北疆早熟棉主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性和主成分分析

李有忠，葉春秀，王志軍，董永梅，趙曾強(qiáng)，謝宗銘

（新疆農(nóng)墾科學(xué)院生物技術(shù)研究所/作物種質(zhì)創(chuàng)新與基因資源利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 83200）

0 引言

棉花的數(shù)量性狀較多，且相互關(guān)系比較復(fù)雜，一個(gè)性狀受多個(gè)性狀的綜合影響。在棉花育種實(shí)踐中，改進(jìn)單個(gè)性狀對(duì)目標(biāo)性狀的貢獻(xiàn)往往很小，給棉花種質(zhì)資源創(chuàng)新帶來(lái)了很大的困難。利用相關(guān)性分析在水稻[1]、小麥[2]、玉米[3]、大豆[4]、棉花[5]等作物研究應(yīng)用較多，在某些性狀的選擇和改良方面為育種工作者提供了依據(jù)。但將相關(guān)性分析與主成分分析相結(jié)合綜合評(píng)價(jià)棉花各性狀之間的聯(lián)系和相關(guān)性報(bào)道甚少。本研究以系統(tǒng)選育的14個(gè)早熟棉品系為材料，在北疆膜下滴灌栽培模式下，對(duì)影響產(chǎn)量的10個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析，并進(jìn)行主成分分析。通過(guò)分析使育種者把握主要性狀，綜合協(xié)調(diào)考慮其他次要性狀，以提高育種選擇的目標(biāo)性和效率，為北疆早熟棉花新品種育種及性狀改良的針對(duì)性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)在新疆農(nóng)墾科學(xué)院生物技術(shù)研究所棉花育種試驗(yàn)地（二壟五）。前茬作物棉花，土壤為壤土，秋翻春灌，播前精細(xì)整地。

1.2 材料

材料為2014年篩選的14個(gè)早熟棉花品系：MB013、131429、131363、131117、MB271、130655、MB103、131357、130523、MB205、130259、131303、MB799、130145。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)，覆膜種植，1膜6行，重復(fù)3次，小區(qū)長(zhǎng)10 m，行距2.3 m，株距12 cm，6行區(qū)，小區(qū)面積23 m2。4月22日播種，全生育期中耕松土2次，除草5次，膜下滴灌7次，縮節(jié)胺化控7次。施肥磷酸鉀銨255.0 kg/hm2，尿素352.5 kg/hm2。

1.3.2 調(diào)查記載項(xiàng)目

調(diào)查出苗期、開(kāi)花期、結(jié)鈴期、吐絮期；打頂后1周，在1行內(nèi)連續(xù)取10株調(diào)查植株的株高、始節(jié)高、始節(jié)位、果枝數(shù)、鈴數(shù)；吐絮期取10株調(diào)查植株的中部正常吐絮棉鈴20個(gè)混樣，測(cè)定其鈴重、衣分、絨長(zhǎng)等；收獲后各小區(qū)分別收獲測(cè)產(chǎn)。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

性狀的研究方法采用相關(guān)分析及主成分分析等，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換用Excel 2003[6]，數(shù)據(jù)處理采用唐啟義等[7]DPS統(tǒng)計(jì)軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 早熟棉產(chǎn)量及其主要農(nóng)藝性狀相關(guān)分析

2.1.1 參試早熟棉各品系的平均性狀及差異

14份北疆早熟棉品系10個(gè)主要農(nóng)藝性狀差異表現(xiàn)各異，詳見(jiàn)表1。各性狀變異系數(shù)，最大為單鈴重（6.95%），最小為生育期（2.81%），各性狀均小于10%，大小順序?yàn)閱吴徶兀锯彅?shù)＞株高＞始節(jié)高＞衣分＞始節(jié)位＞產(chǎn)量＞果枝數(shù)＞絨長(zhǎng)＞生育期。單鈴重變異系數(shù)最大，表明單鈴重選擇潛力最大；此外鈴數(shù)、株高、始節(jié)高、衣分也有較強(qiáng)的選擇潛力，可較容易選育出多種種質(zhì)材料。

2.1.2 各性狀間的相關(guān)性分析

主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析結(jié)果表明（表2），產(chǎn)量與單鈴重呈顯著相關(guān)（顯著性標(biāo)準(zhǔn)a=0.05時(shí)，r=0.5324；a=0.01時(shí)，r=0.6614），與生育期、衣分、始節(jié)高、株高、果枝數(shù)、鈴數(shù)呈正相關(guān)，但未達(dá)到顯著程度，與絨長(zhǎng)、始節(jié)位呈負(fù)相關(guān)；單鈴重與株高、果枝數(shù)、產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與其它的呈正相關(guān)；株高與始節(jié)高、單鈴重呈顯著正相關(guān)，與衣分呈負(fù)相關(guān)，與其它性狀呈正相關(guān)，但不顯著；鈴數(shù)與絨長(zhǎng)、始節(jié)位呈負(fù)相關(guān)，與其它性狀呈正相關(guān)，但不顯著；衣分與生育期、單鈴重、產(chǎn)量、始節(jié)高、始節(jié)位、鈴數(shù)呈正相關(guān)，與絨長(zhǎng)、株高、果枝數(shù)呈負(fù)相關(guān)；絨長(zhǎng)與單鈴重、始節(jié)高、株高、果枝數(shù)呈正相關(guān)，與生育期、衣分、產(chǎn)量、始節(jié)位、鈴數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

表1 14個(gè)早熟棉品系考察性狀表現(xiàn)Table1 The study on characters of 14 early maturing cottons

表2 早熟棉品系各農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析Table2 The analysis of the correlation among diferent agronomic traits of early maturing cotton

2.2 主成分分析

對(duì)供試材料的10個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，得到10個(gè)性狀遺傳相關(guān)矩陣的特征根和對(duì)應(yīng)的特征向量（表3、表4）。其中前5個(gè)特征根在10個(gè)特征根中累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)91.095 8%，包含了全部指標(biāo)的絕大部分信息，列出主成分分析因子得分。選取前5個(gè)主成分來(lái)代替10個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行分析。第一個(gè)主成分的特征值為3.462 1，方差貢獻(xiàn)率是34.620 9%，代表了全部性狀信息的34.620 9%，是最主要的主成分；第二個(gè)主成分的特征值為2.150 8，方差貢獻(xiàn)率是21.508 3%，是僅次于第一主成分的重要主成分；第三個(gè)主成分的特征值是1.547 9，方差貢獻(xiàn)率是15.479 1%；第四個(gè)主成分的特征值是1.217 7%，方差貢獻(xiàn)率是12.176 8%；其他主成分的貢獻(xiàn)率逐步減??；第5個(gè)主成分的特征值是0.731 1，方差貢獻(xiàn)率是7.310 7%。前5個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率是91.095 8%，已把北疆早熟棉主要農(nóng)藝性狀91.095 8%的信息反映出來(lái)，因此可以選取前5個(gè)主成分為北疆早熟棉性狀選擇的綜合指標(biāo)。

表3 各性狀的規(guī)格化特征向量Table3 The specification eigenvector of principal component analysis

表4 主成分的特征值與累計(jì)貢獻(xiàn)率Table4 The characteristic value and accumulation contribution rate of principale component

第一主成分主要為單鈴重、株高、始節(jié)高、始節(jié)位、產(chǎn)量及生育期，主要反映與產(chǎn)量有關(guān)的農(nóng)藝性狀；第二主成分主要為絨長(zhǎng)和果枝數(shù)；第三主成分主要為鈴數(shù)和衣分；第四主成分主要為絨長(zhǎng)；第五主成分主要是衣分。二、三、四、五主成分主要反映與早熟棉品質(zhì)有關(guān)的性狀指標(biāo)。結(jié)合相關(guān)分析結(jié)果，在北疆早熟棉育種實(shí)踐中著重關(guān)注第一主成分性狀，其次要關(guān)注絨長(zhǎng)、衣分、鈴數(shù)和果枝數(shù)性狀的選擇。

3 主要性狀與產(chǎn)量的關(guān)系

各性狀變異系數(shù)順序?yàn)閱吴徶兀锯彅?shù)＞株高＞始節(jié)高＞衣分＞始節(jié)位＞產(chǎn)量＞果枝數(shù)＞絨長(zhǎng)＞生育期。表明單鈴重選擇潛力最大；生育期變異系數(shù)最小，這與近幾年本研究單位一直致力于選擇早熟棉為主的育種目標(biāo)有很大的關(guān)系。

通過(guò)性狀間相關(guān)性分析可知，產(chǎn)量與單鈴重呈極顯著相關(guān)（顯著性標(biāo)準(zhǔn)a=0.05時(shí)，r=0.532 4；a=0.01時(shí)，r=0.661 4），與生育期、衣分、始節(jié)高、株高、果枝數(shù)、鈴數(shù)呈正相關(guān)，但未達(dá)到顯著程度，與絨長(zhǎng)、始節(jié)位呈負(fù)相關(guān)。

主成分分析表明，前4個(gè)特征根在10個(gè)特征根中累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.785 1%，根據(jù)主成分累積貢獻(xiàn)率≥85.00%才能反應(yīng)所有性狀的絕大部分變異信息的標(biāo)準(zhǔn)，也納入了第五主成分，使累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)91.095 8%，包含了全部指標(biāo)的絕大部分信息，列出主成分分析因子得分。選取前5個(gè)主成分來(lái)代替10個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行分析。

綜上所述，在北疆早熟棉育種實(shí)踐中著重關(guān)注第一主成分性狀，其次要關(guān)注絨長(zhǎng)、衣分、鈴數(shù)和果枝數(shù)性狀的選擇。通過(guò)相關(guān)性分析和主成分分析建立綜合的、相對(duì)獨(dú)立的指標(biāo)體系，數(shù)值直觀，易于分析。根據(jù)品種的各主成分值，可以分別篩選出早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的典型品種及綜合表現(xiàn)優(yōu)良的品種，為早熟棉育種親本的選擇提供參考。

References

[1]李鑫，孫杰，張麗麗，等.遼寧省水稻種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析.遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（3）：53-56.Li X，Sun J，Zhang L L，et al.The correlation analysis on the main agronomic of rice germplasm resources in Liaoning province.Liaoning Agricultural Sciences，2014（3）：53-56.（in Chinese）

[2]卓武燕，張正茂，劉苗苗，等.陜西中等肥力水田小麥主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)分析.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，55（3）：549-563.Zhuo W Y，Zhang Z M，Liu M M，et al.Correlative analysis between main agronomic traits and yield of wheat in Shaanxi regional medium fertility irrigated land.Hubei Agricultural Sciences，2016，55（3）：549-563.（in Chinese）

[3]邱博，羅水清，陳平平，等.不同夏玉米品種產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀分析.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，42（1）：11-15.Qiu B，Luo S Q，Chen P P，et al.Yield and agronomic characteristics of summer maize varieties.Journal of Hunan Agricultural University，2016，42（1）：11-15.（in Chinese）

[4]劉念析，李穆，李秀平，等.大豆主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析.大豆科學(xué)，2013，32（4）：71-74.Liu N X，Li M，Li X P，et al.Correlation analysis of major agronomic traits in soybean.Soybean Science，2013，32（4）：71-74.（in Chinese）

[5]張榮斌，王潭剛.對(duì)13個(gè)雜交棉品種的產(chǎn)量與性狀間逐步回歸分析.棉花科學(xué)，2014，36（2）：19-22.Zhang R B，Wang T G.Stepwise regression analysis of yield and traits of 13 hybrid cotton varieties.Jiangxi Cottons，2014，36（2）：19-22.（in Chinese）

[6]華信卓越.實(shí)用Excel2003數(shù)據(jù)處理.北京：電子工業(yè)出版社，2008，12：322-336.Huaxin excellence.Practical Excel2003 Data Processing.Beijing：Electronic Industry Press，2008，12：322-336.（in Chinese）

[7]唐啟義，馮明光.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng).北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998.Tang Q Y，F(xiàn)eng M G.DPSData Processing System.Beijing：China Agricultural Press，1998.（in Chinese）