西北地區(qū)芝麻單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關性與通徑分析

(山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，太原 030031)

芝麻(SesamumindicumL. )隸屬胡麻科(Pedaliaceaie)胡麻屬(Sesamum)一年生草本植物，是我國重要的油料作物之一[1-2]，素有油中“皇后”之美譽[3]。由于芝麻的特殊營養(yǎng)價值和保健價值，使其在食品、醫(yī)藥、美容和工業(yè)等領域得到了廣泛的應用，在國民經(jīng)濟中的地位日益突出[4-7]。此外，芝麻具有耐貧瘠、耐旱等特性，在我國有著悠久的種植歷史，多數(shù)省份均有種植[8]。隨著人民生活水平不斷提高，芝麻需求不斷增加，每年需進口芝麻80萬～90萬t，供需矛盾日益突出。西北地區(qū)是我國芝麻六大主產(chǎn)區(qū)之一，因受氣候影響，芝麻單產(chǎn)低而不穩(wěn)，嚴重影響西北地區(qū)芝麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[9-10]，因此，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)芝麻良種是解決西北芝麻生產(chǎn)發(fā)展的前提。

通徑分析可以將因變量與自變量的相互影響分解為直接影響和間接影響，從而為統(tǒng)計決策提供可靠的依據(jù)，因此在遺傳學等領域受到廣泛的重視[11-12]。目前，國內(nèi)外學者利用通徑分析對小麥[13]、大豆[14]、玉米[15-16]、高粱[17]、蠶豆[18]、燕麥[19]、向日葵[20]、大麥[21]等多種作物進行了研究，在芝麻上的應用也有不少報道，唐雪輝等利用通徑分析對17個芝麻品種的主要性狀與產(chǎn)量進行研究，結(jié)果表明,千粒重是影響芝麻產(chǎn)量最直接的性狀[22]；那艷斌等[7]對遼寧芝麻資源主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量進行通徑分析，對芝麻產(chǎn)量的直接貢獻大小依次為株蒴數(shù)>蒴粒數(shù)>株高>蒴長，但由于試驗環(huán)境、試驗群體不同，其結(jié)論不完全一致。因此，本研究以88份西北地區(qū)芝麻種質(zhì)資源為研究材料，對其主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量進行相關性和通徑分析，以期探明西北地區(qū)芝麻種質(zhì)資源各個性狀間的內(nèi)在聯(lián)系，準確評價該性狀在產(chǎn)量構(gòu)成中的重要性，可為芝麻的新品種選育、親本材料的合理選配提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用來源于山西、陜西不同產(chǎn)地的芝麻種質(zhì)資源共計88份，由山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗于山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所試驗地進行，前茬作物為玉米，土壤肥力中等。試驗材料于2018年5月23日播種，采用隨機區(qū)組設計，重復3次，小區(qū)面積3.0 m×2.0 m，每份材料播種6行，行距35 cm，株距20 cm。出苗后，待芝麻3對真葉時間苗，5對真葉時定苗，整個生育期按照常規(guī)田間管理。

1.3 測定指標與數(shù)據(jù)分析

在芝麻成熟期時，每份材料隨機選取10株進行株高(X1)、始蒴高度(X2)、空稍尖長(X3)、果軸長(X4)、單株蒴果數(shù)(X5)、每蒴粒數(shù)(X6)、千粒重(X7)、單株產(chǎn)量(X8)等8個農(nóng)藝性狀進行調(diào)查、記載和考種，農(nóng)藝性狀調(diào)查參照《芝麻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[23]，芝麻農(nóng)藝性狀的記載標準見表1。

表2 供試芝麻種質(zhì)農(nóng)藝性狀的變異分析

性狀最小值最大值極差平均值標準差變異系數(shù)/%株高/cm100.40199.3098.90148.1824.4816.52始蒴高度/cm20.2070.2050.0040.8111.3827.88空稍尖長/cm0.0014.0014.004.133.2678.99果軸長/cm53.60162.00108.40103.2224.2823.53單株蒴果數(shù)/個60.00152.7092.7099.0219.2019.39每蒴粒數(shù)/粒54.8098.8044.0072.478.3611.54千粒重/g2.063.191.132.580.2610.16單株產(chǎn)量/g5.4219.8914.4712.452.8022.50

表3 芝麻農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量的的相關分析

相關系數(shù)株高(X1)始蒴高度(X2)空稍尖長(X3)果軸長(X4)單株蒴果數(shù)(X5)每蒴粒數(shù)(X6)千粒重(X7)單株產(chǎn)量(X8)株高(X1)1.000始蒴高度(X2)0.1541.000空稍尖長(X3)0.453??0.1181.000果軸長(X4)0.875??-0.329??0.267?1.000單株蒴果數(shù)(X5)0.251?0.028-0.2020.267?1.000每蒴粒數(shù)(X6)-0.0430.0000.119-0.059-0.296??1.000千粒重(X7)0.221?-0.1570.1320.279??-0.048-0.237?1.000單株產(chǎn)量(X8)0.314??-0.037-0.0380.339??0.656??0.0660.359??1.000

注：*、**分別表示在 0.05 和 0.01 水平上差異顯著。下同。

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理，計算平均值、標準差及變異系數(shù)，采用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行相關分析、通徑分析、多元逐步回歸。

表1 芝麻表型性狀記載標準

性狀記載標準株高成熟期主莖子葉節(jié)至頂端的高度始蒴高度成熟期子葉節(jié)至主莖下部第一個有效果節(jié)的高度空稍尖長終花后主莖梢尖蒴果不能正常發(fā)育部分的長度果軸長成熟期主莖最上部和最下部有效果節(jié)的長度單株蒴果數(shù)成熟期主莖上有效蒴果數(shù)每蒴粒數(shù)成熟期主莖中部蒴果的粒數(shù)千粒重1000粒干籽粒的重量單株產(chǎn)量成熟期單個植株干籽粒的重量

2 結(jié)果與分析

2.1 芝麻主要農(nóng)藝性狀的統(tǒng)計分析

對88份西北地區(qū)芝麻種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀進行統(tǒng)計分析(表2)，株高、始蒴高度、空稍尖長、果軸長、單株蒴果數(shù)、每蒴粒數(shù)、千粒重、單株產(chǎn)量8個主要農(nóng)藝性狀的變幅分別為98.9 cm、50.0 cm、14.0 cm、108.4 cm、92.7個、44.0粒、1.13 g、14.47 g，8個性狀變異系數(shù)表現(xiàn)為空稍尖長>始蒴高度>果軸長>單株產(chǎn)量>單株蒴果數(shù)>株高>每蒴粒數(shù)>千粒重，變異系數(shù)分別為78.99%、27.88%、23.53%、22.50%、19.39%、16.52%、11.54%、10.16%，結(jié)果表明,參試芝麻不同種質(zhì)資源有著較大的變異范圍，資源類型豐富。

2.2 芝麻單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關分析

由表3可以看出，單株產(chǎn)量與株高、果軸長、單株蒴果數(shù)、千粒重呈極顯著正相關，這說明芝麻株高、果軸長、單株蒴果數(shù)、千粒重的增加是芝麻獲得高產(chǎn)的重要因素；每蒴粒數(shù)與產(chǎn)量呈正相關，但沒有達到顯著水平，因此，通過各種育種或栽培方法適當改善這5個性狀，在一定程度上可提高芝麻產(chǎn)量。始蒴高度、空稍尖長與單株產(chǎn)量呈負相關，但相關性不顯著。芝麻產(chǎn)量三要素單株蒴果數(shù)、每蒴粒數(shù)、千粒重之間呈負相關，其中單株蒴果數(shù)與每蒴粒數(shù)呈極顯著負相關，每蒴粒數(shù)與千粒重呈顯著負相關，千粒重與單株蒴果數(shù)呈負相關，說明對產(chǎn)量三要素中單一性狀的正向選擇會導致其他兩個要素的下降，因此，在對芝麻進行選擇育種或高產(chǎn)栽培中要充分考慮到產(chǎn)量三要素之間的相互制約影響，要保證芝麻產(chǎn)量三要素的協(xié)調(diào)提高才是提高芝麻單產(chǎn)的關鍵。果軸長與單株蒴果數(shù)呈顯著正相關，與千粒重呈極顯著正相關，而與每蒴粒數(shù)呈負相關，說明在保證每蒴粒數(shù)的前提下，可通過提高果軸長，進而提高單株蒴果數(shù)和千粒重，才是獲得芝麻高產(chǎn)的關鍵。

2.3 芝麻單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的通徑分析

對88份西北地區(qū)芝麻種質(zhì)單株產(chǎn)量進行正態(tài)檢驗的結(jié)果表明(表4)，Shapiro-Wilk統(tǒng)計量為0.995，顯著性p值為0.979，大于0.05，說明因變量的分布接近正態(tài)分布，因此可對西北地區(qū)芝麻單株產(chǎn)量與其它農(nóng)藝性狀進行逐步回歸分析。

表4 芝麻單株產(chǎn)量的正態(tài)性檢驗結(jié)果

項目 柯爾莫諾夫-斯米爾諾夫檢驗 夏皮羅-威爾克檢驗法 統(tǒng)計量自由度顯著性統(tǒng)計量自由度顯著性單株產(chǎn)量(X8)0.071880.200?0.995880.979

以芝麻單株產(chǎn)量為因變量，以株高、始蒴高度、黃稍尖間長、果軸長、單株蒴果數(shù)、每蒴粒數(shù)、千粒重為自變量進行逐步回歸可知(表5)，隨著自變量被引入回歸方程，回歸方程的相關系數(shù)(R)和決策系數(shù)(R2)逐步增大，說明自變量對芝麻單株產(chǎn)量的作用在增加。模型3的R2為0.734，說明單株蒴果數(shù)、每蒴粒數(shù)、千粒重3個性狀決定的變異占單株產(chǎn)量的73.4%，且芝麻單株產(chǎn)量中單株蒴果數(shù)、每蒴粒數(shù)、千粒重的顯著性均小于0.05(表6)，自變量與因變量之間差異顯著，表明單株蒴果數(shù)、千粒重、每蒴粒數(shù)對芝麻單株產(chǎn)量具有顯著作用，3個性狀對單株產(chǎn)量的重要性依次為：單株蒴果數(shù)>千粒重>每蒴粒數(shù)。因此，芝麻單株產(chǎn)量最優(yōu)多元回歸方程為：Y=-23.134+0.117X5+5.317X7+0.141X6。

表5 模型匯總

模型相關系數(shù)R決策系數(shù)R2調(diào)整后R2標準估計的誤差10.656a0.4300.4232.1266020.763b0.5830.5731.8296230.857c0.7340.7251.46890

注：a預測變量：常量，NCP；b預測變量：常量，NCP、TSW；c預測變量：常量，NCP、TSW、NGS。

2.3.1單株蒴果數(shù)對單株產(chǎn)量的效應

單株蒴果數(shù)與單株產(chǎn)量的相關系數(shù)和直接通徑系數(shù)分別為0.656和0.804(表7)，均為正值，其數(shù)值均位居第一位，且直接效應大于間接效應，說明單株蒴果數(shù)是決定單株產(chǎn)量的重要因素。因此，在今后育種和栽培中應把單株蒴果數(shù)作為主要的選育目標性狀。

表6 芝麻農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量的通徑分析

模型非標準化系數(shù)回歸系數(shù)B標準誤差通徑系數(shù)tp值1常量2.9791.197-2.4880.015單株蒴果數(shù)(X5)0.0960.0120.6568.0520.0002常量-8.0852.233--3.6200.000單株蒴果數(shù)(X5)0.0980.0100.6749.6150.000千粒重(X7)4.1820.7490.3925.5840.0003常量-23.1342.819--8.2070.000單株蒴果數(shù)(X5)0.1170.0090.80413.5500.000千粒重(X7)5.3170.6230.4988.5310.000每蒴粒數(shù)(X6)0.1410.0200.4226.9190.000

表7 主要農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量的通徑系數(shù)

自變量與單株產(chǎn)量的相關系數(shù)直接通徑系數(shù)間接通徑系數(shù)X5X7X6TotalX50.6560.804--0.039-0.238-0.277X70.3590.498-0.024--0.118-0.142X60.0660.422-0.125-0.100--0.225

2.3.2千粒重對單株產(chǎn)量的效應

千粒重與單株產(chǎn)量的相關系數(shù)和直接通徑系數(shù)分別為0.359和0.498(表7)，均為正值，其數(shù)值均位居第二位，且直接效應大于間接效應，說明千粒重是決定單株產(chǎn)量的第二大因素。因此，提高千粒重也是提高單株產(chǎn)量的重要途徑，在今后的栽培和育種中應加以重視。

2.3.3每蒴粒數(shù)對單株產(chǎn)量的效應

每蒴粒數(shù)對單株產(chǎn)量的相關系數(shù)和直接通徑系數(shù)分別為0.066和0.422(表7)，均為正值，其中直接通徑系數(shù)位居第三位，且直接效應大于間接效應，說明每蒴粒數(shù)是決定單株產(chǎn)量的第三大因素。因此，通過育種和栽培等方法，增加每蒴粒數(shù)對單株產(chǎn)量也有一定的提高作用。

3 結(jié)論與討論

3.1有研究表明，作物群體農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)越大，則遺傳多樣性越豐富，選育良種的潛力就越大[24-27]。本研究通過對88份秦晉地區(qū)芝麻種質(zhì)資源的8個主要農(nóng)藝性狀進行變異分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，8個性狀變異系數(shù)范圍為10.16%～78.99%，其中變異系數(shù)最大的性狀為空稍尖長，變異系數(shù)最小的性狀為千粒重，說明參試芝麻種質(zhì)資源遺傳多樣性類型豐富，良種培育的選擇潛力巨大。

3.2對芝麻單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關性分析發(fā)現(xiàn)，株高、果軸長、單株蒴果數(shù)、千粒重、每蒴粒數(shù)與單株產(chǎn)量呈正相關，而始蒴高度、空稍尖長與單株產(chǎn)量呈負相關，說明提高單株蒴果數(shù)、株高、果軸長、千粒重、每蒴粒數(shù)這5個性狀，對提高單株產(chǎn)量具有重要意義。株高、果軸長、單株蒴果數(shù)、千粒重與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關，相關系數(shù)大小順序為單株蒴果數(shù)>千粒重>果軸長>株高，這與那艷斌等[7]研究結(jié)果相一致，而與唐雪輝等[22]研究結(jié)果有差異，可能是由于試驗環(huán)境、試驗群體不同所導致。同時，單株蒴果數(shù)、每蒴粒數(shù)、千粒重之間呈負相關，說明單一性狀的正向選擇會導致其他2個要素的下降。因此，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、合理選擇性狀指標來提高芝麻生產(chǎn)的產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要現(xiàn)實意義。

3.3對芝麻農(nóng)藝性狀進行逐步回歸分析和通徑分析發(fā)現(xiàn)，決定單株產(chǎn)量的性狀為單株蒴果數(shù)、千粒重、每蒴粒數(shù)。這3個性狀對提高芝麻單株產(chǎn)量均起到促進作用，其中起主導作用的是單株蒴果數(shù)，其直接通徑系數(shù)為0.804；其次為千粒重，直接通徑系數(shù)為0.498；第三為每蒴粒數(shù)，直接通徑系數(shù)為0.422。本研究對芝麻農(nóng)藝性狀與單株產(chǎn)量進行相關分析與通徑分析時，發(fā)現(xiàn)存在一定差異，說明性狀間的相互作用是復雜的，除了各性狀對單株產(chǎn)量的直接效應外，各性狀之間還存在間接效應。因此，在育種和栽培生產(chǎn)實踐中，在加強某個主要性狀進行調(diào)控時，要兼顧其他性狀，使之共同協(xié)調(diào)相互之間關系，才是提高芝麻產(chǎn)量的關鍵。