不同大豆杂交后代新品系产量性状的主成分分析

2012-09-11王鹏李贵全

山西农业大学学报（自然科学版） 2012年5期

王鹏，李贵全

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

大豆是我国主要的油料作物，围绕大豆高产主题，育种学家和栽培学家进行了大量的研究［1，2］。由于大豆产量是一个受多基因控制的数量性状［3］，它不仅受遗传因子控制，而且很大程度上也受环境因素的支配，这就增加了选择的难度。因此研究和探讨诸性状与产量的关系及其在产量构成中的作用一直是近年来国内外关注的重要课题。作物数量性状的多元遗传分析方法已被广泛应用于性状的遗传研究，在小麦［4］、水稻［5］等多种作物上都有相关的研究报道。关于大豆产量相关性状的主成分分析和聚类分析，前人已有不少报道［6～10］，主要是研究不同区域大豆品种遗传距离间的差异。本研究利用大田试验，在同一生态条件下对不同大豆新品系的生长发育动态进行了研究，通过主成分分析［11，12］、聚类分析等方法，分析了13个大豆新品系与产量相关的12个农艺性状，旨在为区域性大豆生产中品种更新、筛选和亲本选配工作提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

试验于2011年5月至10月在山西农业大学大豆遗传育种试验田内进行。从山西农业大学大豆育种室选取13个来源于不同亲本组合的趋于稳定的大豆新品系，所选品系见表1。

表1 13个大豆新品系来源及生物学性状Table 1 The source and biological characters of 13 new soybean strains

1．2 试验设计

试验采用随机区组设计，3次重复，每小区2行，行长5 m，行距0．5 m，株距0．2 m，于2011年5月3日播种。收获时每小区随机抽取10株定株观察、考种，取平均值。

1．3 统计分析

利用SPSS统计软件，进行产量性状的相关矩阵计算、主成分分析及聚类分析。

2 结果与分析

2．1 不同大豆杂交后代新品系产量相关性状的主成分分析

主成分分析可以将多个相互关联的数量性状综合为少数几个主成分，通过对变量之间的相关系数矩阵内部结构的研究，找出数目较少且能控制所有变量的主成分。对12个产量性状进行主成分分析，提取前4大主成分，累积贡献率达85．89%（表2），说明这4个主成分能够较好的代替上述12个产量性状对所研究的材料进行综合评价。

表3显示了12个产量相关性状在前4大主成分矩阵中的权重系数。表4列出了各品系的主成分值及排名。第一主成分中，单株粒数（X7）、单株粒重（X12）、单株荚数（X4）和三粒荚数（X10）等系数较大，对第一主成分的贡献最大。一个品种的这些性状表现越好，第一主成分值越大。百粒重（X11）的权重系数较大且符号为负，说明该性状会随第一主成分值的增大而减小。

第二主成分中，一粒荚数（X8）、二粒荚数（X9）的权重系数较大且符号为正，这些性状的数值越大则第二主成分值越大。同时单株粒数（X7）和单株荚数（X4）也有所增加，但是增加不明显。而三粒荚数（X10）、株高（X1）等系数较大但符号为负，会随第二主成分值增大而减小。

第三主成分中，权重系数较大且符号为正的有株高（X1）、有效分枝数（X2）、主茎节数（X6）和百粒重（X11），系数较大且符号为负的是主茎荚数（X5）。说明当第三主成分值较大时，株高、有效分枝数、主茎节数、百粒重等性状表现较好，而主茎荚数的表现却比较差。

第四主成分中，系数最大的是结荚高度（X3），某一品种第四主成分值越大，结荚高度越高。

表2 前4大主成分的特征值及累计贡献率Table 2 The eigenvalue and percentages of accu mulated contribution of the leading principal components

表3 前4大主成分的特征向量Table 3 Eigenvectors of leading principal co mponents

表4 品系的主成分值及综合主成分值排名Table 4 The value of principal co mponent and the rank of integrated principal co mponent in different strains

2．2 聚类分析

通过品系间的遗传距离将13个大豆品系分为4类（图1）。第一类由5个品系组成，平均株高为108．33 c m，平均单株产量为62．02 g，平均生育期为114．25天，属于中熟中产品种，包括品系1、12、2、7、6；第二类由4个品系组成，分别是品系9、11、13、10，平均株高为 123．35 c m，生育期较短为104．5天，平均单株产量为82．8 g，属于中早熟，高产品种；第三类由2个品系组成，品系3和品系8，为早熟中产品种；第四类由2个品系组成，包括品系4和品系5，属于中熟低产品种。

从图1的品系聚类情况可以看出，即使是同一父本与不同母本杂交的后代，如品系10和品系4，由于在育种过程中目标选择的不同，也会造成比较明显的遗传距离（D2＝8．97），一个被分到第二类，另一个则被分到第四类；相反，如品系11和品系13，虽然亲本来源不同（晋大53×晋豆19和晋大47×晋豆8号），但是数量性状上的遗传距离较小（D2＝0．38），反而被划分到同一类。

图1 品系聚类图Fig．1 Clustering of brains

结合表4中各品系的主成分值和综合主成分值排名情况可以看出，综合主成分值的排名顺序与各品系的产量高低基本一致，排名靠前的产量相对较高，而低产品系4和5其综合主成分值则排在最后两位。如品系10，在连续两年的山西省大豆中晚熟区域试验中，6个试验点平均亩产194．3 kg，比对照晋豆19（亩产149．3 kg）增产13．1%，在所有参试品种中名列前茅。其综合主成分值排在第一位是符合实际情况的。

3 结论与讨论

本试验对13个大豆新品系的12个产量相关性状进行主成分分析，提取累计贡献率高达85．89%的前4大主成分。结果表明，第一主成分值越大，大豆产量相对越高，即在高产育种中应选择单株粒数、单株荚数、三粒荚数等表现好的后代材料；尽量减小第二主成分值的大小，减少一粒荚、二粒荚的数量。但同时盲目增大第一主成分值会伴随大豆籽粒百粒重的减小，也会给产量带来不利的影响。因此，应根据育种目标来确定适宜的主成分值。

综合主成分分析是在主成分分析的基础上，在不损失原有数据信息的情况下，将多个具有相关性的指标转换成一个综合指标来进行综合评价，还可以具此对所评价的品种进行排名，评价其优劣。本试验在得出各品系综合主成分的排名之后，结合生产实际对结果进行了验证，结果基本一致。

利用多元分析方法估计品种间的遗传距离并进行聚类分析是近年来经常采用的且被大多数试验证明有效的一种测定遗传距离的方法。遗传距离的大小在一定程度上反映了品种间遗传差异的大小，结合聚类结果可以看出，亲本来源与遗传距离没有必然联系，来源不同的品种，由于选择方向相同，可能成为近缘品种，被分到同一类群。

在选择大豆品种时，应根据育种目标确定各个主成分值的大小；在评价品种间遗传差异时，不能以亲本来源或亲缘关系为依据，应根据育种过程中对品种的选择方向和环境因素等方面予以综合考虑。

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