小豆种质资源农艺性状鉴定与综合评价

2023-12-22周桂梅陈琳刘振兴陈健亚秀秀刘志军

江苏农业科学 2023年21期

周桂梅　陈琳　刘振兴　陈健　亚秀秀　刘志军

摘要：为了筛选优良品种的小豆，促进小豆产业发展，选取28个参加食用豆体系国家鉴定的小豆新品种资源，运用相关性分析、灰色关联度、主成分分析和聚类分析等方法，对28个小豆品种资源的生育期、株高、主茎分枝、主茎节数、单株荚数、单荚粒数、荚长、百粒质量、产量这9个农艺性状进行分析和评价。结果显示：28个小豆品种资源在8个农艺性状（除生育期外）上均表现了显著的差异性，变异系数在10.51%～30.35%之间。8个性状之间，株高和主茎节数、单株荚数和主茎节数、百粒质量和主茎分枝、荚长和单荚粒数、产量和单荚粒数呈显著正相关，其他性状之间没有显著相关性。通过主成分分析和聚类分析可以看出，唐红201509-12、唐红201301-2、品红2019-3-3-1这3个品种的得分排在前3名，综合性状较好。通过灰色关联度分析得出，品种产量和性状之间关联度密切的前4位为主茎分枝数、主茎节数、单荚粒数、百粒质量。通过本试验结果可以看出，唐红201509-12、唐红201301-2、品红2019-3-3-1这3个品种综合表现好，适宜在河北省唐山地区及生态相同区域种植。

关键词：小豆；种质资源；农艺性状；灰色关联度；主成分；聚类分析；变异系数

中图分类号：S521.02 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）21-0044-06

小豆［Vigna angularis （Wild） Ohwi & Ohashi］染色体组为2n＝22，其籽粒含有人体必需的铁、钙、磷等元素以及18种氨基酸，其蛋白质含量比禾谷类作物高2～3倍［1］。小豆在我国主要在东北、华北和西北地区种植［2］。我国小豆品种主要有唐山红小豆、天津红小豆、东北大红袍、宝清红等，产品主要用于出口；由于营养丰富，小豆在国内外市场上具有较强的竞争力，有良好的发展潜力和前景；但小规模、低效益的传统生产方式，加上对小作物的不够重视，导致小豆生产用种老化，阻碍了其产业发展［3-4］。因此，筛选优良品质的小豆新品种，对于提高小豆在国内外市场上的竞争力和促进小豆产业发展具有至关重要的作用。

农艺性状是判断小豆品种是否适合引进和推广的重要指标，生育期、荚粒数、百粒质量等指标在已有研究中得到广泛的关注［5-11］。本研究利用灰色关联度、主成分分析、聚类分析等方法，对28份国家鉴定小豆资源进行综合评价，以期筛选出适合当地种植和推广的优良品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小豆品种资源28份，来自国家食用豆产业技术体系各岗位专家和试验站，详见表1。

1.2 试验场地

试验于2011年和2022年6—10月在河北省唐山市农业科学研究院试验场（39°37′N，118°12′E）进行，海拔17.3 m，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均降水量406 mm，全年日照时数2 600～2 900 h，年平均气温12.5 ℃，无霜期180～190 d。

1.3 试验设计以及测定方法

种植土壤地势平坦，地力均匀，肥力中上等。小区面积12.5 m2，5行区，株距15 cm，行距50 cm，随机区组排列，重复3次。田间调查各资源的生育期，成熟后随机选取5株，调查株高、主茎分枝、主茎节数、荚长、单荚粒数、单株荚数、百粒质量、产量等数据，调查标准依据程须珍等的《小豆种质资源描述规范和数据标准》［12］进行。

1.4 数据结果分析

1.4.1 农艺性状变异系数和遗传多样性分析

用Excel 2003软件计算各数据的平均值（x）、变异系数（CV），对各性状的遗传多样性进行评价。

1.4.2 灰色关联度分析

根据灰色系统理论要求，把28个小豆品种的9个性状组成1个灰色系统，系统中的每个因素分别为其中的1个品种，以参试品种性状指标[WTHX]X[WTBZ]i（i=1，2，3，…，28）=｛Xi（1），Xi（2），…，Xi（9）｝=｛株高、主茎节数、主茎分枝数、单株荚数、荚长、单荚粒数、百粒质量、生育期、产量｝形成的数列作为比较数列，以对照品种各项性状指标为[WTHX]X[WTBZ]0=｛X0（1），X0（2），…，X0（9）｝组成的数列作为参考数列，各品种性状指标的平均值见表2，根据数据计算田间性状间的关联系数和关联度。

关联系数：

等权关联度：

其中：Δi（k）=|X0（k）-Xi（k）|，为数列[WTHX]X[WTBZ]0与[WTHX]Xi在第 k点的绝对值；minΔi（k）为二级最小差；maxΔi（k）为二级最大差；ρ为分辨系数，通常取值0.5；ε为关联系数；k为评估的性状数；n为参试品种数。

1.4.3 聚类分析和主成分分析

利用DPS 7.05软件进行相关性分析、聚类分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 田间性状统计分析

由表2可知，除生育期的变异系数偏小（6.12%）外，其余几个性状的变异系数均较大（>10%），其中单株荚数的变异系数最大，为30.35%。这说明28个品种的表现类型豐富，可以作为育种方向进行选择，为品种的改良提供了依据。

2.2 农艺性状的相关性分析

从表3可以看出，8个农艺性状间，株高和主茎节数、荚长和单荚粒数呈极显著正相关，单株荚数和主茎节数、百粒质量和主茎分枝呈显著正相关，其他症状之间没有显著相关性。

2.3 小豆资源的聚类分析

用欧氏距离、离差平方和法进行聚类分析，结果见图1。由图1可以看出，欧氏距离为 6.637 0 时，28个小豆品种资源可以分为四大类，其中1、3、6、10、27聚为一类，性状表现为荚长较长、产量较高；2、4、8、9聚为一类，性状表现为株高中等、百粒质量较小；5、13、19、20、7、22、11、17、23、16、26聚为一类，性状表现为产量较高；12、15、21、28、14、18、24、25聚为一类，性状表现为株高较高、主茎节数较多、主茎分枝较多、荚长较长。

2.4 小豆资源的主成分分析

2.4.1 主成分分析对28个小豆品种资源的9个农艺性状进行主成分分析（表4），其中前5个主成分累计贡献率达到83.17%，基本可以代表28个品种资源的主要遗传信息；第1主成分（F1）的特征值为2.318 9，贡献率为25.77%，其中主茎节数、主茎分枝数的贡献较大，载荷值分别为0.651 2、0.653 1；第2主成分（F2）的特征值为1.717 1 贡献率为19.07%，其中产量、荚长、单荚粒数的贡献较大，载荷值分别为-0.706 3、0.680 2、0.673 5；第3主成分（F3）的特征为为1.358 4，贡献率为15.10%，其中生育期、百粒质量的贡献较大，载荷值分别为0.641 8、0.559 3；第4主成分（F4）的特征值为1.119 7，贡献率为12.44%，其中单株荚数的贡献率最大，载荷值为-0.732 1；第5主成分（F5）的特征值为0.971 6，贡献率为10.79%，其中生育期的贡献率最大，载荷值为0.729 2。

2.4.2 综合评分评价

计算各个品种资源的主成分得分，根据5个主成分的贡献率及其得分，建立综合评分评价数学模型：F=（25.77×F1+19.07×F2+15.10×F3+12.44×F4+10.79×F5）/83.17，根据这个模型计算各个资源性状的综合得分，并根据得分对品种的品质进行优良排序，结果见表5，可以看出，唐红201509-12、唐红201301-2、品红2019-3-3-1的得分排在前3名，综合性状较好。

2.5 灰色关联度分析

灰色关联度除了可以对品种的优劣进行评价［13-15］，还可以通过关联系数寻求各个性状之间的关系。把原始数据标准化后，求得关联系数和等权关联度，结果见表6。

由表6可以看出，品种产量、性状之间关联度密切的前4位为主茎分枝数、主茎节数、单荚粒数、百粒质量。

3 结论和讨论

衡量一个小豆品种是否优质，除了产量性状外，还要考虑生育期、株高、百粒质量等性状是否符合当地需求。本研究对28个参加国家鉴定的小豆新品种资源进行灰色关联度、主成分分析和聚类分析，结果显示：28个品种的9个农艺性状中，除生育期的变异系数偏小（6.12%）外，其余8个性状的变异系数均大于10%，说明这28个品种的变异较大，表现比较多样，遗传比较丰富，可以作为育种资源加以利用。

通过对除生育期外的8个性状进行相关性分析显示，8个性状间，株高和主茎节数、荚长和单荚粒数呈极显著正相关，单株荚数和主茎节数、百粒质量和主茎分枝数呈显著正相关，其他症状之间没有显著的相关性，可以根据育种目标进行相应选择。

用欧氏距离、离差平方和法进行聚类分析，在欧氏距离为6.6370时，28个资源可以分为四大类：第1类有5个品种，性状表现为荚长较长、产量较高；第2类有4个品种，性状表现为株高中等、百粒质量较小；第3类有11个品种，性状表现为产量较高；第4类有8个品种，性状表现为株高较高、主茎节数较多、主茎分枝数较多、荚长较长。这些资源可以作为目标性育种的亲本进行选择。

根据对小豆品种的主成分分析综合评价，唐红201509-12、唐红201301-2、品红2019-3-3-1的得分排在前3名，综合性状较好。适宜在当地种植和推广。

根据灰色关联度分析，品种产量和性状之间关联度密切的前4位为主茎分枝、主茎节数、单荚粒数、百粒质量；根據相关性分析，产量和田间性状的相关性排序前4位为单荚粒数、主茎分枝数、株高、主茎节数。结合2种分析结果，主茎分枝数、主茎节数、单荚粒数和小豆产量有密切的关系，可作为小豆育种研究的选种依据。

本研究选取2021年、2022年的平均数据加以分析，结果和前人的研究结果［5，9-11］基本一致，有个别性状的表现有差异，可能和品种的地域表现或者试验当年的气候及生产条件有关，需要做进一步的研究加以验证。

大田种植小豆情况下，除了要选择优良品种外，栽培方法和病虫害防治同样重要。在选育和选择优良品种的同时，还要研究和品种配套的栽培模式及其病虫害的防治方法。三者相辅相成，促进小豆产业更快更好地发展。

参考文献：

［1］徐宁，王明海，包淑英，等. 小豆种质资源、育种及遗传研究进展［J］. 植物学报，2013，48（6）：676-683.

［2］田静. 小豆生产技术［M］. 北京：北京教育出版社，2016.

［3］李洪. 我国小宗粮豆产业发展探讨［D］. 杨凌：西北农林科技大学，2005.

［4］韩昕儒，宋莉莉. 我国绿豆、小豆生产特征及产业发展趋势［J］. 中国农业科技导报，2019，21（8）：1-10.

［5］姜翠棉，徐东旭，高运青，等. 小豆品种资源的灰色关联度分析与综合评价［J］. 河北农业科学，2014，18（2）：25-28.

［6］薛晨晨，李春，张炯，等. 江苏省小豆地方品种资源农艺性状研究［J］. 浙江农业科学，2018，59（10）：1770-1773.

［7］韩粉霞，李桂英，李新美. 小豆主要农艺性状的相关分析［J］. 中国农学通报，1997，13（6）：53-54.