因子分析法對玉米生產(chǎn)試驗品種評價

孟靜嬌， 謝志堅， 李海靜， 劉婷婷， 陳國斌， 楊釧杰

(1.保山市農(nóng)業(yè)科學研究所， 云南 保山 678000； 2.黑龍江省農(nóng)墾科學院， 哈爾濱 150000)

玉米品種試驗包括區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗，是玉米品種審定及推廣的必要程序。生產(chǎn)試驗雖只進行一年，卻是對區(qū)域試驗中表現(xiàn)優(yōu)良的品種，經(jīng)過大田生產(chǎn)，進一步鑒定其豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、抗病性、適應性的重要環(huán)節(jié)[1]。在整個試驗過程中，如何全面準確地認識品種優(yōu)劣性，對科學合理地評價參試品種的綜合生產(chǎn)力和適應區(qū)域具有重要意義。目前，對區(qū)試結(jié)果作綜合分析和評價的研究[2-6]已普遍，較多采用的是方差分析、聯(lián)合方差分析、模糊綜合評判、灰色關(guān)聯(lián)度分析、聚類分析、主成分分析、高穩(wěn)系數(shù)法等常用方法，對生產(chǎn)試驗的分析研究更少[7,8]，且方法單一。因子分析法是一種用來研究存在于同一系統(tǒng)中多個可觀測變量之間相互關(guān)系的多元統(tǒng)計分析方法，最初是為了解決心理學上的難題而誕生的，在醫(yī)療學[9]、地質(zhì)學[10]、經(jīng)濟發(fā)展學[11]等領(lǐng)域都有成功的運用。后應用于作物遺傳育種中，更多的用來分析作物品種多個數(shù)量性狀復雜相互關(guān)系的研究。前人對水稻[12-14]、小麥[15-18]、玉米[19-23]等主要作物自交系、雜交組合、品種等多種材料的農(nóng)藝性狀、生理性狀、穗部性狀、品質(zhì)性狀等多類指標的研究上都有效運用了因子分析法。但這些研究也通常是對現(xiàn)有材料的優(yōu)良性、適應性等進行綜合分析和評價，直接用于品種試驗的研究鮮見報道。

筆者認為，對區(qū)試結(jié)果的品種分析更多是偏于優(yōu)劣評判和選育改良方向，而對生產(chǎn)試驗的品種研究則可偏于栽培應用方向。由此，本文嘗試著將因子分析法引入生產(chǎn)試驗中，對2018年云南省農(nóng)科院玉米品種聯(lián)合體生產(chǎn)試驗(中海拔組)保山試點結(jié)果作進一步的深度分析，研究參試品種實際生產(chǎn)中潛在的產(chǎn)量影響因子，以期為玉米生產(chǎn)試驗分析擴寬一種新思路和新方法，在生產(chǎn)實踐中采取具體有效的栽培措施，使優(yōu)良品種投入更高效的大面積種植和推廣，從而提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟效益。

1 材料與方法

試驗于2018年在保山市隆陽區(qū)板橋鎮(zhèn)小永村進行。參試品種為云南省農(nóng)科院玉米品種聯(lián)合體(中海拔組)的云瑞818、楚單1404、昭黃10號、臨玉11號、靖都2號、海禾2號(ck)、保玉16號、宏單2號、文研1905、靖都1號、大玉1533、云瑞66共計12個品種。采用隨機區(qū)組排列，不設(shè)重復，每個品種種植一個小區(qū)，對照品種海禾2號種在中間，小區(qū)面積300 m2，等行距種植，保苗密度60 000株·hm-2。試驗前茬作物蘿卜，地塊平整，地力均勻，肥力中上，有澆水條件。6月1日播種，植株生長期間，防蟲不防病，其它田間管理同當?shù)卣Ｉa(chǎn)水平。

記載出苗期和成熟期，計算生育期。乳熟期，連續(xù)取小區(qū)內(nèi)正常植株10株測量平均株高和穗位高，同時調(diào)查玉米大斑病、小斑病和灰斑病。乳熟末期，調(diào)查統(tǒng)計倒伏率和倒折率。成熟時，收獲全區(qū)(300 m2)鮮果穗，同時記錄穗腐病。全部風干脫粒后以標準水分14%的籽粒干重折算出小區(qū)產(chǎn)量，再折合為每公頃產(chǎn)量。其中大斑病、小斑病、灰斑病和穗腐病以9級病級分類法表示：1級-高抗；3級-抗?。?級-中抗；7級-感??；9級-高感。具體性狀指標的測定方法和標準嚴格按云南省普通玉米品種試驗進行。

由于在生產(chǎn)試驗的考察性狀中，所有品種的倒伏率和倒折率均為0，無分析意義，在此選取與玉米產(chǎn)量有關(guān)的其余7個性狀：生育期X 1，株高X 2，穗位高X 3，大斑病X 4，小斑病X 5，灰斑病X 6，穗腐病X 7進行分析。

采用Microsoft Excel 2010軟件進行基本數(shù)據(jù)處理，參照余家林等[9]的統(tǒng)計模型和方法，利用SAS 8.1軟件作因子分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 因子分析

2.1.1因子矩陣分析

以12個參試品種的7個性狀

為基礎(chǔ)作因子分析，得到的相關(guān)矩陣結(jié)果見表1。按最小特征值即方差貢獻大于1的原則保留公因子，取前3個公因子F 1、F 2和F 3。7個性狀指標主要受3個公因子控制，第一公因子的方差貢獻率為35.99%，第二公因子的方差貢獻率為31.68%，第三公因子的方差貢獻率為15.55%，3個公因子的累計方差貢獻率達83.22%，已能基本反映原來7個指標的全部信息。

表1 相關(guān)距陣的特征值

由于初始因子的典型代表變量不十分突出，對初始因子載荷矩陣進行方差極大正交旋轉(zhuǎn)變換，使初始因子載荷向0和1兩極分化，可使因子意義更加清楚(表2)。由表2可知，旋轉(zhuǎn)前后7個性狀的公因子方差相同，而旋轉(zhuǎn)后3個公因子的方差貢獻與旋轉(zhuǎn)前是不同的，但旋轉(zhuǎn)前后3個公因子的方差貢獻(λj)之和都等于7個性狀的公因子方差(hk2)之和，均為5.825 1。從正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷陣上可看出，第一公因子中，X 4的載荷值最大為0.909 1，X 6和X 7次之，為0.809 9和0.784 0，其余性狀的因子載荷值較小，說明F 1基本反映了大斑病X 4、灰斑病X 6、穗腐病X 7的大小，因此可稱公因子F 1為抗病性因子。第二公因子中，穗位高和株高的因子載荷值最大，分別為0.918 8和0.906 6，其次是小斑病為-0.724 2，其余性狀的載荷值均較小。在此，小斑病載荷值相比穗位高和株高較小，且為害較輕，并非生產(chǎn)試驗中品種審定要求的主要病害，而穗位高和株高代表了玉米植株的主要農(nóng)藝性狀，據(jù)此稱第二公因子為主要農(nóng)藝性狀因子。第三公因子中，僅生育期的因子載荷值明顯較大，為0.9813，其余性狀的因子載荷值均甚小，稱第三公因子為生育期因子。

表2 初始因子和方差極大正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣

2.1.2因子得分分析

由表3可看出，12個參試品種中，得分最低的是大玉1533，最高的是宏單2號，昭黃10號和保玉16號得分近于0。整體比較所有參試品種，大玉1533、云瑞818、靖都1號和云瑞66等4個品種的綜合得分為較低負值。其中，大玉1533三個公因子得分均為負值，說明該品種大斑病、灰斑病及穗腐病病級較小，也即抗病性較好，株高穗位整體較矮，生育期較短，因而各因子得分為較低負值，從而綜合得分為負值最低；云瑞818的F 2因子得分最低，F(xiàn) 3因子得分最高，F(xiàn) 1因子得分較低，綜合得分也為較低負值，說明該品種株高穗位整體最矮，生育期最長，抗病性較強；同理分析表明，靖都1號抗病性較好，云瑞66株高穗位整體較矮，生育期較短。文研1905、海禾2號(ck)、靖都2號和宏單2號的綜合得分為較高正值。其中，文研1905三個公因子得分差異不大，性狀優(yōu)劣表現(xiàn)不突出；海禾2號(ck)和宏單2號的F 1得分于參試品種中明顯較高，說明這2個品種抗病性最差，但從F 3得分可以看出，海禾2號生育期最短，而宏單2號生育期較長；靖都2號F 3得分明顯較高，說明該品種生育期較長。楚單1404、臨玉11號、昭黃10號和保玉16號的綜合得分較接近于0。其中，臨玉11號3個公因子得分差異不大，無明顯優(yōu)劣性狀突出表現(xiàn)；楚單1404、昭黃10號和保玉16號的F 2得分明顯較高且差異不大，昭黃10號F 1得分最低，保玉16號和楚單1404的F 1得分較低且差異不大，保玉16號F 3得分很低，昭黃10號和楚單1404的F 3得分近于0且差異不大，說明這3個品種的株高穗位整體較高且較接近，昭黃10號抗病性最好，保玉16號和楚單1404抗病性好且類似，保玉16號生育期較短，昭黃10號和楚單1404生育期適中且較接近。

表3 公因子得分及綜合排序

2.2 聚類分析

根據(jù)公因子F 1、F 2與F 3的得分用離差平方和法作系統(tǒng)聚類，可將12個參試品種聚為四大類(見圖1)。第Ⅰ類包括昭黃10號、保玉16號和楚單1404，特點是F 1小于0，F(xiàn) 2大于1，整體抗病性好，株高穗位較高，綜合生產(chǎn)力強；第Ⅱ類包括靖都1號、大玉1533和云瑞818，特點是F 1小于0，F(xiàn) 2小于0，株高尤其穗位較矮，小斑病較重，主要抗病性較好，生產(chǎn)潛力較大；第Ⅲ類為云瑞66和海禾2號(ck)，特點是F 1(趨近)大于1，F(xiàn) 3小于-1，主要抗病性較差，生育期較短，綜合生產(chǎn)力中等；第Ⅳ類包括臨玉11號、文研1905、宏單2號和靖都2號，特點是F 1大于0，F(xiàn) 2大于0，F(xiàn) 3大于0。其中，臨玉11號和文研1905的F 1、F 2和F 3得分都基本近于0，2個品種無明顯優(yōu)缺點，因而在該類中又單獨聚為一個亞類。靖都2號和宏單2號表現(xiàn)為F 2中等，F(xiàn) 1(趨近)大于1，F(xiàn) 3(趨近)大于1，2個品種株高穗位整體適中，主要抗病性較差，生育期較長。這4個品種總體特點為無明顯優(yōu)勢，個別性狀缺陷較突出，生產(chǎn)潛力有限。

圖1 各品種的因子得分聚類分析結(jié)果

2.3 綜合分析

直接對比產(chǎn)量數(shù)據(jù)，12個參試品種中產(chǎn)量處于前3位的是昭黃10號、保玉16號和臨玉11號。通過因子分析，綜合因子得分較佳的是昭黃10號、保玉16號、臨玉11號和楚單1404，尤其昭黃10號和保玉16號得分大于-0.1，小于0.1，最接近于0，綜合因子得分最佳。聚類分析得到，昭黃10號、保玉16號和楚單1404屬于同類品種，在四類品種中最優(yōu)。綜合分析結(jié)果表明，12個參試品種中昭黃10號和保玉16號生產(chǎn)效益最好，適宜在保山地區(qū)擴大種植和推廣。

3 討論與結(jié)論

本研究中12個參試品種在保山試點的7個性狀結(jié)果經(jīng)因子分析后提取出3個簡單的公因子，對變異的累計貢獻率達83.22%。3個獨立的公因子較真實地反映了所支配的7個性狀及其相互關(guān)系，且每個公因子都綜合表現(xiàn)出某種明確的功能，如F 1抗病性因子、F 2主要農(nóng)藝性狀因子、F 3生育期因子。公因子分析的結(jié)果，從多元統(tǒng)計學量化的角度揭示了性狀間的相互關(guān)系，與生產(chǎn)中的實際情況基本相符。本文的因子分析原理和方法與前人是一致的，得出的結(jié)果也與相關(guān)研究[19,20]類似，說明因子分析法運用于玉米生產(chǎn)試驗中是可行的，在栽培上有一定的指導意義。需要注意的是，每個公因子的各性狀間存在某種內(nèi)在的正向或負向協(xié)變關(guān)系，實際生產(chǎn)中，要注意以育種和栽培措施協(xié)調(diào)矛盾關(guān)系，發(fā)揮品種在地方的最大潛力。

通過計算因子得分，12個參試品種中，大玉1533綜合得分最低，栽培生產(chǎn)中要注重防治小斑??；宏單2號綜合因子得分最高，栽培生產(chǎn)中需加強對大斑病、灰斑病及穗腐病的主要病害綜合防治；昭黃10號和保玉16號的綜合因子得分最佳，適宜在保山市中海拔區(qū)域大面積常規(guī)化栽培。借助因子得分結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，因子得分的正負并不直接代表品種的優(yōu)劣，要看具體的因子構(gòu)成。大玉1533綜合得分最低，源于其主要抗病性較好，株高穗位較矮，生育期較短，這些并非不良品種的表現(xiàn)，分析其F 2得分明顯較低，F(xiàn) 2中小斑病的因子載荷較大且為負，說明該品種小斑病抗性較差。宏單2號、靖都2號和對照海禾2號綜合得分較高，其病害嚴重是主要因素，這并不代表優(yōu)良品種的表現(xiàn)。綜合因子得分近于0的昭黃10號和保玉16號整體性狀表現(xiàn)最好，與實際調(diào)查完全相符，這說明綜合得分接近0最佳，基本屬于優(yōu)良品種范疇。

以因子得分為基礎(chǔ)進行的聚類分析更加切實，具有一定的參考價值。本文聚類分析得到12個品種聚為四大類：第Ⅰ類包括昭黃10號、保玉16號和楚單1404，綜合生產(chǎn)力強；第Ⅱ類包括靖都1號、大玉1533和云瑞818，生產(chǎn)潛力較大；第Ⅲ類包括云瑞66和海禾2號，綜合生產(chǎn)力中等；第Ⅳ類包括臨玉11號、文研1905、宏單2號和靖都2號，生產(chǎn)潛力有限。這種分類既避免了以產(chǎn)量等表面數(shù)據(jù)的簡單定性帶來的直觀評判，又可摒除以因子分析中由個別性狀優(yōu)劣帶來的潛在影響產(chǎn)生的誤判，從而大大提高品種分析的科學性及合理性。

聯(lián)合因子分析和聚類分析，結(jié)合原始產(chǎn)量對品種進行綜合評判的結(jié)果是最可靠的。本研究結(jié)果表明，綜合分析12個參試品種，昭黃10號和保玉16號總體表現(xiàn)最優(yōu)，生產(chǎn)效益最好，栽培最高效，建議在保山地區(qū)擴大示范種植。