安麦1132农艺性状及产量的相关性和主成分分析

薛志伟，杨春玲

(安阳市农业科学院，河南安阳 455000)

农作物产量的高低是多个农艺性状共同作用的结果，各性状之间相互作用最终形成作物籽粒产量[1，2]。目前新品种(系)的选育要经过多年多点筛选鉴定，作物育种家关注的焦点不仅是单一的产量水平，还有田间农艺性状的综合表现。在育种工作中如果仅仅将产量指标作为唯一评判因素，或者仅对单一性状指标进行选择，则可能因主观影响而出现误判。

主成分分析主要利用降维的思想，在保证损失较少信息量的前提下，将多个原始并且彼此相关的变量转化成新的个数较少且彼此独立的综合指标的统计方法[3，4]。在多指标的研究中，各个指标之间往往存在一定的相关性。主成分分析通过线性变换后每个成分都能够反映原始变量的大部分信息，且所含信息互不重复，使数据分析变得简单直接，评价结果更客观准确[5]。随着统计学的发展，主成分分析不仅普遍应用于现代经济分析、自动化与计算机技术和环境科学工程，还广泛应用于农作物遗传多样性、种质资源研究和农艺性状综合筛选等系统综合评价。目前国内外利用主成分分析法在小麦[6～8]、玉米[9，10]、谷子[11]、大豆[12]等多种作物的改良、创新和抗逆选择等方面取得了重要的研究进展。

小麦是我国重要的粮食作物，其田间表现是众多农艺性状的综合表达体。为了明确小麦诸多农艺性状和产量的关系，笔者运用统计学相关分析和主成分分析方法对安麦1132在多个区域试验点的基本苗数、幼苗生长习性、有效穗数、黑胚率、熟相、出苗至抽穗天数和抽穗至成熟天数等农艺性状和产量进行综合研究，以期对小麦品种安麦1132进行科学合理的综合评价。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以小麦品种安麦1132 于2014—2015年和2015—2016年分别在河南省种子管理站11个和12个区域试验点的田间观测数据汇总结果为分析资料。

2014—2015年洛阳点试验地前茬为绿肥掩青，林州点为旱地休闲，三门峡院点为芝麻，偃师点为大豆，其余各试验点(嵩县点、三门峡站点、灵宝点、鹤壁点、济源点、汝州点、镇平点)前茬均为玉米。2015—2016年试验地前茬多为玉米(鹤壁点、灵宝点、汝州点、镇平点)，宝丰点、济源点前茬为大豆，林州点、嵩县点前茬为谷子，洛阳点为绿肥掩青，三门峡院、三门峡站前茬为传统的晒旱地，邓州点前茬为烟草。

试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积12～15 m2，收获计产面积12 m2以上。播种前精细整地，一次性施足底肥，生育期间不再追肥。每个试验点均选择有代表性的旱地进行试验，小麦生育期间不浇水。

1.2 试验方法

选取基本苗数、有效穗数、黑胚率、出苗到抽穗天数、抽穗到成熟天数等农艺性状，按照小麦品种试验观察记载项目内容与标准定期观测。出苗之后选择有代表性的样点观测基本苗数、有效穗数，准确记载生育期、田间管理技术等内容。为了便于应用计算机储存、分析试验资料，全部记载均数量化。幼苗生长习性、熟相一般采用五级制，沿用三级制的一些性状，记载级别由小值到大值，表示幼苗生长习性由匍匐到直立；熟相由好到差。收获后进行产量测定。

1.3 统计分析

利用Excel对上述农艺性状进行基本统计分析，利用SPSS 19.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 基本统计分析

对安麦1132品种的6个性状进行统计学分析，结果显示(表1)：变异系数表现为出苗到抽穗天数<抽穗到成熟天数<基本苗数<产量<有效穗数<黑胚率。出苗到抽穗天数和抽穗到成熟天数的变异系数分别为3.47%和5.85%，黑胚率的变异系数则达到105.20%。

表1 农艺性状和产量的描述性统计

2.2 相关分析

由表2可知，各性状与产量的相关系数表现为有效穗数>黑胚率>熟相>抽穗到成熟天数=出苗到抽穗天数>幼苗生长习性>基本苗数，其中有效穗数和黑胚率与产量呈显著正相关。幼苗生长习性、熟相、出苗到抽穗天数和抽穗到成熟天数与产量正相关，基本苗数与产量负相关。从各性状之间的相关系数来看，幼苗生长习性与黑胚率极显著正相关；基本苗数与有效穗数和黑胚率显著负相关，与熟相和出苗到抽穗天数极显著负相关；有效穗数与熟相极显著正相关，与出苗到抽穗天数显著正相关；黑胚率与熟相和出苗到抽穗天数显著正相关；出苗到抽穗天数与抽穗到成熟天数负相关。

表2 农艺性状和产量的相关系数

2.3 主成分分析

2.3.1 判断主成分分析的适用性

对安麦1132的7个性状和产量进行主成分分析，各性状编号为：基本苗数(Z1)、幼苗生长习性(Z2)、有效穗数(Z3)、黑胚率(Z4)、熟相(Z5)、出苗到抽穗天数(Z6)、抽穗到成熟天数(Z7)和产量(Z8)。

观察数据在进行主成分分析之前，需判断是否符合Kaiser-Meyer-Olkin度量。本文观察值数据KMO值为0.71，Bartlett 球形度检验的Sig.为0，可以用于主成分分析。

2.3.2 提取主成分

在主成分分析中方差代表了性状在主成分方向上的分散程度[4]。方差越大，主成分在样本数据分析中所起的作用越大。由表3 可知，第一主成分的特征值为3.43，贡献率42.86%；第二主成分的特征值为1.42，贡献率17.80%；第三主成分的特征值为1.18，贡献率14.78%，三者的贡献率累计达75.43%。因此本文选取前3个成分作为主成分代表8个性状反映的信息，其中第一主成分的贡献率最大，说明它综合原有观察值数据信息的能力最强。

表3 各成分解释的总方差

2.3.3 主成分变量

根据田间记载项目分类与成分矩阵(表4)提取3个主成分包含的变量：第一主成分特征根从大到小依次是黑胚率(0.81)、熟相(0.79)、有效穗数(0.69)、出苗到抽穗天数(0.66)、幼苗生长习性(0.56)、产量(0.51)、抽穗到成熟天数(0.38)、基本苗数(-0.72)。其中有效穗数、黑胚率、熟相和产量之间有最直接的关系，因而第一主成分可以解析为安麦1132籽粒产量因子。小麦从出苗到成熟横跨多个生育期。穗部性状从穗原基经伸长、分化、凸起至羽毛形成期，籽粒经历乳熟、蜡熟，最终完熟成型。从籽粒的外观和食用品质考虑，安麦1132可适当提高有效穗数，为高产创造条件，但不宜过分追求单一高产，以免影响籽粒黑胚率和熟相，造成籽粒品质下降。

第二主成分中数值最大的为抽穗到成熟天数(0.77)，最小的为出苗到抽穗天数(-0.44)，因此第二主成分可以解析为物候期因子。小麦从出苗以后到抽穗受到多种发育因子的影响，在北部的冬麦区种植的多为冬性和半冬性小麦品种，小麦在幼苗阶段必须经历一定的低温春化时期才可以进入幼穗分化，完成顶端发育[13，14]。冬小麦属跨年生作物，因而可以考虑适当减少第二主成分，延长冬小麦出苗到抽穗的营养器官生长阶段，为抽穗到成熟的生殖器官生长阶段积蓄能量。

第三主成分的基本苗数(0.49)和幼苗生长习性(-0.38)可以解析为幼苗因子。只有适宜的基本苗数，才能协调小麦群体和个体之间的生长矛盾。群体数量过大会造成个体营养供应不足，影响小麦后期有效穗数以及籽粒产量，因此第三主成分可适当减少。

表4 成分矩阵

3 结论与讨论

通过对安麦1132的8个性状进行分析，发现不同试验点间出苗到抽穗天数和抽穗到成熟天数变异系数较小，而籽粒黑胚率的变异系数较高。在实际生产中可以延长出苗到抽穗天数，有益于有效穗数的增长，而有效穗数适当增加有益于产量提高，但安麦1132籽粒黑胚率也会随之增加，籽粒熟相会变差，因而要注意平衡籽粒要素之间的关系。

(1)变异系数在统计学上用来衡量样本的离散程度，代表本身遗传多样性，变化幅度的大小反映了性状的丰富程度[15]。同一个品种的性状在不同地点的变异程度越小，说明其变异偏离的程度越小。变异系数大，则性状变化幅度较大。对安麦1132农艺性状和产量变异系数综合分析得出，安麦1132在不同试验点生育动态变化幅度较小，而籽粒成熟情况受试验点影响较大。

(2)运用主成分分析法可以减少分析时的维度，同时可以将多个相互关联性状指标转换成较少的独立的新指标[6，16]。本研究对安麦1132田间7个农艺性状和产量进行主成分分析，其中前3个主成分可以解析为籽粒产量因子、物候期因子和幼苗因子，累计贡献率75.43%。这3个因子可以代表8个性状所代表的遗传信息。第一主成分因子的方差贡献率最高为42.86%，第二主成分因子和第三主成分因子方差贡献率分别为17.80%和14.78%。本文中第一主成分的负荷最大，说明籽粒产量因子(有效穗数、熟相、黑胚率和产量)对安麦1132的品种改良和综合评价中具有重要的作用。

(3)农艺性状的表现是遗传因素和环境因素共同作用的结果，在育种中，将所有的优良性状集中于一体是很难的。根据前人的研究，气候变暖的现象正在对包括小麦在内的农作物产生极大的影响，小麦品种的地区适应性发生变化，整个生育期正在变短[17，18]。目前对小麦田间相关性状的分析，对环境因素考虑较少，原因是气象因子难以量化且年度间变化较大，这一定程度上影响了田间农艺性状的表现和品种的改良[19]。因此在研究小麦农艺性状的表现时应重点考虑气象因子对其田间表现的影响，这对于品种的田间选育和栽培技术运用具有重要意义。