大豆主要荚粒性状与百粒质量的多元分析与评价

王 怡 ，赵 霞 ，王一璞 ，张 豪 ，岳爱琴 ，王 敏 ，杜维俊 ，赵晋忠

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.山西农业大学文理学院，山西太谷030801）

众所周知，在我国大豆是不可或缺的粮食作物，百粒质量是大豆产量的重要构成因子，在一定条件下与产量呈显著正相关[1-2]。而百粒质量是一个复杂的数量性状，是由多因子一起产生影响。只有找出控制大豆产量性状百粒质量的主要因子，才能选出优质高产的大豆品种。主成分分析法的原理即通过降维的方法，将多因素转变成较少的主要因子，其中，每个主要因子均可体现原来的大部分内容，且所含内容不重复。李传仁等[3]研究认为，在对大豆百粒质量进行优选时，应重点关注单株荚数、单株粒数、生育后期、全生育期、茎粗等农艺性状。刘念析等[4]研究发现，大豆百粒质量与生殖生长期呈显著负相关，与营养生长期呈极显著负相关；并与株高呈极显著正相关，与有效荚数呈极显著负相关。谭淑玲等[5]对黑龙江省第四积温带种植的21个大豆品种进行分析，结果表明，大豆百粒质量与单株荚数、单株粒数、生育后期、全生育期、茎粗等农艺性状有较大关联。马爱萍[6]研究认为，百粒质量与株高、主茎节数、生育前期以及全生育期之间呈极显著正相关，但与单株粒数呈极显著负相关。目前，关于不同大豆品种的百粒质量研究主要集中在生育期、株高、茎粗等方面，尚未见到大豆荚皮、籽粒农艺性状对百粒质量影响的研究。

本试验以102个大豆品种的荚粒为研究对象，对7个荚粒性状与百粒质量进行调查，分析了荚粒性状与百粒质量间的相关性，并通过主成分分析法对不同荚粒性状与百粒质量进行分析与评价，选出几个与百粒质量相关的综合指标，并用聚类分析法对102个品种进行分类，为今后大豆育种提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

依托山西农业大学大豆遗传与种质创新实验室大豆种质资源圃，选择有代表性的102份大豆栽培品种、地方品种和野生大豆为材料，其序号和品种名称如表1所示。

表1 102份大豆材料的序号和名称

1.2 试验方法

试验点设在山西农业大学试验基地，地力偏上。随机区组排列，二次重复，行长4 m，行距0.5 m，3行区，小区面积6 m2，每行定苗14株，种植密度10.5万株/hm2。4月29日至5月10日播种，开沟条播；间定苗1～2次，中耕除草2～4次，防治病虫2～4次，全生育期灌水1～2次。收获后各材料随机取10组，每组10个荚粒，分别测定每组的荚长、荚宽、荚厚、荚质量、粒长、粒宽、粒厚和百粒质量。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 荚长 使用游标卡尺量出大豆荚皮的长度，10个一组，取平均数记录，重复3次。

1.3.2 荚宽 使用游标卡尺量出大豆荚皮的宽度，10个一组，取平均数记录，重复3次。

1.3.3 荚厚 使用游标卡尺量出大豆荚皮的厚度，10个一组，叠起来测量记录，重复3次。

1.3.4 荚质量 使用千分之一天平秤出大豆荚皮的质量，10个一组记录数据，重复3次。

1.3.5 粒长 使用游标卡尺测量出10个排在一起的大豆籽粒的长度，重复3次。

1.3.6 粒宽 使用游标卡尺量出10个排在一起的大豆籽粒的宽度，重复3次。

1.3.7 粒厚 使用游标卡尺量出10个排在一起的大豆籽粒的厚度，重复3次。

1.3.8 百粒质量 挑选出100颗颗粒饱满的大豆籽粒，使用千分之一天平进行测量并记录。

1.4 数据处理

试验采用 SPSS，Excel，GraphPad Prism 统计软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 102个大豆材料荚粒性状测定及分析

表2 102个大豆的数量性状表现

由表2可知，除荚长、荚宽、粒长外，其他性状变异幅度均较大。变异系数在20%以内、变异层次较低的有荚长、荚宽和粒长；变异系数在20%～40%、变异层次中等的有粒宽、粒厚；荚皮厚度变异系数最高（43.84%），其次是荚质量（41.07%）和百粒质量（40.76%）。说明这3个性状有较大的变异潜力。

2.2 百粒质量的测定及分析

将已收获的102份大豆材料进行考种。百粒质量可以用来衡量种子大小，可将种子分为5个级别，分别为特大粒、大粒、中粒、小粒和极小粒。特大粒种是24.10 g以上的大豆品种，大粒种是24.00～18.10 g，中粒种是18.00～12.10 g，小粒种是12.00～6.10 g，极小粒种是6.00 g以下者[7-9]。从图1可以看出，达特大粒种标准的大豆有30个，达大粒种标准的有42个，10个大豆达中粒标准，小粒种有12个，极小粒种有8个。

2.3 荚粒性状与百粒质量的相关分析

分别用 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，Y 表示荚长、荚宽、荚厚、荚质量、粒长、粒宽、粒厚、百粒质量。由表 3 可知，Y 与 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7 均呈极显著正相关。

表3 大豆农艺特征之间的相关分析

2.4 大豆百粒质量和7个自变量间的多元线性回归分析

经过多元线性回归分析，选出影响因变量百粒质量的重要自变量，经计算，获得的方程为：Y＝-12.228－0.567X1＋1.016X5－0.199X7＋3.717X6＋2.405X2＋3.447X4－7.468X3，其中，F＝158.953，相关系数r＝0.961，决定系数R2＝0.924。由表4可知，粒长、粒宽、荚宽和荚质量对百粒质量的作用均为正，而荚长、荚厚、粒厚这3个性状的作用为负。

2.5 百粒质量与荚粒性状的通径分析

将7个对百粒质量有极显著作用的荚粒表型性状进行通径分析，得出这些性状对百粒质量的直接通径系数、间接通径系数及综合作用[10-12]。粒宽对大豆百粒质量的直接正效应最大（0.649），荚宽通过粒宽对百粒质量的间接作用最大（0.52）（表5），虽荚长、荚厚、粒厚对百粒质量的直接作用均为负，但它们通过粒宽的间接作用后很大，因此，这3个的综合作用也变为正，说明粒宽是产量增产的重要因素。这7个荚粒表型性状对百粒质量的综合排序为：粒宽＞荚宽＞荚质量＞荚长＞粒长＞粒厚＞荚厚。

表4 百粒质量与荚粒性状回归模型系数

表5 百粒质量与荚粒性状的通径系数

2.6 荚粒性状的主成分分析

从表6可以看出，这102个大豆材料的荚粒表型性状的主成分分析中，特征值大于1的主成分有1个，这个主成分的累积贡献率达到了65.531%，并且这第1主成分中载荷较大的性状有3个，分别为荚宽、荚质量、粒宽，说明第1主成分主要解释荚宽对产量的作用，可称为“荚宽因子”。

表6 荚粒性状的主成分值及主成分载荷

2.7 聚类分析

根据主成分的贡献率可得到各品种的综合分数，再根据综合得分将102份大豆材料聚成4大类群（图2）。由表7可知，第Ⅰ类囊括了74份大豆品种，总体特征为荚长、荚宽、荚厚、荚质量、粒长、粒宽、粒厚、百粒质量这8个指标除了低于第Ⅳ类群外，其均值均高于平均水平，且仅次于第Ⅳ类。

第Ⅱ类群囊括了22个品种，其特征是荚长、荚宽较短，荚厚、荚质量较小，粒长粒宽较短，粒厚、粒质量也较小，其性状的均值均低于评价水平，但其综合评价水平比第Ⅲ类要好。第Ⅲ类囊括了5个品种，其特征是荚长、荚宽短，荚厚、荚质量最小，粒长粒宽短，粒厚、百粒质量也最小，其性状的均值均低于评价水平，是4类中综合评价水平最低的。第Ⅳ类仅有1个，其特征是荚质量、百粒质量最大，其他性状的均值也均显著高于评价水平。其综合主成分得分最高，与其他种质的亲缘关系较远，利用第Ⅳ类大豆资源与其他类别大豆杂交的后代会有更大的杂种优势。

表7 各类群大豆材料各性状的表现特征

3 讨论

种质资源可以为育种、科研及生产提供丰富的基因源，大豆的荚粒性状受人工选择、地理环境的影响很大[13]。从荚粒性状的变异情况来看，在本研究的102个大豆材料中，荚长、荚宽和粒长的变异系数较小，其余性状的变异系数均大，性状间表现出更大差异，说明本试验种质资源的不同性状间存在更大的差异，变异范围大，遗传具多样性，通过性状的选择还能一定程度的提高产量。这与陈学珍等[14]对不同产地大豆种质资源荚粒性状的表现与相关性分析的结果一致。

本研究经相关性分析可得出，百粒质量与7个性状均呈极显著正相关，对产量的综合效应排序为：粒宽＞荚宽＞荚质量＞荚长＞粒长＞粒厚＞荚厚。以上结果与前人研究结果一致[15-21]。根据综合得分进行聚类分析发现，第Ⅳ类的综合主成分得分最高，与其他种质的亲缘关系较远，利用第Ⅳ类大豆资源与其他类群的品种杂交有可能产生较大的优势。

4 结论

不同大豆品种的荚厚、荚质量、粒宽、粒厚、百粒质量均有较大的变异潜力，且用过主成分分析得出对百粒质量影响最大的3个性状为：粒宽、荚宽、荚质量。清来四号对未来培育新品种有较大前景。