小麦农艺性状与品质特性的多元分析与评价

刘雅丽　娄洋　王东亮

摘要：小麦是三大谷物之一，其生产地域辽阔，对环境的适应性较强。主产地在亚洲、北美等地区，其中以我国和美国以及印度等种植最为广泛。在种植小麦的过程中，它的产量影响因素非常多，如气候变化、土壤情况、地形因素等，但同时还会受到小麦品种的个体生育状况的影响。负责农产品种植研究的工作人员通过对小麦农艺性状和品质特性等进行分析，能够有效掌握小麦个体剩余状况和整体的生产效能。这样能够有效提升小麦的产量。本次试验主要是对来自西北农林科技大学小麦品质改良实验室的96个小麦品种的10个品质特性和11个农艺性状参数的主成分进行估算，供试材料于2011年10月1日采用单粒、行长2米，每行20株、株距0.1米、行距0.2米的方式播种于杨凌小麦综合试验站，并以主成分和欧式距离为基础，进行聚类分析和二维排序分析。品质特性和农艺性状的前4个主成分分别反映了89.1483%和85.3450%的数据信息量。

关键词：小麦；农艺性状；品质特性；主成分分析；二维排序分析

主成分分析通过保留低阶主成分，忽略高阶主成分以减少数据集的维数，同时保持数据集中的对方差贡献最大的特征，以便了解小麦材料的主成分构成及其带来的生物学意义，这可帮助学者们从构成性状的多因素关系中了解分析材料特点，对遗传材料进行客观的评价。而聚类分析可帮助学者衡量不同材料数据间的相似性，进而对其进行划分和归类，以便了解类群间的遗传差异和相似性。本次研究运用主成分分析、聚类分析和二维排序分析的方法获得了小麦品种的农艺性状和品质特性的主成分组成，并将所得资料数据进行二维排序图以及聚类分析图的绘制，通过对图表的分析与考查找出了小麦材料的遗传距离以及相似性和多样性等理论参考依据，并最终整理出综合品质特性以及农艺性状较好的小麦品种，获得了优良种质资源。

1 材料与方法

本次试验主要是对来自西北农林科技大学小麦品质改良实验室的96个小麦品种的10个品质特性和11个农艺性状参数的主成分进行估算，供试材料于2011年10月1日采用单粒、行长2米，每行20株、株距0.1米、行距0.2米的方式播种于杨凌小麦综合试验站。

农艺性状调查的主要性状包括小麦品种旗叶的长度与宽度、麦穗下节的长度与直径、旗叶距穗长、植株高度、小穗数目、麦穗粒数、粒重、粒宽和粒厚，主要农艺形状的调查项目和参考标准参照金善宝《中国小麦生态》。品质特性测定，包括子粒铁、锌含量的测定、子粒蛋白质含量的测定、湿面筋含量的测定、粉质参数的测定、拉伸参数的测定、容重的测定、沉降值的测定等。

2 结果与分析

2.1 农艺性状主成分分析

用SPSS数据处理软件计算出11个农艺性状的主成分的特征向量和贡献率。经计算得出，前4个主成分贡献率分别为31.0133%、24.6215%、18.1518%、11.5583%，其特征向量所凝聚的生物学信息分别主要跟穗部、穗下节长、粒厚、粒宽及旗叶宽相关，故而分别称它们为穗部构成因子、株高构成因子、子粒大小构成因子以及旗叶构成因子。第一主成分特征向量间的关系表明，穗下节直径与穗部重量呈正相关关系，小穗數和穗粒数和穗粒重呈正相关关系，第二主成分凝聚向量之间的关系表明植株越高，粒宽就越小，旗叶越长。第三主成分的向量关系表明子粒大小与数目成反比。第四主成分的向量关系表明，旗叶宽度与植株高度成反比，穗粒数越少、穗粒重越小。

2.2 品质特性主成分分析

前4个主成分的贡献率分别为54.1611%、14.9571%、10.3339%和9.6962%，由于第一个主成分的性状特征值中沉降值、面团形成时间、子粒蛋白质含量、延展度、拉伸面积、湿面筋含量和面团稳定时间的贡献率彼此之间呈正相关，故称第一主成分为沉降值因子。第二主成分中子粒容重贡献最大，且其特征向量为负值，故又称其为容重因子。实践证明，小麦子粒容重越大，子粒铁、锌、蛋白质和湿面筋含量越低，面团形成时间和拉伸面积会越大。第三主成分中锌含量作用最大，所以又称之为锌含量因子。第四主成分贡献率最低，故称之为铁含量因子。第三、四主成分子粒容重的特征向量绝对值都较大，面团稳定时间和沉降值都为负值。但前者铁含量的特征向量为负值，后者锌含量的特征向量为负值。由此可以得出：子粒锌含量与子粒容重呈正相关，与面团稳定时间、沉降值呈负相关；子粒铁含量与其它品质性状间的关系与此类似。子粒铁含量和锌含量负相关的关系决定了在小麦品质改良过程中应当选择子粒容重、沉降值等品质性状较好、锌铁含量适中的小麦品种。

3 结束语

随着社会经济的发展，人们对生活质量的要求逐步提高，其中对健康食物的要求更为苛刻，从要求吃得饱转变为吃得好、吃得精、吃得健康。因此，能够培育出高产而又优质的小麦品种，满足广大人们的饮食需求一直是我国小麦育种单位的重要目标，而此次试验，为小麦育种提出了很好的改善建议以及参考指标，为小麦育种的进程提供了一大助力。根据系统聚类分析图，综合品质特性较好的小麦材料主要集中于第一类和第二类，综合农艺性状较好的多集中于第三类和第四类。根据二维排序分析图显示，96个小麦材料中，32个小麦品种综合品质特性较好，锌铁含量较高；有27个小麦品种表现为矮杆，子粒和旗叶较大，代表其综合农艺性状优良、丰产性较好。将聚类分析图与二维排序分析图进行综合分析，发现泰山9818、西农822、杨31、西安837和轮选719以及中育9383品质特性比较好。