蘭孟焦，吳問勝，肖滿秋，潘 皓，侯隆英，葛瑞華

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，南昌 330200）

甘薯（Ipomoea batatasL.）為旋花科（Convolvulaceae）甘薯屬一年或多年生草本植物，是一種高產(chǎn)、抗旱、耐貧瘠的重要糧菜飼兼用和工業(yè)原料作物，在我國國民經(jīng)濟中占有重要地位[1-2]。近年來，我國甘薯產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)從量到質(zhì)的轉(zhuǎn)型升級，逐步向餐桌化、休閑化、功能化食品方向適度發(fā)展[3]；優(yōu)質(zhì)高效已超越高產(chǎn)成為甘薯育種首要目標(biāo)，但只有在保證較高產(chǎn)量前提下，尋求優(yōu)質(zhì)、多抗等特性才具有實際意義。甘薯產(chǎn)量是眾多相關(guān)農(nóng)藝性狀的綜合表現(xiàn)，且各性狀對產(chǎn)量貢獻差異較大，這些性狀往往在育種目標(biāo)選擇、栽培措施上難以準(zhǔn)確把握[4]。因此，研究不同甘薯品種主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量關(guān)系對于發(fā)掘品種資源生產(chǎn)潛能、篩選高產(chǎn)優(yōu)良品種具有重要現(xiàn)實意義。

目前，對甘薯品種主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量關(guān)系研究較多。陳鳳翔等通過方差、相關(guān)及通徑分析發(fā)現(xiàn)，單株莖葉重、單株綠葉重、單株結(jié)薯數(shù)對單株產(chǎn)量直接影響較大[5]。余金龍等運用典型相關(guān)分析方法表明，藤葉重、分枝數(shù)和分枝總長對甘薯鮮薯產(chǎn)量形成起決定性作用[6]。汪寶卿等運用多元回歸和通徑分析方法認為，甘薯高產(chǎn)栽培應(yīng)選擇莖基部粗、蔓長較短、薯塊數(shù)量適中和大中薯率較高的品種[7]。陸娣等采用相關(guān)性及主成分分析方法認為，遼寧甘薯品種育種應(yīng)優(yōu)先考慮地上莖葉生長旺盛、蔓長較短、大中薯率較高的品系[8]。受限于試驗材料、群體大小、區(qū)域和分析方法不同，研究結(jié)論也不盡相同。

隨灰色系統(tǒng)理論發(fā)展，灰色關(guān)聯(lián)分析法以其運算簡便、不受樣本數(shù)量限制、分析全面以及可靠性高等優(yōu)點倍受研究者青睞?；疑P(guān)聯(lián)分析已應(yīng)用于甘薯研究，李強等利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法綜合評價江蘇省7個甘薯新品系10個性狀，證實該方法可行，評價結(jié)果與品種表現(xiàn)相吻合[9]；辛國勝等利用灰色關(guān)聯(lián)度分析影響甘薯淀粉產(chǎn)量主要農(nóng)藝性狀，評價影響淀粉產(chǎn)量農(nóng)藝性狀主次關(guān)系[10]；李慧峰等[11]、汪寶卿等[12]分別對甘薯生產(chǎn)性能以及品系資源特性作灰色關(guān)聯(lián)度分析與綜合評價。本研究聯(lián)合應(yīng)用差異性、相關(guān)性、聚類和灰色關(guān)聯(lián)分析等多元統(tǒng)計分析，綜合評估江西28個地方甘薯品種資源9個農(nóng)藝性狀，旨在為甘薯優(yōu)良品種培育及生產(chǎn)實踐提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

28個甘薯品種均為江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所于2017～2019年“第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動”收集到的江西地方甘薯品種資源，其中橘紅肉品種8個、淺黃肉6個、黃肉5個、白肉4個、橘黃肉4個和紫薯1個。試驗材料見表1。

表1 28個甘薯品種資源Table 1 Germplasm resources of 28 sweet potato varieties

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所橫崗試驗基地開展，位于東經(jīng)115°57′、北緯28°30′，海拔16 m，年平均氣溫17.8℃，全年日照1 603.4 h，年降雨量1 660 mm，年無霜期276 d。前作油菜，機械整地起壟并基施復(fù)合肥（N、P、K含量均為16%）750 kg·hm-2，其他田間管理措施與常規(guī)栽培一致。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每個品種資源種植在一個獨立小區(qū)，5行區(qū)，行距0.8 m，株距0.25 m，行長5 m，小區(qū)面積20 m2。2020年3月18日薯塊育苗，6月5日栽插，10月21日收獲。

1.3 測定項目及方法

收獲前7～10 d選取10株調(diào)查莖直徑、節(jié)間長、基部分枝數(shù)、主蔓長；收獲時，記錄各品種薯塊特性，測定大薯率、中薯率、單株結(jié)薯數(shù)和單株產(chǎn)量；收獲后7 d內(nèi)測定干物率，取大、中薯塊各1個（總重量＞500 g），洗凈切絲，烘箱中80℃烘至恒重，每個重復(fù)測定1次，3次重復(fù)取平均值。甘薯主要農(nóng)藝性狀記載方法和標(biāo)準(zhǔn)參考文獻[13]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Excel 2010和SPSS 20.0軟件作變異性、相關(guān)性、聚類及灰色關(guān)聯(lián)分析。

1.5 單株產(chǎn)量及其構(gòu)成因素灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論[14]，將28個甘薯品種單株產(chǎn)量和其他8個主要性狀作為一個灰色系統(tǒng)，并將單株產(chǎn)量（X0）設(shè)定為參考數(shù)列，莖直徑（X1）、節(jié)間長（X2）、基部分枝數(shù)（X3）、主蔓長（X4）、大薯率（X5）、中薯率（X6）、干物率（X7）和單株結(jié)薯數(shù)（X8）8個性狀設(shè)為比較數(shù)列。按照公式（1）對原始數(shù)據(jù)無量綱處理后，計算各比較數(shù)列（Xi）與參考數(shù)列（X0）絕對差值Δi(k)，再根據(jù)公式（2）計算單株產(chǎn)量與其他性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)。

式中，Xi(k)為無量綱處理后值，Xi′(k)為原始數(shù)值。Xi為同一性狀平均值，Si為同一性狀標(biāo)準(zhǔn)差。ξi(k)表示X0和Xi數(shù)列關(guān)聯(lián)系數(shù)，Δi(k)表示X0與Xi數(shù)列第k點絕對差值，Δi(k)min和Δi(k)max分別表示二級最小差值和最大差值。ρ是分辨系數(shù)，取值0～1，試驗中取0.5，認為同等重要。

1.6 品種綜合評價灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)張鮮艷等[15]、韓學(xué)琴等[16]等方法將28個品種視為一個灰色系統(tǒng)，每個品種作為系統(tǒng)中一個因素，分別標(biāo)記為Y1、Y2……Y28。根據(jù)育種目標(biāo)和生產(chǎn)需要，將參試甘薯品種9個農(nóng)藝性狀最佳值結(jié)合起來，構(gòu)建一個“標(biāo)準(zhǔn)品種”作為參考品種，標(biāo)記為Y0。參考品種產(chǎn)量高于參試品種中最大值5%，其他性狀指標(biāo)取值稍大于參試品種各性狀測定值最大值。首先對原始數(shù)據(jù)無量綱處理，即參試品種Yi(k)除以參考品種理想值Y0(k)，然后計算各參試品種與參考品種各性狀絕對差值Δi(k)，再根據(jù)公式（2）計算參試品種與參考品種關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)。同一品種各性狀ξi(k)平均值為該品種等權(quán)關(guān)聯(lián)度ri(k)。評價不同品種優(yōu)劣時，還應(yīng)根據(jù)各性狀重要程度賦予不同權(quán)重，計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri′(k)。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯主要農(nóng)藝性狀變異分析

由表2可知，28個甘薯品種資源莖直徑4.42～7.76 mm，平均5.75 mm；節(jié)間長3.00～24.00 cm，平均12.90 cm；基部分枝數(shù)7.00～24.00個，平均11.19個；主蔓長78.60～261.25 cm，平均146.84 cm；大薯率40.81%～100%，平均68.52%；中薯率0～40.20%，平均21.07%；干物率17.68%～41.18%，平均31.71%；單株結(jié)薯數(shù)0.20～7.40個，平均3.45個；單株產(chǎn)量0.095～1.878 kg，平均0.825 kg。9個性狀中，單株產(chǎn)量變異程度最大（65.0%），莖直徑最?。?4.7%），其他性狀依次為中薯率（56.6%）、單株結(jié)薯數(shù)（51.9%）、節(jié)間長（38.8%）、主蔓長（35.1%）、基部分枝數(shù)（32.3%）、大薯率（22.9%）、干物率（15.5%）。由此可見，單株產(chǎn)量、中薯率、單株結(jié)薯數(shù)等性狀在參試品種間差異明顯，莖直徑、干物率等性狀品種間差異相對較小。

表2 28個甘薯品種主要性狀測定值Table 2 Measured values of main traits in 28 tested sweet potato varieties

2.2 各性狀間相關(guān)性分析

分析甘薯農(nóng)藝性狀相關(guān)性（見表3），結(jié)果顯示，莖直徑與干物率（0.500）呈極顯著正相關(guān)。大薯率與基部分枝數(shù)（0.361）呈顯著正相關(guān)，但與節(jié)間長（0.367）呈顯著負相關(guān)，與中薯率（0.689）呈極顯著負相關(guān)。單株產(chǎn)量與單株結(jié)薯數(shù)（0.698）呈極顯著正相關(guān)，與基部分枝數(shù)（0.359）呈顯著正相關(guān)，與節(jié)間長（0.498）呈顯著負相關(guān)?？梢姡瑔沃杲Y(jié)薯數(shù)和基部分枝數(shù)越多，節(jié)間越短，甘薯產(chǎn)量越高。

表3 主要性狀間相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between main traits

2.3 甘薯品種聚類分析

采用組之間鏈接系統(tǒng)聚類方法對28個甘薯品種種質(zhì)資源作系統(tǒng)聚類分析（見圖1），在歐式距離為7.5處將參試品種劃分為4大類群（見表4）。

圖1 28個甘薯品種主要農(nóng)藝性狀系統(tǒng)聚類圖Fig.1 Cluster diagram of main agronomic traits of 28 sweet potato varieties

表4 各類群甘薯主要農(nóng)藝性狀平均值Table 4 Average value of main agronomic traits of sweet potatoes in different groups

第Ⅰ類包括石園黃心薯、白竺紅薯、沿沛紅薯等12個品種，表現(xiàn)為莖細、主蔓短，其他性狀表現(xiàn)一般，產(chǎn)量相對偏低。

第Ⅱ類包括胭脂紅薯、馬岑薯、彭溪紅心薯等8個品種，表現(xiàn)為單株結(jié)薯數(shù)多，干物率較高，其他綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良，產(chǎn)量較高，潛力較大。

第Ⅲ類包括鐵石口菜薯、鹿江紫薯、珍珠山紅薯等7個品種，表現(xiàn)為莖細，節(jié)間長，基部分枝薯少，干物率低，單株結(jié)薯數(shù)和產(chǎn)量中等。

第Ⅳ類僅有社崗紅薯1個品種，表現(xiàn)為莖粗，節(jié)間短，基部分枝數(shù)多，主蔓長，大薯率、干物率、產(chǎn)量高，應(yīng)通過品種改良或栽培措施進一步提高單株結(jié)薯數(shù)、降低蔓長后在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.4.1 甘薯單株產(chǎn)量及其相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)分析

將28個品種各性狀測定值作無量綱化處理（見表5）；計算絕對差值（見表6），獲得Δi(k)min、Δi(k)max分別為0.0006和3.7218。

表5 各性狀值無量綱化處理Table 5 Dimensionless treatment of each trait value

表6 單株產(chǎn)量（X0）與其他性狀（Xi）絕對差值Table 6 Absolute difference between the yield per plant(X0)and other traits(Xi)

續(xù)表

根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式，進一步得出每個性狀與單株產(chǎn)量關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，結(jié)果如表7所示。

表7 各性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 7 Relational coefficients of each trait

單株產(chǎn)量與各產(chǎn)量相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)度排序為單株結(jié)薯數(shù)＞基部分枝數(shù)＞莖直徑＞大薯率＞主蔓長＞干物率＞中薯率＞節(jié)間長。關(guān)聯(lián)度反映各因子重要性差異，越大則表示該因子貢獻作用越大，即對甘薯產(chǎn)量影響越大。對甘薯單株產(chǎn)量影響最大的是單株結(jié)薯數(shù)，其次為基部分枝數(shù)和徑直莖，節(jié)間長對其影響最小。

2.4.2 基于灰色關(guān)聯(lián)分析甘薯品種綜合評價

本研究進一步觀測分析28個甘薯品種資源多個性狀，綜合評價各品種生產(chǎn)性能。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析原理，設(shè)置參考品種Y0各性狀指標(biāo)值為單株產(chǎn)量1.972 kg、莖直徑7.80 mm、節(jié)間長24.20 cm、基部分枝數(shù)24.50個、主蔓長264.20 cm、大薯率105.00%、中薯率41.40%、干物率42.00%和單株結(jié)薯數(shù)7.50個。將28個甘薯品種各性狀測定值作標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算絕對差值Δi(k)，獲得Δi(k)min、Δi(k)max分別為0.0051和1。進一步計算得到28個參試品種各性狀與參考品種關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi(k)。根據(jù)ξi(k)，計算獲得參試品種與參考品種等權(quán)關(guān)聯(lián)度ri(k)；根據(jù)相關(guān)性分析及單株產(chǎn)量相關(guān)性狀關(guān)聯(lián)分析，本研究采用賦值法確定的權(quán)重系數(shù)莖直徑0.12、節(jié)間長0.05、基部分枝數(shù)0.13、主蔓長0.1、大薯率0.13、中薯率0.05、干物率0.07、單株結(jié)薯數(shù)0.15、單產(chǎn)株產(chǎn)量0.2，據(jù)此計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri′(k)。

由表8可知，綜合性狀等權(quán)關(guān)聯(lián)度排序前10名甘薯品種依次為社崗紅薯、鹿江紫薯、辛嶺北瓜薯、辛嶺紅心薯、鐵石口菜薯、雙新紅薯、胭脂紅薯、新龍紅薯、彭溪紅心薯、官田番薯；綜合性狀加權(quán)關(guān)聯(lián)度值排序前10名依次為社崗紅薯、鐵石口菜薯、辛嶺紅心薯、新龍紅薯、官田番薯、夏造紅薯、辛嶺北瓜薯、彭溪紅心薯、下源紅薯、胭脂紅薯。經(jīng)加權(quán)后關(guān)聯(lián)度排序未發(fā)生變化的是社崗紅薯，等權(quán)關(guān)聯(lián)度（0.7256）和加權(quán)關(guān)聯(lián)度（0.7539）均最高，表明其綜合性狀最佳，其次是鐵石口菜薯和辛嶺紅心薯；加權(quán)后排序位次上升較明顯的是新龍紅薯和官田番薯，分別由第8位和第10位上升至第4位和第5位，因加權(quán)處理突出產(chǎn)量方面優(yōu)勢；加權(quán)后排序位次下降較明顯的是鹿江紫薯、辛嶺北瓜薯和雙新紅薯，分別由第2位、第3位和第6位下降至第12位、第7位和第11位。等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序的秩相關(guān)系數(shù)為0.903，表明兩者排序結(jié)果較為接近。

表8 參試品種與參考品種關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣和關(guān)聯(lián)度及排序Table 8 Correlation coefficient matrix,degree and rank between tested variety and reference variety

3 討論與結(jié)論

在植物生長發(fā)育過程中，各性狀表現(xiàn)是基因型和環(huán)境共同互作結(jié)果，各性狀間存在不同程度相互影響[17]。在一定環(huán)境條件下，選擇優(yōu)良基因型，結(jié)合適宜栽培技術(shù)，可最大程度發(fā)揮作物優(yōu)良特性。掌握品種資源農(nóng)藝性狀對于優(yōu)良品種篩選及新品種培育具有重大意義[18-19]。

對28個甘薯品種主要農(nóng)藝性狀變異分析發(fā)現(xiàn)，不同甘薯品種在農(nóng)藝性狀上差異較大，9個性狀變異系數(shù)為14.7%～65.0%，其中單株產(chǎn)量變異系數(shù)最大（65%），中薯率（56.6%）和單株結(jié)薯數(shù)（51.9%）次之，說明江西甘薯品種資源在單株生產(chǎn)力方面具有較大遺傳改良空間，為甘薯產(chǎn)量提高及高產(chǎn)育種提供較大可能性。相關(guān)性分析顯示，單株產(chǎn)量與單株結(jié)薯數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與基部分枝數(shù)呈顯著正相關(guān)，但與節(jié)間長呈顯著負相關(guān)，這與陳鳳翔等研究結(jié)果一致[5]?？梢?，甘薯品種在江西地區(qū)種植推廣過程中，如果主推產(chǎn)量，更適宜推廣單株結(jié)薯數(shù)多、基部分枝數(shù)多、節(jié)間短品種。

聚類分析將28個甘薯品種劃分為4大類，分在一類的品種來自不同地區(qū)，而來自同一地區(qū)品種并未被歸于一類，說明聚類結(jié)果與地理來源相關(guān)性小，推測是由于植物學(xué)表型性狀受內(nèi)部遺傳與外界環(huán)境共同調(diào)節(jié)作用[20-21]。4大類群中，第Ⅱ類群綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良、單株結(jié)薯數(shù)多、產(chǎn)量潛力較大，第Ⅳ類群莖粗、基部分枝數(shù)多、產(chǎn)量高，初步判斷為適合品種選育的優(yōu)良材料。

灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，28個甘薯品種單株結(jié)薯數(shù)、基部分枝數(shù)和莖直徑與單株產(chǎn)量關(guān)聯(lián)性最大，為影響甘薯產(chǎn)量主要因素，與董立峰等研究結(jié)果一致[22]，但與汪寶卿等研究結(jié)果略有不同[12]，可能因本研究在評價時選用的農(nóng)藝性狀與其存在較大差異所致。整體看，應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論綜合評價甘薯品種科學(xué)有效，可較全面反映某一品種綜合生產(chǎn)性能優(yōu)劣。因此，在以產(chǎn)量為主要目標(biāo)的甘薯品種資源評價和篩選中應(yīng)將單株結(jié)薯數(shù)、基部分枝數(shù)和莖直徑作為重要指標(biāo)加以考慮。參試甘薯品種各性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)客觀反映品種優(yōu)劣，數(shù)值越大，越接近參考品種；但品種好壞并不絕對，因此需根據(jù)育種目標(biāo)采用賦值法確定各性狀權(quán)重系數(shù)，使某些品種關(guān)聯(lián)度排序發(fā)生變化，重要性狀表現(xiàn)突出，其排序上升，如新龍紅薯和官田番薯，反之下降，如鹿江紫薯、辛嶺北瓜薯和雙新紅薯。本研究中各參試甘薯品種等權(quán)關(guān)聯(lián)度、加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果不一致，但加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果與各品種田間表現(xiàn)更為相符，綜合篩選的社崗紅薯、鐵石口菜薯、辛嶺紅心薯3個品種各項性狀表現(xiàn)優(yōu)良，適宜江西地區(qū)推廣種植。

通過變異分析、相關(guān)性分析、聚類分析和灰色關(guān)聯(lián)分析等多元分析，明確甘薯主要農(nóng)藝性狀對單株產(chǎn)量影響主次關(guān)系，綜合評估各參試品種生產(chǎn)性能，為江西甘薯生產(chǎn)優(yōu)良品種篩選、育種目標(biāo)選擇提供參考。本研究僅評價農(nóng)藝性狀對甘薯品種單株產(chǎn)量的影響，未考慮品種品質(zhì)、抗逆性及氣象資料等關(guān)鍵因子對產(chǎn)量的影響，后續(xù)試驗有待進一步深入研究。