散穗高粱和红壳苏丹草杂交F2 代群体农艺性状的相关和聚类分析

石 悦，贺如彤，丁海君，房永雨，柴文娟

（1.集宁师范学院生命科学与技术学院，内蒙古 集宁 012000；2.内蒙古农牧业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010031）

内蒙古的畜牧养殖业发展迅猛，对于优质高产青饲牧草需求较大，饲草不足直接制约内蒙古畜牧业的发展，影响家畜的正常生长及畜产品的质量和数量，进而限制农区养殖业发展的规模和速度[1]。

高丹草是由散穗高粱和红壳苏丹草种间杂交育成的一年生饲用作物，兼具高粱抗逆性强、产草量高、叶量丰富及苏丹草适口性好、分蘖多、抗旱、叶量大等特性[2-3]。

聚类分析是在相似的基础上总结数据而对特定研究对象进行的分类统计方法，其描述数据与比较不同数据源之间的相似性，进而将数据分到有差异的簇中[4-6]；李莉等[7]研究了粮饲兼用玉米品种农艺性状对生物产量和籽实产量的影响，结果表明其产量与株高、叶片数、茎粗、穗长呈显著正相关。吕鑫等[8]在不同环境条件下探讨了饲草高粱农艺性状、产量性状和品质性状间的关系，对各品种进行综合评价和聚类分析。潘哲超等[9]对68 份马铃薯品种的重要农艺性状进行相关性、主成分和聚类分析，结果将68 份马铃薯品种分为3 个类群：Ⅰ类晚熟，高抗晚疫；Ⅱ类中熟，中抗晚疫；Ⅲ类早熟，易感晚疫。段清清等[10]以蒙古冰草与冰草杂交品种为材料，研究分析表明每小穗小花数对千粒重影响最大，聚类分析将其116 个单株分为3 类。

为明确对高丹草产量生产影响较大的关键性状，该研究通过测量高丹草的株高、叶长、叶宽、叶数、穗长、茎粗、穗宽、单株鲜重、单株穗粒数9 个农艺性状，采用SPSS 26.0 软件对高丹草9 个农艺性状进行变异、相关和聚类分析，可有效明确各农艺性状对产量的影响，从而找到影响产量的主要因素指导生产实践。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以散穗高粱（母本）和红壳苏丹草（父本）进行杂交并自交获得的F2代群体（以下称高丹草F2代群体）为材料，于2019年5月种植于集宁师范学院植物园。

1.2 试验方法

采用高丹草F2代群体中的200 个单株材料进行试验，小区面积13.34 m2（长6.67 m，宽2 m），行距40 cm，株距15 cm。采用穴播，每穴2 粒，并进行田间统一正常管理。在生长后期随机进行性状调查，考察的性状有株高、茎粗、叶片数、分蘖数、叶长、叶宽、穗长、穗宽、单株穗粒重共9 个农艺性状，具体参照石悦等[11]测定指标的方法。

采用Excel 进行统计，利用SPSS 26.0 软件进行变异分析、相关性分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 高丹草F2 代群体主要农艺性状的变异分析

由表1 可知，200 份群体材料间的主要农艺性状存在丰富的变异。株高平均337.26 cm，变化范围为200.00～459.00 cm；茎粗平均0.80 cm，变化范围0.15～1.53 cm；叶片数平均8.41 个，变化范围在6.00～12.00 个；叶长、叶宽、穗长、穗宽的平均值分别为78.73、4.67、39.92、22.25 cm，其变化范围分别为60.50～101.30 cm、2.60～7.50 cm、17.00～60.00 cm、5.00～43.00 cm；总分蘖数平均2.60 个，变化范围为0～9.00个；单株鲜穗重平均29.18 g，变化范围在4.30～79.74 g。

从表1 还可以看出，高丹草各农艺性状的变异系数范围为10.00%～63.07%，总分蘖数的变异系数最大，为63.07%，其次是单株鲜穗重，其变异系数为52.09%；穗宽和茎粗的变异系数分别为38.29%、32.50%，变异较明显。叶长、株高、叶片数、叶宽、穗长这5 个性状的变异系数在10.00%～18.59%，静态稳定性相对较好，说明这些性状受环境和栽培管理条件影响较小。茎粗、穗宽、单株鲜穗重、总分蘖数变异系数均在20%以上，说明这4 个性状受环境影响和栽培条件影响较大，特别是总分蘖数和单株鲜穗重分别达到63.07%和52.09%，其静态稳定性比较差，受环境和栽培管理条件影响较大[5]。可通过合适的种植方式和调节管理来改善农艺性状的状况。

2.2 高丹草F2 代群体主要农艺性状的相关分析

由表2 可知，株高与茎粗、叶片数、叶长、穗长、穗宽、单株鲜穗重存在显著性差异，相关系数分别为0.347、0.738、0.472、0.416、0.282、0.642；茎粗与叶片数、叶长、叶宽、穗长、穗宽、分蘖数、单株鲜穗重存在显著性差异，相关系数分别为0.329、0.286、0.364、0.243、0.317、0.216、0.480；叶片数与叶长和单株鲜穗重有显著性差异，相关系数分别为0.404、0.493；叶长与穗长和单株鲜穗重有显著性差异，相关系数分别为0.197、0.410；叶宽与单株鲜穗重存在显著性差异，相关系数为0.240；穗长与穗宽、分蘖数和单株鲜穗重存在显著性差异，相关系数分别为0.511、0.251、0.449；穗宽与分蘖数和单株鲜穗重存在显著性差异，相关系数分别为0.210、0.376。

表2 高丹草F2 代群体农艺性状的相关分析

2.3 高丹草F2 代群体主要农艺性状的聚类分析

系统聚类分析结果表明，在欧氏距离为6.50 时，200个高丹草F2代单株可以聚为4 类（图1），各类群组成及各类群主要农艺性状的平均值见表3。第Ⅰ类包含124 个高丹草F2代群体单株，特征表现为植株较高，茎粗、叶片数、叶宽和叶长等性状均值较高；第Ⅱ类包含58 个单株，明显特征表现为植株高度最高，其他如茎粗、叶片数、分蘖数、穗长、单株穗重等农艺性状整体均值较高；第Ⅲ类包含2 个高丹草F2代群体单株，分别为F2-16、F2-145，明显特征表现为各农艺性状整体均值最低；第Ⅳ类包含16 个单株，各农艺性状整体均值表现介于第Ⅰ与第Ⅲ类群体之间。

表3 参试品主要农艺性状及抗性

表3 高丹草F2 代群体4 个类群各农艺性状的平均值

图1 高丹草F2 代群体主要农艺性状的聚类分析

3 结论与讨论

该试验研究高丹草各农艺性状的变异系数范围是10.00%～63.07%，总分蘖数和单株鲜穗重的变异系数分别达到了63.07%、52.09%，说明高丹草F2代群体里存在着具有多穗粒优良性状的单株。株高、茎粗、叶片数、叶长、叶宽、穗长、穗宽分别对单株鲜穗重的产量存在显著性差异，其中通过促进高丹草株高、茎粗、穗长、穗宽等的生长，可以提高单株鲜穗重的产量。根据9 个农艺性状的数据对高丹草F2代群体的200 个单株进行聚类分析，将其分为四大类。其中，第Ⅱ类有最高的株高，整体均值最高，为优良的种质资源，这类材料的枝繁叶茂特性可成为饲草，用于选育优质牧草。

高丹草种间F2代群体单株在株高、穗部性状等农艺性状存在明显差异，性状的差异显著性各不相同。分蘖数和单株鲜穗重的变异系数分别达到了63.07%、52.09%，说明高丹草F2代群体里存在着具有多穗粒的优良性状单株，其余农艺性状的变异系数也达到了相当高的水平（10.00%～38.29%），可见，高丹草F2代群体种质资源在多个农艺性状上差异明显，类型广泛，有一定的选择范围优势。

相关系数是表示性状间的相关程度，在性状选择上，不仅要注意目标性状的选择，还要注意与之有相互制约关系的其他农艺性状。如株高、茎粗、叶片数、叶长、叶宽、穗长、穗宽等农艺性状对最终产量都有影响，在选择单株鲜穗重优良性状时，应综合利用其他农艺性状对产量的促进和制约作用，以提高高丹草新品种改良的效率。张俊丽等[12]引进饲用高粱、高丹草和青贮玉米等13 个优质品种用于适合宁夏黄灌区麦后复种，复种饲用高丹草、高粱等品种农艺性状相关性表明鲜草产量与茎粗、株高显著正相关，茎粗与叶宽、叶片数、叶面积显著正相关。

聚类分析的目标就是在相似的基础上收集数据来分类，分析过程和结果简单、直观。借助相关性可以有效明确各农艺性状对产量的影响，通过聚类分析图可以注意影响结果的各个因素，从而找到影响产量的主要因素指导生产实践。谭禾平等[13]对115 个糯玉米品种农艺性状进行相关分析和聚类分析，结果表明9 个农艺性状间存在显著和极显著相关关系，将115 个糯玉米分为8 类，第Ⅵ类品种产量最高，生育期最长，株型也最高大，第Ⅶ类品种生育期最短，产量最低，其他各性状指标也相对处在最低位。贺礼英等[14]对41 个沿淮地区菜用大豆品种进行相关性、聚类和主成分分析，12 个性状间存在较大差异，变异系数范围为6.45%～31.41%；通过聚类分析将41 个菜用大豆分为4 类。该研究将高丹草F2代群体在欧氏距离6.50 处进行聚类分析分为四大类，第Ⅰ类包含群体单株数量最多124 个，其各农艺性状介于第Ⅱ类和第Ⅲ类之间；第Ⅲ类仅包含2 个单株，为F2-16、F2-145，明显特征表现为各农艺性状整体均值最低；第Ⅱ类有最高的株高且各农艺性状整体均值最高，都具有高秆、多枝叶、多穗粒的特点，可被用于选育优质牧草。