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基于主成分分析的油用型紫蘇新品種(系)適應(yīng)性評價

2022-02-23 08:09葛平珍于二汝袁婷婷何友勛
江西農(nóng)業(yè)學(xué)報 2022年11期
關(guān)鍵詞:紫蘇全生育期農(nóng)藝

趙 龍,葛平珍,于二汝,袁婷婷,何友勛,余 莉

(1.貴州省畢節(jié)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,貴州 畢節(jié) 551700;2.貴州省油料研究所,貴州 貴陽 550000)

紫 蘇[Perilla frutesceus(L.) Britton]屬 唇 形 科(Labiatae)紫蘇屬(PerillaL.)一年生草本植物,具有特異芳香,是目前發(fā)現(xiàn)的種子油中α-亞麻酸含量較高的植物之一[1-2];紫蘇是我國傳統(tǒng)藥用、食用和油用等多用途的經(jīng)濟植物,廣泛分布于海拔260~2010 m、北緯20°~34°區(qū)域[3-4]。貴州地處低緯度山區(qū),海拔差異較大,在垂直方向的氣候特點差異較大,生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣。貴州紫蘇栽培歷史悠久,該省特有的喀斯特地貌使紫蘇產(chǎn)生了豐富的變異類型,因此貴州蘊含豐富的紫蘇地方品種和野生資源,是紫蘇的主要生產(chǎn)地之一[5-6]。紫蘇高產(chǎn)品種的選育及篩選對當(dāng)前貴州紫蘇品種的大面積示范推廣有重要意義。

當(dāng)前對紫蘇的研究主要集中在種子資源遺傳多樣性、營養(yǎng)成分、功能性成分、產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀相關(guān)性[6-10]等方面,其中,陳東杰等[10]用關(guān)聯(lián)性分析、回歸分析方法對15個油用型紫蘇品種的10個農(nóng)藝性狀進行了分析,并以株高、有效分枝數(shù)、單株穗數(shù)為自變量,建立了單株產(chǎn)量的回歸方程;徐靜等[9]對貴陽和開陽2個試點209份紫蘇材料的8個農(nóng)藝性狀進行了相關(guān)及回歸分析,建立了單株產(chǎn)量與單株穗數(shù)、主穗果數(shù)、千粒重之間的回歸方程,并得出了理想株型;張以忠等[11]對36份紫蘇的11個主要農(nóng)藝性狀進行了相關(guān)和通徑分析,得出紫蘇育種應(yīng)選擇株粒數(shù)多、千粒重大的品種。主成分分析是一種多變量分析方法,通過降維并選取累積貢獻率大于85%的幾個主成分,將較多的變量降維為幾個互無關(guān)系且能反映原變量信息的綜合變量。主成分分析是在農(nóng)作物遺傳育種研究中應(yīng)用的主要方法之一,目前已在玉米[12]、棉花[13]、谷子[14]、芝麻[15]等作物的育種研究中應(yīng)用。

筆者以8個紫蘇品種為研究對象,對其全生育期、株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、單株分枝數(shù)、單株總穗數(shù)、主穗長度、千粒重、單株籽粒重等9個主要農(nóng)藝性狀進行了相關(guān)分析和主成分分析,并根據(jù)主成分綜合評分對8個紫蘇品種的農(nóng)藝性狀進行了綜合評價,旨在為烏蒙山區(qū)綜合農(nóng)藝性狀佳及高產(chǎn)油用型紫蘇品種的選育、篩選及示范推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試紫蘇品種為貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所提供的GS2101、GS2102、GS2103、GS2104、GS2105、GS2106、GS2107、奇蘇2號(CK)等8個油用型紫蘇品種。

1.2 試驗方案

試驗地位于畢節(jié)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所旱作科研基地(畢節(jié)市朱昌鎮(zhèn)),海拔1595.3 m,東經(jīng)105°17′35″,北緯27°11′18″。試驗田前茬作物為藜麥,土質(zhì)為黃壤。以每個紫蘇品種為1個處理,以奇蘇2號為對照(CK),每個處理設(shè)3次重復(fù),小區(qū)隨機區(qū)組排列,每個小區(qū)長5.72 m,寬3.50 m,小區(qū)面積20.02 m2;紫蘇種植密度為11.4萬株/hm2。

田間栽培管理:2021年3月28日用小型旋耕機翻地(重復(fù)翻地1次);4月5日每個小區(qū)將有機肥200 kg混合于栽培溝內(nèi);4月8日露天育苗移栽;4月17日每個小區(qū)施復(fù)合肥3 kg,起提苗、壯苗作用;4月25日除草1次;5月5日起壟,起加固定根、保濕作用。

田間記載及考種:根據(jù)《蘇子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[16]進行紫蘇相關(guān)形態(tài)學(xué)性狀的觀測或測量;每個品種隨機選擇10株,田間記載播種期、出苗期、現(xiàn)序期、初花期、終花期、成熟期、全生育期、株高、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、單株分枝數(shù)、單株總穗數(shù)、主穗長度、千粒重、單株籽粒重等性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel或WPS軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理;利用SPSS 22.0軟件進行相關(guān)性分析;利用DPS統(tǒng)計分析軟件進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫蘇農(nóng)藝性狀的描述性分析

紫蘇農(nóng)藝性狀的描述性統(tǒng)計分析結(jié)果(表1)表明,8個紫蘇品種的農(nóng)藝性狀存在差異,全生育期、株高、莖粗等8個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為1.99%~62.53%,差異顯著。不同農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)表現(xiàn)為單株總穗數(shù)(62.53%)>單株分枝數(shù)(25.92%)>單株籽粒重(15.59%)>主莖節(jié)數(shù)(12.67%)>株高(12.27%)>主穗長度(11.10%)>全生育期(9.65%)>莖粗(3.86%)>千粒重(1.99%)。變異系數(shù)大于15%的單株總穗數(shù)、單株分枝數(shù)和單株籽粒重受環(huán)境和基因型的影響較大,在不同品種之間具有明顯的多樣性;其余農(nóng)藝性狀受環(huán)境和基因型的影響較小,其中,千粒重受環(huán)境和基因型的影響最小。

表1 紫蘇農(nóng)藝性狀的描述性統(tǒng)計分析結(jié)果

2.2 紫蘇農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析

由紫蘇不同農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)系數(shù)(表2)可知:全生育期與株高呈極顯著正相關(guān)(r=0.862),與單株分枝數(shù)呈顯著正相關(guān)(r=0.782),與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.761);株高與單株分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)(r=0.845),與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.819);單株總穗數(shù)與主穗長度呈顯著正相關(guān)(r=0.771);單株籽粒重與莖粗呈顯著正相關(guān)(r=0.758)。上述結(jié)果表明,除主莖節(jié)數(shù)與其他性狀之間不存在顯著相關(guān)性外,在紫蘇其他農(nóng)藝性狀之間均存在顯著或極顯著的相關(guān)性。

表2 紫蘇各農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)系數(shù)

2.3 紫蘇農(nóng)藝性狀的主成分分析

2.3.1 Bartlett球形檢驗 經(jīng)過Bartlett球形檢驗,卡方值=80.2067,P=0.0001<0.01,表現(xiàn)出顯著差異,故可以進行主成分分析。

2.3.2 主成分分析 對紫蘇的9個農(nóng)藝性狀進行主成分分析,結(jié)果(表3)顯示,前3個主成分的累積貢獻率為93.159%,說明前3個主成分基本包含了全部9個指標(biāo)具有的信息。

各主成分的特征向量可能在一定程度上受指標(biāo)變量的量綱與數(shù)量級的影響,不宜用來綜合分析主成分,因此,采用各主成分與指標(biāo)變量之間的相關(guān)系數(shù)對各主成分進行綜合分析。

各主成分與指標(biāo)變量之間相關(guān)系數(shù)的計算公式為:

上式中:ρ(yj,xi)為第j個主成分yj與原來指標(biāo)變量xi之間的相關(guān)系數(shù);uji為第j個主成分yj與原來指標(biāo)變量xi的特征向量;λj為第j個主成分對應(yīng)的特征值。相關(guān)系數(shù)ρ(yj,xi)反映第i個指標(biāo)變量xi對第j個主成分的相對重要性。

從表3和表4可知:第1主成分的特征值為4.659,貢獻率為51.764%,以全生育期、株高、單株分枝數(shù)、單株總穗數(shù)、主穗長度、千粒重、單株籽粒重的影響為主,與株高、全生育期、單株分枝數(shù)呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.884、-0.865、-0.789,與千粒重、單株籽粒重、主穗長度、單株總穗數(shù)呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.909、0.748、0.714、0.669,可將第1主成分綜合為生長和產(chǎn)量因子。第2主成分的特征值為2.124,貢獻率為23.602%,以主莖節(jié)數(shù)、主穗長度、單株總穗數(shù)、莖粗的影響為主,與主莖節(jié)數(shù)、主穗長度、單株總穗數(shù)、莖粗呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.882、0.635、0.542、0.512,可將第2主成分綜合為穗型因子。第3主成分的特征值為1.601,貢獻率為17.793%,以莖粗、單株籽粒重、單株分枝數(shù)的影響為主,與莖粗、單株籽粒重、單株分枝數(shù)呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.722、0.610、0.553,可將第3主成分綜合為莖粗和產(chǎn)量因子。

表3 紫蘇農(nóng)藝性狀主成分分析的特征值及特征向量

表4 紫蘇農(nóng)藝性狀與各主成分之間的相關(guān)系數(shù)

2.3.3 紫蘇農(nóng)藝性狀的綜合評價 根據(jù)各農(nóng)藝性狀的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和相應(yīng)的特征向量,利用下列公式計算8個紫蘇品種的3個主成分得分:

上式中:Zs1,Zs2, …,Zs9表示各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù);Y(i,1)、Y(i,2)、Y(i,3)分別表示第1~3主成分的得分。

再利用以下綜合評價模型計算8個紫蘇品種的綜合主成分得分:

上式中:λ1~λ3分別表示第1~3主成分的特征值;λ=λ1+λ2+λ3。

從表5可以看出:第1主成分得分排名前3的品種為GS2102、GS2101、奇蘇2號,得分分別為2.403、2.105、2.101分,表明以上3個品種的全生育期較短,株高較矮,單株分枝數(shù)較少,單株總穗數(shù)較多,主穗長度較長,千粒重和單株籽粒重較高;第2主成分得分排名前3的品種為GS2102、GS2107、GS2101,得分分別為1.980、1.722、0.606分,表明這3個品種的主莖節(jié)數(shù)較多,莖較粗,單株總穗數(shù)較多,主穗長度較長;第3主成分得分排名前3的品種為奇蘇2號、GS2106、GS2103,得分分別為2.058、1.521、0.589分,表明這3個品種的莖粗較粗,單株分枝數(shù)較多,單株籽粒重較高。用單一主成分分析紫蘇的農(nóng)藝性狀所得結(jié)果存在差異,利用綜合評價模型對其進行分析,得到綜合主成分得分排名前3的品種為GS2102、奇蘇2號、GS2101,得分分別為1.751、1.677、0.976分,表明以上3個品種在烏蒙山區(qū)的農(nóng)藝性狀綜合表現(xiàn)較好。

表5 紫蘇農(nóng)藝性狀的主成分得分及其排名

2.3.4 紫蘇主成分的二維排序圖 以紫蘇各農(nóng)藝性狀主成分1的得分為橫坐標(biāo),以主成分2的得分為縱坐標(biāo),制作二維散點圖(圖1),可以把8個紫蘇品種大致分為三大類。第1類品種為GS2101、GS2102、奇蘇2號,此類品種的全生育期較短,植株高度適中,主莖節(jié)數(shù)適中,單株分枝較少,單株總穗數(shù)較多,主穗長度較長,千粒重和單株籽粒重較高;第2類品種為GS2103、GS2104、GS2105,此類品種的全生育期適中,植株高度較高,主莖節(jié)數(shù)較少,單株分枝數(shù)適中,單株總穗數(shù)、主穗長度、千粒重、單株籽粒重適中;第3類品種為GS2106、GS2107,其全生育期較長,植株高度較高,主莖節(jié)數(shù)和單株分枝數(shù)較多,單株總穗數(shù)較少,主穗長度較短,千粒重和單株籽粒重較低。

圖1 紫蘇第1主成分與第2主成分的二維散點圖

3 小結(jié)與討論

根據(jù)描述性統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析、主成分分析結(jié)果,可以將紫蘇的9個農(nóng)藝性狀降維為3個主成分,累積貢獻率為93.159%。從主成分得分可知,紫蘇綜合主成分得分排名前3的品種為GS2102、奇蘇2號、GS2101,這3個品種的綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好,且在二維排序中將這3個品種歸為一類,可以在烏蒙山區(qū)將以上品種作為育種資源及示范推廣用品種。

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