基于主成分分析的花生新品种开农91 主要农艺性状综合评价

李军华 芦振华 李绍伟 李 阳 苗建利 殷君华 胡俊平 任 丽

（开封市农林科学研究院 河南开封 475004）

花生（Arachis hypogaea Linn.）是我国主要油料作物，是食用植物油和蛋白质的重要来源之一，在国家经济与社会发展中占有重要地位[1-2]。 花生及其制品风味独特、品质优良并具有良好的保健功能，深得人们喜爱[3-4]。 近年来，由于花生种植效益高，其种植规模逐年增加， 适宜不同需求的新品种层出不穷。 目前，围绕花生的栽培管理技术已从种植密度、适宜播期和水肥调控等方面进行了广泛研究。 主成分分析是一种降维处理技术， 是把原来多个变量划为少数几个综合指标的一种统计分析方法， 是综合评价的一种有效方法。 郭敏杰等[5]用此方法分析了11 个冀花高油酸花生品种， 得出用基因型数据更能准确反映品种内在遗传基础， 为种质资源的分类和利用提供参考。 范小玉等[6]通过对供试材料的农艺性状和品质性状进行主成分分析， 为花生品种资源鉴定确定了主要观察性状。 潘丽娟等[7]的研究发现，高油酸花生在不同纬度种植，产量存在极显著差异。 花生的生长对气候、土壤等具有选择性，不同生态条件下的花生产量和品质差异较大[8]。 为了更好地确定花生新品种开农91 适宜种植区， 本研究分析了开农91 在国家北方片花生新品种多点试验中的农艺性状及产量表现， 通过主成分分析法综合评价不同参试点影响花生产量的性状指标，为确定开农91 的适宜生产和推广区域及配套栽培管理技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试验设计

开农91 的农艺性状和产量表现数据来源于2017 年国家北方片（大粒一组） 花生新品种多点试验。 大粒一组共有20 个承试点， 分别为安徽泗县、河北保定、 辽宁大连、 安徽固镇、 山东菏泽、 山东济宁、 河南开封、 山东临沂、 河南漯河、 河南濮阳、 山东青岛、 山东泰安、 河南商丘、 河北石家庄、 山东潍坊、 江苏徐州、 山东烟台、 河南郑州、河南驻马店、 北京密云。

田间试验设计均采用随机区组法排列， 小区面积13.33 m2，重复3 次，播种密度为10 000 穴/亩，每穴2 粒，穴距按当地习惯种植。 栽培管理均按当地耕作习惯和水平进行。 花生生育期间各承试单位均进行了出苗率（X1）和生育期（X2）等农艺性状调查记载。通过观察荚果和种子表皮颜色判断收获时间， 当荚果和种子表皮颜色达到品种特性描述颜色且籽粒饱满时可以准备收获。 收获前每个小区取样10 株测量主茎高（X3）、侧枝长（X4）、总分枝数（X5）、结果枝数（X6）、单株饱果数（X7）和单株果数（X8）等性状指标；测产时每小区实打实收，晒后称干重。 晒干后的种子在仓库平衡10 d，取样考种，测量百果重（X9）、百仁重（X10）和出仁率（X11）等性状指标，并以小区产量干重计算亩产量（Y）。

1.2 数据分析

采用Excel 2010 进行试验数据整理； 采用R 语言进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同地点开农91 的产量表现

花生产量的形成受多种因素的影响， 气候、 品种和栽培管理等都会影响花生产量， 使不同地点的花生产量存在差异[9]。 由表1 和表2 可知，开农91 在不同地点的产量表现存在极显著差异。 产量表现好且达到400 kg/亩以上的分别是山东菏泽、安徽固镇、安徽泗县和山东济宁， 产量分别为520.43 kg/亩、501.77 kg/亩、451.77 kg/亩、411.43 kg/亩，比最低产量表现的北京密云增产分别为62.05%、60.63%、56.28%和51.99%。说明不同生态环境、栽培管理措施等影响开农91 产量的形成，不同生态区花生产量存在显著差异，这与前人的研究结果一致[10-11]。

表1 不同地点开农91 产量的方差分析

表2 不同地点开农91 产量的多重比较分析

2.2 不同地点农艺性状的变异分析

由表3 可知， 多项农艺性状指标观测值之间存在较大程度的变异。 其中以单株饱果数变异系数最大，达46.65%；单株果数次之，为39.10%。 总分枝数、结果枝数、亩产、主茎高、侧枝长变异系数也相对较高，分别为32.36%、28.84%、26.82%、26.25%、24.79%。变异系数较大的农艺性状指标在品种栽培管理过程中有更高的塑造潜力。 本试验中，主茎高、侧枝长和总分枝数等株型指标的变异系数大于出苗率、 生育日数和出米率等指标的变异系数， 这表明通过改进管理措施促进地上部干物质积累和单株饱果数的增加获得较高产量是可行的。

表3 不同地点开农91 主要农艺性状分布

2.3 KMO 和Bartlett 检验

Bartlett 球形检验结果显示，显著水平小于0.05，说明该数据可以进行主成分分析（表4）。

表4 KMO 和Bartlett 检验

2.4 农艺性状的主成分分析

农艺性状的主成分分析以特征值＞1、 方差贡献率＞85%为标准， 对12 个农艺性状进行主成分分析。图1 的碎石图中位于陡坡的主成分特征值大， 所含信息量大。 本试验中前5 个主成分特征值位于陡坡且大于或接近1，且表5 中这5 个主成分累积方差贡献率达90%， 代表了开农91 绝大部分的性状信息。因此，可用这5 个主成分代表12 个农艺指标评价开农91 的综合性状。

图1 主成分分析碎石图

表5 主成分分析旋转后的成分载荷值、初始特征值、方差贡献率及累计贡献率

由表5 可知， 第1 主成分的方差贡献率为24.00%，百果重、百仁重和亩产量在第1 主成分上有较大的载荷，且均与与第1 主成分呈正相关；第2 主成分的方差贡献率为18.00%，主茎高和侧枝长在第2主成分上有较大的载荷，其中除了单株饱果数、单株果数和出仁率与第2 主成分呈负相关外， 其余农艺性状与第2 主成分均呈正相关； 第3 主成分的方差贡献率为17.00%， 单株果数和单株饱果数在第3 主成分上有较大的载荷，且与第3 主成分呈正相关，主茎高和侧枝长与第3 主成分呈负相关； 第5 主成分的方差贡献率为16.00%，总分枝数和结果枝数在第4主成分上有较大的载荷，且与其呈正相关；第4 主成分的方差贡献率为14.00%， 主茎高和侧枝长在第4主成分上有较大的载荷， 其中主茎高与第4 主成分呈负相关，侧枝长与其呈正相关。

3 讨论与结论

高产是花生育种和栽培最主要的目标之一，同一品种在不同生态区有不同的表现， 新品种在某一生态环境下能否发挥品种的遗传潜力， 需要经过大田生产试验， 参加品种区域试验是新品种进入生产的一个重要环节。 品种区域试验是连接试验室、小规模试验田到最终在大田进行大规模生产的桥梁，是品种从科研、生产、市场直至最终成为一个产业的连接枢纽[12]，在筛选优良品种、提高农作物产量方面具有重要作用[13]。 张忠信等[14]通过对远杂9847 在不同生态区的产量表现进行研究，发现远杂9847 在不同生态区产量间差异极显著。潘丽娟等[15]为客观评价高油酸花生花育917 的生产适应性， 在8 个花生主产区参加生产试验，结果表明，不同生产区产量存在显著差异。 本试验中，开农91 在不同地点间的产量呈现出极显著差异， 产量表现最好的山东菏泽比产量表现最差的北京密云每亩高出322.9 kg。说明不同生态环境、栽培管理措施等因素限制了开农91 产量潜力的发挥，该结果对选择开农91 适宜种植区域及区域间引种进行大规模生产具有重要的指导作用。

花生是地上开花、地下结果的作物，花生的农艺性状表现直接影响花生产量的形成。 花生农艺性状又受到环境及栽培管理措施等方面的影响。 适期早播和增施氮肥可以促进花生植株干物质积累和氮素积累，通过增加单株结果数和百果重获得花生高产[16]。张翔等[17]研究发现，施氮量影响花生的株高、总分枝数、侧枝长、结果枝数和干物质积累。 种植密度通过影响分枝数和结果枝数，进而影响产量形成[18]。 通过对不同地点开农91 的农艺性状进行变异分析发现，变异系数较大的农艺性状依次为单株饱果数、 单株果数、总分枝数、结果枝数、主茎高和侧枝长，产量的变化是地上部和地下部共同作用的结果， 这与前人的研究结果一致[10]。对开农91 的12 个农艺性状进行主成分分析结果表明，开农91 的主要农艺性状可归纳为5 个主成分， 这5 个主成分累计贡献率达到89.00%， 每个主成分都比较客观地反映了所控制的各性状之间的相互关系， 这些因子在方差贡献上均具有活跃作用，在确定开农91 适宜种植区域及栽培管理措施中具有重要地位。 其中百果重、 百仁重在第1 主成分中的特征值均较高， 说明这2 个性状在花生主要农艺性状占有很重要地位，在开农91 栽培管理中应着重考虑二者对产量的影响。 从产量性状和农艺性状综合考虑，在开农91 栽培管理中应注重使第1 主成分、 第3 主成分和第5 主成分值偏高，第2 主成分和第4 主成分适中，即使开农91 具有结果枝数、单株果数和单株饱果数多，主茎高和侧枝长适用的综合性状。 因此，在开农91 实际栽培管理过程中， 应根据不同生态条件同时结合主成分因子的选择确定相应的栽培管理措施。

综上所述，花生新品种开农91 在国家北方片区域试验中，主要农艺性状和具有丰富的变异多样性，各个性状间存在紧密联系， 且每个性状对产量影响各不相同。 大多数花生品种具有不同的生态适应性[6]。

因此，在开农91 实际推广应用过程中，要根据当地生态环境、栽培措施等因素，综合考虑其对产量和主成分因子相关主要农艺性状的影响， 以此确定开农91 适宜的栽培管理措施， 最大程度发挥品种的遗传潜力。