摘" " 要：為綜合評(píng)價(jià)不同激素對(duì)谷子生物性狀及農(nóng)藝性狀的影響，選取生產(chǎn)上種植面積最大的谷子品種晉谷21號(hào)，在拔節(jié)初期和孕穗期分別噴施8種激素，以清水為對(duì)照，試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)，田間測(cè)定不同處理下葉片的凈光合速率、蒸騰速率、胞間濃度、氣孔導(dǎo)度，成熟期測(cè)定株高、穗長(zhǎng)、頂葉長(zhǎng)、頂葉寬、節(jié)間數(shù)、鞘莖粗、根條數(shù)和根干質(zhì)量等9個(gè)主要農(nóng)藝性狀，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變異系數(shù)、相關(guān)性和主成分分析。結(jié)果表明：不同性狀間變異系數(shù)的變幅為 1%～22%，其中根干質(zhì)量變異較大，性狀選擇潛力大；頂葉寬與凈光合速率呈正相關(guān)性，與胞間CO2濃度呈顯著性正相關(guān)，株高與穗長(zhǎng)、凈光合速率呈顯著正相關(guān)；前4個(gè)主成分對(duì)變異累積貢獻(xiàn)率達(dá)94.57%，主成分的總方差和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的主要依據(jù)，這些性狀與谷子的光合作用有關(guān)。因此，在對(duì)谷子進(jìn)行遺傳改良時(shí)，應(yīng)充分考察農(nóng)藝性狀與光合性能對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)，栽培時(shí)可充分利用外源生長(zhǎng)激素調(diào)控農(nóng)藝性狀，提高其光合效率進(jìn)而提高產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：激素；晉谷21號(hào)；農(nóng)藝性狀；變異系數(shù)；相關(guān)分析；主成分分析

中圖分類號(hào)：S515" " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " "DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2024.03.005

Correlation and Principal Component Analysis of Major Agronomic Traits of Millet under Different Hormonal Treatments

MA Huifang， SHI Guanyan，WANG Juanfei， XUE Hongli， REN Guoxiang

（The Industrial Crop Institute of Shanxi Agricultural University， Fenyang， Shanxi 032200， China）

Abstract：For a comprehensive evaluation of the impact of different hormones on the biological and agronomic traits of millet， the most widely planted millet variety in production， Jingu 21 was selected. The plants were sprayed with 8 different hormones at the beginning of the jointing stage and the booting stage， respectively using clear water as a control. The experiment was set with three repetitions. In the field， the net photosynthetic rate， transpiration rate， intercellular concentration， and stomatal conductance of the leaves under different treatments were measured. At maturity， 9 main agronomic traits were determined， including plant height， spike length， top leaf length， top leaf width， internode number， sheath stem thickness， root number， and root dry weight. The data were subjected to coefficient of variation， correlation， and principal component analyses. The results showed that the coefficient of variation among different traits ranged from 1% to 22%， with root dry weight showing greater variability and potential for trait selection. Top leaf width was positively correlated with net photosynthetic rate and significantly positively correlated with intercellular CO2 concentration. Plant height showed significant positive correlations with spike length and net photosynthetic rate. The first four principal components accounted for 94.57% of the cumulative variation， and the total variance and contribution rate of principal components were the main basis for selecting principal components. These traits are related to the photosynthetic activity of millet.Therefore， in the genetic improvement of millet， it is possible to fully examine the contribution of agronomic traits and photosynthetic performance to yield. During cultivation， exogenous growth hormones can be fully utilized to regulate agronomic traits and enhance photosynthetic efficiency， thereby increasing yield.

Key words： hormones; Jingu 21; agronomic traits; coefficient; correlation analysis; principal component analysis

谷子[Setaria italica （L.） P. Beauv.]是一年生草本植物，俗稱粱、黃粟、小米等，屬于短日照C4植物，具有耐高溫、抗旱、適應(yīng)性廣和穩(wěn)產(chǎn)等特性，主要種植在亞歐大陸的溫帶及熱帶地區(qū)，在我國(guó)東北、華北和西北地區(qū)廣泛栽培[1-2]，其中在山西地區(qū)谷子種植較為普遍，品種較多。晉谷21號(hào)是山西農(nóng)業(yè)大學(xué)（省農(nóng)科院）經(jīng)濟(jì)作物研究所自主研發(fā)選育的新品種，在山西乃至全國(guó)都屬于種植面積較大的品種之一，與其他品種相比較，晉谷21號(hào)品質(zhì)優(yōu)、熟相好、對(duì)光照敏感、抗低溫、根系壯、莖稈粗、光和效率高，可以大大提高土地面積的利用率，達(dá)到增產(chǎn)的效果。

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是由人工合成的含有植物激素活性的一類有機(jī)物質(zhì)，在植物生長(zhǎng)的某一階段及一定的環(huán)境條件下對(duì)植物代謝有調(diào)控作用，能夠有效調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育[3]。因其具有價(jià)格低、效果好、用量少、抗逆作用強(qiáng)、平衡植物代謝、提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種作物，尤其是糧食作物[4-5]。作物的抗倒伏能力與株高顯著相關(guān)，株高越低，植株抗倒伏能力越強(qiáng)，化學(xué)調(diào)控技術(shù)已成為降低植株高度、培育壯苗的重要手段。多效唑、烯效唑等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有高效、低殘留、低毒等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于多種農(nóng)作物的壯苗培育[6-7]，具有提高葉綠素含量、降低丙二醛（MDA）含量、提高超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）活性、緩解膜脂過(guò)氧化程度等作用，可提高植物抗逆能力[8]。

谷子的產(chǎn)量是一種數(shù)量性狀，由遺傳和環(huán)境共同決定，不同生態(tài)類型下的谷子[9-10]，農(nóng)藝性狀表達(dá)參差不齊。為提高谷子產(chǎn)量，一方面可以通過(guò)基因型改良，將新培育的優(yōu)勢(shì)基因?qū)牍茸又?，使其融合成為新的?yōu)勢(shì)品種，但是此方法成本高、周期長(zhǎng)，不利于大規(guī)模種植；另一方面，可以通過(guò)局部噴施不同激素溶液，對(duì)作物本身的細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。在谷子日常生產(chǎn)中，使用的激素大多為粒粒飽、海綠素、根旺、赤霉酸、縮節(jié)胺等，不同的激素對(duì)谷子的作用機(jī)理不同，例如粒粒飽可以提高葉綠素含量，縮短節(jié)間；赤霉酸可以促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)，降低葉綠素；縮節(jié)胺可以提高葉綠素含量，降低整體株高。每種激素都具有專一性，可以對(duì)谷子起到不同的作用。

農(nóng)藝性狀遺傳標(biāo)記是研究遺傳多樣性的有效途徑，可以更方便地研究生物體內(nèi)的遺傳和突變規(guī)律。目前，遺傳標(biāo)記主要有形態(tài)標(biāo)記、分子標(biāo)記、細(xì)胞標(biāo)記和生化標(biāo)記4種類型，各種遺傳標(biāo)記都存在不同程度的局限性[11]。其中，形態(tài)標(biāo)記可以代表植物的表型性狀，如株高、穗長(zhǎng)、旗葉長(zhǎng)寬和葉面積等農(nóng)藝性狀。由于農(nóng)藝性狀可以簡(jiǎn)單直觀地記錄農(nóng)作物，因此大多數(shù)學(xué)者將其作為研究遺傳多樣性的指標(biāo)。

本研究利用相關(guān)性和主成分分析等方法[12-20]，對(duì)晉谷21號(hào)在不同激素處理下的農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，為晉谷21號(hào)的改良育種提供理論基礎(chǔ)與試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料方法

1.1 供試品種

參試谷子品種為晉谷21號(hào)，8種激素分別為復(fù)硝酚鈉、粒粒飽、縮節(jié)胺、蕓苔素內(nèi)酯、海綠素、赤霉酸、根旺、烯效唑，并以清水為對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)行長(zhǎng)3.5 m，6行每區(qū)，行距0.5 m。種植事項(xiàng)及耕作管理均按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行，在拔節(jié)初期和孕穗期噴施激素2次。田間使用儀器測(cè)定部分凈光合速率、蒸騰速率、胞間濃度、氣孔導(dǎo)度等光合參數(shù)；收獲前，在每個(gè)小區(qū)抽取10株代表性植株進(jìn)行考種工作，調(diào)查株高、穗長(zhǎng)、頂葉長(zhǎng)、頂葉寬、節(jié)間數(shù)、鞘莖粗、根條數(shù)和根干質(zhì)量等性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)采用變異系數(shù)分析、相關(guān)性和主成分分析等研究方法；數(shù)據(jù)利用Excel和SPSS2.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要性狀變異系數(shù)分析

對(duì)晉谷21號(hào)在不同激素溶液處理下的1年生和2年生植株的株高、穗長(zhǎng)、鞘莖粗和根干質(zhì)量農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行多樣性分析。由表1可知，在株高方面，對(duì)照組株高均值約為172.40 cm，經(jīng)過(guò)植物激素處理下的株高有明顯的變化。在赤霉酸與蕓苔素內(nèi)酯激素處理下，株高明顯增加，均值分別達(dá)到183.40 cm與173.51cm；在烯效唑、縮節(jié)胺與粒粒飽激素處理下，株高明顯降低，分別為166.53 cm、167.80 cm與160.13 cm；在其他激素處理下，株高變化不受影響。在不加激素的情況下，正常穗長(zhǎng)為23.50 cm，在噴施激素溶液后，穗長(zhǎng)發(fā)生變化。其中，在赤霉酸激素處理后，穗長(zhǎng)明顯增加，變異系數(shù)為0.07；烯效唑激素處理后，穗長(zhǎng)降低為22.73 cm；復(fù)硝酚鈉與根旺對(duì)穗長(zhǎng)影響不大。鞘莖粗在激素處理前后并未發(fā)生明顯變化，標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值較低。在噴施海綠素后，根干質(zhì)量明顯增加，變異系數(shù)為0.18。由表2可知，在激素處理下的2年生數(shù)據(jù)與1年生數(shù)據(jù)保持一致。從整體上來(lái)看，在激素處理下的主要性狀的變異系數(shù)差異明顯，根干質(zhì)量變異系數(shù)最大，表明在不同激素處理下的根干質(zhì)量變異較為豐富，性狀選擇潛力較大；莖粗變異系數(shù)最小，表明激素處理下的莖粗變異潛力較?。恢旮吆退腴L(zhǎng)2個(gè)性狀的變異系數(shù)介于中間，說(shuō)明可以通過(guò)噴施激素處理來(lái)改善性狀的潛力。

2.2 主要性狀相關(guān)性分析

對(duì)不同激素處理的主要農(nóng)藝性狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，晉谷21號(hào)的株高與穗長(zhǎng)、頂葉長(zhǎng)均表現(xiàn)出顯著性正相關(guān)，株高與頂葉寬表現(xiàn)出顯著性負(fù)相關(guān)。穗長(zhǎng)與頂葉長(zhǎng)表現(xiàn)出極顯著性相關(guān)，穗長(zhǎng)與頂葉寬表現(xiàn)出顯著性正相關(guān)。頂葉長(zhǎng)與頂葉寬沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。此外，株高與凈光合速率、胞間CO2濃度呈正相關(guān)，但相關(guān)性數(shù)較小，且不顯著，與蒸騰速率呈極顯著性負(fù)相關(guān)，與氣孔導(dǎo)度呈顯著性負(fù)相關(guān)；穗長(zhǎng)、頂葉長(zhǎng)2個(gè)性狀與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度呈負(fù)相關(guān)，但不顯著，與胞間CO2濃度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)不大，且不顯著，與蒸騰速率呈極顯著性負(fù)相關(guān)；頂葉寬與凈光合速率呈正相關(guān)，與胞間CO2濃度呈顯著性正相關(guān)，與蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度呈負(fù)相關(guān)，但不顯著。株高與凈光合速率呈現(xiàn)正相關(guān)，由此可以推測(cè)株高越高，凈光合速率越大。

2.3 主要性狀主成分分析

主成分分析是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，可將多個(gè)相關(guān)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)能夠反映初始全部指標(biāo)大部分信息的綜合變量。為了進(jìn)一步研究晉谷21號(hào)在不同激素處理下的農(nóng)藝性狀和光合參數(shù)的整體效果，本研究采用主成分分析法進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[15]。由表4可知，信息主要集中在前4個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率依次為50.126%、20.605%、15.265%、8.575%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到94.570%，說(shuō)明這4個(gè)主成分包含了晉谷21號(hào)主要性狀的94.570%的信息。主成分的特征根（總方差）和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的主要依據(jù)，通過(guò)計(jì)算得到的各農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征值、主成分貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率見(jiàn)表5。

由表5可知，在第1主成分中，載荷較高且為正值的性狀是胞間濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，其特征向量值依次為0.877、0.871和0.862；載荷較高且為負(fù)值的是株高，特征向量值為-0.724，這些性狀與谷子的光合作用有關(guān)，光合作用往往影響其產(chǎn)量因素，結(jié)合表3可知，株高越高，光合效率越高，其產(chǎn)量可能越高，因此第1主成分值應(yīng)偏低較好。在第2主成分中，除穗長(zhǎng)、頂葉長(zhǎng)、頂葉寬與莖粗為負(fù)值外，其余性狀均為載荷較高的正值，株高特征向量值為0.411，在4個(gè)主成分中最高，因此第2主成分應(yīng)該較高。在第3主成分中，載荷較高且為正值的是凈光合速率，特征向量為0.766，在4個(gè)主成分中最大，因此第3主成分與第2主成分同為較高。在第4個(gè)主成分中，整體特征向量均偏小，載荷較高且為負(fù)值的是穗長(zhǎng)與凈光合速率，其特征向量分別為-0.421與-0.389，結(jié)合表3可知，株高越高，穗長(zhǎng)越長(zhǎng)，光合效率越高，因此第4主成分應(yīng)該最低。

3 討論與結(jié)論

主成分分析可綜合多個(gè)指標(biāo)性狀，排除重疊信息，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)，通過(guò)主成分綜合得分對(duì)參試品種進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[21-23]。劉自遠(yuǎn)等[18]認(rèn)為，綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中，權(quán)重的賦予至關(guān)重要，確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重系數(shù)是科學(xué)、合理地作出評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)不同激素（植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑）處理下晉谷21號(hào)的主要農(nóng)藝性狀參數(shù)進(jìn)行分析，可以探討和總結(jié)谷子產(chǎn)量與主要相關(guān)性狀的遺傳表現(xiàn)聯(lián)系，并為新品種改良和選育提供指導(dǎo)作用。有研究表明，合理使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可以提高小麥生育后期葉細(xì)胞的自我保護(hù)能力，延長(zhǎng)葉片的功能期，提高葉片的光合能力，有利于促進(jìn)籽粒灌漿，更好地協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系，從而提高小麥產(chǎn)量[24-26]，這與本研究結(jié)果一致。植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑具有用量少、成本低、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[27-28]。

本研究結(jié)果表明，8種激素處理下的晉谷21號(hào)的農(nóng)藝性狀中根干質(zhì)量、株高、穗長(zhǎng)均有一定范圍內(nèi)的變異程。這說(shuō)明這些性狀的選擇潛力較大，可以通過(guò)改善栽培和噴施激素溶液方法，使晉谷21號(hào)性狀得到明顯改善。相關(guān)性分析顯示，在激素處理下株高與穗長(zhǎng)、凈光合速率關(guān)系密切，從而影響其產(chǎn)量。因此，株高、穗長(zhǎng)和光照可作為選育高產(chǎn)品種的重點(diǎn)標(biāo)識(shí)性狀。主成分分析顯示，在所有的主成分構(gòu)成中，信息主要集中在前4個(gè)主成分，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)到94.57%。袁峰等[29]對(duì)谷子產(chǎn)量相關(guān)性狀的主成分分析結(jié)果表明，株高、穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量變異系數(shù)較大，出谷率和生育期變異系數(shù)較?。幻鐫芍镜萚30]對(duì)谷子產(chǎn)量相關(guān)性狀的主成分分析表明，株高與平均分蘗間呈顯著負(fù)相關(guān)，其研究結(jié)果與本研究一致。因此，在谷子新品種選育過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同的育種目標(biāo)有針對(duì)性地篩選基礎(chǔ)材料，突出主因子兼顧輔因子，協(xié)調(diào)好各個(gè)農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)綜合性狀的最優(yōu)化。

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