玉米雜交種主要農(nóng)藝性狀的系統(tǒng)聚類分析

孫開利 李清超 馬 俊 吳瑞 田井平 郭龍富 陳啟敏

摘 要：該文采用系統(tǒng)聚類的R型聚類法對(duì)12個(gè)玉米雜交種的11個(gè)農(nóng)藝性狀間相互關(guān)系進(jìn)行了初步探討，采用組間連接法計(jì)算11個(gè)性狀間的相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明：11個(gè)性狀共劃分為4個(gè)類，Ⅰ類為株高、產(chǎn)量、穗粗、單穗粒重和穗行數(shù)，Ⅱ類為生育期、穗長和穗位高，Ⅲ類為行粒數(shù)和百粒重，Ⅳ類為禿尖長。可見，R型聚類分析能夠?qū)⒉煌誀畎凑招誀铋g相關(guān)系數(shù)的大小進(jìn)行聚類分析，可為玉米雜交種的選育及性狀相關(guān)研究提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米；農(nóng)藝性狀；聚類分析

中圖分類號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）14-28-03

系統(tǒng)聚類法的R型聚類是研究性狀間復(fù)雜關(guān)系的有效方法，剖析玉米雜交種性狀間的主次關(guān)系，篩選玉米相關(guān)性狀典型指標(biāo)，為玉米雜交種選育及性狀間關(guān)系的科學(xué)評(píng)價(jià)提供參考。玉米是重要的糧食作物，研究玉米雜交種性狀間的相互作用一直是廣大育種者關(guān)心的問題，前人對(duì)玉米性狀間關(guān)系的研究，一般采用相關(guān)分析進(jìn)行，相關(guān)分析能夠?qū)π誀铋g的相關(guān)性進(jìn)行很好的分析，但不能將性狀進(jìn)行分類、篩選典型指標(biāo)等。聚類分析是對(duì)多維空間的若干樣本點(diǎn)進(jìn)行分類的一種多元統(tǒng)計(jì)方法[1]。近年來，該方法應(yīng)用較為廣泛，劉二明等[2]對(duì)水稻稻瘟病抗性進(jìn)行聚類分析，鮑江峰等[3]對(duì)臍橙主要食味品質(zhì)進(jìn)行研究，羅俊等[4]對(duì)甘蔗光合特性進(jìn)行探討，同時(shí)，該方法還在紅麻[5]，谷子[6]等作物中進(jìn)行研究，而對(duì)玉米的研究主要集中在配合力[7-10]、氮素吸收利用效率[11]等方面，對(duì)玉米農(nóng)藝性狀進(jìn)行R型聚類分析的研究鮮見報(bào)道。因此，本研究采用R型聚類法對(duì)12個(gè)玉米雜交種的11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析，篩選R型聚類性狀中每一類的典型指標(biāo)性狀，為玉米雜交種的選育及性狀間的關(guān)系研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 12個(gè)參試雜交種及其相關(guān)數(shù)據(jù)來源于2012年貴州省高海拔地區(qū)玉米區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積20m2，行數(shù)5行，行長5m，密度為52 500株/hm2。實(shí)驗(yàn)管理略高于當(dāng)?shù)厣a(chǎn)水平。于2012 年在貴州省六盤水市盤縣、水城縣，貴州省畢節(jié)市赫章縣，貴州省畢節(jié)市大方縣和貴州省畢節(jié)市威寧縣等5個(gè)試點(diǎn)進(jìn)行種植。觀測(cè)性狀：生育期、株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長、單穗粒重、百粒重和產(chǎn)量。

1.2 分析方法 采用office2007和SPSS18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用系統(tǒng)聚類的組間連接法，度量標(biāo)準(zhǔn)選擇Pearson相關(guān)性。并分別繪制11個(gè)農(nóng)藝性狀的聚類冰狀圖和樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各性狀的描述性統(tǒng)計(jì)分析 由表1可知，12個(gè)品種的11性狀在5個(gè)試點(diǎn)下的變異系數(shù)變化范圍較大，在5.13%～114.51%之間，其中，變異系數(shù)最小的農(nóng)藝性狀是穗粗，其次是生育期，變異系數(shù)最大的性狀是穗位高，其次是禿尖?？梢姴煌男誀钭儺愊禂?shù)不同，表明不同基因型間，不同的性狀存在不同程度的遺傳變異，這主要有

2個(gè)方面的原因，一是品種間本身的差異造成的。二是不同地點(diǎn)對(duì)品種的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)（GEI）造成的。

表1 各性狀描述統(tǒng)計(jì)分析

2.2 不同性狀間變量聚類（R型）分析 采用系統(tǒng)聚類的組間連接法，度量標(biāo)準(zhǔn)選擇Pearson相關(guān)性，得出11個(gè)性狀的系統(tǒng)聚類冰狀圖（圖1）和樹狀圖（圖2）。可看出，11個(gè)性狀共劃分為4個(gè)類群，Ⅰ類為株高、產(chǎn)量、穗粗、單穗粒重和穗行數(shù)；Ⅱ類為生育期、穗長和穗位高；Ⅲ類為行粒數(shù)和百粒重；Ⅳ類為禿尖長。在對(duì)玉米雜交種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)，可將原來的11個(gè)農(nóng)藝性狀用4個(gè)綜合指標(biāo)（因子）來進(jìn)行代替，即4個(gè)綜合指標(biāo)能夠解釋原來的11個(gè)農(nóng)藝性狀的全部信息。本研究中禿尖自成一類，因此禿尖即是4個(gè)因子之一，只需要在其他3類中篩選相應(yīng)的典型指標(biāo)即可。

圖3 不同性狀間變量聚類（R型）冰狀

圖4 不同性狀間變量聚類（R型）樹狀

2.3 不同性狀間變量聚類（R型）過程分析 由表2可以看出，系數(shù)代表各參試性狀間的相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)越大的首先聚為一類，例如，株高和產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最大，為0.743，首先聚為一類，其次，穗粗和單穗粒重的相關(guān)系數(shù)為0.635，合并在一起，以此類推，經(jīng)過10次迭代分析聚類，最后將11個(gè)農(nóng)藝性狀聚為4類。

表2 各性狀聚類分析

2.4 典型指標(biāo)篩選分析 根據(jù)上述的性狀聚類分析結(jié)果可知，除禿尖外，在其余3類中分別選擇典型指標(biāo)，根據(jù)公式[R2=r2m-1]，其中[R2]為相關(guān)指數(shù)，r為相關(guān)系數(shù)，m為該類中變量個(gè)數(shù)，計(jì)算出每一類中每一變量與其余變量的相關(guān)指數(shù)的均值，即各相關(guān)系數(shù)平方的均值。因此，第一類中包含株高、單產(chǎn)、穗粗、單穗粒重和穗行數(shù)，其相關(guān)指數(shù)分別為[

其中單產(chǎn)相關(guān)指數(shù)最大，為0.2797，因此，第一類中將選取單產(chǎn)作為典型指標(biāo)。由于第二類包括生育期、穗長和穗位高等3個(gè)性狀，因此，利用上述方法分別計(jì)算該類中3個(gè)性狀的相關(guān)指數(shù)分別為[R2X1]=0.1445，[R2X4]=0.1397，[R2X3]=0.0633，因此，生育期為典型指標(biāo)。行粒數(shù)和百粒重聚為第三類，其相關(guān)指數(shù)均為0.0475，二者均可作為典型指標(biāo)，因此，本文可用單產(chǎn)、生育期、行粒數(shù)、百粒重和禿尖代替原始的11個(gè)性狀，對(duì)品種進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 各性狀相關(guān)性分析

*在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；**.在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

R型變量聚類法，是一種降維的方法，用于在目標(biāo)性狀眾多時(shí)尋找有代表性的性狀，以便在用少量、有代表性的性狀或綜合因子代替多性狀集時(shí)，損失信息少。本研究采用聚類分析的R型聚類分析法對(duì)12個(gè)品種的11個(gè)性狀進(jìn)行研究，11個(gè)性狀共劃分為4個(gè)類，Ⅰ類為株高、單產(chǎn)量、穗粗、單穗粒重和穗行數(shù)，Ⅱ類為生育期、穗長和穗位高，Ⅲ類為行粒數(shù)和百粒重，Ⅳ類為禿尖長。每一類內(nèi)部性狀間的相關(guān)系數(shù)較大，關(guān)系較密切，類間性狀的相關(guān)性較小，關(guān)系較疏遠(yuǎn)。由于前人利用R型聚類法對(duì)玉米進(jìn)行分析的研究較少，加之所有材料，研究性狀的差異，造成研究結(jié)果無法進(jìn)行比較。

本研究將11個(gè)農(nóng)藝性狀聚為4類，可在每一類中相關(guān)指數(shù)的大小篩選相應(yīng)的典型指標(biāo)，可將原來的11個(gè)農(nóng)藝性狀用4個(gè)典型指標(biāo)（因子）來進(jìn)行代替，即4個(gè)綜合指標(biāo)能夠解釋原來的11個(gè)農(nóng)藝性狀的全部信息。本文可用單產(chǎn)、生育期、行粒數(shù)、百粒重和禿尖代替原有指標(biāo)對(duì)品種進(jìn)行評(píng)價(jià)。綜上所述，聚類分析法可以很好的應(yīng)用于玉米雜交種性狀間關(guān)系研究及典型指標(biāo)的篩選，為玉米雜交種的選育及性狀間的關(guān)系研究提供科學(xué)依據(jù)。

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