張家榕，霍 瑾，李貴全

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

大豆具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，籽粒中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪和豐富的礦物質(zhì)及維生素，是人類理想的食品來源，而在我國(guó)大豆的產(chǎn)量卻遠(yuǎn)低于其他糧食作物，需要依靠進(jìn)口來滿足日益擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。因此，育成優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的大豆品種成為育種工作者的主要任務(wù)[1]。

大豆產(chǎn)量性狀的遺傳背景比較復(fù)雜，而且多是數(shù)量性狀，不僅由多個(gè)基因共同調(diào)控，而且基因間互作會(huì)產(chǎn)生多種效應(yīng)[2]，同時(shí)環(huán)境因素又會(huì)對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生較大的影響，要了解產(chǎn)量的決定因子就必須綜合考慮多方面的因素。通過以往采用的相關(guān)分析、通徑分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析以及近些年使用較廣的主成分分析及聚類分析等多元生物統(tǒng)計(jì)分析法來研究作物各性狀與產(chǎn)量的相關(guān)程度，進(jìn)行性狀綜合性評(píng)價(jià)，已經(jīng)成為作物常規(guī)育種研究的一個(gè)重要手段，被廣泛應(yīng)用于多種作物的相關(guān)研究上[3-7]。目前，運(yùn)用主成分分析法進(jìn)行大豆產(chǎn)量的研究相對(duì)較少，因此，對(duì)一些產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，有助于進(jìn)一步深入了解大豆品種的產(chǎn)量及增產(chǎn)潛力[8-12]。

本試驗(yàn)通過對(duì)晉大52、晉大57及其雜交后代群體共101份材料的產(chǎn)量與其相關(guān)農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析和主成分分析，旨在為育種過程中適當(dāng)增大或控制某一因子的數(shù)值、選出對(duì)大豆產(chǎn)量影響最適合的主成分配置比、培育出適應(yīng)當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)條件的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆品種提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所選用的材料為晉大52、晉大57及其穩(wěn)定的雜交后代群體共101份。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2016年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆育種試驗(yàn)基地進(jìn)行。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，株行距0.2 m×0.5 m，小區(qū)總面積500 m2。適時(shí)進(jìn)行田間管理，觀察并記錄各農(nóng)藝性狀的情況。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

材料收獲時(shí)從每個(gè)株系中隨機(jī)抽取10株，風(fēng)干后測(cè)定各個(gè)農(nóng)藝性狀，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。調(diào)查的農(nóng)藝性狀包括株高、莖粗、結(jié)莢高度、株質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、1粒莢數(shù)、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、4粒莢數(shù)、癟莢數(shù)、主莖莢數(shù)、分枝莢數(shù)、單株粒數(shù)、蟲食數(shù)、百粒質(zhì)量；利用Infratec TM1241 Grain Analyzer V5品質(zhì)分析儀測(cè)定蛋白質(zhì)及脂肪含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010錄入處理并進(jìn)行相關(guān)的圖表繪制；通過SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)農(nóng)藝性狀的綜合分析

從表1可以看出，101份大豆材料考察的19個(gè)性狀指標(biāo)中，單株粒質(zhì)量平均為31.8 g，總莢數(shù)平均為49.0個(gè)，主莖莢數(shù)平均為36.0個(gè)，百粒質(zhì)量平均為19.6 g；品質(zhì)方面，蛋白質(zhì)含量平均為43.5%，脂肪含量平均為21.6%；2粒莢數(shù)和3粒莢數(shù)的平均值較大，分別為20.0、19.0個(gè)，而1粒莢數(shù)和4粒莢數(shù)平均值較小，分別為8.0、1.0個(gè)。從變異系數(shù)來看，最大為癟莢數(shù)（77.2%）；其次為有效分枝（75.1%）；第3為1粒莢數(shù)（64.1%）；分枝莢數(shù)、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、4粒莢數(shù)、株質(zhì)量、總莢數(shù)的變異系數(shù)范圍在40%～55%；結(jié)莢高度、主莖莢數(shù)、蟲食數(shù)、單株粒質(zhì)量變異系數(shù)范圍在30%～40%；株高、主莖節(jié)數(shù)、莖粗、百粒質(zhì)量的變異系數(shù)范圍在10%～20%；蛋白質(zhì)和脂肪含量的變異系數(shù)較小，分別為3.5%和3.1%。由此可以看出，品質(zhì)性狀的變異范圍較小，產(chǎn)量性狀的變異范圍相對(duì)較大。

表1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素、品質(zhì)性狀的統(tǒng)計(jì)分析

2.2 產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析

2.2.1 產(chǎn)量性狀與株型性狀的相關(guān)性 株型性狀包括株高、結(jié)莢高度、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝。

從表2可以看出，有3個(gè)株型性狀與單株粒質(zhì)量間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)從大到小依次為有效分枝（0.49）、主莖節(jié)數(shù)（0.45）、莖粗（0.37）；結(jié)莢高度與單株粒質(zhì)量間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.62。

2.2.2 產(chǎn)量性狀與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性 產(chǎn)量構(gòu)成因素包括與單株產(chǎn)量關(guān)系密切的株質(zhì)量、總莢數(shù)、主莖莢數(shù)、百粒質(zhì)量、分枝莢數(shù)、1粒莢數(shù)、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、4粒莢數(shù)、蟲食數(shù)、癟莢數(shù)等農(nóng)藝性狀。從表2可以看出，有8個(gè)性狀與單株粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，其中，相關(guān)性系數(shù)最高的為株質(zhì)量（0.94），與2粒莢數(shù)、總莢數(shù)、分枝莢數(shù)的相關(guān)系數(shù)較高，分別為 0.83、0.81、0.80。

表2 產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析

2.2.3 株型性狀與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性 從表2可以看出，株高與莖粗、主莖節(jié)數(shù)、2粒莢數(shù)和3粒莢數(shù)、主莖莢數(shù)呈極顯著正相關(guān)，其中，與3粒莢數(shù)的相關(guān)系數(shù)最高，為0.37，除與單株粒質(zhì)量、癟莢數(shù)、1粒莢數(shù)、4粒莢數(shù)呈負(fù)相關(guān)外，與剩余產(chǎn)量性狀均呈正相關(guān)；結(jié)莢高度與所有產(chǎn)量構(gòu)成因素均呈負(fù)相關(guān)，其中，與主莖莢數(shù)、1粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、總莢數(shù)、百粒質(zhì)量、單株粒質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與分枝莢數(shù)、2粒莢數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；莖粗與主莖節(jié)數(shù)、有效分枝、主莖莢數(shù)、分枝莢數(shù)、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、總莢數(shù)、單株粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.27、0.29、0.58、0.43、0.48、0.60、0.60、0.37，與1粒莢數(shù)和蟲食數(shù)呈顯著正相關(guān)；主莖節(jié)數(shù)與單株粒質(zhì)量、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、總莢數(shù)、主莖莢數(shù)呈極顯著正相關(guān)，其中，與單株粒質(zhì)量的相關(guān)性系數(shù)最大，為0.45，與分枝莢數(shù)、1粒莢數(shù)呈顯著正相關(guān)；有效分枝與分枝莢數(shù)、1粒莢數(shù)、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、總莢數(shù)、蟲食數(shù)、單株粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，其中，與分枝莢數(shù)的相關(guān)性系數(shù)最大，為0.70，與百粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。

2.3 農(nóng)藝性狀的主成分分析

主成分分析是將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)的綜合指標(biāo)，即用少數(shù)的變量來解釋概括所有變量需要傳達(dá)的消息，減少了變量的個(gè)數(shù)，使分析更加簡(jiǎn)便[13-14]。對(duì)與大豆產(chǎn)量密切相關(guān)的17個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，其結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，17個(gè)指標(biāo)的累積方差貢獻(xiàn)率已達(dá)到100%。根據(jù)主成分分析中所提取的因子特征值大于1以上，就能用這幾個(gè)因子代表17個(gè)指標(biāo)的大部分遺傳信息的因子對(duì)事物屬性進(jìn)行概括性分析的原則，提取前5個(gè)主成分，轉(zhuǎn)換為相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，可以解釋70.98%的貢獻(xiàn)率，說明這5個(gè)主成分基本代表了17個(gè)性狀70.98%的信息。

表3 農(nóng)藝性狀的主成分解析

表4 主成分矩陣分析

從表4可以看出，總莢數(shù)、株質(zhì)量、2粒莢數(shù)、分枝莢數(shù)、主莖莢數(shù)、3粒莢數(shù)在第1主成分中權(quán)重系數(shù)的絕對(duì)值較大，依次為 0.96、0.89、0.88、0.84、0.81、0.80，這些指標(biāo)主要與大豆的產(chǎn)量關(guān)系密切相關(guān)，包括大豆的結(jié)莢類型和結(jié)莢習(xí)性，因此把這一主成分稱為“產(chǎn)量”因子；株高、主莖節(jié)數(shù)、4粒莢數(shù)、莖粗在第2主成分中的權(quán)重系數(shù)的絕對(duì)值較大，依次為 0.64、0.37、0.36、0.34，這些指標(biāo)均與主莖生長(zhǎng)有關(guān)，因此把這一主成分稱為“株型”因子；單株粒質(zhì)量、4粒莢數(shù)、百粒質(zhì)量在第3主成分中的權(quán)重系數(shù)的絕對(duì)值較大，依次為0.66、0.57、0.28，這些性狀也均與產(chǎn)量相關(guān)，包括粒數(shù)和粒質(zhì)量，可以把這一主成分稱為“粒質(zhì)量”因子；4粒莢數(shù)、癟莢數(shù)、結(jié)莢高度在第4主成分中權(quán)重系數(shù)的絕對(duì)值較大，依次為0.37、0.33、0.33，可將第4主成分稱為“莢型”因子；主莖莢數(shù)、主莖節(jié)數(shù)在第5主成分中權(quán)重系數(shù)的絕對(duì)值較大，依次為0.37、0.35，可將其稱為“莖型”因子。

3 結(jié)論與討論

3.1 主要農(nóng)藝性狀的變異性分析

產(chǎn)量的形成不僅受遺傳基因的制約，很大程度上也受到環(huán)境條件的影響。本研究從19個(gè)主要農(nóng)藝性狀的研究結(jié)果可知，癟莢數(shù)和有效分枝的變異系數(shù)最大，分別為77.2%和75.1%，表明各材料中癟莢數(shù)和有效分枝的差異較大；1粒莢數(shù)、分枝莢數(shù)、2粒莢數(shù)、3粒莢數(shù)、4粒莢數(shù)的變異系數(shù)也相對(duì)較大，表明大豆的莢數(shù)在各材料之間差異較大，這些差異變化大的農(nóng)藝性狀可以為培育高產(chǎn)大豆提供更多的選擇條件；株高、莖粗和百粒質(zhì)量變異系數(shù)相對(duì)較小，說明大豆各材料在株高和莖粗這2項(xiàng)株型性狀的差異較小，而百粒質(zhì)量是產(chǎn)量構(gòu)成因素中變異系數(shù)最小的，說明各材料間百粒質(zhì)量差異較小。在品質(zhì)方面，蛋白質(zhì)和脂肪的變異系數(shù)分別為3.5%和3.1%，說明各材料的品質(zhì)差異較小。

3.2 主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析常用來分析2個(gè)變量因素之間的相關(guān)程度，育種工作者常借助相關(guān)性分析來研究目標(biāo)性狀并進(jìn)行進(jìn)一步選擇育種。

本研究對(duì)主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性進(jìn)行分析表明，單株粒質(zhì)量與莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝呈極顯著正相關(guān)，其中，有效分枝與單株粒質(zhì)量相關(guān)系數(shù)最大，與結(jié)莢高度呈極顯著負(fù)相關(guān)。因此，在選擇高產(chǎn)量品種時(shí)，可以將有效分枝作為選擇的依據(jù)，結(jié)莢高度越高越不利于大豆單株產(chǎn)量的積累。

單株產(chǎn)量與株質(zhì)量、2粒莢數(shù)、總莢數(shù)、分枝莢數(shù)的相關(guān)性較大，相關(guān)程度都在80%以上；而4粒莢數(shù)與單株產(chǎn)量的相關(guān)性較低。因此，在高產(chǎn)品種的選擇過程中，不能簡(jiǎn)單地依據(jù)莢數(shù)多少來判斷產(chǎn)量的大小，而應(yīng)該全面評(píng)價(jià)品種的產(chǎn)量構(gòu)成因素再進(jìn)行選擇育種。

在對(duì)株型性狀與產(chǎn)量構(gòu)成因素間相關(guān)性研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，結(jié)莢高度與其余產(chǎn)量相關(guān)性狀均呈負(fù)相關(guān)，表明結(jié)莢高度對(duì)于高產(chǎn)品種的選育具有絕對(duì)的影響效力，同等條件下要優(yōu)先考慮結(jié)莢高度較低的品種。

3.3 相關(guān)農(nóng)藝性狀的主成分分析

在大豆育種中，與產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝性狀多為數(shù)量性狀，遺傳率相對(duì)較低，受環(huán)境因素的影響較大，且各性狀間會(huì)相互影響，關(guān)系比較復(fù)雜，這些都會(huì)對(duì)分析影響大豆產(chǎn)量主要因素的過程造成一定程度的制約。主成分分析是目前品種選育過程中利用率較高的分析方法，該方法可以了解供試品種農(nóng)藝性狀主成分構(gòu)成因子及其生物學(xué)意義，將多個(gè)原有的指標(biāo)性狀因子化為少數(shù)幾個(gè)重要的綜合指標(biāo)并進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終得到影響產(chǎn)量的主要因子，為高產(chǎn)品種的選育提供科學(xué)的參考依據(jù)[15-20]。

本研究選取與大豆產(chǎn)量密切相關(guān)的17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，其中，權(quán)重系數(shù)絕對(duì)值較大的有總莢數(shù)、株質(zhì)量、2粒莢數(shù)、分枝莢數(shù)、主莖莢數(shù)和3粒莢數(shù)，這些性狀在第1主成分中與大豆的產(chǎn)量密切相關(guān)，稱為“產(chǎn)量”因子，可以反映原始數(shù)據(jù)信息量的38.47%；第2主成分包括株高、主莖節(jié)數(shù)、4粒莢數(shù)、莖粗，這些性狀與主莖生長(zhǎng)有關(guān)，稱為“株型”因子，反映10.52%的原始數(shù)據(jù)信息量；第3主成分包括單株粒質(zhì)量、4粒莢數(shù)、百粒質(zhì)量，這些性狀稱為“粒質(zhì)量”因子，反映8.87%的原始數(shù)據(jù)信息量；第4主成分包括4粒莢數(shù)、癟莢數(shù)、結(jié)莢高度，稱為“莢型”因子，反映6.76%的原始數(shù)據(jù)信息量；第5主成分包括主莖莢數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝，這些性狀稱為“莖型”因子，反映原始數(shù)據(jù)信息量的6.37%。在育種過程中，理論上，第1主成分的數(shù)值越高，產(chǎn)量可能會(huì)越高；第2主成分?jǐn)?shù)值高時(shí)，可能會(huì)代表植株高大、粗壯、主莖節(jié)數(shù)多；育種過程中若發(fā)現(xiàn)第3主成分?jǐn)?shù)值較大，可以推測(cè)植株的單株粒質(zhì)量及百粒質(zhì)量較大，是應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的主成分值；第4主成分若數(shù)值大，可代表植株的癟莢數(shù)、結(jié)莢高度及4粒莢數(shù)會(huì)增高，但這幾個(gè)性狀都會(huì)對(duì)單株產(chǎn)量造成一定的影響，也就是說，它們的增大會(huì)降低植株的產(chǎn)量，所以在育種過程中應(yīng)該適當(dāng)控制主成分4的數(shù)值；第5主成分中的主莖莢數(shù)和主莖節(jié)數(shù)都與產(chǎn)量相關(guān)性較大，應(yīng)該取大值。綜上所述，在選育高產(chǎn)品種時(shí)，第1、第5主成分?jǐn)?shù)值應(yīng)保持中等偏高，適當(dāng)增大第2、第3主成分值，努力減少第4主成分值。

本研究結(jié)果表明，大豆產(chǎn)量性狀與莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝呈極顯著正相關(guān)，與結(jié)莢高度呈極顯著負(fù)相關(guān)。主成分分析結(jié)果表明，總莢數(shù)、株質(zhì)量、2粒莢數(shù)、分枝莢數(shù)、主莖莢數(shù)和3粒莢數(shù)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率較大。在進(jìn)行選擇育種時(shí)，只有做到目標(biāo)明確、重點(diǎn)突出、綜合考慮，才能獲得理想的優(yōu)良品種。