大豆农艺性状相关性及主成分分析

2021-01-13王桂梅邢宝龙

安徽农学通报 2021年24期

王桂梅邢宝龙

摘要：以12个大豆新品系为研究对象，对其8个农艺性状进行了变异分析、相关分析和主成分分析。结果表明，12个品种的变异系数在5.94%～40.51%，变异系数最大的性状是单株有效荚数，变异系数为40.51%;变异系数最小的是主茎节数，变异系数为5.94%。产量与单株有效分枝数、单株荚数、单荚粒数和百粒重呈极显著正相关，与结荚高度呈显著负相关。产量与株型、主茎节数和株高等3个主成分因子，累计贡献率为90.620%;根据个品系的主成分得分和综合得分，适宜晋北地区种植的大豆新品系有3个，分别为Dt-10、Dt-06和Dt-02，其中Dt-06综合得分最高，产量也最高。该方法为大豆品种综合评价及品种筛选提供了新的途径和方法。

关键词：大豆;相关性;主成分分析

中图分类号 S565 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2021）24-0046-04

Correlation and Principal Component Analysis of Agronomic Traits in Soybean

WANG Guimei et al.

（High Latitude and Cold Weather Crops Institute of Shanxi Agricultural University， Datong 037006， China）

Abstranct： The variation analysis， correlation analysis and principal component analysis of 8 agronomic traits of 12 new soybean lines were carried out. The results showed that the coefficient of variation of 12 varieties ranged from 5.94% to 40.51%， and the most significant variable was the number of effective pods per plant， with the coefficient of variation of 40.51%; The lowest coefficient of variation was the number of main stem nodes， and the coefficient of variation was 5.94%. That yield was significantly positively correlated with effective branches per plant， pods per plant， seeds per pod and 100 seed weight， and negatively correlated with pod height. Three principal component factors， yield and plant type， node number of main stem and plant height were extracted， and the cumulative contribution rate was 90.620%. According to the principal component score and comprehensive score， three new soybean lines suitable for planting in northern Shanxi were selected， namely dt-10， dt-06 and dt-02. Dt-06 has the highest comprehensive score and the highest yield. This method can be well applied to the comprehensive evaluation and screening of soybean varieties， and provide a new way and method for the comprehensive evaluation and screening of soybean varieties.

Key words： Soybean; Relevance; Principal component analysis

大豆原产于我国，是我国重要的粮食作物，具有约5000年的栽培历史[1]，是世界上重要的油料作物和高蛋白的粮饲兼用经济作物，也是北方旱作区极为重要的油料作物[2]。大豆有“豆中之王”“田中之肉”“绿色的牛乳”之称，是典型的高蛋白、低脂肪食物。大豆蛋白中含有异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸等18种氨基酸。大豆含有丰富的微量元素如锌、硒、钼、镁、铜、氟等，对于预防动脉血管硬化、防止大脑老化、骨质疏松等非常重要[3]。另外，大豆还含有功能成分大豆异黄酮、大豆磷脂等。大豆具有解毒、活血利水、补肾强身的功效，自古就有“每天吃豆三钱，何需服药连年”的谚语[3-4]，是一种很好的药食同源作物。大豆可加工成各种豆制品、酿造酱油、榨取豆油，也可以将豆渣当成禽畜饲料。大豆不仅具有很高的营养价值，还具有药食同源的功效，也是我国一些传统食品的主要原材料，在农业经济中具有非常重要的地位，与生产和加工业息息相关。大豆营养丰富而价格低廉，富含蛋白质、脂肪及人体所必需的多种氨基酸、微量元素和矿物质，且秸秆和豆饼又是优质饲料，发展这一特色作物的生产对于调整山西省农业产业结构、出口创汇、增加农民收入具有极其重要的作用。

大豆育种中选择的多数农艺性状都是数量性状，它们不仅受遗传因子控制，而且在很大程度上也受環境因素的支配，从而增加了选择的难度。因此，研究和探讨农艺性状间的遗传联系已成为许多数量遗传学家和育种工作者十分关注的问题[5-16]。本试验以课题组选育的新品系为研究对象，采用主成分分析法研究大豆部分数量性状间的遗传关系，探讨每个品种在主成分分析中单一主成分下的表现及综合因子中的得分情况，筛选适宜晋北地区的大豆新品系，为大豆新品种的推广奠定基础，同时也为大豆品种综合评价及品种筛选提供新的途径和方法[17]。

1 材料与方法

1.1 供试材料供试大豆新品系共12个，全部由山西农业大学高寒区作物研究所大豆课题组提供。分别为Dt-1、Dt-2、Dt-3、Dt-4、Dt-5、Dt-6、Dt-7、Dt-8、Dt-9、Dt-10、Dt-11、Dt-12。

1.2 试验设计与田间管理本试验于2019年在山西农业大学高寒区作物研究所试验基地进行，年平均降雨量在370～460mm。试验地地势平坦，肥力中等，前茬作物為马铃薯，灌溉方便，土质沙壤土。试验设计采取随机区组排列，3次重复;小区长5m，宽2m，小区面积10m2;6行区，精量穴播每穴2～3粒，留苗27万株/hm2。四周设保护行，播前结合耕地施农家肥30000kg/hm2、复合肥600～750kg/hm2，其他管理略高于大田。

1.3 田间调查及经济性状测定大豆播种后，记载各生育时期的生长变化与生物学性状。大豆成熟时每个小区随机取样10株进行田间调查。测定项目包括株高、底荚高度、主茎节数、有效分枝数、单株有效荚数、单荚粒数、百粒重、单株产量。大豆成熟后各小区分别收获、脱粒、称重。

1.4 数据统计与分析试验数据采用Excel软件进行统计分析，采用SPSS软件进行相关性和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 参试大豆新品系的农艺性状描述性统计分析由表1可知：12个大豆新品系的农艺性状存在丰富的变异，变异范围在5.94%～40.51%，其中，变异系数最大的性状是单株有效荚数，平均值为54.28个，变异系数为40.51%;变异系数最小的是主茎节数，平均值为16.33节，变异系数为5.94%;各性状的变异系数从大到小依次为：单株有效荚数>有效分枝数>底荚高度>单株产量>株高>单株粒数>百粒重>主茎节数。可以看出，供试材料之间主茎节数的差异不大;单株有效荚数的变异系数最大，充分说明参试品种在单株荚数上的变异十分丰富，而其他性状的表现则介于这两类之间。说明可以通过良种选配和改善栽培措施等方法，使这些性状获得一定程度的改善和提高;主茎节数的变异系数很小，表明期望通过育种手段获得理想目标性状的难度较大[5]。

2.2 参试大豆新品系各性状间的相关性和主成分分析由表2相关性分析可知：产量与单株有效分枝数、单株荚数、单荚粒数和百粒重呈极显著正相关，与结荚高度呈显著负相关。这充分说明有效分枝数、单株荚数、单荚粒数和百粒重对产量的影响最大，所以在选育高产品种时，应注重选择分枝数多、单株荚数多、单株粒数多和百粒重大的品种。

为了评价品种的综合表现，仅对数据进行无量纲化是不够的，要对原始数据进行主成分分析，利用SPSS软件进行主成分析，遵循主成分分析累计贡献率≥85%的原则[18-20]，所提取的前3个主成分的累积贡献率达到90.620%（>85%），表明这3个主成分基本代表了8个性状的90%的信息量。由表3可知，主成分1的特征值为4.921，贡献率为61.512%，载荷较高的性状是有效分枝数、单株荚数、单荚粒数、百粒重和产量单荚粒数和产量，这几个性状主要均与大豆的株型和产量密切相关，因此，可将主成分1命名为“产量与株型因子”;主成分2的特征值为1.235，贡献率为15.437%，载荷较高的性状是株高和底荚高度，其主要解释株高的相关信息，可将主成分2命名为“株高因子”，主成分3的特征值为1.094，贡献率为13.671%，载荷较高的性状是主茎节数，其反映了主茎节数的信息，可将主成分3命名为“主茎节数因子”。

2.3 参试大豆新品系的综合评价将数据标准化后，再根据特征向量，可以进行12个品种的主成分因子得分计算，根据每个主成分的特征值占所提取主成分的总特征值的比例权重，构建出不同大豆品种的综合评价模型[21-22]为F=（4.921F1+1.235F2+1.094F3）/7.25，得到综合得分见表4。主成分1中，得分最高的前3个品系是Dt-06、Dt-02和Dt-09，表明这3个大豆品系在产量和株型方面表现优异;主成分2中，得分最高的前3个品系是Dt-01、Dt-06和Dt-05，表明这3个大豆品系在株高方面表现优异，主成分3中，得分最高的前3个品系是Dt-09、Dt-01，Dt-04，表明这3个大豆品系在主茎节数方面表现优异。在综合因子得分中，得分前3位的大豆品系）是Dt-10、Dt-06和Dt-02，表明这3个大豆系在所测量的8个性状中综合表现最好。

3 结论

本研究对12个大豆品系的农艺性状进行了主成分分析和综合评价，结果表明，Dt-06的产量与株型因子得分最高，Dt-02的株高因子得分最高，Dt-10主茎节数因子得分最高，综合得分最高的是Dt-10、Dt-06和Dt-02。表明3个品种在晋北地区的适应性较好。产量是评价品种生产力高低的重要指标，仅考虑产量高低排序前3位的品种是Dt-06、Dt-09、Dt-08，2种方法的排序有所差异，而主成分分析法考虑到了品种的综合性状分析，使结果更加科学。通过本研究可知，Dt-10、Dt-06和Dt-02等3个品系在晋北地区的综合得分较高，适应性较强，可作为晋北地区推广种植的优选品种。

参考文献

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