蠶豆高代材料單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關和通徑分析

李艷花， 陳 紅， 王 萍， 杜成章， 張繼君

(重慶市農(nóng)業(yè)科學院特色作物研究所，重慶 402160)

蠶豆(Viciafaba)屬豆科碟形花亞科(Papilionoideae)野豌豆組(Vicieae)巢菜屬(Vicia)[1-2]，是重慶地區(qū)重要的食用豆類[3-4]，為常異花授粉作物，自然異交率高，雜交選育時一般在網(wǎng)室內(nèi)自交6代左右，即可得到蠶豆純合品系[5]。蠶豆后代群體材料是蠶豆育種的重要中間材料，目前大多數(shù)學者較集中地研究了不同蠶豆品種的產(chǎn)量構成因素[6-9]，而對蠶豆育種中間材料——雜交群體高代材料的研究甚少。蠶豆雜交群體材料農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀的表現(xiàn)比親本材料更加多樣化，這對育種工作十分有利。但如何更好地利用這些性狀表現(xiàn)豐富的材料，不僅需要育種家豐富的育種經(jīng)驗，也需要綜合分析產(chǎn)量構成因素間的關系，較準確地保留具有利用價值的材料，為育成蠶豆新品種打下基礎。蠶豆單株粒質(zhì)量是構成蠶豆產(chǎn)量的基礎，是蠶豆選種工作中重要的篩選指標。據(jù)報道，株高、有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量等農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量顯著相關[10]。由于各地生態(tài)條件不同，蠶豆育種目標和品種類型差異較大，前人對與蠶豆產(chǎn)量相關的農(nóng)藝性狀研究結(jié)果不一[11-12]。本研究針對近幾年得到的多個雜交組合的后代材料進行蠶豆單株籽粒產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀間的研究分析，期望通過大樣本比較系統(tǒng)地篩選出與蠶豆單株產(chǎn)量密切相關的農(nóng)藝性狀，同時綜合優(yōu)選有利用價值的材料，為重慶地區(qū)蠶豆選種工作提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014—2015年在重慶永川地區(qū)進行，土壤肥力中等。以蠶豆育種圃中成胡系列蠶豆與通蠶鮮系列蠶豆雜交選育的385份F6～F7代純合品系為試驗對象，進行研究分析。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復，2014年10月25日播種，前茬高粱，人工開穴點播，底施復合肥450 kg/hm2，密度13.33萬株/hm2，行距50 cm，穴距30 cm，每穴留苗2株，行長3 m，每份材料種植4行。田間管理按照當?shù)馗弋a(chǎn)栽培要求統(tǒng)一進行。

1.3 測定項目

成熟前每份材料種植區(qū)隨機取中間行10株測定株高、有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)，小區(qū)收獲后脫粒曬干實測單株粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)和制表，用DPS 15.10進行試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蠶豆單株粒質(zhì)量與主要農(nóng)藝性狀間的簡單相關

對性狀進行原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析(表1)，所得各性狀均符合正態(tài)分布，其中單株粒數(shù)變異系數(shù)最高，其次是有效莢數(shù)，株高變異系數(shù)最小。說明單株粒數(shù)變異豐富，可以通過育種手段改良的潛力較大，而株高改良潛力較小。有效分枝數(shù)的標準差最小，各材料表現(xiàn)比較穩(wěn)定。從表2可知，單株粒質(zhì)量(y)與5個農(nóng)藝性狀均正相關，且都極顯著，相關性大小為x4(單株粒數(shù))>x3(有效莢數(shù))>x2(有效分枝數(shù))>x1(株高)>x5(百粒質(zhì)量)，這說明單株粒數(shù)和有效莢數(shù)是獲得蠶豆較高單株產(chǎn)量的基礎，單株產(chǎn)量的提高主要靠提高粒數(shù)和莢數(shù)、有效分枝數(shù)來獲得，且從目前蠶豆產(chǎn)量結(jié)構改良的育種難易程度上來看，粒數(shù)的提高較粒質(zhì)量的提高更容易一些。

表1 蠶豆農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

表2 蠶豆單株粒質(zhì)量與主要農(nóng)藝性狀間的相關分析

注：“*”“**”分別表示相關性顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。x1：株高；x2：有效分枝數(shù)；x3：有效莢數(shù)；x4：單株粒數(shù)；x5：百粒質(zhì)量；y：單株粒質(zhì)量。下表同。

5個農(nóng)藝性狀間除x5(百粒質(zhì)量)與x2(有效分枝)呈顯著負相關，與x3(有效莢數(shù))、x4(單株粒數(shù))呈極顯著負相關，x1(株高)與x2(有效分枝)間呈極顯著負相關外，其余各性狀間均正相關。說明在選育大粒型蠶豆品種時其單株粒數(shù)(相關系數(shù)為-0.406 9)、有效莢數(shù)(相關系數(shù)為-0.243 5)及有效分枝數(shù)(相關系數(shù)為-0.061 6)是決定單株產(chǎn)量的主要因素；同一植株上要想獲得高稈和多分枝的協(xié)調(diào)比較困難，高產(chǎn)株系的選擇上應同時注重株高適中、分枝較多的株系的選擇，通過栽培途徑增加蠶豆有效分枝數(shù)、適當控制株高也可作為蠶豆產(chǎn)量突破的主要途徑。

2.2 蠶豆單株粒質(zhì)量與主要農(nóng)藝性狀的回歸方程

偏相關分析又稱凈相關分析，是排除其他自變量影響后，某一自變量與因變量的相關[13-15]。本研究中，株高、有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量與單株粒質(zhì)量的偏相關結(jié)果(表3)均達極顯著水平，據(jù)此得到相應的回歸方程為：

y=-33.63+0.04x1+0.84x2+0.13x3+0.77x4+0.31x5(r=0.947 1，F(xiàn)=1 806.296 5)。

式中：y為單株粒質(zhì)量；x1為株高；x2為有效分枝數(shù)；x3為有效莢數(shù)；x4為單株粒數(shù)；x5為百粒質(zhì)量。相關系數(shù)為0.947 1，F(xiàn)測驗表明回歸系數(shù)極顯著，說明方程中單株粒質(zhì)量的 94.71% 變異是由株高、有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和百粒質(zhì)量共同影響的結(jié)果。表示在其他因素相對固定的前提下，株高每增加1 cm，單株粒質(zhì)量增加0.04 g；每增加1個有效分枝，單株粒質(zhì)量增加0.84 g；每增加1個有效莢數(shù)，單株粒質(zhì)量增加0.13 g；單株粒數(shù)每增加1粒，單株粒質(zhì)量增加0.77 g；百粒質(zhì)量每增加1 g，單株粒質(zhì)量增加0.31 g。

2.3 主要農(nóng)藝性狀對蠶豆單株粒質(zhì)量的通徑分析

雖然相關系數(shù)與偏相關系數(shù)在一定程度上反映了各因素間的相關程度，但要弄清楚其對產(chǎn)量的作用大小，還必須作進一步的通徑分析。通徑分析可將相關系數(shù)分解為直接作用和間接作用，從而清楚地顯示各因素的相關關系大小和相對重要性[14，16]。直接作用揭示了各產(chǎn)量因素對產(chǎn)量作用的事實。由表4可以看出，5個農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)都為正值，說明各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量都有直接的正效應，如果控制其他性狀不變，提高5個性狀中的任何1個，均對產(chǎn)量起到積極作用。其中，以增加單株粒數(shù)的作用最大(Py4=0.929 0)，提高百粒質(zhì)量的作用次之(Py5=0.498 2)，增加株高的作用最小(Py1=0.033 0)。這與偏相關分析的結(jié)果是一致的。說明只有在一定的單株粒數(shù)基礎上，才能獲得較理想的單株產(chǎn)量。

表3 蠶豆單株粒質(zhì)量與主要農(nóng)藝性狀間的偏相關分析

表4 主要農(nóng)藝性狀與單株粒質(zhì)量的通徑系數(shù)

從間接通徑系數(shù)看，P3(單株莢數(shù))→P4(單株粒數(shù))→y(單株粒質(zhì)量)、P2(有效分枝)→P4→y、P1(株高)→P5(百粒質(zhì)量)→y的間接通徑系數(shù)為正且位列前3，分別為0.729 9、0.448 9、0.105 1，其余作用較小，說明單株莢數(shù)和有效分枝的增加可通過影響單株粒數(shù)提高單株粒質(zhì)量，株高的增加可通過導致百粒質(zhì)量增加影響單株粒質(zhì)量；P1→P2→y、P2→P1→y、P2→P5→y、P5→P2→y、P3→P5→y、P5→P3→y、P4→P5→y、P5→P4→y的間接通徑系數(shù)為負，說明株高與有效分枝之間，百粒質(zhì)量分別與有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)之間不能通過彼此的增加提高單株粒質(zhì)量；百粒質(zhì)量不能通過有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)的增加提高單株粒質(zhì)量，但可通過增加株高來提高單株粒質(zhì)量(P5→P1→y的間接通徑系數(shù)為0.007 0)。說明若蠶豆籽粒過大，會影響有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)的增加，從而影響產(chǎn)量的提高，因此在高產(chǎn)株系選擇中，要兼顧5個因素的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.4 主要農(nóng)藝性狀的灰色關聯(lián)度分析

從表5可知，單株粒質(zhì)量與和各性狀的關聯(lián)度大小順序依次為單株粒數(shù)>有效莢數(shù)>有效分枝數(shù)>株高>百粒質(zhì)量，依照關聯(lián)度分析原則，關聯(lián)度系數(shù)大，則發(fā)展過程中相對變化基本一致，反之，兩者關聯(lián)度就小[17-18]。結(jié)果表明，對蠶豆單株粒質(zhì)量貢獻最大的是單株粒數(shù)，其次是有效莢數(shù)，再次是有效分枝數(shù)，這與相關分析的結(jié)果吻合。

表5 主要農(nóng)藝性狀灰色關聯(lián)度分析

2.5 蠶豆高產(chǎn)株系的篩選

根據(jù)前述研究結(jié)果，用調(diào)查所得性狀數(shù)據(jù)對蠶豆高代材料的單株粒質(zhì)量作TOPSIS綜合評價分析[19]，采用株高、有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量等4個與單株產(chǎn)量直接或間接相關的指標對各株系進行分析，TOPSIS綜合指標得分高者具有較高的產(chǎn)量優(yōu)勢，以綜合指標值為依據(jù)對各株系進行排序，得到單株產(chǎn)量優(yōu)勢名次。株系綜合指標的統(tǒng)計量得分越高代表其株產(chǎn)量表現(xiàn)越好，在具體的育種實踐中可將該數(shù)據(jù)作為參考。表6只列舉出排名前10位的株系。

表6 應用TOPSIS評價法對蠶豆高代材料單株產(chǎn)量性狀的綜合比較

3 結(jié)論與討論

相關分析表明，蠶豆單株粒質(zhì)量與5個農(nóng)藝性狀均極顯著正相關，相關性大小順序為單株粒數(shù)>有效莢數(shù)>有效分枝數(shù)>株高>百粒質(zhì)量。偏回歸分析發(fā)現(xiàn)，單株粒質(zhì)量的94.71%變異是由株高、有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和百粒質(zhì)量共同影響的結(jié)果；建立的蠶豆單株產(chǎn)量與5個農(nóng)藝性狀的多元回歸方程極顯著，偏回歸系數(shù)亦極顯著，表明產(chǎn)量與其之間具有極顯著的線性回歸關系，可用建立的最優(yōu)回歸方程預測產(chǎn)量。通徑分析結(jié)果表明，各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量都有直接的正效應，對單株產(chǎn)量的貢獻大小順序為單株粒數(shù)>百粒質(zhì)量>有效分枝數(shù)>有效莢數(shù)>株高，與偏相關分析結(jié)果一致；百粒質(zhì)量分別與有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)彼此之間，及株高與有效分枝數(shù)彼此之間對單株產(chǎn)量有間接負效應，其余間接效應為正?；疑P聯(lián)度分析表明，對蠶豆單株粒質(zhì)量貢獻最大的是單株粒數(shù)，其次是有效莢數(shù)，再次是有效分枝數(shù)。

綜上所述，蠶豆單株產(chǎn)量與株高、有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)及百粒質(zhì)量之間存在復雜的相關關系，各因素之間的關系亦復雜，不同的分析結(jié)果均表明單株粒數(shù)是影響蠶豆產(chǎn)量的最主要因素。因此，在重慶市高產(chǎn)蠶豆選育中，首先應注重單株粒數(shù)的選擇，百粒質(zhì)量過大會影響有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)的增加，從而影響產(chǎn)量的提高，因此在高產(chǎn)株系選擇中，要兼顧5個因素的協(xié)調(diào)發(fā)展。

產(chǎn)量育種是蠶豆育種的主要目標，因為優(yōu)質(zhì)、多抗等性狀只有在一定的產(chǎn)量基礎上才具有實際意義。與產(chǎn)量相關的農(nóng)藝性狀已成為探討產(chǎn)量形成的主要手段，因此，育種者必須對相關農(nóng)藝性狀進行有效選擇，并使之協(xié)調(diào)發(fā)展。前人研究發(fā)現(xiàn)，對蠶豆產(chǎn)量貢獻較大的農(nóng)藝性狀有單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量、莢果長[7，20]等，也有人研究發(fā)現(xiàn)有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)[10，12]與蠶豆產(chǎn)量相關性較大。本研究發(fā)現(xiàn)，重慶地區(qū)對蠶豆單株產(chǎn)量貢獻最大的因子為單株粒數(shù)，它與單株產(chǎn)量的關系最密切，其次是百粒質(zhì)量，這與劉玉皎等的研究結(jié)果[21]相似。造成這些差異的原因可能是蠶豆基因型差異、生態(tài)環(huán)境差異及蠶豆產(chǎn)量因素在不同地區(qū)、不同條件下的相對重要性及其改善潛力不一，產(chǎn)量的提高取決于產(chǎn)量因素的協(xié)調(diào)發(fā)展，這有待進一步進行深入比較研究。