育種提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

依托山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室大豆種質(zhì)資源圃，選擇有代表性的102份大豆栽培品種、地方品種和野生大豆為材料，其序號(hào)和品種名稱如表1所示。

表1 102份大豆材料的序號(hào)和名稱

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地，地力偏上。隨機(jī)區(qū)組排列，二次重復(fù)，行長4 m，行距0.5 m，3行區(qū)，小區(qū)面積6 m2，每行定苗14株，種植密度10.5萬株/hm2。4月29日至5月10日播種，開溝條播；間定苗1～2次，中耕除草2～4次，防治病蟲2～4次，全生育期灌水1～2次。收獲后各材料隨機(jī)取10組，每組10個(gè)莢粒，分別測(cè)定每組的莢長、莢寬、莢厚、莢質(zhì)量、粒長、粒寬、粒厚和百粒質(zhì)量。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 莢長 使用游標(biāo)卡尺量出大豆莢皮的長度，10個(gè)一組，取平均數(shù)記錄，重復(fù)3次。

1.3.2 莢寬 使用游標(biāo)卡尺量出大豆莢皮的寬度，10個(gè)一組，取平均數(shù)記錄，重復(fù)3次。

1.3.3 莢厚 使用游標(biāo)卡尺量出大豆莢皮的厚度，10個(gè)一組，疊起來測(cè)量記錄，重復(fù)3次。

1.3.4 莢質(zhì)量 使用千分之一天平秤出大豆莢皮的質(zhì)量，10個(gè)一組記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)3次。

1.3.5 粒長 使用游標(biāo)卡尺測(cè)量出10個(gè)排在一起的大豆籽粒的長度，重復(fù)3次。

1.3.6 粒寬 使用游標(biāo)卡尺量出10個(gè)排在一起的大豆籽粒的寬度，重復(fù)3次。

1.3.7 粒厚 使用游標(biāo)卡尺量出10個(gè)排在一起的大豆籽粒的厚度，重復(fù)3次。

1.3.8 百粒質(zhì)量 挑選出100顆顆粒飽滿的大豆籽粒，使用千分之一天平進(jìn)行測(cè)量并記錄。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用 SPSS，Excel，GraphPad Prism 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 102個(gè)大豆材料莢粒性狀測(cè)定及分析

表2 102個(gè)大豆的數(shù)量性狀表現(xiàn)

由表2可知，除莢長、莢寬、粒長外，其他性狀變異幅度均較大。變異系數(shù)在20%以內(nèi)、變異層次較低的有莢長、莢寬和粒長；變異系數(shù)在20%～40%、變異層次中等的有粒寬、粒厚；莢皮厚度變異系數(shù)最高（43.84%），其次是莢質(zhì)量（41.07%）和百粒質(zhì)量（40.76%）。說明這3個(gè)性狀有較大的變異潛力。

2.2 百粒質(zhì)量的測(cè)定及分析

將已收獲的102份大豆材料進(jìn)行考種。百粒質(zhì)量可以用來衡量種子大小，可將種子分為5個(gè)級(jí)別，分別為特大粒、大粒、中粒、小粒和極小粒。特大粒種是24.10 g以上的大豆品種，大粒種是24.00～18.10 g，中粒種是18.00～12.10 g，小粒種是12.00～6.10 g，極小粒種是6.00 g以下者[7-9]。從圖1可以看出，達(dá)特大粒種標(biāo)準(zhǔn)的大豆有30個(gè)，達(dá)大粒種標(biāo)準(zhǔn)的有42個(gè)，10個(gè)大豆達(dá)中粒標(biāo)準(zhǔn)，小粒種有12個(gè)，極小粒種有8個(gè)。

2.3 莢粒性狀與百粒質(zhì)量的相關(guān)分析

分別用 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，Y 表示莢長、莢寬、莢厚、莢質(zhì)量、粒長、粒寬、粒厚、百粒質(zhì)量。由表 3 可知，Y 與 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7 均呈極顯著正相關(guān)。

表3 大豆農(nóng)藝特征之間的相關(guān)分析

2.4 大豆百粒質(zhì)量和7個(gè)自變量間的多元線性回歸分析

經(jīng)過多元線性回歸分析，選出影響因變量百粒質(zhì)量的重要自變量，經(jīng)計(jì)算，獲得的方程為：Y＝-12.228－0.567X1＋1.016X5－0.199X7＋3.717X6＋2.405X2＋3.447X4－7.468X3，其中，F(xiàn)＝158.953，相關(guān)系數(shù)r＝0.961，決定系數(shù)R2＝0.924。由表4可知，粒長、粒寬、莢寬和莢質(zhì)量對(duì)百粒質(zhì)量的作用均為正，而莢長、莢厚、粒厚這3個(gè)性狀的作用為負(fù)。

2.5 百粒質(zhì)量與莢粒性狀的通徑分析

將7個(gè)對(duì)百粒質(zhì)量有極顯著作用的莢粒表型性狀進(jìn)行通徑分析，得出這些性狀對(duì)百粒質(zhì)量的直接通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)及綜合作用[10-12]。粒寬對(duì)大豆百粒質(zhì)量的直接正效應(yīng)最大（0.649），莢寬通過粒寬對(duì)百粒質(zhì)量的間接作用最大（0.52）（表5），雖莢長、莢厚、粒厚對(duì)百粒質(zhì)量的直接作用均為負(fù)，但它們通過粒寬的間接作用后很大，因此，這3個(gè)的綜合作用也變?yōu)檎f明粒寬是產(chǎn)量增產(chǎn)的重要因素。這7個(gè)莢粒表型性狀對(duì)百粒質(zhì)量的綜合排序?yàn)椋毫挘厩v寬＞莢質(zhì)量＞莢長＞粒長＞粒厚＞莢厚。

表4 百粒質(zhì)量與莢粒性狀回歸模型系數(shù)

表5 百粒質(zhì)量與莢粒性狀的通徑系數(shù)

2.6 莢粒性狀的主成分分析

從表6可以看出，這102個(gè)大豆材料的莢粒表型性狀的主成分分析中，特征值大于1的主成分有1個(gè)，這個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了65.531%，并且這第1主成分中載荷較大的性狀有3個(gè)，分別為莢寬、莢質(zhì)量、粒寬，說明第1主成分主要解釋莢寬對(duì)產(chǎn)量的作用，可稱為“莢寬因子”。

表6 莢粒性狀的主成分值及主成分載荷

2.7 聚類分析

根據(jù)主成分的貢獻(xiàn)率可得到各品種的綜合分?jǐn)?shù)，再根據(jù)綜合得分將102份大豆材料聚成4大類群（圖2）。由表7可知，第Ⅰ類囊括了74份大豆品種，總體特征為莢長、莢寬、莢厚、莢質(zhì)量、粒長、粒寬、粒厚、百粒質(zhì)量這8個(gè)指標(biāo)除了低于第Ⅳ類群外，其均值均高于平均水平，且僅次于第Ⅳ類。

第Ⅱ類群囊括了22個(gè)品種，其特征是莢長、莢寬較短，莢厚、莢質(zhì)量較小，粒長粒寬較短，粒厚、粒質(zhì)量也較小，其性狀的均值均低于評(píng)價(jià)水平，但其綜合評(píng)價(jià)水平比第Ⅲ類要好。第Ⅲ類囊括了5個(gè)品種，其特征是莢長、莢寬短，莢厚、莢質(zhì)量最小，粒長粒寬短，粒厚、百粒質(zhì)量也最小，其性狀的均值均低于評(píng)價(jià)水平，是4類中綜合評(píng)價(jià)水平最低的。第Ⅳ類僅有1個(gè)，其特征是莢質(zhì)量、百粒質(zhì)量最大，其他性狀的均值也均顯著高于評(píng)價(jià)水平。其綜合主成分得分最高，與其他種質(zhì)的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，利用第Ⅳ類大豆資源與其他類別大豆雜交的后代會(huì)有更大的雜種優(yōu)勢(shì)。

表7 各類群大豆材料各性狀的表現(xiàn)特征

3 討論

種質(zhì)資源可以為育種、科研及生產(chǎn)提供豐富的基因源，大豆的莢粒性狀受人工選擇、地理環(huán)境的影響很大[13]。從莢粒性狀的變異情況來看，在本研究的102個(gè)大豆材料中，莢長、莢寬和粒長的變異系數(shù)較小，其余性狀的變異系數(shù)均大，性狀間表現(xiàn)出更大差異，說明本試驗(yàn)種質(zhì)資源的不同性狀間存在更大的差異，變異范圍大，遺傳具多樣性，通過性狀的選擇還能一定程度的提高產(chǎn)量。這與陳學(xué)珍等[14]對(duì)不同產(chǎn)地大豆種質(zhì)資源莢粒性狀的表現(xiàn)與相關(guān)性分析的結(jié)果一致。

本研究經(jīng)相關(guān)性分析可得出，百粒質(zhì)量與7個(gè)性狀均呈極顯著正相關(guān)，對(duì)產(chǎn)量的綜合效應(yīng)排序?yàn)椋毫挘厩v寬＞莢質(zhì)量＞莢長＞粒長＞粒厚＞莢厚。以上結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[15-21]。根據(jù)綜合得分進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn)，第Ⅳ類的綜合主成分得分最高，與其他種質(zhì)的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，利用第Ⅳ類大豆資源與其他類群的品種雜交有可能產(chǎn)生較大的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

不同大豆品種的莢厚、莢質(zhì)量、粒寬、粒厚、百粒質(zhì)量均有較大的變異潛力，且用過主成分分析得出對(duì)百粒質(zhì)量影響最大的3個(gè)性狀為：粒寬、莢寬、莢質(zhì)量。清來四號(hào)對(duì)未來培育新品種有較大前景。