薛志偉，楊春玲

(安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000)

農(nóng)作物產(chǎn)量的高低是多個(gè)農(nóng)藝性狀共同作用的結(jié)果，各性狀之間相互作用最終形成作物籽粒產(chǎn)量[1，2]。目前新品種(系)的選育要經(jīng)過(guò)多年多點(diǎn)篩選鑒定，作物育種家關(guān)注的焦點(diǎn)不僅是單一的產(chǎn)量水平，還有田間農(nóng)藝性狀的綜合表現(xiàn)。在育種工作中如果僅僅將產(chǎn)量指標(biāo)作為唯一評(píng)判因素，或者僅對(duì)單一性狀指標(biāo)進(jìn)行選擇，則可能因主觀影響而出現(xiàn)誤判。

主成分分析主要利用降維的思想，在保證損失較少信息量的前提下，將多個(gè)原始并且彼此相關(guān)的變量轉(zhuǎn)化成新的個(gè)數(shù)較少且彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法[3，4]。在多指標(biāo)的研究中，各個(gè)指標(biāo)之間往往存在一定的相關(guān)性。主成分分析通過(guò)線性變換后每個(gè)成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復(fù)，使數(shù)據(jù)分析變得簡(jiǎn)單直接，評(píng)價(jià)結(jié)果更客觀準(zhǔn)確[5]。隨著統(tǒng)計(jì)學(xué)的發(fā)展，主成分分析不僅普遍應(yīng)用于現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)分析、自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)和環(huán)境科學(xué)工程，還廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物遺傳多樣性、種質(zhì)資源研究和農(nóng)藝性狀綜合篩選等系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)。目前國(guó)內(nèi)外利用主成分分析法在小麥[6～8]、玉米[9，10]、谷子[11]、大豆[12]等多種作物的改良、創(chuàng)新和抗逆選擇等方面取得了重要的研究進(jìn)展。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)重要的糧食作物，其田間表現(xiàn)是眾多農(nóng)藝性狀的綜合表達(dá)體。為了明確小麥諸多農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的關(guān)系，筆者運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)分析和主成分分析方法對(duì)安麥1132在多個(gè)區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的基本苗數(shù)、幼苗生長(zhǎng)習(xí)性、有效穗數(shù)、黑胚率、熟相、出苗至抽穗天數(shù)和抽穗至成熟天數(shù)等農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進(jìn)行綜合研究，以期對(duì)小麥品種安麥1132進(jìn)行科學(xué)合理的綜合評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以小麥品種安麥1132 于2014—2015年和2015—2016年分別在河南省種子管理站11個(gè)和12個(gè)區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的田間觀測(cè)數(shù)據(jù)匯總結(jié)果為分析資料。

2014—2015年洛陽(yáng)點(diǎn)試驗(yàn)地前茬為綠肥掩青，林州點(diǎn)為旱地休閑，三門(mén)峽院點(diǎn)為芝麻，偃師點(diǎn)為大豆，其余各試驗(yàn)點(diǎn)(嵩縣點(diǎn)、三門(mén)峽站點(diǎn)、靈寶點(diǎn)、鶴壁點(diǎn)、濟(jì)源點(diǎn)、汝州點(diǎn)、鎮(zhèn)平點(diǎn))前茬均為玉米。2015—2016年試驗(yàn)地前茬多為玉米(鶴壁點(diǎn)、靈寶點(diǎn)、汝州點(diǎn)、鎮(zhèn)平點(diǎn))，寶豐點(diǎn)、濟(jì)源點(diǎn)前茬為大豆，林州點(diǎn)、嵩縣點(diǎn)前茬為谷子，洛陽(yáng)點(diǎn)為綠肥掩青，三門(mén)峽院、三門(mén)峽站前茬為傳統(tǒng)的曬旱地，鄧州點(diǎn)前茬為煙草。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積12～15 m2，收獲計(jì)產(chǎn)面積12 m2以上。播種前精細(xì)整地，一次性施足底肥，生育期間不再追肥。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均選擇有代表性的旱地進(jìn)行試驗(yàn)，小麥生育期間不澆水。

1.2 試驗(yàn)方法

選取基本苗數(shù)、有效穗數(shù)、黑胚率、出苗到抽穗天數(shù)、抽穗到成熟天數(shù)等農(nóng)藝性狀，按照小麥品種試驗(yàn)觀察記載項(xiàng)目?jī)?nèi)容與標(biāo)準(zhǔn)定期觀測(cè)。出苗之后選擇有代表性的樣點(diǎn)觀測(cè)基本苗數(shù)、有效穗數(shù)，準(zhǔn)確記載生育期、田間管理技術(shù)等內(nèi)容。為了便于應(yīng)用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、分析試驗(yàn)資料，全部記載均數(shù)量化。幼苗生長(zhǎng)習(xí)性、熟相一般采用五級(jí)制，沿用三級(jí)制的一些性狀，記載級(jí)別由小值到大值，表示幼苗生長(zhǎng)習(xí)性由匍匐到直立；熟相由好到差。收獲后進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel對(duì)上述農(nóng)藝性狀進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析，利用SPSS 19.0進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)安麥1132品種的6個(gè)性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果顯示(表1)：變異系數(shù)表現(xiàn)為出苗到抽穗天數(shù)<抽穗到成熟天數(shù)<基本苗數(shù)<產(chǎn)量<有效穗數(shù)<黑胚率。出苗到抽穗天數(shù)和抽穗到成熟天數(shù)的變異系數(shù)分別為3.47%和5.85%，黑胚率的變異系數(shù)則達(dá)到105.20%。

表1 農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的描述性統(tǒng)計(jì)

2.2 相關(guān)分析

由表2可知，各性狀與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為有效穗數(shù)>黑胚率>熟相>抽穗到成熟天數(shù)=出苗到抽穗天數(shù)>幼苗生長(zhǎng)習(xí)性>基本苗數(shù)，其中有效穗數(shù)和黑胚率與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。幼苗生長(zhǎng)習(xí)性、熟相、出苗到抽穗天數(shù)和抽穗到成熟天數(shù)與產(chǎn)量正相關(guān)，基本苗數(shù)與產(chǎn)量負(fù)相關(guān)。從各性狀之間的相關(guān)系數(shù)來(lái)看，幼苗生長(zhǎng)習(xí)性與黑胚率極顯著正相關(guān)；基本苗數(shù)與有效穗數(shù)和黑胚率顯著負(fù)相關(guān)，與熟相和出苗到抽穗天數(shù)極顯著負(fù)相關(guān)；有效穗數(shù)與熟相極顯著正相關(guān)，與出苗到抽穗天數(shù)顯著正相關(guān)；黑胚率與熟相和出苗到抽穗天數(shù)顯著正相關(guān)；出苗到抽穗天數(shù)與抽穗到成熟天數(shù)負(fù)相關(guān)。

表2 農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

2.3 主成分分析

2.3.1 判斷主成分分析的適用性

對(duì)安麥1132的7個(gè)性狀和產(chǎn)量進(jìn)行主成分分析，各性狀編號(hào)為：基本苗數(shù)(Z1)、幼苗生長(zhǎng)習(xí)性(Z2)、有效穗數(shù)(Z3)、黑胚率(Z4)、熟相(Z5)、出苗到抽穗天數(shù)(Z6)、抽穗到成熟天數(shù)(Z7)和產(chǎn)量(Z8)。

觀察數(shù)據(jù)在進(jìn)行主成分分析之前，需判斷是否符合Kaiser-Meyer-Olkin度量。本文觀察值數(shù)據(jù)KMO值為0.71，Bartlett 球形度檢驗(yàn)的Sig.為0，可以用于主成分分析。

2.3.2 提取主成分

在主成分分析中方差代表了性狀在主成分方向上的分散程度[4]。方差越大，主成分在樣本數(shù)據(jù)分析中所起的作用越大。由表3 可知，第一主成分的特征值為3.43，貢獻(xiàn)率42.86%；第二主成分的特征值為1.42，貢獻(xiàn)率17.80%；第三主成分的特征值為1.18，貢獻(xiàn)率14.78%，三者的貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)75.43%。因此本文選取前3個(gè)成分作為主成分代表8個(gè)性狀反映的信息，其中第一主成分的貢獻(xiàn)率最大，說(shuō)明它綜合原有觀察值數(shù)據(jù)信息的能力最強(qiáng)。

表3 各成分解釋的總方差

2.3.3 主成分變量

根據(jù)田間記載項(xiàng)目分類(lèi)與成分矩陣(表4)提取3個(gè)主成分包含的變量：第一主成分特征根從大到小依次是黑胚率(0.81)、熟相(0.79)、有效穗數(shù)(0.69)、出苗到抽穗天數(shù)(0.66)、幼苗生長(zhǎng)習(xí)性(0.56)、產(chǎn)量(0.51)、抽穗到成熟天數(shù)(0.38)、基本苗數(shù)(-0.72)。其中有效穗數(shù)、黑胚率、熟相和產(chǎn)量之間有最直接的關(guān)系，因而第一主成分可以解析為安麥1132籽粒產(chǎn)量因子。小麥從出苗到成熟橫跨多個(gè)生育期。穗部性狀從穗原基經(jīng)伸長(zhǎng)、分化、凸起至羽毛形成期，籽粒經(jīng)歷乳熟、蠟熟，最終完熟成型。從籽粒的外觀和食用品質(zhì)考慮，安麥1132可適當(dāng)提高有效穗數(shù)，為高產(chǎn)創(chuàng)造條件，但不宜過(guò)分追求單一高產(chǎn)，以免影響籽粒黑胚率和熟相，造成籽粒品質(zhì)下降。

第二主成分中數(shù)值最大的為抽穗到成熟天數(shù)(0.77)，最小的為出苗到抽穗天數(shù)(-0.44)，因此第二主成分可以解析為物候期因子。小麥從出苗以后到抽穗受到多種發(fā)育因子的影響，在北部的冬麥區(qū)種植的多為冬性和半冬性小麥品種，小麥在幼苗階段必須經(jīng)歷一定的低溫春化時(shí)期才可以進(jìn)入幼穗分化，完成頂端發(fā)育[13，14]。冬小麥屬跨年生作物，因而可以考慮適當(dāng)減少第二主成分，延長(zhǎng)冬小麥出苗到抽穗的營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)階段，為抽穗到成熟的生殖器官生長(zhǎng)階段積蓄能量。

第三主成分的基本苗數(shù)(0.49)和幼苗生長(zhǎng)習(xí)性(-0.38)可以解析為幼苗因子。只有適宜的基本苗數(shù)，才能協(xié)調(diào)小麥群體和個(gè)體之間的生長(zhǎng)矛盾。群體數(shù)量過(guò)大會(huì)造成個(gè)體營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足，影響小麥后期有效穗數(shù)以及籽粒產(chǎn)量，因此第三主成分可適當(dāng)減少。

表4 成分矩陣

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)安麥1132的8個(gè)性狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同試驗(yàn)點(diǎn)間出苗到抽穗天數(shù)和抽穗到成熟天數(shù)變異系數(shù)較小，而籽粒黑胚率的變異系數(shù)較高。在實(shí)際生產(chǎn)中可以延長(zhǎng)出苗到抽穗天數(shù)，有益于有效穗數(shù)的增長(zhǎng)，而有效穗數(shù)適當(dāng)增加有益于產(chǎn)量提高，但安麥1132籽粒黑胚率也會(huì)隨之增加，籽粒熟相會(huì)變差，因而要注意平衡籽粒要素之間的關(guān)系。

(1)變異系數(shù)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用來(lái)衡量樣本的離散程度，代表本身遺傳多樣性，變化幅度的大小反映了性狀的豐富程度[15]。同一個(gè)品種的性狀在不同地點(diǎn)的變異程度越小，說(shuō)明其變異偏離的程度越小。變異系數(shù)大，則性狀變化幅度較大。對(duì)安麥1132農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量變異系數(shù)綜合分析得出，安麥1132在不同試驗(yàn)點(diǎn)生育動(dòng)態(tài)變化幅度較小，而籽粒成熟情況受試驗(yàn)點(diǎn)影響較大。

(2)運(yùn)用主成分分析法可以減少分析時(shí)的維度，同時(shí)可以將多個(gè)相互關(guān)聯(lián)性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)換成較少的獨(dú)立的新指標(biāo)[6，16]。本研究對(duì)安麥1132田間7個(gè)農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進(jìn)行主成分分析，其中前3個(gè)主成分可以解析為籽粒產(chǎn)量因子、物候期因子和幼苗因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率75.43%。這3個(gè)因子可以代表8個(gè)性狀所代表的遺傳信息。第一主成分因子的方差貢獻(xiàn)率最高為42.86%，第二主成分因子和第三主成分因子方差貢獻(xiàn)率分別為17.80%和14.78%。本文中第一主成分的負(fù)荷最大，說(shuō)明籽粒產(chǎn)量因子(有效穗數(shù)、熟相、黑胚率和產(chǎn)量)對(duì)安麥1132的品種改良和綜合評(píng)價(jià)中具有重要的作用。

(3)農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)是遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，在育種中，將所有的優(yōu)良性狀集中于一體是很難的。根據(jù)前人的研究，氣候變暖的現(xiàn)象正在對(duì)包括小麥在內(nèi)的農(nóng)作物產(chǎn)生極大的影響，小麥品種的地區(qū)適應(yīng)性發(fā)生變化，整個(gè)生育期正在變短[17，18]。目前對(duì)小麥田間相關(guān)性狀的分析，對(duì)環(huán)境因素考慮較少，原因是氣象因子難以量化且年度間變化較大，這一定程度上影響了田間農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)和品種的改良[19]。因此在研究小麥農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮氣象因子對(duì)其田間表現(xiàn)的影響，這對(duì)于品種的田間選育和栽培技術(shù)運(yùn)用具有重要意義。