肖明昆 劉光華 宋記明 劉 倩 段春芳,3 姜太玲 張林輝,3嚴(yán) 煒 沈紹斌 周迎春 熊賢坤 羅 鑫 白麗娜 李月仙

（1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所，678000，云南保山；2云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，650205，云南昆明；3保山全心農(nóng)業(yè)科技有限公司，678000，云南保山）

木薯（Manihot esculentaCrantz）為大戟科木薯屬植物，是世界三大薯類作物之一，也是全球第六大糧食作物[1]，主要種植于非洲、亞洲和拉丁美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)[2]。在一些非洲國家，每天約25%的能量攝入是由木薯提供[3]。19世紀(jì)20年代，為緩解糧食危機(jī)、保障糧食安全而引入中國，起初主要種植于廣東、廣西和海南，現(xiàn)在已逐步擴(kuò)大到云南、福建、貴州、湖南和江西等省份[4]。云南省作為木薯種植的主要產(chǎn)區(qū)之一，不但具有毗鄰越南、泰國等木薯主產(chǎn)國的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具備土壤條件好、日照充足和適種區(qū)域較為廣闊的自然優(yōu)勢(shì)條件，因此發(fā)展前景廣闊[5]。但目前云南推廣種植的木薯品種均從海南、廣西等地引進(jìn)，品種數(shù)量少[6]。經(jīng)多年連作，現(xiàn)有品種產(chǎn)量下降，抗病蟲害能力減退，品種退化嚴(yán)重。因此，篩選適宜本區(qū)域種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木薯新品種（系）頗為重要。

目前，關(guān)于木薯的研究多集中在木薯淀粉的理化性質(zhì)研究[7-10]和高產(chǎn)栽培研究[11-13]等。采用主成分分析及聚類分析相結(jié)合的方法對(duì)不同品種相關(guān)農(nóng)藝性狀進(jìn)行量化分析的研究鮮見報(bào)道。本文以不同木薯品種（系）為對(duì)象，借助主成分分析法對(duì)10個(gè)木薯品種（系）的9個(gè)主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行量化對(duì)比分析，揭示株高、主莖粗、第1分枝高、落葉高度、地上鮮重、鮮薯個(gè)數(shù)、塊根長(zhǎng)、塊根粗和單株產(chǎn)量的遺傳變異情況，探究產(chǎn)量與其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)性，為選育適宜本地種植的高產(chǎn)木薯種質(zhì)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地區(qū)概況

以10個(gè)不同木薯品種（系）（表1）為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物研究所潞江壩基地（98°52′53″E，24°58′52″N）進(jìn)行，海拔704m，屬低緯度準(zhǔn)熱帶季風(fēng)雨林偏干熱河谷過渡類型氣候，年均氣溫21.5℃，年均降雨量755.3mm，年蒸發(fā)量2111.5mm，≥10℃活動(dòng)積溫7800℃，年日照時(shí)數(shù)2325.75h，相對(duì)濕度70%。土地相對(duì)平坦，水利條件優(yōu)越，土壤為沖積母質(zhì)發(fā)育的沙壤土，有機(jī)質(zhì)1.3%、pH 6.6、全氮1.09g/kg、全磷0.038%、全鉀2.5%、鎘含量0.11mg/kg、汞含量＜0.01mg/kg。

表1 試驗(yàn)材料及來源Table 1 Overview and source of experimental materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年3月起壟種植，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置10個(gè)處理，每個(gè)處理種植30株，重復(fù)3次。每個(gè)小區(qū)面積16m2，試驗(yàn)區(qū)兩邊各設(shè)置1壟保護(hù)行。半高壟雙行栽培，壟高25cm，東西方向定植，行間距1.0m×0.8m。用40%啶蟲脒可溶性粉劑1500倍和5.7%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽水分散粒劑2000倍混合液浸泡木薯種莖10min后種植。在植株封行前，統(tǒng)一追施鉀肥450kg/hm2，其他田間管理按常規(guī)栽培技術(shù)進(jìn)行，各處理田間管理措施一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于2020年3月中旬采收，每個(gè)品種（系）隨機(jī)從各小區(qū)選取10株進(jìn)行調(diào)查，重復(fù)3次，共計(jì)300株?；凇兑M(jìn)農(nóng)作物種質(zhì)資源試種鑒定技術(shù)規(guī)程》（NY/T 1737-2009）[14]中種質(zhì)資源植物學(xué)特性鑒定要求和方法，分別調(diào)查株高、主莖粗、第1分枝高、落葉高度、地上鮮重、鮮薯個(gè)數(shù)、塊根長(zhǎng)、塊根粗和單株產(chǎn)量9個(gè)主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 21.0計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)差等，對(duì)不同品種（系）的木薯各農(nóng)藝性狀進(jìn)行ANOVA分析及Pearson分析，分析不同木薯品種（系）農(nóng)藝性狀的差異及相關(guān)性。用R語言和SPSS軟件進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA），使用Origin 2021和Excel 2010繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 各木薯品種（系）農(nóng)藝性狀分析

由表2可知，除落葉高度和塊根粗無顯著差異外（P＞0.05），其余的農(nóng)藝性狀各品種（系）間存在顯著差異（P＜0.05）。株高、落葉高度、第1分枝高、地上鮮重和鮮薯個(gè)數(shù)最大的品種（系）分別為SG-9、GMT、SG-9、SC-1和GMT，最小均為SC9。主莖粗和塊根粗最大均為SC124，最小均為SG-9，GMT的塊根長(zhǎng)與單株產(chǎn)量最大，GR891最小。綜合看來，GMT具有較大的單株產(chǎn)量。

表2 不同品種（系）木薯各農(nóng)藝性狀比較Table 2 Comparison of agronomic traits of cassava of different varieties(lines)

續(xù)表2 Table 2(continued)

不同性狀平均變異系數(shù)（表2）表明，單株產(chǎn)量＞地上鮮重＞鮮薯個(gè)數(shù)＞落葉高度＞第1分枝高＞主莖粗＞塊根長(zhǎng)＞塊根粗＞株高。從不同品種（系）來看，277、SG-9和GR891農(nóng)藝性狀的變異較小，SC9、58-7和GMT的變異較大。

2.2 木薯農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

對(duì)10個(gè)不同木薯品種（系）的9個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。由表3可知，各農(nóng)藝性狀間均具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），表明各農(nóng)藝性狀指標(biāo)間相關(guān)性較強(qiáng)，指標(biāo)信息之間存在重疊，適合采用主成分分析法提取少數(shù)指標(biāo)，對(duì)木薯品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由表3還能看出，落葉高度、第1分枝高與株高、鮮薯個(gè)數(shù)與單株產(chǎn)量的相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)分別為0.909、0.901和0.897。單株產(chǎn)量與鮮薯個(gè)數(shù)、塊根長(zhǎng)的相關(guān)系數(shù)最高，分別為0.897和0.891，說明鮮薯個(gè)數(shù)與塊根長(zhǎng)對(duì)單株產(chǎn)量起主導(dǎo)作用。而單株產(chǎn)量與株高、地上鮮重的相關(guān)系數(shù)僅為0.691和0.669，說明株高與地上鮮重對(duì)單株產(chǎn)量的影響較小。

表3 木薯農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of cassava agronomic traits

2.3 不同木薯品種（系）農(nóng)藝性狀的主成分分析

對(duì)不同木薯品種（系）的株高（X1）、主莖粗（X2）、第1分枝高（X3）、落葉高度（X4）、地上鮮重（X5）、鮮薯個(gè)數(shù)（X6）、塊根長(zhǎng)（X7）、塊根粗（X8）和單株產(chǎn)量（X9）9個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析。結(jié)果（圖1）顯示，提取的2個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)88.1%（圖1a），表明提取的2個(gè)主成分可以代表測(cè)定的9個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)的絕大部分信息，因此，可將9個(gè)性狀綜合成2個(gè)主成分。第1主成分解釋了方差變異的77.0%，各農(nóng)藝性狀與PC1均呈正相關(guān)關(guān)系，第1主成分主要與鮮薯個(gè)數(shù)、地上鮮重和第1分枝高等有關(guān)，其中，鮮薯個(gè)數(shù)是第1主成分的主導(dǎo)變量?？蓪⒌?主成分稱為生長(zhǎng)因子。第2主成分解釋了方差變異的11.1%，主要與塊根長(zhǎng)、單株產(chǎn)量等有關(guān)，其中，塊根長(zhǎng)是第2主成分的主導(dǎo)變量。第2主成分集中反映了產(chǎn)量狀況，將第2主成分稱為產(chǎn)量因子。

主成分分析可以將多組數(shù)據(jù)的差異反映在二維坐標(biāo)圖中。由圖1b可知，SG-9、GMT與SC9大部分位于第1、2象限，277和43-3大部分位于第2象限，58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205分布在第3和4象限，各品種（系）間的農(nóng)藝性狀具有一定差異，也具有一定相似性?？傮w看來，GMT與其余品種的差異較大。綜上所述，高產(chǎn)木薯品種（系）選育時(shí)應(yīng)著重考察塊根性狀。

2.4 得分方程建立

根據(jù)主成分與特征向量之間的關(guān)系，分別得到2個(gè)主成分的表達(dá)式：

式中，Y1、Y2是單個(gè)主成分得分值；X1～X9是每個(gè)木薯農(nóng)藝性狀指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理的數(shù)值。將每個(gè)木薯農(nóng)藝性狀指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)據(jù)代入方程式計(jì)算出Y1、Y2，再根據(jù)Y1、Y2各自的方差貢獻(xiàn)率與2個(gè)成分累計(jì)貢獻(xiàn)率的比值為權(quán)重系數(shù)，建立綜合評(píng)分模型為Y=0.8737Y1+0.1263Y2，計(jì)算出10個(gè)不同木薯品種（系）的綜合得分并排序，得到表4。

由表4可知，參試的10個(gè)木薯品種（系）中，綜合得分排名前3的分別是SG-9、GMT和SC-1，得分依次為11.800、7.563和5.414。277和GR891排名居中，58-7、SC205、43-3和SC9的綜合得分較低。綜合看來，SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。

表4 10個(gè)木薯品種（系）主成分因子得分及排名Table 4 Score and ranking of principal component factors of ten cassava varieties(lines)

2.5 不同木薯品種（系）農(nóng)藝性狀聚類分析

對(duì)10個(gè)不同木薯品種（系）進(jìn)行聚類分析（圖2），由圖2和表5可知，遺傳距離為15時(shí)，10個(gè)木薯品種（系）可以分為3類。277、43-3、58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205為類群Ⅰ，該類木薯主莖粗，具有較大的地上鮮重，產(chǎn)量較低。GMT和SG-9為類群Ⅱ，該類木薯鮮薯個(gè)數(shù)多，塊根長(zhǎng)較長(zhǎng)，產(chǎn)量較高，可作為優(yōu)先種植推廣的品種（系）。SC9為類群Ⅲ，該類的特點(diǎn)是高度矮，主莖粗，塊根長(zhǎng)與粗適中，單株產(chǎn)量高，可作為種植推廣的備選品種（系）。

表5 3個(gè)類群木薯的農(nóng)藝性狀特征表Table 5 Agronomic traits of cassava in three groups

圖2 木薯品種（系）農(nóng)藝性狀聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis diagram of agronomic traits of cassava varieties(lines)

3 討論

通過對(duì)10個(gè)木薯品種（系）的9個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定分析，發(fā)現(xiàn)不同品種（系）的農(nóng)藝性狀，除落葉高度和塊根粗無顯著差異外，其余農(nóng)藝性狀間存在顯著差異，與前人[15-16]的研究結(jié)果相一致。說明不同木薯品種的主要農(nóng)藝性狀具有相對(duì)穩(wěn)定的遺傳，這可能與自身遺傳基因有關(guān)[17-19]。

農(nóng)藝性狀間高變異系數(shù)是品種改良的基礎(chǔ)[20]。本研究中，單株產(chǎn)量的變異系數(shù)范圍最大，株高最小，這與黃國宋等[21]的研究結(jié)果相似。地上鮮重、鮮薯個(gè)數(shù)和主莖粗等農(nóng)藝性狀具有較大的變異系數(shù)，說明這些性狀有較大的改進(jìn)余地，在品種改良時(shí)優(yōu)先對(duì)這些性狀進(jìn)行選擇，較容易獲得優(yōu)良品種。從品種（系）角度來看，SC9、58-7和GMT的農(nóng)藝性狀平均變異系數(shù)大，具有較大的改進(jìn)余地，可作為今后品種改良的首選材料。而277、SG-9和GR891的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)低，改進(jìn)余地較小。

作物產(chǎn)量與各農(nóng)藝性狀間彼此相關(guān)，本文通過對(duì)木薯9個(gè)主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析后表明，單株產(chǎn)量與鮮薯個(gè)數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)，與塊根長(zhǎng)的相關(guān)性次之。這與羅興錄等[15]和楊守臻等[16]的研究結(jié)果類似。說明要獲得單株產(chǎn)量高的木薯，首先要有較多的塊根數(shù)，其次是較長(zhǎng)的塊根。由此可知，在木薯高產(chǎn)栽培選育過程中，鮮薯個(gè)數(shù)和地下莖大小可作為選育的重點(diǎn)標(biāo)識(shí)性狀對(duì)后代材料進(jìn)行選擇[22-23]。

主成分分析是利用降維的思想，把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，用較少的幾項(xiàng)綜合性指標(biāo)對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文通過對(duì)不同木薯品種（系）的主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，最終得到2個(gè)主成分，鮮薯個(gè)數(shù)是第1主成分的主導(dǎo)變量，塊根長(zhǎng)是第2主成分的主導(dǎo)變量。謝向譽(yù)等[24]在木薯單株產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性研究中也指出，單株產(chǎn)量主要由塊根數(shù)、最長(zhǎng)薯長(zhǎng)、生物產(chǎn)量等決定，與本文存在不同程度的一致性。

通過評(píng)分模型，得到各木薯品種（系）的綜合得分，發(fā)現(xiàn)SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯。進(jìn)一步進(jìn)行聚類分析，在歐氏距離為15時(shí)，參試木薯可分成3個(gè)類群，類群Ⅰ（低產(chǎn)群體）主要特點(diǎn)為主莖粗、塊根粗、地上鮮重大。類群Ⅱ（高產(chǎn)群體）主要特點(diǎn)為具有較高的株高、第1分枝高、落葉高，鮮薯個(gè)數(shù)多、塊根長(zhǎng)、產(chǎn)量高，可優(yōu)先作為推廣種植品種。類群Ⅲ（中產(chǎn)群體）主要特點(diǎn)為高度矮，主莖粗、塊根長(zhǎng)與粗適中，單株產(chǎn)量較高，可作為推廣種植的備選品種。

4 結(jié)論

參試的10個(gè)不同木薯品種（系）中，SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，可作為種植推廣的品種（系）。單株產(chǎn)量與鮮薯個(gè)數(shù)、塊根長(zhǎng)、塊根粗相關(guān)性最強(qiáng)，是選育高產(chǎn)品種首要考慮指標(biāo)。單株產(chǎn)量、地上鮮重和鮮薯個(gè)數(shù)的變異系數(shù)均較大，在品種遺傳改良時(shí)可作為優(yōu)先考慮的農(nóng)藝性狀指標(biāo)。