王鵬，李貴全

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷030801）

大豆是我國(guó)主要的油料作物，圍繞大豆高產(chǎn)主題，育種學(xué)家和栽培學(xué)家進(jìn)行了大量的研究［1，2］。由于大豆產(chǎn)量是一個(gè)受多基因控制的數(shù)量性狀［3］，它不僅受遺傳因子控制，而且很大程度上也受環(huán)境因素的支配，這就增加了選擇的難度。因此研究和探討諸性狀與產(chǎn)量的關(guān)系及其在產(chǎn)量構(gòu)成中的作用一直是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)注的重要課題。作物數(shù)量性狀的多元遺傳分析方法已被廣泛應(yīng)用于性狀的遺傳研究，在小麥［4］、水稻［5］等多種作物上都有相關(guān)的研究報(bào)道。關(guān)于大豆產(chǎn)量相關(guān)性狀的主成分分析和聚類分析，前人已有不少報(bào)道［6～10］，主要是研究不同區(qū)域大豆品種遺傳距離間的差異。本研究利用大田試驗(yàn)，在同一生態(tài)條件下對(duì)不同大豆新品系的生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究，通過主成分分析［11，12］、聚類分析等方法，分析了13個(gè)大豆新品系與產(chǎn)量相關(guān)的12個(gè)農(nóng)藝性狀，旨在為區(qū)域性大豆生產(chǎn)中品種更新、篩選和親本選配工作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2011年5月至10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆遺傳育種試驗(yàn)田內(nèi)進(jìn)行。從山西農(nóng)業(yè)大學(xué)大豆育種室選取13個(gè)來(lái)源于不同親本組合的趨于穩(wěn)定的大豆新品系，所選品系見表1。

表1 13個(gè)大豆新品系來(lái)源及生物學(xué)性狀Table 1 The source and biological characters of 13 new soybean strains

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)2行，行長(zhǎng)5 m，行距0．5 m，株距0．2 m，于2011年5月3日播種。收獲時(shí)每小區(qū)隨機(jī)抽取10株定株觀察、考種，取平均值。

1．3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件，進(jìn)行產(chǎn)量性狀的相關(guān)矩陣計(jì)算、主成分分析及聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同大豆雜交后代新品系產(chǎn)量相關(guān)性狀的主成分分析

主成分分析可以將多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)量性狀綜合為少數(shù)幾個(gè)主成分，通過對(duì)變量之間的相關(guān)系數(shù)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，找出數(shù)目較少且能控制所有變量的主成分。對(duì)12個(gè)產(chǎn)量性狀進(jìn)行主成分分析，提取前4大主成分，累積貢獻(xiàn)率達(dá)85．89%（表2），說明這4個(gè)主成分能夠較好的代替上述12個(gè)產(chǎn)量性狀對(duì)所研究的材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表3顯示了12個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀在前4大主成分矩陣中的權(quán)重系數(shù)。表4列出了各品系的主成分值及排名。第一主成分中，單株粒數(shù)（X7）、單株粒重（X12）、單株莢數(shù)（X4）和三粒莢數(shù)（X10）等系數(shù)較大，對(duì)第一主成分的貢獻(xiàn)最大。一個(gè)品種的這些性狀表現(xiàn)越好，第一主成分值越大。百粒重（X11）的權(quán)重系數(shù)較大且符號(hào)為負(fù)，說明該性狀會(huì)隨第一主成分值的增大而減小。

第二主成分中，一粒莢數(shù)（X8）、二粒莢數(shù)（X9）的權(quán)重系數(shù)較大且符號(hào)為正，這些性狀的數(shù)值越大則第二主成分值越大。同時(shí)單株粒數(shù)（X7）和單株莢數(shù)（X4）也有所增加，但是增加不明顯。而三粒莢數(shù)（X10）、株高（X1）等系數(shù)較大但符號(hào)為負(fù)，會(huì)隨第二主成分值增大而減小。

第三主成分中，權(quán)重系數(shù)較大且符號(hào)為正的有株高（X1）、有效分枝數(shù)（X2）、主莖節(jié)數(shù)（X6）和百粒重（X11），系數(shù)較大且符號(hào)為負(fù)的是主莖莢數(shù)（X5）。說明當(dāng)?shù)谌鞒煞种递^大時(shí)，株高、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、百粒重等性狀表現(xiàn)較好，而主莖莢數(shù)的表現(xiàn)卻比較差。

第四主成分中，系數(shù)最大的是結(jié)莢高度（X3），某一品種第四主成分值越大，結(jié)莢高度越高。

表2 前4大主成分的特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 2 The eigenvalue and percentages of accu mulated contribution of the leading principal components

表3 前4大主成分的特征向量Table 3 Eigenvectors of leading principal co mponents

表4 品系的主成分值及綜合主成分值排名Table 4 The value of principal co mponent and the rank of integrated principal co mponent in different strains

2．2 聚類分析

通過品系間的遺傳距離將13個(gè)大豆品系分為4類（圖1）。第一類由5個(gè)品系組成，平均株高為108．33 c m，平均單株產(chǎn)量為62．02 g，平均生育期為114．25天，屬于中熟中產(chǎn)品種，包括品系1、12、2、7、6；第二類由4個(gè)品系組成，分別是品系9、11、13、10，平均株高為 123．35 c m，生育期較短為104．5天，平均單株產(chǎn)量為82．8 g，屬于中早熟，高產(chǎn)品種；第三類由2個(gè)品系組成，品系3和品系8，為早熟中產(chǎn)品種；第四類由2個(gè)品系組成，包括品系4和品系5，屬于中熟低產(chǎn)品種。

從圖1的品系聚類情況可以看出，即使是同一父本與不同母本雜交的后代，如品系10和品系4，由于在育種過程中目標(biāo)選擇的不同，也會(huì)造成比較明顯的遺傳距離（D2＝8．97），一個(gè)被分到第二類，另一個(gè)則被分到第四類；相反，如品系11和品系13，雖然親本來(lái)源不同（晉大53×?xí)x豆19和晉大47×?xí)x豆8號(hào)），但是數(shù)量性狀上的遺傳距離較?。―2＝0．38），反而被劃分到同一類。

圖1 品系聚類圖Fig．1 Clustering of brains

結(jié)合表4中各品系的主成分值和綜合主成分值排名情況可以看出，綜合主成分值的排名順序與各品系的產(chǎn)量高低基本一致，排名靠前的產(chǎn)量相對(duì)較高，而低產(chǎn)品系4和5其綜合主成分值則排在最后兩位。如品系10，在連續(xù)兩年的山西省大豆中晚熟區(qū)域試驗(yàn)中，6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)平均畝產(chǎn)194．3 kg，比對(duì)照晉豆19（畝產(chǎn)149．3 kg）增產(chǎn)13．1%，在所有參試品種中名列前茅。其綜合主成分值排在第一位是符合實(shí)際情況的。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)對(duì)13個(gè)大豆新品系的12個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀進(jìn)行主成分分析，提取累計(jì)貢獻(xiàn)率高達(dá)85．89%的前4大主成分。結(jié)果表明，第一主成分值越大，大豆產(chǎn)量相對(duì)越高，即在高產(chǎn)育種中應(yīng)選擇單株粒數(shù)、單株莢數(shù)、三粒莢數(shù)等表現(xiàn)好的后代材料；盡量減小第二主成分值的大小，減少一粒莢、二粒莢的數(shù)量。但同時(shí)盲目增大第一主成分值會(huì)伴隨大豆籽粒百粒重的減小，也會(huì)給產(chǎn)量帶來(lái)不利的影響。因此，應(yīng)根據(jù)育種目標(biāo)來(lái)確定適宜的主成分值。

綜合主成分分析是在主成分分析的基礎(chǔ)上，在不損失原有數(shù)據(jù)信息的情況下，將多個(gè)具有相關(guān)性的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成一個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，還可以具此對(duì)所評(píng)價(jià)的品種進(jìn)行排名，評(píng)價(jià)其優(yōu)劣。本試驗(yàn)在得出各品系綜合主成分的排名之后，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果基本一致。

利用多元分析方法估計(jì)品種間的遺傳距離并進(jìn)行聚類分析是近年來(lái)經(jīng)常采用的且被大多數(shù)試驗(yàn)證明有效的一種測(cè)定遺傳距離的方法。遺傳距離的大小在一定程度上反映了品種間遺傳差異的大小，結(jié)合聚類結(jié)果可以看出，親本來(lái)源與遺傳距離沒有必然聯(lián)系，來(lái)源不同的品種，由于選擇方向相同，可能成為近緣品種，被分到同一類群。

在選擇大豆品種時(shí)，應(yīng)根據(jù)育種目標(biāo)確定各個(gè)主成分值的大??；在評(píng)價(jià)品種間遺傳差異時(shí)，不能以親本來(lái)源或親緣關(guān)系為依據(jù)，應(yīng)根據(jù)育種過程中對(duì)品種的選擇方向和環(huán)境因素等方面予以綜合考慮。

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