6個豇豆品種農(nóng)藝性狀的相關(guān)性、主成分及聚類分析

張朝明，趙 坤*，唐 勝，黎兆山，陳 梅，周作高，周生茂

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，廣西 南寧 530007；2.南寧市江南區(qū)蘇圩鎮(zhèn)無公害蔬菜協(xié)會，廣西 南寧 530228；3.合浦縣農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，廣西 合浦 536100)

【研究意義】豇豆[Vignaunguiculata(Linn.)Walp]為1年生草質(zhì)藤本或近直立草本植物，頂端纏繞狀，喜溫懼寒[1]，莖有矮生、半蔓生和蔓生3種類型，在我國栽培歷史悠久，栽培范圍廣，品種資源豐富[2]。豇豆以嫩莢供食用，生長適宜溫度20～28 ℃，在開花結(jié)莢期，溫度低于10 ℃植株生長不良，在高溫干旱和高溫高濕條件下，溫度超過30 ℃花粉萌發(fā)力減弱，容易引起落莢落花。光照不足或栽培密度過大時，植株下部落花落莢比植株上部明顯。目前，投放廣西市場的豇豆品種多且雜、抗病性差及枯萎病、銹病和病毒病發(fā)生嚴重，產(chǎn)量不高，需篩選出適合市場需求的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病良種，以解決生產(chǎn)上存在的問題[3-6]。因此，篩選適宜本地栽培的抗寒、耐熱、抗衰豇豆品種，提高早春和秋延豇豆產(chǎn)量，對滿足消費者對四季蔬菜的需求具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】劉志剛等[6]開展5個溫室豇豆品種比較試驗，篩選出生育期、耐熱性、抗病性、商品性和豐產(chǎn)性等均優(yōu)良的豇豆品種。陳凱利等[7]通過對5個豇豆品種進行生育期、莢條性狀、早期產(chǎn)量和總產(chǎn)量等測試，篩選出早冠318作為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)品種參考。陳海玲等[8]對12個引進豇豆品種的生育進程、植物學(xué)特征、主要農(nóng)藝及經(jīng)濟性狀等進行鑒定分析，篩選出適宜當(dāng)?shù)赝茝V種植的豇豆品種。主成分分析與聚類分析是農(nóng)業(yè)研究中重要的統(tǒng)計分析方法[9]，已廣泛運用于進行青花菜[10]、辣椒[11]、南瓜[12]、苦瓜[13]、甜瓜[14]、黃瓜[15]、大白菜[16]、菜心[17]和甘藍型油菜[18]等種質(zhì)資源甜瓜等蔬菜種質(zhì)資源和品種主要農(nóng)藝性狀評價。朱長志等[10]通過相關(guān)、主成分和聚類分析方法進行青花菜農(nóng)藝性狀分析和綜合評價，以期篩選特異種質(zhì)，指導(dǎo)青花菜品種選育。余莉等[19]運用描述性分析、相關(guān)分析、主成分分析及聚類分析對35個蕓豆品種的農(nóng)藝性狀進行綜合評價，并揭示供試材料的遺傳距離和多樣性，結(jié)果顯示中蕓5號等4個品種綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)突出。楊衍等[20]對多種四棱豆種質(zhì)資源的生育期、單株商品莢數(shù)和單莢重等22個主要農(nóng)藝性狀進行主成分和聚類分析，結(jié)果表明27份四棱豆種質(zhì)可歸納為四大類，10個數(shù)量性狀的主成分可分為產(chǎn)量、生育期、粒重和品質(zhì)因子，這4個主要因子的貢獻率達86.356 %。姜永平等[21]采用主成分和聚類分析方法進行16個南通地方扁豆品種的10個主要農(nóng)藝性狀分析，探討了影響扁豆產(chǎn)量的主要因子及品種間的遺傳距離，以期為扁豆雜交育種過程中合理選配親本提供理論依據(jù)。【本研究切入點】目前，應(yīng)用相關(guān)、主成分和聚類分析方法篩選適宜廣西南寧市栽培豇豆品種的研究鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】對本研究課題組收集的6個豇豆品種進行品比試驗，觀測其主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)并進行相關(guān)、主成分和聚類分析，評價各品種的適應(yīng)性，為桂南地區(qū)豇豆生產(chǎn)選擇用種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年8-11月在廣西南寧市江南區(qū)蘇圩鎮(zhèn)那海村進行。蘇圩鎮(zhèn)位于東經(jīng)108.166189°，北緯22.565114°，海撥250～400 m；地處廣西首府南寧市西南，東北面與吳圩鎮(zhèn)接壤，東南面與延安鎮(zhèn)為鄰，西面及西南面與廣西崇左市扶綏縣交界，主要種植作物有水稻、甘蔗、西瓜和蔬菜等。蘇圩鎮(zhèn)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫濕潤，冬季暖和無極寒，無霜期長，年均氣溫超過21 ℃，年降水量超過1200 mm，非常適合豇豆生長。

1.2 試驗材料

6個供試豇豆品種分別為桂豇一號、贛農(nóng)超炫、超越708、珍品5號、金豆8號和泰誠前鋒。桂豇一號為中熟品種，生長勢旺、雙莢率高、抗病抗逆性強、產(chǎn)量高和綜合性狀優(yōu)良；超越708為中熟品種，植株分枝力中等、采收期長、商品性好及耐貯運；贛農(nóng)超炫為生長勢強、分枝短、耐濕、翻花能力強、采收期長及商品性強品種；金豆8號為早中熟品種，生長勢強、分枝少、耐衰老、耐熱性好及商品性好；珍品5號為早中熟品種，生長旺盛、前期產(chǎn)量高、耐熱、采收期長、商品性好及耐貯運；泰誠前鋒為分枝能力一般、翻花能力強、耐熱及商品性優(yōu)品種。桂豇一號由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所選育提供，其他品種均購自當(dāng)?shù)厥袌觥?/p>

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 各品種種子均采用直播方式播種，以泰誠前鋒為對照(CK)，每穴播3粒，留苗2株；畦面寬120 cm，溝寬30 cm，株行距80 cm×30 cm，地膜覆蓋栽培；每公頃施農(nóng)家肥22 500 kg、復(fù)合肥300 kg、鈣鎂磷肥450 kg及鉀肥75 kg；小區(qū)面積40.5 m2，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。栽培管理按統(tǒng)一標(biāo)準進行。

1.3.2 測定項目及方法 參照《豇豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準》[18]的方法進行田間觀察和測定主要農(nóng)藝性狀。每小區(qū)隨機抽取10株植株，調(diào)查其初莢節(jié)位、主莖節(jié)數(shù)和單株分枝數(shù)；于盛莢期每品種分別取10條成熟的豆莢，調(diào)查平均莢縱徑、莢橫徑、雙莢率、商品莢率、單莢重和單莢粒數(shù)。同時，參考劉玉生等[19]的方法，于盛莢期在不同行或不同壟面，每小區(qū)取5株植株，每株從上部第1片全展開的復(fù)葉開始，往下調(diào)查5片復(fù)葉，記錄病害發(fā)生的復(fù)葉個數(shù)，計算發(fā)病率，調(diào)查銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的發(fā)病率。發(fā)病率(%)=(病葉數(shù)÷總?cè)~數(shù))×100。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 進行整理，以SPSS 17.0進行標(biāo)準化處理，并進行相關(guān)、主成分和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 6個豇豆品種的主要農(nóng)藝性狀比較

由表1可知，桂豇一號豆莢的縱徑為62.3 cm，在6個品種中豆莢最長，超越708豆莢的縱徑次之，為61.1 cm，其他品種豆莢的縱徑排序為贛農(nóng)超炫(59.7 cm)>珍品5號(58.6 cm)>泰誠前鋒(57.9 cm)>金豆8號(56.8 cm)；豆莢橫徑以超越708最大，為0.81 cm，桂豇一號次之，為0.80 cm，其他品種豆莢的橫徑排序為贛農(nóng)超炫(0.79 cm)>金豆8號(0.77 cm)>珍品5號(0.75 cm)>泰誠前鋒(0.73 cm)；初莢節(jié)位排序為贛農(nóng)超炫(8.3節(jié))>超越708(7.8節(jié))>泰誠前鋒(7.6節(jié))>桂豇一號(7.2節(jié))>金豆8號(6.6節(jié))>珍品5號(6.1節(jié))，即贛農(nóng)超炫的初莢節(jié)位最低，超越708次之，而珍品5號的初莢節(jié)位最高，金豆8號次之，桂豇一號和泰誠前鋒居中；單莢粒數(shù)排序為桂豇一號(19.5粒)>贛農(nóng)超炫(18.6粒)>超越708(18.3粒)>泰誠前鋒(17.7粒)>金豆8號(17.4粒)>珍品5號(16.8粒)；單莢重排序為桂豇一號(25.4 g)>贛農(nóng)超炫(25.2 g)>超越708(24.8 g)>珍品5號(21.5 g)>泰誠前鋒(21.1 g)>金豆8號(20.7 g)；桂豇一號和贛農(nóng)超炫的4種病害發(fā)病率在6個品種中均較低或最低，而泰誠前鋒4種病害的發(fā)病率均最高。

2.2 6個豇豆品種農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

對6個參試豇豆品種農(nóng)藝性狀進行相關(guān)分析，結(jié)果(表2)表明，單莢粒數(shù)與單株分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01，下同)，與單莢重、商品莢率、莢縱徑和雙莢率呈顯著正相關(guān)(P<0.05，下同)；單株分枝數(shù)與單莢粒數(shù)和主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單莢重和雙莢率呈顯著正相關(guān)；主莖節(jié)數(shù)與單株分枝數(shù)、單莢粒數(shù)、雙莢率和單莢重呈極顯著正相關(guān)，與商品莢率和莢縱徑呈顯著正相關(guān)。說明單莢粒數(shù)即種子數(shù)量的形成與植株的生長旺盛程度密切相關(guān)，即蔓生性強、分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)多的品種能獲得更多的單莢粒數(shù)。

莢縱徑與雙莢率呈極顯著正相關(guān)，與商品莢率、單莢重和主莖節(jié)數(shù)呈顯著正相關(guān)；莢橫徑與商品莢率和單莢重呈顯著正相關(guān)，與病毒病發(fā)病率、煤霉病發(fā)病率和銹病發(fā)病率呈顯著負相關(guān)。可見，豇豆品種豆莢的莢縱徑和莢橫徑與商品莢率密切關(guān)聯(lián)，商品莢率高的豇豆品種豆莢較粗長。而商品莢率與單莢重呈極顯著正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)、莢縱徑、雙莢率、莢橫徑和單莢粒數(shù)呈顯著正相關(guān)；雙莢率與莢縱徑、主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單莢重、商品莢率、單株分枝數(shù)、單莢粒數(shù)呈顯著正相關(guān)；單莢重與商品莢率和主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與莢縱徑、雙莢率、單株分枝數(shù)、單莢粒數(shù)和莢橫徑呈顯著正相關(guān)，與銹病發(fā)病率、病毒病發(fā)病率和煤霉病發(fā)病率呈顯著負相關(guān)。

商品莢率與其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)程度排序為單莢重>主莖節(jié)數(shù)>莢縱徑>雙莢率>莢橫徑>單莢粒數(shù)；雙莢率與其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)程度排序為莢縱徑>主莖節(jié)數(shù)>單莢重>商品莢率>單株分枝數(shù)>單莢粒數(shù)；單莢重與其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)程度排序為商品莢率>主莖節(jié)數(shù)>莢縱徑>雙莢率>單株分枝數(shù)>單莢粒數(shù)>莢橫徑?？梢?，商品莢率和主莖節(jié)數(shù)對單莢重的影響最明顯，生產(chǎn)中提高豇豆產(chǎn)量需注重改善商品莢率和主莖節(jié)數(shù)兩個性狀。

2.3 6個豇豆品種農(nóng)藝性狀的主成分分析

2.3.1 主成分的選擇 對參試品種的13個性狀指標(biāo)進行標(biāo)準化處理，結(jié)果如表3所示。從表4可看出，前2個主成分(第1主成分為PC1，第2主成分為PC2)變量的特征值均大于1.000，且經(jīng)過最大方差旋轉(zhuǎn)后方差貢獻率分別為50.429 %和39.610 %，累積方差貢獻率達90.040 %，即占總方差貢獻率的比重超過90.000 %，PC1和PC2已能將豇豆13個農(nóng)藝性狀指標(biāo)的絕大部分信息反映出來，因此可選取這2個主成分作為豇豆品種農(nóng)藝性狀的綜合評價指標(biāo)。

表3 6個豇豆品種13個農(nóng)藝性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準化處理結(jié)果Table 3 Standardized processing results of 13 agronomic character index data of 6 cowpea varieties

2.3.2 正交旋轉(zhuǎn)主成分載荷矩陣 采用方差正交旋轉(zhuǎn)法對主成分載荷矩陣進行旋轉(zhuǎn)，對6個豇豆品種的農(nóng)藝性狀進行主成分分析，由表5可知，PC1載荷較高且為正值的主要指標(biāo)為商品莢率和莢橫徑，特征向量分別為0.836和0.810，而PC1的特征根為6.556，方差貢獻率為50.429 %(表4)，說明這幾個性狀存在較強的正相關(guān)性，與豇豆產(chǎn)量緊密關(guān)聯(lián)，可概括為產(chǎn)量因子，綜合反映豇豆的產(chǎn)量目標(biāo)；PC2載荷較高且為正值的主要指標(biāo)為單株分枝數(shù)、初莢節(jié)位和單莢粒數(shù)，特征向量分別為0.905、0.844和0.823，而PC2的特征根為5.149，方差貢獻率為39.610 %(表4)，這些性狀反映了植株營養(yǎng)生長等情況，可概括為生長因子。

表4 6個豇豆品種主成分的特征根、貢獻率和累積貢獻率Table 4 Characteristic root，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components of 6 cowpea varieties

表5 6個豇豆品種的正交旋轉(zhuǎn)主成分載荷矩陣Table 5 Orthogonal rotation principal component load matrix of variance of 6 cowpea varieties

2.3.3 公因子得分 用正交旋轉(zhuǎn)法對6個豇豆品種農(nóng)藝性狀的主成分載荷矩陣進行旋轉(zhuǎn)后獲得正交旋轉(zhuǎn)主成分得分系數(shù)矩陣(表6)，并計算豇豆品種農(nóng)藝性狀各主成分的得分及其綜合得分(表7)。從表7可看出，桂豇一號的綜合得分為80.37165分，排名第1；贛農(nóng)超炫的綜合得分為57.56157分，排名第2；超越708的綜合得分為30.08979分，排名第3；珍品5號的綜合得分為-44.20257分，排名第4；金豆8號的綜合得分為-50.45963分，排名第5；泰誠前鋒的綜合得分為-73.36081分，排名第6。

表6 6個豇豆品種農(nóng)藝性狀旋轉(zhuǎn)后主成分的得分系數(shù)矩陣Table 6 Score coefficient matrix of principal components of 6 cowpea varieties after rotation of agronomic characters

表7 6個豇豆品種農(nóng)藝性狀的主成分得分、綜合得分及其排名Table 7 Principal component score，comprehensive score and ranking of agronomic characters of 6 cowpea varieties

2.4 6個豇豆品種農(nóng)藝性狀的聚類分析

從圖1可看出，在歐氏距離為15處，6個豇豆品種可聚為兩大類，Ⅰ類包含3個品種，分別為桂豇一號、贛農(nóng)超炫和超越708，Ⅱ類包含金豆8號、珍品5號和泰誠前鋒3個品種。由表8可知，Ⅰ類品種的單莢粒數(shù)、莢縱徑、莢橫徑、單株分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、商品莢率、單莢重和雙莢率均高于Ⅱ類品種，銹病、根腐病、煤霉病和病毒病發(fā)病率均低于Ⅱ類品種，即桂豇一號、贛農(nóng)超炫和超越708在產(chǎn)量和抗病性方面優(yōu)于其他3個品種，但其初莢節(jié)位高，熟性一般；金豆8號、珍品5號和泰誠前鋒的產(chǎn)量和對銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的抗性均低于桂豇一號、贛農(nóng)超炫和超越708，但其初莢節(jié)位低，熟性早。

表8 Ⅰ和Ⅱ類豇豆品種農(nóng)藝性狀指標(biāo)的平均值比較Table 8 Average values of agronomic characters of cowpea varieties in the first and second clusters

3 討 論

本研究相關(guān)分析結(jié)果表明，豇豆品種的商品莢率與單莢重呈極顯著正相關(guān)，與主莖節(jié)數(shù)、莢縱徑、雙莢率、莢橫徑和單莢粒數(shù)呈顯著正相關(guān)；雙莢率與莢縱徑和主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單莢重、商品莢率、單株分枝數(shù)和單莢粒數(shù)呈顯著正相關(guān)；單莢重與商品莢率和主莖節(jié)數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與莢縱徑、雙莢率、單株分枝數(shù)、單莢粒數(shù)和莢橫徑呈顯著正相關(guān)，與銹病發(fā)病率、病毒病發(fā)病率和煤霉病發(fā)病率呈顯著負相關(guān)?？梢姡嚓P(guān)分析方法可間接用于進行豇豆品種評價與鑒定；豇豆品種的商品莢率和主莖節(jié)數(shù)對單莢重具有重要影響，提高豇豆產(chǎn)量需改善這兩個密切關(guān)聯(lián)的性狀，與陳東明等[24]對四棱豆的研究結(jié)果相似。

豇豆各農(nóng)藝性狀提供的信息具有一定程度重疊，單個性狀指標(biāo)發(fā)揮的作用不盡相同，因此需將多個相關(guān)互聯(lián)的性狀通過降維轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個相互獨立的因子進行分析，才能科學(xué)合理地進行豇豆品種的綜合評價[19]。在豇豆品種評價鑒定過程中需協(xié)調(diào)2個主成分之間的關(guān)系，從而篩選出綜合性狀優(yōu)良的豇豆品種。本研究主成分分析結(jié)果顯示，6個豇豆品種13個農(nóng)藝性狀可歸納為2個主成分，其中，PC1載荷較高的性狀包括商品莢率和莢橫徑，屬于產(chǎn)量因子，PC2載荷較高的性狀包括初莢節(jié)位、單莢粒數(shù)和單株分枝數(shù)，屬于生長因子；PC1和PC2變量的方差貢獻率分別為50.429 %和39.610 %，累積方差貢獻率達90.040 %，說明商品莢率、莢橫徑、初莢節(jié)位、單莢粒數(shù)和單株分枝數(shù)能較好地代替豇豆的13個農(nóng)藝性狀用于進行豇豆品種評價，并根據(jù)評價得分，篩選出桂豇一號、贛農(nóng)超炫和超越708為綜合表現(xiàn)排名前3位的豇豆品種，金豆8號、珍品5號和泰誠前鋒為綜合排名后3位的豇豆品種。

聚類分析結(jié)果可反映不同品種間的遺傳差異和親緣關(guān)系，且與品種選育所在地生態(tài)環(huán)境有關(guān)[25]，同一聚類類群內(nèi)品種的農(nóng)藝性狀特征差異較小，類群間品種的農(nóng)藝性狀特征差異較明顯[26]。本研究聚類分析結(jié)果表明，6個豇豆品種可聚為兩大類，其中Ⅰ類包含桂豇一號、超越708和贛農(nóng)超炫3個品種，在兩個聚類中其單莢粒數(shù)、莢縱徑、單株分枝數(shù)、商品莢率、單莢重和雙莢率最高，銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的發(fā)病率最低，即產(chǎn)量和抗病性方面的性狀優(yōu)于其他3個品種，但其初莢節(jié)位高，熟性一般；Ⅱ類包含珍品5號、金豆8號和泰誠前鋒3個品種，其產(chǎn)量和對銹病、根腐病、煤霉病和病毒病的抗性均低于桂豇一號、贛農(nóng)超炫和超越708，但其初莢節(jié)位低，熟性早?？梢?，在主成分分析基礎(chǔ)上進行豇豆主要農(nóng)藝性狀評價與鑒定，可篩選出適宜推廣種植的優(yōu)良豇豆品種。

本研究僅分析和評價在廣西南寧市蘇圩鎮(zhèn)秋季開展品種比較試驗豇豆的農(nóng)藝性狀，對其他季節(jié)和其他區(qū)域栽培豇豆農(nóng)藝性狀有待進一步分析和評價。

4 結(jié) 論

豇豆品種桂豇一號、贛農(nóng)超炫和超越708的豐產(chǎn)性和抗病性等在廣西南寧市蘇圩鎮(zhèn)綜合表現(xiàn)良好，適宜在廣西南寧市及其周邊地區(qū)推廣種植。