山西芝麻种质资源农艺性状的相关分析及聚类分析

韩俊梅，任果香，文 飞，吕 伟，王若鹏，刘文萍

山西芝麻种质资源农艺性状的相关分析及聚类分析

韩俊梅，任果香，文 飞，吕 伟，王若鹏，刘文萍

（山西省农业科学院经济作物研究所，山西汾阳032200）

利用SPSS24.0软件对333份芝麻种质资源的8个数量性状和8个质量性状进行了相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果显示，单株蒴果数与分枝数、株高、主茎果轴长度呈正相关，与始分枝高度呈负相关，与每叶腋花数、株型、叶色、蜜腺有相关性。主成分分析表明，主要信息集中在前4个主成分中，累计贡献率为78.43%。利用聚类分析把芝麻种质资源分为5个类群，其中，第Ⅱ类群材料属于分枝、矮秆、节间短、高产型；第Ⅲ类群可作为特异性材料加以利用；第Ⅴ类群属于一叶一果的类型。

芝麻；种质资源；相关性分析；聚类分析

芝麻（Sesamum indicum Linn）隶属于胡麻科胡麻属一年生草本植物，是世界上最古老的油料作物之一[1]。芝麻在全球分布较广，在亚洲、非洲、美洲、欧洲均有种植，且主要在亚洲、非洲等发展中国家种植，其种植面积占世界种植面积的90%以上。我国芝麻主要分布在长江、黄河和淮河三大流域[2]，其单产和总产均居世界首位[3-4]。芝麻籽营养丰富，含有油酸、亚油酸、蛋白质，还有大量的芝麻酚、芝麻素和维生素E，AS等抗氧化物质，而且在工业、制药、食品、畜牧等方面都具有重要价值[5-7]。

我国十分重视种质资源的搜集、保存、研究及利用。种质资源是育种工作的物质基础，作物育种的突破性成就决定于关键性基因资源的发现和利用，作物资源丰富的遗传多样性也是农作物生产的需要，种质资源也是生物学理论研究的重要基础材料。尽管各种分子生物学及遗传学技术已经广泛应用于芝麻种质资源的遗传多样性鉴定分析和评价研究中，但是农艺性状的描述和鉴定，仍然是种质资源利用研究的重要途径和方法[8]。张艳欣等[9]、车卓等[10]对我国保存的芝麻核心种质进行了遗传多样性分析；孙建等[11]对芝麻种质资源的叶绿素含量进行了多样性研究；还有在苦瓜[12]、甜菜[13]、燕麦[14]等作物中也有报道。可见，对种质资源进行相关性分析和聚类研究，对种质资源创新有重要作用。

本试验通过对333份芝麻种质资源的农艺性状进行一系列的统计分析，旨在对这些种质资源进行全面的了解、分类，为种质资源的创新、利用提供理论基础，同时发掘优良的种质资源进行有效、充分利用。

1 材料和方法

1.1 材料

试验所用材料为山西省农业科学院经济作物研究所收集的山西、陕西的农家种和国家芝麻产业技术体系各位专家提供的种质，共333份，其中，山西98份，陕西46份，湖北53份，河北28份，东北108份。

1.2 试验设计

试验于2016年在山西省农业科学院经济作物研究所试验地进行，采用田间随机区组设计，3次重复，每个小区长2.4 m、宽2.4 m，株距0.2 m，行距0.4 m，每个材料种植2行，常规田间管理。土壤为沙壤土，前茬作物为玉米，播种期5月27日，无霜期152 d。现蕾期、开花期较常年降雨量多60 mm左右。

1.3 性状调查

田间调查的质量性状有株型、叶色、叶形、蜜腺、叶腋花数、花冠颜色、蒴果棱数、茎秆茸毛量。田间调查的数量性状有主茎始蒴高度、始分枝高度、一次分枝数、二次分枝数、主茎果轴长度、株高、节间长度、单株蒴果数。调查标准参照中国农业科学院油料作物研究所编写、中国农业出版社出版的《芝麻种质资源描述规范和数据标准》。

1.4 质量性状赋值

表1 芝麻种质资源质量性状赋值

8个质量性状的赋值情况如表1所示。

1.5 数据处理

数据采用Excel，SPSS24.0软件进行统计分析，质量性状进行赋值，数值进行标准化转换（Z得分），聚类方法为组内联接，用平方欧式距离绘制聚类结果树状图。

2 结果与分析

2.1 芝麻种质资源的主要特征

统计分析结果显示，参试材料的株高平均为147.91 cm，最小为43 cm，最大为311 cm；主茎始蒴高度平均为41.92 cm，最小为12 cm，最大为112 cm；主茎果轴长度平均为101.91 cm，最小为7 cm，最大为174 cm；节间长度平均为3.962 cm，最小为2 cm，最大为8.3 cm；单株蒴果数平均为135.3个，最小为32个，最大为588个。可见，山西芝麻种质资源的数量性状变化范围大，有丰富的多样性。

株型以单秆为主，占63.1%，其余为分枝型；茎秆茸毛以33.9%为茸毛量少，27.1%为中等，20.4%为没有茸毛，18.6%为茸毛量多；叶色浅绿色为45.3%，绿色为31.2%，深绿色为23.5%；叶形以椭圆形为主，占53.2%，其次为卵形，占32.1%，披针形占13.5%，柳叶形最少；每叶腋花数以三花为主，占69.4%，其次为单花，占30%，只有少数多花；花冠颜色以浅紫色为主，占69.1%，25.1%为紫色，还有少数白花；蜜腺以没有蜜腺为主，占71.2%，中等蜜腺次之，为19.8%，其余为小蜜腺和大蜜腺；蒴果棱数以四棱为主，占87.7%，6.6%为混合棱数，5.4%为八棱。由此可以看出，芝麻种质资源各个性状类型丰富，可为培育高产、优质、抗逆性品种提供丰富的亲本材料。

2.2 8个数量性状的相关性分析

表2 8个数量性状的相关性分析

从表2可以看出，株高与主茎果轴长度、单株蒴果数、主茎始蒴高度、始分枝高度、节间长度呈显著正相关，且相关性系数最大的为主茎果轴长度，其次为单株蒴果数；始分枝高度与主茎始蒴高度呈极显著正相关，相关系数为0.415；一次分枝数与主茎始蒴高度、节间长度、单株蒴果数呈极显著正相关；二次分枝数与主茎始蒴高度、单株蒴果数呈极显著正相关；主茎始蒴高度与主茎果轴长度呈极显著负相关；主茎果轴长度与节间长度、单株蒴果数呈极显著正相关；单株蒴果数与株高、一次分枝数、二次分枝数、主茎果轴长度呈极显著正相关，且相关系数最大的为二次分枝数，单株蒴果数与始分枝高度呈负相关，说明在一定程度上分枝数越多、株高越高、主茎果轴长度越长，单株蒴果数越多，产量也越高。

2.3 8个数量性状的主成分分析

对参试的333份芝麻种质资源的8个数量性状进行主成分分析，结果表明，主要信息集中在前4个主成分中，累计贡献率为78.43%（表3）。

表3 8个数量性状的主成分分析

第1主成分的特征值为2.110，贡献率为26.376%，特征向量中载荷较高的性状有株高、主茎果轴长度、单株蒴果数，特征值分别为0.726，0.731，0.672。这3个性状与产量正相关，所以，在一定程度上株高越高、主茎果轴长度越长、单株蒴果数越多，产量越高。其余的性状都为正向载荷，但是特征向量值较小，对产量的影响也小。

第2主成分的特征值为1.604，贡献率为20.048%。这一主成分中载荷为正且较高的性状为始分枝高度、株高、主茎始蒴高度，特征值分别为0.699，0.536，0.446。载荷为负且较高的性状有一次分枝数、单株蒴果数，特征值分别为-0.562，-0.433。可以看出，随着始分枝高度、株高、主茎始蒴高度的增加，和产量相关的一次分枝数和单株蒴果数会降低，所以，在育种中要选择始分枝高度、株高、主茎始蒴高度适中的品种。

第3主成分的特征值为1.534，贡献率为19.178%。这一主成分中正向载荷较高的为主茎始蒴高度，负向载荷较高的为主茎果轴长度，说明主茎始蒴高度大在一定程度上会影响主茎果轴长度，进而影响产量，为了获得高产，应选择主茎始蒴高度适中的资源。

第4主成分的特征值为1.026，贡献率为12.829%。这一主成分中主要反映的是节间长度、二次分枝数的影响，说明节间长度和分枝数的增加将影响产量，为了达到高产，在生产中应该选择节间长度小、二次分枝数适中的资源。

2.4 单株蒴果数与8个质量性状的相关性分析

对参试资源的单株蒴果数与8个质量性状进行相关性分析，从表4可以看出，相关系数大且达到显著的性状为：每叶腋花数与蜜腺相关，相关系数为-0.943；单株蒴果数与株型、每叶腋花数、蜜腺、叶色相关，相关系数分别为0.261，0.271，-0.271，-0.206；还有一些性状存在相关性但是相关性系数小，茎茸毛稀密与叶形、花冠颜色相关；株型与蜜腺、叶形相关；叶色与蒴果棱数相关；叶形与每叶腋花数、花冠颜色、蜜腺相关。

表4 单株蒴果数与8个质量性状的相关性分析

2.5 333份芝麻种质资源的聚类分析

利用SPSS24.0软件对333份参试芝麻种质资源的5个数量性状、8个质量性状进行聚类分析，采用组内联接法，在遗传距离为20.5处，将供试材料大致分为5个类群（图1），每个类群的农艺性状特征如表5所示。

第Ⅰ类群株高矮小、始蒴部位低、主茎果轴长度小、节间长度小、单株蒴果数较少。形态特征主要表现为：单秆，茎茸毛类型多，叶色3个类型均有，叶形主要为椭圆形和卵形，三花，花色主要为浅紫、紫色次之，没有蜜腺，蒴果主要为四棱。这一类群资源产量低，农艺性状类型丰富，需通过杂交、诱变等方法进一步加以利用。

第Ⅱ类群植株矮小、始蒴部位高、主茎果轴长度短、节间长度最短、单株蒴果数较多。形态特征表现为：分枝型为主，茎茸毛类型多，叶色以浅绿色为主，叶形椭圆形为主、卵形次之，三花，浅紫，没有蜜腺，蒴果有四棱和八棱。此类群材料属于分枝、矮秆、节间短、高产型，可以作为抗倒、适合机械化播种的品种提供亲本资源。

第Ⅲ类群植株株高适中、主茎始蒴高度适中、主茎果轴长度中等、节间长度长、单株蒴果数中等。形态特征表现为：单秆分枝均有，茎茸毛类型以多为主，叶色深绿色为主、绿色次之，叶形以椭圆形和卵形为主，三花，浅紫，没有蜜腺，蒴果棱数以四、六、八混合棱数为主。此类群的材料形态表现特殊，可作为特异性材料加以利用。

第Ⅳ类群植株高大、主茎始蒴部位高、主茎果轴长度长、节间长度长、单株蒴果数多。形态特征表现为：单秆、分枝都有，茎茸毛类型多，叶色以浅绿色和绿色为主，叶形以椭圆和卵形为主，三花，浅紫，没有蜜腺，蒴果以四棱为主。此类群材料属于高产类型，但是始蒴部位高、节间长度长，需进一步改进加以利用，筛选出节间短、始蒴部位适中的高产品种。

第Ⅴ类群植株株高中等、始蒴部位高、主茎果轴长度中等、节间长度中等、单株蒴果数少。形态特征表现为：单秆、分枝均有，茎茸毛类型多，叶色浅绿色、绿色、深绿色都有，叶形以椭圆为主，单花，浅紫为主，中等蜜腺为主，蒴果棱数为四棱。此类群的材料属于一叶一果的类型，有其独特的特点，可作为特殊材料加以利用。

表5 5个类群农艺性状特征

3 结论与讨论

通过对333份芝麻种质资源的8个数量性状和8个质量性状的分析可知，芝麻的种质资源不论是数量性状还是质量性状都有丰富的多样性；相关性分析得知，单株蒴果数与分枝数、株高、主茎果轴长度呈显著正相关，与始分枝高度呈负相关，与蜜腺、株型、每叶腋花数、叶色相关，结合主成分分析可以得出，影响芝麻产量的农艺性状中单株蒴果数、株高、主茎果轴长度、分枝数、节间长度、主茎始蒴高度为重要因素。理论上在一定程度上植株高大、主茎果轴长度长、分枝数多、节间长度短、主茎始蒴高度低的材料能达到高产。

聚类分析将芝麻种质资源分为5个类群，第Ⅰ类群有112份资源，供试材料的33.6%分布在这一类群，其中，包含51.8%的东北资源，其次为山西资源，占30.6%，陕西、湖北、河北资源均有。第Ⅱ类群有39份材料，占供试材料的11.71%，5个地区的材料分布差不多；第Ⅲ类群有18份，供试材料分布较少，为5.4%，山西资源达10份，其余地区分布较少；第Ⅳ类群有93份，27.9%的供试材料分布在此类群，陕西资源分布最高，为39.1%，其次为湖北、河北、山西、东北资源；第Ⅴ类群包含71份材料，占供试材料的21.3%，5个地区均有分布。由此看出，不同地区资源聚集交错，与地理分布并无直接关系，这与国内外相关研究结果一致[15]。资源的地理分布与分类没有太大的关系，也可能是区域之间资源相互交流，导致了遗传基础狭窄。

在以后的工作中，应该扩大资源来源地的范围，广泛收集农家种，对已有的材料、好的种质资源不仅可以直接用于生产，还可以作为育种的基础材料，为育种家选育优良的品种提供优良的亲本来源。同时，利用已有的种质资源，通过杂交、理化诱变、外源基因的导入及其他手段，创造新的种质资源，不断拓建基因库。

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Correlation Analysis and Cluster Analysis of Agronomic Traits of Sesame in Shanxi

HANJunmei，RENGuoxiang，WENFei，LÜ Wei，WANGRuopeng，LIUWenping
（Instituteof the Economic Crops，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Fenyang 032200，China）

Toefficiently use sesamegermplasmresources，this study analyzed the correlation,principal component and cluster of 8 quantitative traits and 8 quality traits of 333 sesame germplasm resources by SPSS24.0 software.The results showed that the number of capsulesper plant had a very significant correlation with the number of branches,plant height and the length of the main stem,while had negatively correlated with branching height.Besides,it had a relationship with leaf number,plant type,leaf color and nectary.The principal components of 8 quantitative traits were analyzed，and the results showed that the accumulation indices of the top four principal components were up to 78.43%.Cluster analysis showed that 333 sesame germplasm resources were classified into five groups.The GroupⅡhad branch,dwarf,internode short and high yield.The GroupⅢcould be used as specific material.The GroupⅤwas belongs tothetypeof leaf-fruit.

sesame;germplasmresources;correlation analysis;cluster analysis

S565.3

A

1002-2481（2017）12-1912-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.12.03

2017-09-07

国家现代农业芝麻产业技术体系（CARS-14-2-02）；山西省农业科学院科研项目（17YZGC050）

韩俊梅（1987-），女，山西汾阳人，研究实习员，硕士，主要从事芝麻育种与栽培研究工作。刘文萍为通信作者。

《山西农业科学》编辑部