西北地区芝麻单株产量与农艺性状的相关性与通径分析

(山西省农业科学院经济作物研究所，太原 030031)

芝麻(SesamumindicumL. )隶属胡麻科(Pedaliaceaie)胡麻属(Sesamum)一年生草本植物，是我国重要的油料作物之一[1-2]，素有油中“皇后”之美誉[3]。由于芝麻的特殊营养价值和保健价值，使其在食品、医药、美容和工业等领域得到了广泛的应用，在国民经济中的地位日益突出[4-7]。此外，芝麻具有耐贫瘠、耐旱等特性，在我国有着悠久的种植历史，多数省份均有种植[8]。随着人民生活水平不断提高，芝麻需求不断增加，每年需进口芝麻80万～90万t，供需矛盾日益突出。西北地区是我国芝麻六大主产区之一，因受气候影响，芝麻单产低而不稳，严重影响西北地区芝麻产业的发展[9-10]，因此，培育高产优质芝麻良种是解决西北芝麻生产发展的前提。

通径分析可以将因变量与自变量的相互影响分解为直接影响和间接影响，从而为统计决策提供可靠的依据，因此在遗传学等领域受到广泛的重视[11-12]。目前，国内外学者利用通径分析对小麦[13]、大豆[14]、玉米[15-16]、高粱[17]、蚕豆[18]、燕麦[19]、向日葵[20]、大麦[21]等多种作物进行了研究，在芝麻上的应用也有不少报道，唐雪辉等利用通径分析对17个芝麻品种的主要性状与产量进行研究，结果表明,千粒重是影响芝麻产量最直接的性状[22]；那艳斌等[7]对辽宁芝麻资源主要农艺性状与产量进行通径分析，对芝麻产量的直接贡献大小依次为株蒴数>蒴粒数>株高>蒴长，但由于试验环境、试验群体不同，其结论不完全一致。因此，本研究以88份西北地区芝麻种质资源为研究材料，对其主要农艺性状与产量进行相关性和通径分析，以期探明西北地区芝麻种质资源各个性状间的内在联系，准确评价该性状在产量构成中的重要性，可为芝麻的新品种选育、亲本材料的合理选配提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料选用来源于山西、陕西不同产地的芝麻种质资源共计88份，由山西省农业科学院经济作物研究所提供。

1.2 试验设计

试验于山西省农业科学院经济作物研究所试验地进行，前茬作物为玉米，土壤肥力中等。试验材料于2018年5月23日播种，采用随机区组设计，重复3次，小区面积3.0 m×2.0 m，每份材料播种6行，行距35 cm，株距20 cm。出苗后，待芝麻3对真叶时间苗，5对真叶时定苗，整个生育期按照常规田间管理。

1.3 测定指标与数据分析

在芝麻成熟期时，每份材料随机选取10株进行株高(X1)、始蒴高度(X2)、空稍尖长(X3)、果轴长(X4)、单株蒴果数(X5)、每蒴粒数(X6)、千粒重(X7)、单株产量(X8)等8个农艺性状进行调查、记载和考种，农艺性状调查参照《芝麻种质资源描述规范和数据标准》[23]，芝麻农艺性状的记载标准见表1。

表2 供试芝麻种质农艺性状的变异分析

性状最小值最大值极差平均值标准差变异系数/%株高/cm100.40199.3098.90148.1824.4816.52始蒴高度/cm20.2070.2050.0040.8111.3827.88空稍尖长/cm0.0014.0014.004.133.2678.99果轴长/cm53.60162.00108.40103.2224.2823.53单株蒴果数/个60.00152.7092.7099.0219.2019.39每蒴粒数/粒54.8098.8044.0072.478.3611.54千粒重/g2.063.191.132.580.2610.16单株产量/g5.4219.8914.4712.452.8022.50

表3 芝麻农艺性状与单株产量的的相关分析

相关系数株高(X1)始蒴高度(X2)空稍尖长(X3)果轴长(X4)单株蒴果数(X5)每蒴粒数(X6)千粒重(X7)单株产量(X8)株高(X1)1.000始蒴高度(X2)0.1541.000空稍尖长(X3)0.453∗∗0.1181.000果轴长(X4)0.875∗∗-0.329∗∗0.267∗1.000单株蒴果数(X5)0.251∗0.028-0.2020.267∗1.000每蒴粒数(X6)-0.0430.0000.119-0.059-0.296∗∗1.000千粒重(X7)0.221∗-0.1570.1320.279∗∗-0.048-0.237∗1.000单株产量(X8)0.314∗∗-0.037-0.0380.339∗∗0.656∗∗0.0660.359∗∗1.000

注：*、**分别表示在 0.05 和 0.01 水平上差异显著。下同。

采用Microsoft Excel 2003软件对数据进行处理，计算平均值、标准差及变异系数，采用SPSS 18.0软件对数据进行相关分析、通径分析、多元逐步回归。

表1 芝麻表型性状记载标准

性状记载标准株高成熟期主茎子叶节至顶端的高度始蒴高度成熟期子叶节至主茎下部第一个有效果节的高度空稍尖长终花后主茎梢尖蒴果不能正常发育部分的长度果轴长成熟期主茎最上部和最下部有效果节的长度单株蒴果数成熟期主茎上有效蒴果数每蒴粒数成熟期主茎中部蒴果的粒数千粒重1000粒干籽粒的重量单株产量成熟期单个植株干籽粒的重量

2 结果与分析

2.1 芝麻主要农艺性状的统计分析

对88份西北地区芝麻种质主要农艺性状进行统计分析(表2)，株高、始蒴高度、空稍尖长、果轴长、单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重、单株产量8个主要农艺性状的变幅分别为98.9 cm、50.0 cm、14.0 cm、108.4 cm、92.7个、44.0粒、1.13 g、14.47 g，8个性状变异系数表现为空稍尖长>始蒴高度>果轴长>单株产量>单株蒴果数>株高>每蒴粒数>千粒重，变异系数分别为78.99%、27.88%、23.53%、22.50%、19.39%、16.52%、11.54%、10.16%，结果表明,参试芝麻不同种质资源有着较大的变异范围，资源类型丰富。

2.2 芝麻单株产量与农艺性状的相关分析

由表3可以看出，单株产量与株高、果轴长、单株蒴果数、千粒重呈极显著正相关，这说明芝麻株高、果轴长、单株蒴果数、千粒重的增加是芝麻获得高产的重要因素；每蒴粒数与产量呈正相关，但没有达到显著水平，因此，通过各种育种或栽培方法适当改善这5个性状，在一定程度上可提高芝麻产量。始蒴高度、空稍尖长与单株产量呈负相关，但相关性不显著。芝麻产量三要素单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重之间呈负相关，其中单株蒴果数与每蒴粒数呈极显著负相关，每蒴粒数与千粒重呈显著负相关，千粒重与单株蒴果数呈负相关，说明对产量三要素中单一性状的正向选择会导致其他两个要素的下降，因此，在对芝麻进行选择育种或高产栽培中要充分考虑到产量三要素之间的相互制约影响，要保证芝麻产量三要素的协调提高才是提高芝麻单产的关键。果轴长与单株蒴果数呈显著正相关，与千粒重呈极显著正相关，而与每蒴粒数呈负相关，说明在保证每蒴粒数的前提下，可通过提高果轴长，进而提高单株蒴果数和千粒重，才是获得芝麻高产的关键。

2.3 芝麻单株产量与农艺性状的通径分析

对88份西北地区芝麻种质单株产量进行正态检验的结果表明(表4)，Shapiro-Wilk统计量为0.995，显著性p值为0.979，大于0.05，说明因变量的分布接近正态分布，因此可对西北地区芝麻单株产量与其它农艺性状进行逐步回归分析。

表4 芝麻单株产量的正态性检验结果

项目 柯尔莫诺夫-斯米尔诺夫检验 夏皮罗-威尔克检验法 统计量自由度显著性统计量自由度显著性单株产量(X8)0.071880.200∗0.995880.979

以芝麻单株产量为因变量，以株高、始蒴高度、黄稍尖间长、果轴长、单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重为自变量进行逐步回归可知(表5)，随着自变量被引入回归方程，回归方程的相关系数(R)和决策系数(R2)逐步增大，说明自变量对芝麻单株产量的作用在增加。模型3的R2为0.734，说明单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重3个性状决定的变异占单株产量的73.4%，且芝麻单株产量中单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重的显著性均小于0.05(表6)，自变量与因变量之间差异显著，表明单株蒴果数、千粒重、每蒴粒数对芝麻单株产量具有显著作用，3个性状对单株产量的重要性依次为：单株蒴果数>千粒重>每蒴粒数。因此，芝麻单株产量最优多元回归方程为：Y=-23.134+0.117X5+5.317X7+0.141X6。

表5 模型汇总

模型相关系数R决策系数R2调整后R2标准估计的误差10.656a0.4300.4232.1266020.763b0.5830.5731.8296230.857c0.7340.7251.46890

注：a预测变量：常量，NCP；b预测变量：常量，NCP、TSW；c预测变量：常量，NCP、TSW、NGS。

2.3.1单株蒴果数对单株产量的效应

单株蒴果数与单株产量的相关系数和直接通径系数分别为0.656和0.804(表7)，均为正值，其数值均位居第一位，且直接效应大于间接效应，说明单株蒴果数是决定单株产量的重要因素。因此，在今后育种和栽培中应把单株蒴果数作为主要的选育目标性状。

表6 芝麻农艺性状与单株产量的通径分析

模型非标准化系数回归系数B标准误差通径系数tp值1常量2.9791.197-2.4880.015单株蒴果数(X5)0.0960.0120.6568.0520.0002常量-8.0852.233--3.6200.000单株蒴果数(X5)0.0980.0100.6749.6150.000千粒重(X7)4.1820.7490.3925.5840.0003常量-23.1342.819--8.2070.000单株蒴果数(X5)0.1170.0090.80413.5500.000千粒重(X7)5.3170.6230.4988.5310.000每蒴粒数(X6)0.1410.0200.4226.9190.000

表7 主要农艺性状与单株产量的通径系数

自变量与单株产量的相关系数直接通径系数间接通径系数X5X7X6TotalX50.6560.804--0.039-0.238-0.277X70.3590.498-0.024--0.118-0.142X60.0660.422-0.125-0.100--0.225

2.3.2千粒重对单株产量的效应

千粒重与单株产量的相关系数和直接通径系数分别为0.359和0.498(表7)，均为正值，其数值均位居第二位，且直接效应大于间接效应，说明千粒重是决定单株产量的第二大因素。因此，提高千粒重也是提高单株产量的重要途径，在今后的栽培和育种中应加以重视。

2.3.3每蒴粒数对单株产量的效应

每蒴粒数对单株产量的相关系数和直接通径系数分别为0.066和0.422(表7)，均为正值，其中直接通径系数位居第三位，且直接效应大于间接效应，说明每蒴粒数是决定单株产量的第三大因素。因此，通过育种和栽培等方法，增加每蒴粒数对单株产量也有一定的提高作用。

3 结论与讨论

3.1有研究表明，作物群体农艺性状的变异系数越大，则遗传多样性越丰富，选育良种的潜力就越大[24-27]。本研究通过对88份秦晋地区芝麻种质资源的8个主要农艺性状进行变异分析，结果发现，8个性状变异系数范围为10.16%～78.99%，其中变异系数最大的性状为空稍尖长，变异系数最小的性状为千粒重，说明参试芝麻种质资源遗传多样性类型丰富，良种培育的选择潜力巨大。

3.2对芝麻单株产量与农艺性状的相关性分析发现，株高、果轴长、单株蒴果数、千粒重、每蒴粒数与单株产量呈正相关，而始蒴高度、空稍尖长与单株产量呈负相关，说明提高单株蒴果数、株高、果轴长、千粒重、每蒴粒数这5个性状，对提高单株产量具有重要意义。株高、果轴长、单株蒴果数、千粒重与单株产量呈极显著正相关，相关系数大小顺序为单株蒴果数>千粒重>果轴长>株高，这与那艳斌等[7]研究结果相一致，而与唐雪辉等[22]研究结果有差异，可能是由于试验环境、试验群体不同所导致。同时，单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重之间呈负相关，说明单一性状的正向选择会导致其他2个要素的下降。因此，统筹协调、合理选择性状指标来提高芝麻生产的产量和质量具有重要现实意义。

3.3对芝麻农艺性状进行逐步回归分析和通径分析发现，决定单株产量的性状为单株蒴果数、千粒重、每蒴粒数。这3个性状对提高芝麻单株产量均起到促进作用，其中起主导作用的是单株蒴果数，其直接通径系数为0.804；其次为千粒重，直接通径系数为0.498；第三为每蒴粒数，直接通径系数为0.422。本研究对芝麻农艺性状与单株产量进行相关分析与通径分析时，发现存在一定差异，说明性状间的相互作用是复杂的，除了各性状对单株产量的直接效应外，各性状之间还存在间接效应。因此，在育种和栽培生产实践中，在加强某个主要性状进行调控时，要兼顾其他性状，使之共同协调相互之间关系，才是提高芝麻产量的关键。