江西甘薯品种资源主要农艺性状分析与综合评价

兰孟焦，吴问胜，肖满秋，潘 皓，侯隆英，葛瑞华

（江西省农业科学院作物研究所，南昌 330200）

甘薯（Ipomoea batatasL.）为旋花科（Convolvulaceae）甘薯属一年或多年生草本植物，是一种高产、抗旱、耐贫瘠的重要粮菜饲兼用和工业原料作物，在我国国民经济中占有重要地位[1-2]。近年来，我国甘薯产业实现从量到质的转型升级，逐步向餐桌化、休闲化、功能化食品方向适度发展[3]；优质高效已超越高产成为甘薯育种首要目标，但只有在保证较高产量前提下，寻求优质、多抗等特性才具有实际意义。甘薯产量是众多相关农艺性状的综合表现，且各性状对产量贡献差异较大，这些性状往往在育种目标选择、栽培措施上难以准确把握[4]。因此，研究不同甘薯品种主要农艺性状与产量关系对于发掘品种资源生产潜能、筛选高产优良品种具有重要现实意义。

目前，对甘薯品种主要农艺性状与产量关系研究较多。陈凤翔等通过方差、相关及通径分析发现，单株茎叶重、单株绿叶重、单株结薯数对单株产量直接影响较大[5]。余金龙等运用典型相关分析方法表明，藤叶重、分枝数和分枝总长对甘薯鲜薯产量形成起决定性作用[6]。汪宝卿等运用多元回归和通径分析方法认为，甘薯高产栽培应选择茎基部粗、蔓长较短、薯块数量适中和大中薯率较高的品种[7]。陆娣等采用相关性及主成分分析方法认为，辽宁甘薯品种育种应优先考虑地上茎叶生长旺盛、蔓长较短、大中薯率较高的品系[8]。受限于试验材料、群体大小、区域和分析方法不同，研究结论也不尽相同。

随灰色系统理论发展，灰色关联分析法以其运算简便、不受样本数量限制、分析全面以及可靠性高等优点倍受研究者青睐。灰色关联分析已应用于甘薯研究，李强等利用灰色关联度分析法综合评价江苏省7个甘薯新品系10个性状，证实该方法可行，评价结果与品种表现相吻合[9]；辛国胜等利用灰色关联度分析影响甘薯淀粉产量主要农艺性状，评价影响淀粉产量农艺性状主次关系[10]；李慧峰等[11]、汪宝卿等[12]分别对甘薯生产性能以及品系资源特性作灰色关联度分析与综合评价。本研究联合应用差异性、相关性、聚类和灰色关联分析等多元统计分析，综合评估江西28个地方甘薯品种资源9个农艺性状，旨在为甘薯优良品种培育及生产实践提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

28个甘薯品种均为江西省农业科学院作物研究所于2017～2019年“第三次全国农作物种质资源普查与收集行动”收集到的江西地方甘薯品种资源，其中橘红肉品种8个、浅黄肉6个、黄肉5个、白肉4个、橘黄肉4个和紫薯1个。试验材料见表1。

表1 28个甘薯品种资源Table 1 Germplasm resources of 28 sweet potato varieties

1.2 试验设计

试验于2020年在江西省农业科学院作物研究所横岗试验基地开展，位于东经115°57′、北纬28°30′，海拔16 m，年平均气温17.8℃，全年日照1 603.4 h，年降雨量1 660 mm，年无霜期276 d。前作油菜，机械整地起垄并基施复合肥（N、P、K含量均为16%）750 kg·hm-2，其他田间管理措施与常规栽培一致。试验采用随机区组设计，3次重复，每个品种资源种植在一个独立小区，5行区，行距0.8 m，株距0.25 m，行长5 m，小区面积20 m2。2020年3月18日薯块育苗，6月5日栽插，10月21日收获。

1.3 测定项目及方法

收获前7～10 d选取10株调查茎直径、节间长、基部分枝数、主蔓长；收获时，记录各品种薯块特性，测定大薯率、中薯率、单株结薯数和单株产量；收获后7 d内测定干物率，取大、中薯块各1个（总重量＞500 g），洗净切丝，烘箱中80℃烘至恒重，每个重复测定1次，3次重复取平均值。甘薯主要农艺性状记载方法和标准参考文献[13]。

1.4 数据统计与分析

利用Excel 2010和SPSS 20.0软件作变异性、相关性、聚类及灰色关联分析。

1.5 单株产量及其构成因素灰色关联分析

根据灰色系统理论[14]，将28个甘薯品种单株产量和其他8个主要性状作为一个灰色系统，并将单株产量（X0）设定为参考数列，茎直径（X1）、节间长（X2）、基部分枝数（X3）、主蔓长（X4）、大薯率（X5）、中薯率（X6）、干物率（X7）和单株结薯数（X8）8个性状设为比较数列。按照公式（1）对原始数据无量纲处理后，计算各比较数列（Xi）与参考数列（X0）绝对差值Δi(k)，再根据公式（2）计算单株产量与其他性状关联系数ξi(k)。

式中，Xi(k)为无量纲处理后值，Xi′(k)为原始数值。Xi为同一性状平均值，Si为同一性状标准差。ξi(k)表示X0和Xi数列关联系数，Δi(k)表示X0与Xi数列第k点绝对差值，Δi(k)min和Δi(k)max分别表示二级最小差值和最大差值。ρ是分辨系数，取值0～1，试验中取0.5，认为同等重要。

1.6 品种综合评价灰色关联分析

根据张鲜艳等[15]、韩学琴等[16]等方法将28个品种视为一个灰色系统，每个品种作为系统中一个因素，分别标记为Y1、Y2……Y28。根据育种目标和生产需要，将参试甘薯品种9个农艺性状最佳值结合起来，构建一个“标准品种”作为参考品种，标记为Y0。参考品种产量高于参试品种中最大值5%，其他性状指标取值稍大于参试品种各性状测定值最大值。首先对原始数据无量纲处理，即参试品种Yi(k)除以参考品种理想值Y0(k)，然后计算各参试品种与参考品种各性状绝对差值Δi(k)，再根据公式（2）计算参试品种与参考品种关联系数ξi(k)。同一品种各性状ξi(k)平均值为该品种等权关联度ri(k)。评价不同品种优劣时，还应根据各性状重要程度赋予不同权重，计算加权关联度ri′(k)。

2 结果与分析

2.1 甘薯主要农艺性状变异分析

由表2可知，28个甘薯品种资源茎直径4.42～7.76 mm，平均5.75 mm；节间长3.00～24.00 cm，平均12.90 cm；基部分枝数7.00～24.00个，平均11.19个；主蔓长78.60～261.25 cm，平均146.84 cm；大薯率40.81%～100%，平均68.52%；中薯率0～40.20%，平均21.07%；干物率17.68%～41.18%，平均31.71%；单株结薯数0.20～7.40个，平均3.45个；单株产量0.095～1.878 kg，平均0.825 kg。9个性状中，单株产量变异程度最大（65.0%），茎直径最小（14.7%），其他性状依次为中薯率（56.6%）、单株结薯数（51.9%）、节间长（38.8%）、主蔓长（35.1%）、基部分枝数（32.3%）、大薯率（22.9%）、干物率（15.5%）。由此可见，单株产量、中薯率、单株结薯数等性状在参试品种间差异明显，茎直径、干物率等性状品种间差异相对较小。

表2 28个甘薯品种主要性状测定值Table 2 Measured values of main traits in 28 tested sweet potato varieties

2.2 各性状间相关性分析

分析甘薯农艺性状相关性（见表3），结果显示，茎直径与干物率（0.500）呈极显著正相关。大薯率与基部分枝数（0.361）呈显著正相关，但与节间长（0.367）呈显著负相关，与中薯率（0.689）呈极显著负相关。单株产量与单株结薯数（0.698）呈极显著正相关，与基部分枝数（0.359）呈显著正相关，与节间长（0.498）呈显著负相关。可见，单株结薯数和基部分枝数越多，节间越短，甘薯产量越高。

表3 主要性状间相关性分析Table 3 Correlation analysis between main traits

2.3 甘薯品种聚类分析

采用组之间链接系统聚类方法对28个甘薯品种种质资源作系统聚类分析（见图1），在欧式距离为7.5处将参试品种划分为4大类群（见表4）。

图1 28个甘薯品种主要农艺性状系统聚类图Fig.1 Cluster diagram of main agronomic traits of 28 sweet potato varieties

表4 各类群甘薯主要农艺性状平均值Table 4 Average value of main agronomic traits of sweet potatoes in different groups

第Ⅰ类包括石园黄心薯、白竺红薯、沿沛红薯等12个品种，表现为茎细、主蔓短，其他性状表现一般，产量相对偏低。

第Ⅱ类包括胭脂红薯、马岑薯、彭溪红心薯等8个品种，表现为单株结薯数多，干物率较高，其他综合性状表现优良，产量较高，潜力较大。

第Ⅲ类包括铁石口菜薯、鹿江紫薯、珍珠山红薯等7个品种，表现为茎细，节间长，基部分枝薯少，干物率低，单株结薯数和产量中等。

第Ⅳ类仅有社岗红薯1个品种，表现为茎粗，节间短，基部分枝数多，主蔓长，大薯率、干物率、产量高，应通过品种改良或栽培措施进一步提高单株结薯数、降低蔓长后在生产上推广应用。

2.4 灰色关联分析

2.4.1 甘薯单株产量及其相关性状关联分析

将28个品种各性状测定值作无量纲化处理（见表5）；计算绝对差值（见表6），获得Δi(k)min、Δi(k)max分别为0.0006和3.7218。

表5 各性状值无量纲化处理Table 5 Dimensionless treatment of each trait value

表6 单株产量（X0）与其他性状（Xi）绝对差值Table 6 Absolute difference between the yield per plant(X0)and other traits(Xi)

续表

根据关联系数计算公式，进一步得出每个性状与单株产量关联系数和关联度，结果如表7所示。

表7 各性状关联系数Table 7 Relational coefficients of each trait

单株产量与各产量相关性状关联度排序为单株结薯数＞基部分枝数＞茎直径＞大薯率＞主蔓长＞干物率＞中薯率＞节间长。关联度反映各因子重要性差异，越大则表示该因子贡献作用越大，即对甘薯产量影响越大。对甘薯单株产量影响最大的是单株结薯数，其次为基部分枝数和径直茎，节间长对其影响最小。

2.4.2 基于灰色关联分析甘薯品种综合评价

本研究进一步观测分析28个甘薯品种资源多个性状，综合评价各品种生产性能。根据灰色关联分析原理，设置参考品种Y0各性状指标值为单株产量1.972 kg、茎直径7.80 mm、节间长24.20 cm、基部分枝数24.50个、主蔓长264.20 cm、大薯率105.00%、中薯率41.40%、干物率42.00%和单株结薯数7.50个。将28个甘薯品种各性状测定值作标准化处理，计算绝对差值Δi(k)，获得Δi(k)min、Δi(k)max分别为0.0051和1。进一步计算得到28个参试品种各性状与参考品种关联系数ξi(k)。根据ξi(k)，计算获得参试品种与参考品种等权关联度ri(k)；根据相关性分析及单株产量相关性状关联分析，本研究采用赋值法确定的权重系数茎直径0.12、节间长0.05、基部分枝数0.13、主蔓长0.1、大薯率0.13、中薯率0.05、干物率0.07、单株结薯数0.15、单产株产量0.2，据此计算加权关联度ri′(k)。

由表8可知，综合性状等权关联度排序前10名甘薯品种依次为社岗红薯、鹿江紫薯、辛岭北瓜薯、辛岭红心薯、铁石口菜薯、双新红薯、胭脂红薯、新龙红薯、彭溪红心薯、官田番薯；综合性状加权关联度值排序前10名依次为社岗红薯、铁石口菜薯、辛岭红心薯、新龙红薯、官田番薯、夏造红薯、辛岭北瓜薯、彭溪红心薯、下源红薯、胭脂红薯。经加权后关联度排序未发生变化的是社岗红薯，等权关联度（0.7256）和加权关联度（0.7539）均最高，表明其综合性状最佳，其次是铁石口菜薯和辛岭红心薯；加权后排序位次上升较明显的是新龙红薯和官田番薯，分别由第8位和第10位上升至第4位和第5位，因加权处理突出产量方面优势；加权后排序位次下降较明显的是鹿江紫薯、辛岭北瓜薯和双新红薯，分别由第2位、第3位和第6位下降至第12位、第7位和第11位。等权关联度和加权关联度排序的秩相关系数为0.903，表明两者排序结果较为接近。

表8 参试品种与参考品种关联系数矩阵和关联度及排序Table 8 Correlation coefficient matrix,degree and rank between tested variety and reference variety

3 讨论与结论

在植物生长发育过程中，各性状表现是基因型和环境共同互作结果，各性状间存在不同程度相互影响[17]。在一定环境条件下，选择优良基因型，结合适宜栽培技术，可最大程度发挥作物优良特性。掌握品种资源农艺性状对于优良品种筛选及新品种培育具有重大意义[18-19]。

对28个甘薯品种主要农艺性状变异分析发现，不同甘薯品种在农艺性状上差异较大，9个性状变异系数为14.7%～65.0%，其中单株产量变异系数最大（65%），中薯率（56.6%）和单株结薯数（51.9%）次之，说明江西甘薯品种资源在单株生产力方面具有较大遗传改良空间，为甘薯产量提高及高产育种提供较大可能性。相关性分析显示，单株产量与单株结薯数呈极显著正相关，与基部分枝数呈显著正相关，但与节间长呈显著负相关，这与陈凤翔等研究结果一致[5]。可见，甘薯品种在江西地区种植推广过程中，如果主推产量，更适宜推广单株结薯数多、基部分枝数多、节间短品种。

聚类分析将28个甘薯品种划分为4大类，分在一类的品种来自不同地区，而来自同一地区品种并未被归于一类，说明聚类结果与地理来源相关性小，推测是由于植物学表型性状受内部遗传与外界环境共同调节作用[20-21]。4大类群中，第Ⅱ类群综合性状表现优良、单株结薯数多、产量潜力较大，第Ⅳ类群茎粗、基部分枝数多、产量高，初步判断为适合品种选育的优良材料。

灰色关联分析结果表明，28个甘薯品种单株结薯数、基部分枝数和茎直径与单株产量关联性最大，为影响甘薯产量主要因素，与董立峰等研究结果一致[22]，但与汪宝卿等研究结果略有不同[12]，可能因本研究在评价时选用的农艺性状与其存在较大差异所致。整体看，应用灰色系统理论综合评价甘薯品种科学有效，可较全面反映某一品种综合生产性能优劣。因此，在以产量为主要目标的甘薯品种资源评价和筛选中应将单株结薯数、基部分枝数和茎直径作为重要指标加以考虑。参试甘薯品种各性状关联系数客观反映品种优劣，数值越大，越接近参考品种；但品种好坏并不绝对，因此需根据育种目标采用赋值法确定各性状权重系数，使某些品种关联度排序发生变化，重要性状表现突出，其排序上升，如新龙红薯和官田番薯，反之下降，如鹿江紫薯、辛岭北瓜薯和双新红薯。本研究中各参试甘薯品种等权关联度、加权关联度排序结果不一致，但加权关联度排序结果与各品种田间表现更为相符，综合筛选的社岗红薯、铁石口菜薯、辛岭红心薯3个品种各项性状表现优良，适宜江西地区推广种植。

通过变异分析、相关性分析、聚类分析和灰色关联分析等多元分析，明确甘薯主要农艺性状对单株产量影响主次关系，综合评估各参试品种生产性能，为江西甘薯生产优良品种筛选、育种目标选择提供参考。本研究仅评价农艺性状对甘薯品种单株产量的影响，未考虑品种品质、抗逆性及气象资料等关键因子对产量的影响，后续试验有待进一步深入研究。