不同木薯品种（系）农艺性状分析及高产品种（系）筛选

2022-09-13肖明昆刘光华宋记明段春芳姜太玲张林辉3严沈绍斌周迎春熊贤坤白丽娜李月仙

作物杂志 2022年4期

肖明昆刘光华宋记明刘倩段春芳,3 姜太玲张林辉,3严炜沈绍斌周迎春熊贤坤罗鑫白丽娜李月仙

（1云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，678000，云南保山；2云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，650205，云南昆明；3保山全心农业科技有限公司，678000，云南保山）

木薯（Manihot esculentaCrantz）为大戟科木薯属植物，是世界三大薯类作物之一，也是全球第六大粮食作物[1]，主要种植于非洲、亚洲和拉丁美洲的热带和亚热带地区[2]。在一些非洲国家，每天约25%的能量摄入是由木薯提供[3]。19世纪20年代，为缓解粮食危机、保障粮食安全而引入中国，起初主要种植于广东、广西和海南，现在已逐步扩大到云南、福建、贵州、湖南和江西等省份[4]。云南省作为木薯种植的主要产区之一，不但具有毗邻越南、泰国等木薯主产国的区位优势，同时也具备土壤条件好、日照充足和适种区域较为广阔的自然优势条件，因此发展前景广阔[5]。但目前云南推广种植的木薯品种均从海南、广西等地引进，品种数量少[6]。经多年连作，现有品种产量下降，抗病虫害能力减退，品种退化严重。因此，筛选适宜本区域种植的高产优质木薯新品种（系）颇为重要。

目前，关于木薯的研究多集中在木薯淀粉的理化性质研究[7-10]和高产栽培研究[11-13]等。采用主成分分析及聚类分析相结合的方法对不同品种相关农艺性状进行量化分析的研究鲜见报道。本文以不同木薯品种（系）为对象，借助主成分分析法对10个木薯品种（系）的9个主要农艺性状指标进行量化对比分析，揭示株高、主茎粗、第1分枝高、落叶高度、地上鲜重、鲜薯个数、块根长、块根粗和单株产量的遗传变异情况，探究产量与其他农艺性状的相关性，为选育适宜本地种植的高产木薯种质提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地区概况

以10个不同木薯品种（系）（表1）为试验材料。试验在云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所潞江坝基地（98°52′53″E，24°58′52″N）进行，海拔704m，属低纬度准热带季风雨林偏干热河谷过渡类型气候，年均气温21.5℃，年均降雨量755.3mm，年蒸发量2111.5mm，≥10℃活动积温7800℃，年日照时数2325.75h，相对湿度70%。土地相对平坦，水利条件优越，土壤为冲积母质发育的沙壤土，有机质1.3%、pH 6.6、全氮1.09g/kg、全磷0.038%、全钾2.5%、镉含量0.11mg/kg、汞含量＜0.01mg/kg。

表1 试验材料及来源Table 1 Overview and source of experimental materials

1.2 试验设计

2019年3月起垄种植，采用完全随机区组设计，设置10个处理，每个处理种植30株，重复3次。每个小区面积16m2，试验区两边各设置1垄保护行。半高垄双行栽培，垄高25cm，东西方向定植，行间距1.0m×0.8m。用40%啶虫脒可溶性粉剂1500倍和5.7%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐水分散粒剂2000倍混合液浸泡木薯种茎10min后种植。在植株封行前，统一追施钾肥450kg/hm2，其他田间管理按常规栽培技术进行，各处理田间管理措施一致。

1.3 测定项目与方法

于2020年3月中旬采收，每个品种（系）随机从各小区选取10株进行调查，重复3次，共计300株。基于《引进农作物种质资源试种鉴定技术规程》（NY/T 1737-2009）[14]中种质资源植物学特性鉴定要求和方法，分别调查株高、主茎粗、第1分枝高、落叶高度、地上鲜重、鲜薯个数、块根长、块根粗和单株产量9个主要农艺性状指标。

1.4 数据处理

利用SPSS 21.0计算平均值及标准差等，对不同品种（系）的木薯各农艺性状进行ANOVA分析及Pearson分析，分析不同木薯品种（系）农艺性状的差异及相关性。用R语言和SPSS软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA），使用Origin 2021和Excel 2010绘制图表。

2 结果与分析

2.1 各木薯品种（系）农艺性状分析

由表2可知，除落叶高度和块根粗无显著差异外（P＞0.05），其余的农艺性状各品种（系）间存在显著差异（P＜0.05）。株高、落叶高度、第1分枝高、地上鲜重和鲜薯个数最大的品种（系）分别为SG-9、GMT、SG-9、SC-1和GMT，最小均为SC9。主茎粗和块根粗最大均为SC124，最小均为SG-9，GMT的块根长与单株产量最大，GR891最小。综合看来，GMT具有较大的单株产量。

表2 不同品种（系）木薯各农艺性状比较Table 2 Comparison of agronomic traits of cassava of different varieties(lines)

续表2 Table 2(continued)

不同性状平均变异系数（表2）表明，单株产量＞地上鲜重＞鲜薯个数＞落叶高度＞第1分枝高＞主茎粗＞块根长＞块根粗＞株高。从不同品种（系）来看，277、SG-9和GR891农艺性状的变异较小，SC9、58-7和GMT的变异较大。

2.2 木薯农艺性状的相关性分析

对10个不同木薯品种（系）的9个农艺性状指标进行Pearson相关性分析。由表3可知，各农艺性状间均具有极显著的正相关关系（P＜0.01），表明各农艺性状指标间相关性较强，指标信息之间存在重叠，适合采用主成分分析法提取少数指标，对木薯品质进行综合评价。由表3还能看出，落叶高度、第1分枝高与株高、鲜薯个数与单株产量的相关性较强，相关系数分别为0.909、0.901和0.897。单株产量与鲜薯个数、块根长的相关系数最高，分别为0.897和0.891，说明鲜薯个数与块根长对单株产量起主导作用。而单株产量与株高、地上鲜重的相关系数仅为0.691和0.669，说明株高与地上鲜重对单株产量的影响较小。

表3 木薯农艺性状的相关性分析Table 3 Correlation analysis of cassava agronomic traits

2.3 不同木薯品种（系）农艺性状的主成分分析

对不同木薯品种（系）的株高（X1）、主茎粗（X2）、第1分枝高（X3）、落叶高度（X4）、地上鲜重（X5）、鲜薯个数（X6）、块根长（X7）、块根粗（X8）和单株产量（X9）9个农艺性状进行主成分分析。结果（图1）显示，提取的2个主成分的累积方差贡献率达88.1%（图1a），表明提取的2个主成分可以代表测定的9个农艺性状指标的绝大部分信息，因此，可将9个性状综合成2个主成分。第1主成分解释了方差变异的77.0%，各农艺性状与PC1均呈正相关关系，第1主成分主要与鲜薯个数、地上鲜重和第1分枝高等有关，其中，鲜薯个数是第1主成分的主导变量。可将第1主成分称为生长因子。第2主成分解释了方差变异的11.1%，主要与块根长、单株产量等有关，其中，块根长是第2主成分的主导变量。第2主成分集中反映了产量状况，将第2主成分称为产量因子。

主成分分析可以将多组数据的差异反映在二维坐标图中。由图1b可知，SG-9、GMT与SC9大部分位于第1、2象限，277和43-3大部分位于第2象限，58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205分布在第3和4象限，各品种（系）间的农艺性状具有一定差异，也具有一定相似性。总体看来，GMT与其余品种的差异较大。综上所述，高产木薯品种（系）选育时应着重考察块根性状。

2.4 得分方程建立

根据主成分与特征向量之间的关系，分别得到2个主成分的表达式：

式中，Y1、Y2是单个主成分得分值；X1～X9是每个木薯农艺性状指标的标准化处理的数值。将每个木薯农艺性状指标的标准化处理数据代入方程式计算出Y1、Y2，再根据Y1、Y2各自的方差贡献率与2个成分累计贡献率的比值为权重系数，建立综合评分模型为Y=0.8737Y1+0.1263Y2，计算出10个不同木薯品种（系）的综合得分并排序，得到表4。

由表4可知，参试的10个木薯品种（系）中，综合得分排名前3的分别是SG-9、GMT和SC-1，得分依次为11.800、7.563和5.414。277和GR891排名居中，58-7、SC205、43-3和SC9的综合得分较低。综合看来，SG-9的综合得分最高，GMT和SC9的产量优势明显。

表4 10个木薯品种（系）主成分因子得分及排名Table 4 Score and ranking of principal component factors of ten cassava varieties(lines)

2.5 不同木薯品种（系）农艺性状聚类分析

对10个不同木薯品种（系）进行聚类分析（图2），由图2和表5可知，遗传距离为15时，10个木薯品种（系）可以分为3类。277、43-3、58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205为类群Ⅰ，该类木薯主茎粗，具有较大的地上鲜重，产量较低。GMT和SG-9为类群Ⅱ，该类木薯鲜薯个数多，块根长较长，产量较高，可作为优先种植推广的品种（系）。SC9为类群Ⅲ，该类的特点是高度矮，主茎粗，块根长与粗适中，单株产量高，可作为种植推广的备选品种（系）。

表5 3个类群木薯的农艺性状特征表Table 5 Agronomic traits of cassava in three groups

图2 木薯品种（系）农艺性状聚类分析图Fig.2 Cluster analysis diagram of agronomic traits of cassava varieties(lines)

3 讨论

通过对10个木薯品种（系）的9个主要农艺性状进行测定分析，发现不同品种（系）的农艺性状，除落叶高度和块根粗无显著差异外，其余农艺性状间存在显著差异，与前人[15-16]的研究结果相一致。说明不同木薯品种的主要农艺性状具有相对稳定的遗传，这可能与自身遗传基因有关[17-19]。

农艺性状间高变异系数是品种改良的基础[20]。本研究中，单株产量的变异系数范围最大，株高最小，这与黄国宋等[21]的研究结果相似。地上鲜重、鲜薯个数和主茎粗等农艺性状具有较大的变异系数，说明这些性状有较大的改进余地，在品种改良时优先对这些性状进行选择，较容易获得优良品种。从品种（系）角度来看，SC9、58-7和GMT的农艺性状平均变异系数大，具有较大的改进余地，可作为今后品种改良的首选材料。而277、SG-9和GR891的农艺性状变异系数低，改进余地较小。

作物产量与各农艺性状间彼此相关，本文通过对木薯9个主要农艺性状相关性分析后表明，单株产量与鲜薯个数的相关性最强，与块根长的相关性次之。这与罗兴录等[15]和杨守臻等[16]的研究结果类似。说明要获得单株产量高的木薯，首先要有较多的块根数，其次是较长的块根。由此可知，在木薯高产栽培选育过程中，鲜薯个数和地下茎大小可作为选育的重点标识性状对后代材料进行选择[22-23]。

主成分分析是利用降维的思想，把多个指标转化为少数几个综合指标，用较少的几项综合性指标对目标对象进行综合评价。本文通过对不同木薯品种（系）的主要农艺性状指标进行主成分分析，最终得到2个主成分，鲜薯个数是第1主成分的主导变量，块根长是第2主成分的主导变量。谢向誉等[24]在木薯单株产量与主要农艺性状的相关性研究中也指出，单株产量主要由块根数、最长薯长、生物产量等决定，与本文存在不同程度的一致性。

通过评分模型，得到各木薯品种（系）的综合得分，发现SG-9的综合得分最高，GMT和SC9的产量优势明显。进一步进行聚类分析，在欧氏距离为15时，参试木薯可分成3个类群，类群Ⅰ（低产群体）主要特点为主茎粗、块根粗、地上鲜重大。类群Ⅱ（高产群体）主要特点为具有较高的株高、第1分枝高、落叶高，鲜薯个数多、块根长、产量高，可优先作为推广种植品种。类群Ⅲ（中产群体）主要特点为高度矮，主茎粗、块根长与粗适中，单株产量较高，可作为推广种植的备选品种。