20个大豆品种主要农艺性状的综合评价与利用

刘迎春， 赵玉山， 周学超， 魏云山， 王晓磊， 康泽然， 任丽莉

(1.赤峰市农牧科学研究所， 内蒙古 赤峰 024031； 2.元宝山区平庄中学， 内蒙古 赤峰 024076)

0 引言

【研究意义】赤峰地区由于雨热同期、光照充足，非常适宜大豆种植，是内蒙古自治区大豆生产的重要基地。然而，由于生产上使用的大豆品种老化，致使其产量较低，种植面积大大减少[1]。近几年，随着粮豆轮作制度的推进及大豆补贴政策的实施，充分调动了农民种植大豆的积极性，种植面积逐年增加，但市场缺少优质、高产大豆品种的问题也随之突显。因此，加速该地区优质、高产大豆新品种选育工作刻不容缓。【前人研究进展】影响大豆产量的因素很多，不同农艺性状之间存在不同程度的关联。大豆的遗传多样性分析是大豆育种的一个重要指导[2]。主成分分析是研究植物遗传学的常见方法之一，常用于分析不同作物的产量和质量特征[3-6]。潘相文等[7]用主成分分析法对黑龙江省的202个大豆基因型进行了评价，并将其划分为5个耐旱等级。韩秉进等[8]将大豆的18个农艺及产量性状利用主成分分析得到产量、株高、荚果数和主茎节数为4个主成分。徐传富等[9]对菜用大豆鲜粒荚进行主成分分析，确定4个主成分为单株荚重、分枝数、株高和百粒鲜重，其累计贡献率达90.00%。武兆云等[10]应用主成分分析评价20种大豆基因型的耐低磷能力，得出3个主成分为地上部分生物量、磷和根系。文瑞芝等[11]利用主成分分析得出9个省同一大豆品种矿物质元素的含量存在明显差异性。何志华等[12]通过主成分分析法得出大豆3414肥料配比试验的最佳施肥配比。【研究切入点】鲜见赤峰地区大豆种质资源遗传多样性方面的研究报道，利用主成分分析方法探究引自内蒙古、吉林和黑龙江20份大豆种质资源的遗传多样性。【拟解决的关键问题】探明20个大豆品种主要农艺性状在赤峰地区的综合表现，为其优良大豆品种的选育与生产应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

大豆种质资源共计20份，分别为长农39、长农59、赤豆201、赤豆203、吉育452、吉育554、吉育86、辽豆49、辽豆71、农庆豆101、绥农50、黑农55、吉育72、赤豆三号、抗线9号、赤豆4号、长农36、吉育441、赤豆5号和赤豆1号。其中，赤豆201、赤豆203、赤豆三号、赤豆4号、赤豆5号和赤豆1号引自内蒙古，长农39、长农59、吉育452、吉育554、吉育86、吉育72、长农36和吉育441引自吉林，辽豆49和辽豆71引自辽宁，农庆豆101、绥农50、黑农55和抗线9号引自黑龙江。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2018-2019年在赤峰市农牧科学研究所梁上试验基地进行，采用随机区组排列，3次重复，行长3 m，4行区，小区面积6 m2，试验地两边各留4行保护行。试验地为水浇地，前茬为谷子，肥力中等，机器开垄，人工穴播，田间管理与常规大田管理相同。

1.2.2 性状调查 农艺性状调查按大豆种质资源描述规范和数据标准[13]进行。在大豆成熟期每小区随机选择2行中的10株大豆，分别调查株高、底荚高度、主茎节数、主茎分枝数、单株荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重等农艺性状，剩余植株全数收割、脱粒，分别将考种株粒重与之相加，即为小区产量。

1.3 数据分析

采用Excel 2007计算平均数、标准差和变异系数，采用DPS 7.05进行数据相关分析、主成分分析和聚类分析[14]。

2 结果与分析

2.1 20个大豆品种主要农艺性状的变异系数

从表1可知，20个大豆品种的株高、底荚高度和主茎分枝数等农艺性状的变异存在差异。各农艺性状的变异系数为6.69%～73.14%，依次为主茎分枝数>底荚高度>单株荚数>单株粒数>单株粒重>小区产量>百粒重>株高>主茎节数，其中，前4个性状的变异系数较大，分别为73.14%、40.21%、24.56%和23.76%。主茎分枝数的变异系数最高，表明通过改进或调整种植措施其提升空间较大；单株荚数、单株粒数、单株粒重和小区产量等的变异系数居中等水平，也存在一定的提升空间；百粒重、株高和主茎节数的变异系数较小，性状表现稳定，其提升的空间较小。

表1 20个大豆品种的主要农艺性状及变异系数

2.2 大豆品种主要农艺性状的相关性

从表2看出，株高与单株荚数、单株粒数和单株粒重呈极显著正相关，与主茎节数和小区产量呈显著正相关，与底荚高度和主茎分枝数呈正相关，与百粒重呈负相关。底荚高度与主茎分枝数呈极显著负相关，与主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重和小区产量呈负相关。主茎分枝数与主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重和小区产量呈正相关。主茎节数与单株荚数和单株粒数呈极显著正相关，单株粒重和小区产量呈正相关，与百粒重呈负相关。单株荚数与单株粒数和单株粒重呈极显著正相关，与小区产量呈正相关，与百粒重呈负相关。单株粒数与单株粒重呈极显著正相关，与小区产量呈正相关，与百粒重呈显著负相关。单株粒重与小区产量呈正相关，与百粒重呈负相关。百粒重与小区产量呈极显著负相关。小区产量与株高呈显著正相关，与主茎分枝数、主茎节数、单株荚数、单株粒数和单株粒重呈正相关，与百粒重呈极显著负相关，与底荚高度呈负相关。表明，大豆各农艺性状间存在相互制约的关系，若要获得高产，各性状间需要达到一定的平衡状态；选育大豆新品种时，应关注百粒重和株高对产量的作用效应。

表2 大豆品种主要农艺性状间的相关性

2.3 20个大豆品种主要农艺性状的主成分分析

从表3和表4可知，20个大豆品种的株高、底荚高度和主茎分枝数等9个农艺性状前3个主成分累计贡献率达83.159%，基本可以反映9个性状的总体变异状况。其中，第一主成分的特征值为4.231，贡献率最大，为47.010%，其株高、单株荚数、单株粒数、单株粒重和主茎节数特征向量值较大，分别为0.406、0.436、0.460、0.431和0.335，以单株粒数的特征向量最大，并与株高、单株荚数、单株粒重和主茎节数呈正相关，说明株高越高，单株荚数、单株粒数、单株粒重、主茎节数也越多/重，产量也越高。第二主成分的特征值为1.891，贡献率为21.014%，其中主茎分枝数和百粒重的特征向量较大，分别为0.534和0.452；底荚高度的特征向量为-0.682，与小区产量呈负相关。育种时应对主茎分枝数、百粒重和底荚高度进行独立选择。第三主成分的特征值为1.362，贡献率为15.135%，主茎分枝数和小区产量的特征向量最大，分别为0.512和0.678，说明主茎分枝数越多其产量越高。

表3 20个大豆品种主要农艺性状的特征值及贡献率

表4 20个大豆品种各主成分的特征向量

2.4 20个大豆品种主要农艺性状的聚类分析

从图1看出，20个大豆品种聚为4个大类。第一大类为赤豆203、赤豆1号、辽豆49、赤豆三号、农庆豆101和吉育554，第二大类为长农39、长农59、吉育86、吉育72、赤豆201、赤豆4号、长农36、吉育441、吉育452、黑农55、抗线9号和赤豆5号，第三大类为辽豆71，第四大类为绥农50。从表5可知，第一大类产量较高，小区产量为1.64 kg；底荚高度和主茎分枝数最高/多，分别为12.3 cm和0.9个；其余性状表现一般，主茎节数(16.4节)最少，可作为选育适合机械化种植的目标亲本。第二大类产量较高，除底荚高度(9.4 cm)和百粒重(19.16 g)低于平均水平(9.4 cm和 19.84 g)外，其余性状均高于平均水平，说明其产量受各性状影响较平均，可作为高产育种材料利用。第三大类产量最高，株高、主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重均最高/多/大，底荚高度居中，主茎分枝数和百粒重均最少/小，属于高产类型，综合性状较好，可作为高产育种亲本利用。第4大类产量最低(小区产量为0.86 kg)，百粒重最大(25.35 g)，主茎分枝数居中，其余性状都最低/少，在生产上直接利用的价值不大，但可作为提高百粒重的材料加以利用。第3大类和第4大类大豆品种的性状呈互补表现，可作为父母本加以利用。

表5 4个大类大豆品种的农艺性状

3 讨论

基于农艺性状有针对性的品种选择是快速提高作物产量的关键措施之一[15]。不同大豆品种的特性有所不同。韩秉进等[8]研究表明，4粒荚数和分枝数变异系数分别为70.15%和68.71%，在所有性状中变异系数最大。研究结果表明，20个大豆品种的株高、底荚高度和主茎分枝数等农艺性状变异系数为6.69%～73.14%，其中主茎分枝数、底荚高度、单株荚数、单株粒数的变异系数较大，分别为73.14%、40.21%、24.56%、23.76%。其主茎分枝数的变化与韩秉进等[8]的研究结果一致，表明在同一种植区，大豆的主茎分枝数变化较大。在育种工作中应首先考虑选择这些性状，以获得优良品种。大豆育种工作中，要综合考虑各性状的相互协调作用，才能获得高产品种[16]。研究结果表明，产量与株高呈显著正相关，与主茎分枝数、主茎节数、单株荚数、单株粒数和单株粒重呈正相关，与百粒重呈极显著负相关，与底荚高度呈负相关。其中，株高与产量呈正相关，与谭淑玲等[17]的研究一致；百粒重与产量呈负相关，与曹鹏鹏等[18]的研究结果一致。表明在选育大豆新品种时更应注重百粒重和株高对产量的作用效应，其次再考虑其他性状对产量的影响。

主成分分析是研究植物遗传学的常见方法之一，常用于分析不同作物的产量和质量特征[3-6]。在主成分分析法中，各主成分所包含的性状具有一定的相关性，在品种选育时不能忽略各性状之间的相互关系[19]。研究结果表明，20个大豆品种主要农艺性状第一主成分、第二主成分和第三主成分的贡献率分别为47.010%、21.014%和15.135%，累计贡献率达83.159%，基本可以反映9个性状的总体变异状况，其中，第一主成分中单株粒数的特征向量最大，并与株高、单株荚数、单株粒重和主茎节数呈正相关。在选育高产大豆品种时，不可能同时兼顾每一个性状，产量的构成主要集中在第一主成分，选育时首要考虑株高、单株荚数、单株粒数、单株粒重和主茎节数等农艺性状。基因型的变异可通过形态性状的变异反映出来[20]。在选择大豆杂交的亲本时，尽量选择遗传背景较为多样的资源作为亲本，利用互补性状进行选择[21-22]。研究结果表明，20个大豆品种可聚为4个大类，第一大类为赤豆203、赤豆1号和辽豆49等共计6个品种，第二大类为长农39、长农59和吉育86等共计12个品种，第三大类为辽豆71，第四大类为绥农50。第一大类可作为选育适合机械化种植的目标亲本；第二大类产量较高，各性状表现较好，可作为高产育种材料利用；第三类产量最高，属于高产类型，综合性状较好，可作为高产育种亲本利用；第四大类可作为提高百粒重的材料利用。第三大类和第大四类品种的性状具有互补特性，可作为父母本利用。研究客观、科学地对20份大豆资源主要农艺性状进行了分析评价，但由于受年际间气候因素的影响，2019年大豆产量及综合性状普遍较2018年差，导致2年大豆平均水平偏低，可见农艺性状也会受环境影响。因此，随着分子生物学的快速发展，结合分子标记技术对大豆种质资源进行评价会更加合理与准确[23-24]。

4 结论

20个大豆品种的主茎分枝数、底荚高度、单株荚数和单株粒数的变异系数较大，产量与株高和百粒重分别呈显著正相关和极显著负相关，前3个主成分的累积贡献率达83.159%，基本可反映9个主要农艺性状的总体变异状况，20个大豆品种可聚为4个大类，不同类别的性状特征存在差异。