李 歡， 陳惠查， 阮仁超， 黎小冰， 康秀晗， 譚金玉*

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)作物品種資源研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所， 貴州 貴陽 550006； 3.海南省眾邑新材料研究院有限公司， 海南 三亞 572025)

蠶豆(ViciafabaLinn.)，又名南豆、胡豆，隸屬于豆科蝶形花亞科豌豆屬，1年生或越年生草本植物[1]。蠶豆?fàn)I養(yǎng)價(jià)值豐富，是食用豆類中蛋白質(zhì)含量僅次于大豆的高蛋白作物[2-3]，也是重要的經(jīng)濟(jì)作物，可作食用、藥用、肥用、飼用[4]。貴州在長期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用和保留了大量具有地方特色的特優(yōu)、特有和特用的豆類種質(zhì)資源類型[5]，但專門針對特色蠶豆種質(zhì)資源的綜合評價(jià)與利用研究鮮有報(bào)道。因此，筆者使用主成分分析、隸屬函數(shù)值結(jié)合權(quán)重分析等方法對貴州不同市縣的20個(gè)特色蠶豆種質(zhì)資源的12個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了綜合評價(jià)，為豆類種質(zhì)資源的發(fā)掘、創(chuàng)新與利用奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為蠶豆種質(zhì)資源的綜合評價(jià)與品種篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為2012—2014年貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所收集的貴州省內(nèi)20份具有地方特色的蠶豆種質(zhì)資源(表1)。

表1 供試材料品種名稱及來源

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制貴州科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站基地。蠶豆種植時(shí)間為2017年11月13日，種子收獲時(shí)間為2018年6月，小區(qū)采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種種植5行，每行10穴，每穴3粒種子，行穴距為40 cm×30 cm，出苗后每穴僅留1株植株。田間管理按照當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)管理方式，各項(xiàng)栽培管理措施保持一致。

1.3 性狀調(diào)查

試驗(yàn)以《蠶豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行蠶豆大田農(nóng)藝性狀調(diào)查，每個(gè)性狀重復(fù)測量10次，收獲的種子用SC-G型自動考種分析儀(萬深)進(jìn)行測定。田間及室內(nèi)測量性狀：生育日數(shù)(x1)、小葉數(shù)目(x2)、鮮莢長(x3)、鮮莢寬(x4)、鮮莢重(x5)、株高(x6)、單株分枝(x7)、單株總莢數(shù)(x8)、干莢長(x9)、干莢寬(x10)、單株產(chǎn)量(x11)、百粒重(x12)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)，SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析，并對各主成分計(jì)算得分，利用隸屬函數(shù)分析、標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法進(jìn)行農(nóng)藝性狀的綜合評價(jià)，相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式及方法參照文獻(xiàn)[7]。

1) 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式：

(1)

2) 隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1，2，3……，n

(2)

式中：Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的得分值，Xmax、Xmin為所有參試品種某一指標(biāo)的最大值和最小值。

3) 權(quán)重計(jì)算公式：

(3)

式中：Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重，Pj代表經(jīng)主成分分析后所得蠶豆種質(zhì)資源第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

4) 綜合評價(jià)D值計(jì)算公式：

(4)

式中：D表示各蠶豆種質(zhì)資源通過12個(gè)農(nóng)藝性狀綜合指標(biāo)評價(jià)所得到的綜合評價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠶豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性

相關(guān)性分析(表2)表明，20份蠶豆種質(zhì)資源的12個(gè)農(nóng)藝性狀間存在不同程度的相關(guān)性，多表現(xiàn)為顯著或極顯著相關(guān)。其中生育日數(shù)與鮮莢長、鮮莢重呈極顯著正相關(guān)；單株產(chǎn)量與鮮莢長、鮮莢寬、鮮莢重、干莢長呈顯著正相關(guān)；百粒重與鮮莢長、鮮莢寬、鮮莢重、干莢長、干莢寬呈極顯著正相關(guān)，與生育日數(shù)和單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與單株總莢數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表2 蠶豆種質(zhì)資源12個(gè)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

2.2 蠶豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀主成分分析

將蠶豆12個(gè)農(nóng)藝性狀的原始數(shù)據(jù)根據(jù)公式(1)標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除各指標(biāo)間量綱和數(shù)量級的影響后，經(jīng)主成分分析得到5個(gè)主成分(表3)，特征值分別為5.944、1.949、1.197、0.870和0.726，貢獻(xiàn)率分別為49.530%、16.242%、9.976%、7.248%和6.047%，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)89.043%，將原始的12個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為5個(gè)新相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，反映了原始指標(biāo)攜帶的絕大部分信息，同時(shí)各綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率也反映了其相對重要性。

表3 蠶豆種質(zhì)資源12個(gè)數(shù)量性狀5個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率

通過5個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率和特征向量，建立5個(gè)主成分的因子得分表達(dá)式：

y1=0.273x1-0.121x2+ 0.366x3+ 0.382x4+ 0.388x5+ 0.056x6+ 0.049x7-0.183x8+ 0.331x9+ 0.372x10+ 0.232x11+ 0.374x12

y2=-0.198x1+ 0.42x2+ 0.147x3+ 0.08x4+ 0.039x5+ 0.491x6+ 0.049x7+ 0.311x8+ 0.034x9-0.048x10+ 0.4x11-0.088x12

y3=0.175x1+0.005x2-0.112x3-0.01x4+ 0.069x5-0.595x6+ 0.678x7+ 0.045x8-0.176x9-0.146x10+ 0.279x11+ 0.074x12

y4=0.405x1-0.531x2+ 0.183x3+ 0.001x4-0.045x5-0.066x6-0.256x7+ 0.544x8+ 0.021x9-0.186x10+ 0.222x11-0.265x12

y5=0.525x1+ 0.643x2-0.022x3-0.112x4+ 0.033x5-0.142x6-0.42x7-0.092x8-0.054x9-0.191x10+ 0.22x11+ 0.062x12

2.3 蠶豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀綜合評價(jià)

2.3.1 隸屬函數(shù) 計(jì)算20份蠶豆種質(zhì)資源的隸屬函數(shù)值(表4)，依據(jù)各主成分貢獻(xiàn)率的大小利用公式(3)求出5個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重，分別為0.556、0.182、0.112、0.081、0.068。

2.3.2 綜合評價(jià)值 蠶豆種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀綜合評價(jià)值(D)的大小反映種質(zhì)綜合性狀的優(yōu)良，D值越大說明綜合性狀越好。利用公式(4)，以隸屬函數(shù)值結(jié)合權(quán)重處理并累加得到綜合評價(jià)D值大小及排名(表4)。D值排名前3的蠶豆種質(zhì)資源分別是蠶豆4號、祖基蠶豆和蠶豆3號，綜合性狀表現(xiàn)最好，且分別來源于織金縣、威寧縣、盤縣；D值排名18～20名的分別是竹園胡豆、龍?zhí)逗?、胡?號，綜合性狀表現(xiàn)最差，分別來源于務(wù)川縣、務(wù)川縣、平塘縣。

表4 各品種的綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值、D值及排名

3 結(jié)論與討論

形態(tài)學(xué)或表型性狀檢測遺傳變異是最直接、最簡便易行的方法[8]，也是育種研究者進(jìn)行復(fù)雜機(jī)理研究的基礎(chǔ)。汪雁峰等[9]對1 000豇豆種質(zhì)資源的10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了一批豇豆特色種質(zhì)資源。研究以蠶豆的12個(gè)主要農(nóng)藝性狀為調(diào)查對象，為進(jìn)一步的相關(guān)性分析、主成分分析等提供了基礎(chǔ)。

主成分分析法作為綜合評價(jià)作物農(nóng)藝性狀的重要分析方法已廣泛應(yīng)用于水稻[10-11]、棉花[12]、小豆[13]、玉米[14]、青稞[7]等作物，主成分分析是利用降維的思想，設(shè)法將原來的多個(gè)變量重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合變量，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要從中可以取出幾個(gè)較少的綜合變量盡可能多地反映原來變量的信息[15]。經(jīng)相關(guān)性分析可看出，指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，導(dǎo)致指標(biāo)信息重疊交錯，影響對蠶豆種質(zhì)的評價(jià)，為了避免這類因素的影響，采用主成分分析法，在損失較少信息的前提下，將蠶豆的12個(gè)農(nóng)藝性狀濃縮簡化為5個(gè)綜合指標(biāo)，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)89.043%，代表了原始指標(biāo)攜帶的絕大部分信息，為蠶豆種質(zhì)資源的篩選提供了有利依據(jù)。

試驗(yàn)使用主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)分析法對20份貴州特色蠶豆種質(zhì)資源進(jìn)行了綜合評價(jià)，獲得的綜合評價(jià)值(D值)更直觀、更準(zhǔn)確、更方便、更科學(xué)地為育種專家及科研工作者提供了評判標(biāo)準(zhǔn)及篩選依據(jù)。D值排名前三的3個(gè)品種分別來自織金縣、威寧縣和盤縣，位于貴州省的西部地區(qū)；而D值最低的品種來源于平塘縣，位于貴州省的南部地區(qū)。貴州典型的喀斯特地貌導(dǎo)致各生態(tài)區(qū)光、溫、水分布差異較大，使得不同生態(tài)區(qū)具有各自典型的區(qū)域代表性和遺傳基礎(chǔ)。本試驗(yàn)為豆類種質(zhì)資源的發(fā)掘、創(chuàng)新與利用奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為蠶豆種質(zhì)資源的綜合評價(jià)與品種篩選提供了新方法。未來對種質(zhì)資源進(jìn)行多時(shí)期、多指標(biāo)的綜合評價(jià)，對育種和實(shí)際生產(chǎn)帶來更大價(jià)值。