小豆主要農(nóng)藝性狀間的灰色關(guān)聯(lián)和相關(guān)性分析

李春 薛晨晨 張炯 胡筑兵 張勤雪 袁星星 顧和平 陳新

摘要：為了選育高產(chǎn)大粒小豆品種，本研究以180份小豆（Vigna angularis）品種為材料，用灰色關(guān)聯(lián)分析和相關(guān)性分析方法，解析主要農(nóng)藝性狀對(duì)小豆單株粒重影響的主次關(guān)系，明確控制小豆產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀。結(jié)果顯示：所有主要農(nóng)藝性狀均明顯影響小豆產(chǎn)量，但貢獻(xiàn)值具有一定差異，其關(guān)聯(lián)度排序?yàn)椋褐髑o粗﹥主莖節(jié)數(shù)﹥一級(jí)分枝數(shù)﹥單莢粒數(shù)﹥株高﹥?nèi)~面積﹥莢長(zhǎng)﹥粒長(zhǎng)﹥莢寬﹥花期﹥粒寬﹥百粒重。小豆單株粒重與主莖粗和主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，一級(jí)分枝數(shù)與小豆單株粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)。這表明：主莖粗對(duì)小豆產(chǎn)量的影響最大，主莖節(jié)數(shù)和一級(jí)分枝數(shù)對(duì)小豆產(chǎn)量的影響次之。在生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)量，可以選擇種植主莖粗和主莖節(jié)數(shù)較高、一級(jí)分枝數(shù)較低的品種。

關(guān)鍵詞：小豆；農(nóng)藝性狀；灰色關(guān)聯(lián)分析；相關(guān)性分析

中圖分類號(hào)：S521.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2018）09-0013-06

Abstract In order to select out adzuki bean accessions with large grain and high yield， 180 varieties of adzuki beans in different regions were used as experimental materials. We analyzed the primary and secondary relationship between main agronomic traits and grain weight per plant， and confirm the main agronomic traits that control adzuki bean production by gray correlation and correlation analysis. The results showed that all the main agronomic traits significantly affected the yield of adzuki bean， but the contribution value was different. The gray correlation degree ranked as follows： diameter of main stem﹥node number of main stem﹥primary branch number﹥number of grains per pod﹥plant height﹥leaf area﹥pod length﹥seed length﹥pod width﹥flowering period﹥seed width﹥weight of a hundred seeds. The grain weight per plant of adzuki bean was extremely significantly and positively correlated with the diameter and node number of main stem. The primary branch number was significantly negatively correlated with the grain weight per plant. Our analysis showed that the diameter of main stem had the largest influence on the adzuki bean yield， and the node number of main stem and primary branch numbers had the following effect. In order to increase the yield， we could choose to cultivate the accession whose diameter of main stem was thick， node number of main stem was higher and primary branch number was lower.

Keywords Adzuki bean； Agronomic traits； Gray relational analysis； Correlation analysis

小豆（Vigna angularis）又名赤豆、紅小豆，屬豆科豇豆屬，是一種高蛋白、低脂肪、氨基酸種類齊全的作物，具有藥食兩用性。根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院品種資源研究所測(cè)定，每100 g小豆干種子中平均含有22.4 g蛋白質(zhì)，比禾谷類作物蛋白質(zhì)含量高2～3倍；只含有1.2 g脂肪，但脂肪酸的種類卻較多；另外還含有58.6 g糖類和4.9 g粗纖維[1]。小豆同時(shí)含有豐富的礦質(zhì)元素和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括鈣、磷、鉀、鐵、維生素A、維生素B、核黃素和尼克酸等[2]，具有通便、利尿、凈化血液和抗氧化等作用，對(duì)各種疾病的預(yù)防和治療具有一定效果[3，4]。

小豆原產(chǎn)于中國(guó)[5]，其種植歷史悠久，距今已有2 000多年，同時(shí)也是世界上小豆種植面積最大和總產(chǎn)量最多的國(guó)家，是小豆主要出口國(guó)。除了少數(shù)高寒山區(qū)外，中國(guó)各地均能種植小豆，主要產(chǎn)區(qū)集中在華北、東北和江淮地區(qū)，這些地區(qū)的小豆種植面積約占全國(guó)小豆種植總面積的70%[6]。近年來(lái)，美國(guó)和加拿大也在大力發(fā)展推廣小豆種植生產(chǎn)，并以出口為目的，是中國(guó)的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。而由于地理和歷史原因，中國(guó)生產(chǎn)上使用的小豆品種多是地方品種，一般比較混雜，優(yōu)良品種較少[7]，品種也以系統(tǒng)選育的居多。伴隨著傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)品種的退化以及市場(chǎng)需求的改變，為了保證小豆生產(chǎn)水平持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，進(jìn)一步提高小豆的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，選育優(yōu)質(zhì)、早熟、高產(chǎn)、大粒的新品種已成為一個(gè)亟待解決的問題。

小豆產(chǎn)量是一個(gè)多因素控制的數(shù)量性狀，由各因素互相協(xié)調(diào)、共同控制，最終影響著小豆產(chǎn)量[8]?；疑P(guān)聯(lián)度分析可以將外觀復(fù)雜、數(shù)據(jù)散亂的隨機(jī)過程看作一個(gè)灰色過程，通過一定的方法梳理系統(tǒng)間各因素的主次關(guān)系，找出影響最大的因素[9]。關(guān)聯(lián)度反映了因素之間的密切程度，關(guān)聯(lián)度越大，則表示該因素對(duì)應(yīng)變量的影響越大。該方法已被廣泛應(yīng)用于小麥、玉米、大豆等各種大田作物[10-12]。

相關(guān)性分析是一種重要的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對(duì)多個(gè)變量間進(jìn)行相關(guān)性分析，可以衡量出兩個(gè)變量間的相關(guān)密切程度。在作物育種中運(yùn)用相關(guān)性分析，可以通過性狀間呈顯著或者極顯著的狀態(tài)，有效提高有效性狀的選擇，能夠提高育種工作的準(zhǔn)確率和工作效率。

本研究通過統(tǒng)計(jì)小豆的主要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)，用灰色關(guān)聯(lián)法和相關(guān)性分析法共同分析影響小豆產(chǎn)量的主要因素，明確主要農(nóng)藝性狀對(duì)小豆單株粒重影響的主次關(guān)系，為下一步小豆品種選育提供可靠的基礎(chǔ)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為近年來(lái)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所收集的來(lái)自泰國(guó)的6份小豆品種和國(guó)內(nèi)12個(gè)省市的174份小豆品種，分別以A1—A180表示。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年在江蘇省南京市六合區(qū)竹鎮(zhèn)鎮(zhèn)金磁村（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地）進(jìn)行。其經(jīng)度為118.83°E，緯度為32.35°N。屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，每年的6月下旬至7月上旬為梅雨季節(jié)，年平均溫度約15.4℃，年極端氣溫最高溫度為39.7℃左右，最低溫度為-13.1℃左右，年平均降水量1 106 mm。小豆種植時(shí)間為6月26日。每個(gè)品種種植一壟，壟長(zhǎng)3 m，每壟種2行，株距30 cm左右，每穴4粒種子，壟間隔45～50 cm，出苗后留下2株。

田間管理按照一般大田管理方式，各項(xiàng)栽培管理措施保持一致，治蟲不治病。盛花期時(shí)測(cè)量株高和葉面積（取自主莖從上往下數(shù)第三片復(fù)葉），成熟后測(cè)定主莖粗、一級(jí)分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、莢長(zhǎng)、莢寬、百粒重、單莢粒數(shù)、單株粒重、粒長(zhǎng)和粒寬，每個(gè)性狀值重復(fù)測(cè)10次。

1.3 分析方法

1.3.1 主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù) 為了比較品種間的離散程度，按照梁春波等[13]的方法求出主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)。

1.3.2 小豆單株粒重和主要農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度的計(jì)算 由于系統(tǒng)中各因素的量綱并不相同，這樣的數(shù)據(jù)很難進(jìn)行比較，而且它們的幾何曲線比例也不相同，需要將原始數(shù)據(jù)消除量綱，轉(zhuǎn)化為可比較的數(shù)據(jù)數(shù)列[14]。然后按照王海杰等[15]的方法，將各種農(nóng)藝性狀視為一個(gè)整體的灰色過程，小豆單株粒重為母序列，各農(nóng)藝性狀為子序列，根據(jù)公式求出關(guān)聯(lián)度。計(jì)算公式為：

絕對(duì)差值△i（k）=|Xi（k）-X0（k）| ；

關(guān)聯(lián)系數(shù)Yi（k）=

minimink△i（k）+ρmaximaxk△i（k）△i（k）+ρmaximaxk△i（k） 。

式中，maximaxk△i（k）表示兩極最大差，minimink△i（k）表示兩極最小差，分辨率ρ取0.5。

1.3.3 小豆各主要農(nóng)藝性狀間的關(guān)聯(lián)度計(jì)算 根據(jù)灰色分析系統(tǒng)理論，按照王海杰等[15]的方法，分別以各農(nóng)藝性狀依次為母序列，其它農(nóng)藝性狀為比較序列即子序列，求出各主要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)聯(lián)度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用軟件IBM SPSS Statistic 20進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小豆主要農(nóng)藝性狀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析可知，小豆不同品種各主要農(nóng)藝性狀之間有較大差異，差異區(qū)間株高在13～54 cm，葉面積在75.11～174.72 cm2，粒長(zhǎng)在4.15～10.09 mm，粒寬在2.97～6.37 mm，百粒重在3.64～18.31 g，一級(jí)分枝數(shù)在0.2～6.0個(gè)，單莢粒數(shù)在4.1～11.5個(gè)，莢寬在3.68～9.00 mm，莢長(zhǎng)在6.38～11.11 cm，單株莢數(shù)在4.80～49.60個(gè)，主莖粗在3.86～9.60 mm，主莖節(jié)數(shù)在8.6～23.0個(gè)，單株粒重在3.70～35.33 g。

從表1中可以看出，一級(jí)分枝數(shù)的變異程度最大，變異系數(shù)為71.39%，品種之間的差異最大。 另外花期、百粒重和單株粒重的變異系數(shù)均超過20%。莢長(zhǎng)的變異程度最低，變異系數(shù)為11.15%，品種間的差異最小。

2.2 小豆單株粒重和主要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)聯(lián)度分析

按照王海杰等[15]的方法，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到不同品種小豆的主要農(nóng)藝性狀與單株粒重之間的關(guān)聯(lián)度。由表2可知，所有主要農(nóng)藝性狀均明顯影響小豆的單株粒重，但貢獻(xiàn)有所差異，其關(guān)聯(lián)度排序?yàn)椋褐髑o粗﹥主莖節(jié)數(shù)﹥一級(jí)分枝數(shù)﹥單莢粒數(shù)﹥株高﹥?nèi)~面積﹥莢長(zhǎng)﹥粒長(zhǎng)﹥莢寬﹥花期﹥粒寬﹥百粒重。該結(jié)果表明：主莖粗對(duì)小豆單株粒重的影響最大，主莖節(jié)數(shù)和一級(jí)分枝數(shù)對(duì)其影響次之，粒寬和百粒重對(duì)其影響小。

2.3 小豆各農(nóng)藝性狀之間的關(guān)聯(lián)度分析

將小豆各主要農(nóng)藝性狀的標(biāo)準(zhǔn)化值按照公式計(jì)算，得到小豆主要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)聯(lián)度矩陣。由表3可知，小豆粒長(zhǎng)、粒寬和百粒重與其它農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)度的緊密程度排序是一樣的，都是莢寬>花期﹥莢長(zhǎng)﹥?nèi)~面積﹥株高﹥單株粒重﹥主莖節(jié)數(shù)﹥主莖粗﹥一級(jí)分枝數(shù)﹥單莢粒數(shù)。因此，對(duì)小豆籽粒影響大的農(nóng)藝性狀是莢寬、花期和莢長(zhǎng)，影響小的農(nóng)藝性狀是一級(jí)分枝數(shù)和單莢粒數(shù)。在選育小豆大粒品種時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮莢寬、花期和莢長(zhǎng)這三個(gè)農(nóng)藝性狀。另外，株高和分枝數(shù)對(duì)小豆主莖粗和主莖節(jié)數(shù)影響大，莢寬對(duì)小豆百粒重影響最大。對(duì)小豆株高、一級(jí)分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)影響最大的因素都是主莖粗，影響最小的因素都是百粒重，同時(shí)對(duì)葉面積和單莢粒數(shù)影響最小的因素也是百粒重。

2.4 小豆各農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析

由表4可知，單株粒重與株高、葉面積、主莖節(jié)數(shù)、主莖粗、莢長(zhǎng)和莢寬均呈極顯著正相關(guān)，與粒長(zhǎng)、粒寬、百粒重、一級(jí)分枝數(shù)和單莢粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與其它性狀的相關(guān)性未達(dá)到顯著水平。百粒重與粒寬、一級(jí)分枝數(shù)和單莢粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)、主莖粗、莢長(zhǎng)和單株粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粒長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，與其它農(nóng)藝性狀未達(dá)到顯著水平。在主要農(nóng)藝性狀之間一共有78個(gè)相互關(guān)系，其中51個(gè)具有極顯著相關(guān)性，只有7個(gè)具有一般顯著性，其余20個(gè)不具有顯著性。

3 討論與結(jié)論

小豆的生長(zhǎng)過程是一個(gè)系統(tǒng)的過程，期間各種農(nóng)藝性狀相互影響，只有把所有的農(nóng)藝性狀有機(jī)地結(jié)合在一起，才能更加準(zhǔn)確地對(duì)產(chǎn)量、籽粒大小等目的性狀進(jìn)行判斷。與采用回歸分析法和主成分分析法等數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法相比較，灰色關(guān)聯(lián)分析可以克服僅以產(chǎn)量作為評(píng)價(jià)小豆種質(zhì)優(yōu)劣的片面性和要求樣本必須有典型的概率分布的苛刻條件，將各種農(nóng)藝性狀綜合比較，具有直觀、便捷和準(zhǔn)確等特點(diǎn)[16，17]。

本研究選用172份來(lái)自全國(guó)12個(gè)省份以及8份來(lái)自泰國(guó)的小豆材料，能夠較為準(zhǔn)確地反映各地小豆品種在本地區(qū)的種植表現(xiàn)情況，據(jù)此找出和產(chǎn)量關(guān)系最密切的農(nóng)藝性狀，有助于南京地區(qū)的小豆育種工作。研究發(fā)現(xiàn)主莖粗對(duì)小豆單株粒重的影響最大，這可能是因?yàn)橹髑o越粗，傳輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量也越多，因此單株粒重越大。在李殿祥[18]的研究中也發(fā)現(xiàn)，莖粗對(duì)黃淮海地區(qū)的大豆產(chǎn)量有重要影響。主莖節(jié)數(shù)對(duì)小豆單株粒重的影響次之，這可能是因?yàn)橹仓曛髑o節(jié)數(shù)越多，小豆葉片也越多，植物在生長(zhǎng)期間儲(chǔ)存的物質(zhì)能量越多，因而小豆的單株粒重高。在王秋玲等[19]的研究中也有同樣的發(fā)現(xiàn)，在有限結(jié)莢的大豆品種中，單株產(chǎn)量與主莖節(jié)數(shù)的關(guān)聯(lián)度最高。一級(jí)分枝數(shù)對(duì)小豆單株粒重的影響排在第三位，且與小豆單株粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)。這可能是因?yàn)橐患?jí)分枝數(shù)越多，單個(gè)分枝的莖粗越細(xì)，供給的物質(zhì)能量越少，因而單株粒重越低。因此，為了提高產(chǎn)量，可以在育種時(shí)優(yōu)先考慮主莖粗、主莖節(jié)數(shù)和一級(jí)分枝數(shù)這三個(gè)農(nóng)藝性狀。在表4中也可以看到，莖粗和一級(jí)分枝數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。王彩潔等[20]在大豆的研究中發(fā)現(xiàn)，有效分枝數(shù)對(duì)大豆產(chǎn)量的影響最大。粒寬和百粒重對(duì)小豆單株粒重的影響小，這反映出小豆的單株粒重不與籽粒的大小成絕對(duì)正比。籽粒大的小豆品種往往單株莢數(shù)較少，單株粒重較低。這是小豆種質(zhì)資源中的一個(gè)普遍問題，在大豆中也有此現(xiàn)象。在本研究中，一級(jí)分枝數(shù)的變異系數(shù)高達(dá)71.39%，表明不同小豆品種間的一級(jí)分枝數(shù)有較大差異，因此在選育高產(chǎn)品種時(shí)，對(duì)變異大的一級(jí)分枝數(shù)進(jìn)行選擇非常重要。同時(shí)應(yīng)選擇主莖粗和主莖節(jié)數(shù)多的品種。

另外，對(duì)小豆的粒寬、粒長(zhǎng)和百粒重影響最大的因素是莢寬。在對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析中我們發(fā)現(xiàn)，莢長(zhǎng)/莢寬在12.34～17.34，變異系數(shù)為6.1%，因此小豆的粒形在不同品種間變化不大。一般莢寬較大時(shí)，粒寬也較大。粒寬和莢長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)。因而當(dāng)莢寬較大時(shí)，粒寬較大、粒長(zhǎng)較小，百粒重也較大。在選擇大粒小豆品種時(shí)可優(yōu)先考慮小豆的莢寬性狀。

農(nóng)藝性狀之間往往存在正相關(guān)和負(fù)相關(guān)兩種相關(guān)性[21-23]。袁青鋒等[24]的研究中，黑小麥的總小穗數(shù)與穗長(zhǎng)和株高呈極顯著正相關(guān)。秦嶺等[25]的研究中，谷子的單株產(chǎn)量和穗下節(jié)間長(zhǎng)度呈顯著負(fù)相關(guān)。我們的研究中發(fā)現(xiàn)，雖然小豆單個(gè)農(nóng)藝性狀差異較大，但是通過對(duì)小豆的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析可以看出，大部分的農(nóng)藝性狀之間是有相關(guān)性的，并且正負(fù)相關(guān)都有。因此，我們可以通過對(duì)某一性狀的觀察來(lái)推測(cè)與之有相關(guān)性的農(nóng)藝性狀的優(yōu)劣。

本研究結(jié)果與張亞芝[26]對(duì)小豆產(chǎn)量與主要產(chǎn)量性狀關(guān)系的研究結(jié)果有所不同。這是因?yàn)樾《沟膯沃炅Ｖ厥芏喾N因素共同影響，品種、地理環(huán)境、生態(tài)氣候和栽培技術(shù)都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，因此，在小豆性狀的研究中必須結(jié)合具體的材料、環(huán)境等進(jìn)行綜合分析，并根據(jù)分析結(jié)果選擇適合當(dāng)?shù)氐母弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種。

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