基于因子分析與聚類分析的甘蔗新品種（系）農(nóng)藝性狀評價

秦昌鮮 閉德金 彭崇 郭強(qiáng) 馬文清 施澤升 唐利球

摘要：【目的】評價廣西甘蔗區(qū)試2015—2017年龍州點（廣西崇左）甘蔗新品種（系）的農(nóng)藝性狀，為廣西各蔗區(qū)篩選及推廣甘蔗優(yōu)良品種（系）提供參考依據(jù)?！痉椒ā恳孕屡_糖22號（ROC22）為對照（CK），開展12個甘蔗品種（系）田間1年新植和2年宿根品比試驗，并采用因子分析和聚類分析法對株高、莖徑、有效莖數(shù)和蔗糖分等農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評價?！窘Y(jié)果】因子分析綜合得分排名前3位的新品種（系）依次為桂糖08-6、桂糖08-120和桂熱2號，綜合得分分別為0.801、0.717和0.549分;綜合得分排名靠后的新品種（系）為桂糖07-1062、柳糖08-98和桂糖07-108，綜合得分分別為 -0.828、-0.519和-0.270分。聚類分析結(jié)果表明，在歐氏距離15處，可將12個甘蔗品種（系）分為五大類，其中，第I類中的桂糖08-120蔗糖分較高;第IV類的桂糖08-6發(fā)芽率、發(fā)株率、分蘗率和有效莖數(shù)均較高，蔗糖分含量一般;第V類桂熱2號的發(fā)芽率、發(fā)株率和株高均較高，分蘗率和蔗糖分較低，有效莖數(shù)中等，綜合表現(xiàn)較好?！窘Y(jié)論】桂糖08-6具有萌芽率和發(fā)株率高及分蘗力強(qiáng)等特點，而桂糖08-120的蔗糖分較高，綜合評價得分較高，二者均可在廣西崇左蔗區(qū)特別是在龍州蔗區(qū)推廣種植。

關(guān)鍵詞： 甘蔗新品種（系）;農(nóng)藝性狀;因子分析;聚類分析;區(qū)域試驗;廣西龍州縣

中圖分類號： S566.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）02-0317-08

Abstract：【Objective】The agronomic traits of new sugarcane varieties（lines） from 2015-2017 years in Longzhou（Chongzuo， Guangxi） of Guangxi regional trial of sugarcane varieties were evaluated，in order to provide reference for selection and promotion of fine sugarcane varieties（lines） in Longzhou. 【Method】Using ROC22 as the control，12 sugarcane varieties（lines） were subjected to one-year new planting and two-year ratooning trials in the field，and agronomic traits such as plant height，stem diameter，effective stem number and sucrose content were comprehensively evaluated using factor analysis and cluster analysis. 【Result】Results showed that the top three comprehensive scores of factor analysis were Guitang 08-6，Guitang 08-120 and Guire 2，with comprehensive scores of 0.801，0.717 and 0.549 respectively. The lowest in comprehensive scores were Guitang 07-1062，Liutang 08-98 and Guitang 07-108，with comprehensive scores of -0.828， -0.519 and -0.270 respectively. The 12 test materials were grouped into five categories when the euclidean distance was 15. Guitang 08-120 in category I had high sucrose content， Guitang 08-6 in category IV had the high germination rate，plant growth rate， tillering rate and effective stem number，and average? ?sucrose content. Guire 2 in category V had high germination rate，plant growth rate and plant height， low tillering rate and sucrose content，medium effective stem， and the comprehensive performance was fine. 【Conclusion】Guitang 08-6 has high germination rate，plant growth rate and strong tillering power，and Guitang 08-120 has? high sucrose content and high comprehensive score，both can be planted in Chongzuo sugarcane area of Guangxi，especially in Longzhou sugarcane area.

Key words： new susarcane variety（lines）; agronomic characters; factor analysis; cluster analysis; regional trial;Longzhou， Guangxi

Foundation item： Guangxi Innovation Team Construction Special Project of National Sugarcane Industry Technology System（nycytxgxcxtd-03-04）;Guangxi Public Welfare Basic Research Project（GXNYRKS201906）;Basic Research Pro-ject of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2020YM42）;Open Projects of Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Biology（NYS20190125）

0 引言

【研究意義】蔗糖業(yè)是廣西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是廣西財政稅收和農(nóng)民增收的主要來源。新臺糖22號（ROC22）作為主栽品種在廣西已種植20余年，品種種性退化及黑穗病發(fā)生嚴(yán)重，特別是宿根的黑穗病發(fā)生率較高，有些地區(qū)達(dá)30%以上，嚴(yán)重影響甘蔗的產(chǎn)量和農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益（韋昌聯(lián)，2012;韋金菊等，2012）。選育抗性強(qiáng)特別是抗黑穗病強(qiáng)的甘蔗“雙高”品種是解決上述問題的關(guān)鍵。近年來廣西選育了桂糖29號、桂糖42號、桂糖43號、桂糖44號、桂糖46號、桂糖47號、桂糖51號、桂糖52號和桂糖55號等甘蔗新品種（系），這些新品種（系）可豐富廣西的甘蔗良種儲備，但目前對其在廣西崇左市龍州蔗區(qū)的適應(yīng)性未充分了解。因此，評價廣西甘蔗區(qū)試2015—2017年廣西崇左市龍州點甘蔗新品種（系）的農(nóng)藝性狀，對龍州蔗區(qū)甚至廣西各蔗區(qū)篩選和推廣優(yōu)良甘蔗新品種（系）具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】多元統(tǒng)計方法中的因子分析和聚類分析已應(yīng)用于辣椒（李曉芬等，2008）、芝麻（張鵬等，2008）、魔芋（楊秀蓮等，2011）、大蒜（陳書霞等，2012）、葡萄（法潔瓊和張振文，2013）、核桃（潘學(xué)軍等，2013）、蘋果（公麗艷等，2014）、獼猴桃（曲雪艷等，2016）、西瓜（趙衛(wèi)星等，2017）、棉花（胡根海等，2019）、古茶樹（彭靖茹等，2019）、玉米（譚康等，2019）、茄子（王賀壘等，2019）、蔬菜種植的土地適宜性（朱大威和朱方林，2019）及山黃皮（張濤等，2020）等作物的綜合評價。甘蔗品種的優(yōu)劣取決于多個性狀的綜合表現(xiàn)。高三基等（2006）對14個甘蔗品種（系）2次新植和1次宿根的產(chǎn)量及品質(zhì)性狀進(jìn)行因子分析，可將11個甘蔗經(jīng)濟(jì)性狀用4個主因子表示，累加方差貢獻(xiàn)率達(dá)91.080%;根據(jù)品種斜交因子得分值進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，可將14個甘蔗品種（系）分為四大類，第1類又分為3個亞類，不同類群品種具有不同的產(chǎn)量和品質(zhì)特征。陸鑫等（2011）對甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)進(jìn)行因子分析和聚類分析，篩選出云野06-141、云野06-185、云野06-216、云野07-10、云野07-114和云野07-98等適作親本的甘蔗材料。林兆里等（2015）對19個甘蔗新品種（系）的抗螟性進(jìn)行因子分析和聚類分析，篩選出對螟蟲抗性最高的粵甘42號;螟害指數(shù)與單莖重?fù)p失量和蔗糖分損失量均呈顯著正相關(guān)，可作為評價甘蔗受害程度的最佳指標(biāo)。俞先華等（2019）以12份大莖野生種血緣后代材料及生產(chǎn)上大面積推廣種植的ROC22和粵糖93-159為試驗材料，對其7個農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分和聚類分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各大莖野生種血緣后代株高、莖徑、錘度、單莖重、有效莖數(shù)、單產(chǎn)和含糖量間存在較密切的相關(guān)性，可將這7個性狀減少為3個能解釋表型變異95.7.57%的主成分，基于這3個主成分進(jìn)行二維排序和聚類分析，篩選出優(yōu)質(zhì)甘蔗材料云瑞14-204和云瑞14-199。俞先華等（2020）利用主成分分析和聚類分析法對云瑞15系列20份參試甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)的主要數(shù)量性狀進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，蔗莖產(chǎn)量與各性狀均呈正相關(guān)，其中，與株高的相關(guān)性達(dá)顯著水平，與有效莖數(shù)的相關(guān)性達(dá)極顯著水平;11月蔗糖分與蔗莖產(chǎn)量和有效徑數(shù)呈正相關(guān)，其中與有效徑數(shù)的相關(guān)性達(dá)極顯著水平;主成分分析結(jié)果表明，前3個主成分的方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)92.417%，能反映所列性狀絕大部分的信息;聚類分析的20份參試材料可分成三大類群，各類群具有不同特點，在組合選配時篩選出綜合性狀較佳且可作為甘蔗新種質(zhì)的材料11份。【本研究切入點】目前，應(yīng)用多元統(tǒng)計分析方法對甘蔗新品種（系）進(jìn)行綜合評價并篩選出適宜龍州蔗區(qū)種植新品種（系）的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】觀測廣西甘蔗區(qū)試廣西崇左市龍州點1年新植和2年宿根甘蔗新品種（系）的農(nóng)藝性狀，應(yīng)用因子分析法對其進(jìn)行綜合評價和聚類分析，以期篩選出優(yōu)良甘蔗品（系），為當(dāng)?shù)丶皬V西其他蔗區(qū)甘蔗優(yōu)良新品種（系）選育和推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

參試甘蔗品種（系）12個，分別為桂糖08-120、桂糖07-108、桂糖06-1215、桂糖07-1062、桂糖08-6、桂糖05-3217、桂糖08-460、桂糖09-1743、桂糖06-98、桂熱2號、柳糖08-98和ROC22（對照，CK）（分別編號1～12），各品種（系）信息見表1。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 試驗設(shè)計 試驗于2015年3月—2018年2月在廣西崇左市龍州縣廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所東北九區(qū)甘蔗地進(jìn)行，行長8.0 m，行距1.1 m，每小區(qū)4行，下種量為10500芽/ha，3次重復(fù)。2015年3月種植，分別于2016年3月、2017年2月和2018年2月測產(chǎn)。

1. 2. 2 調(diào)查項目及方法 按廣西區(qū)試要求并參考劉曉燕等（2016）的方法，調(diào)查萌芽率（Gr）、分蘗率（Tr）、枯心率（Dhr）、發(fā)株率（Br）、株高（Ph）、莖徑（Sd）、有效莖數(shù)（Esn）、梢腐病率（Tri）、黑穗病率（Si）、蔗莖產(chǎn)量（Cy）、11月～次年2月蔗糖分（Sc）和纖維分（Fc），具體調(diào)查時間及數(shù)據(jù)處理見表2。參考張濤等（2020）的方法計算甘蔗新品種（系）農(nóng)藝性狀的公因子得分并進(jìn)行綜合評價。

1. 3 統(tǒng)計分析

萌芽率、分蘗率、發(fā)株率、株高、莖徑、有效莖數(shù)、梢腐病率、黑穗病率、枯心率、蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分等農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行相關(guān)分析，經(jīng)無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理（杜強(qiáng)和賈麗艷，2009;王益民等，2014;白世踐等，2016;孫亞強(qiáng)等，2016;古麗尼沙·卡斯木等，2018）后應(yīng)用SPSS 19.0進(jìn)行因子分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 甘蔗新品種（系）各農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

由表3可知，甘蔗新品種（系）的萌芽率與發(fā)株率、蔗莖產(chǎn)量和糖含量呈顯著正相關(guān)（P<0.05，下同）;發(fā)株率與蔗莖產(chǎn)量呈顯著正相關(guān);枯心率與莖徑呈顯著正相關(guān)，與有效莖數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.001，下同）;有效莖數(shù)與蔗莖產(chǎn)量和糖含量呈極顯著正相關(guān);蔗莖產(chǎn)量與糖含量呈極顯著正相關(guān);莖徑與萌芽率、有效莖數(shù)、蔗糖分和纖維分呈負(fù)相關(guān);蔗糖分與發(fā)株率、分蘗率、枯心率、黑穗病率、梢腐病率、株高、莖徑和蔗莖產(chǎn)量均呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)不顯著（P>0.05）。說明甘蔗各農(nóng)藝性狀指標(biāo)間存在相互聯(lián)系、相互制約關(guān)系，但應(yīng)用13個性狀指標(biāo)直接評價一個甘蔗品種（系）的優(yōu)劣，會導(dǎo)致評價結(jié)果存在較大誤差，因此，需進(jìn)一步利用因子分析法將13個性狀指標(biāo)減少為4個公因子，以簡化數(shù)據(jù)和更科學(xué)客觀地評價甘蔗品種（系）。

2. 2 甘蔗新品種（系）農(nóng)業(yè)性狀因子分析結(jié)果

2. 2. 1 公因子的選擇 對參試新品種（系）的13個農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果如表4所示。對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，各主因子的特征根、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率見表5。由表5可知，前4個因子變量的特征根均大于1.000，且經(jīng)過最大方差旋轉(zhuǎn)后其方差貢獻(xiàn)率分別為28.163%、18.567%、18.097和16.948%，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)81.775%，即由有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量和糖含量組成的產(chǎn)量—糖含量因子（F1）、蔗糖分因子（F2）、莖徑因子（F3）及分蘗率因子（F4）4個公因子已能反映甘蔗13個農(nóng)藝性狀指標(biāo)的大部分信息，因此，可選取這4個公因子作為甘蔗品種（系）的農(nóng)藝性狀綜合評價指標(biāo)。

為更加突出主要公因子的作用，將其進(jìn)行方差最大正交旋轉(zhuǎn)，獲得主要公因子方差極大正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣（表6）。從表6可看出，第一公因子（F1）主要由有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量和糖含量3個因子組成，綜合反映甘蔗的高產(chǎn)、高糖育種目標(biāo);第二公因子（F2）由蔗糖分組成，而蔗糖分與產(chǎn)量性狀如莖徑和蔗莖產(chǎn)量等呈負(fù)相關(guān)，在甘蔗品種選育過程中，需兼顧產(chǎn)量與蔗糖分的關(guān)系;第三公因子（F3）由莖徑因子組成，而莖徑與萌芽率、蔗糖分和有效莖數(shù)呈負(fù)相關(guān)，說明莖徑越大，萌芽率和蔗糖分越低，有效莖數(shù)就越少，因此在甘蔗新品種（系）選育過程中不宜一味追求大種莖;第四公因子（F4）由分蘗率因子組成，而分蘗率與蔗糖分呈負(fù)相關(guān)，說明甘蔗品種（系）的分蘗率不宜過高，在甘蔗新品種（系）選育過程中以分蘗率中等為選擇目標(biāo)即可。

2. 2. 2 各甘蔗品種（系）農(nóng)藝性狀的公因子得分及綜合排名 對甘蔗品種（系）農(nóng)藝性狀的公因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得各公因子的得分系數(shù)矩陣（表7），并計算甘蔗新品種（系）農(nóng)藝性狀各公因子的得分及其綜合評價分值（表8）。由表8可知，桂糖08-6的綜合分值為0.801，綜合排名第一，桂糖08-120的綜合分值為0.717，綜合排名第二，這2個品種（系）均可在廣西崇左蔗區(qū)特別是龍州蔗區(qū)推廣種植;而桂糖07-1062的綜合分值為-0.828，綜合排名第十二，柳糖08-98的綜合分值為-0.057，綜合排名第十，桂糖07-108的綜合分值為-0.270，綜合排名第九，這3個品種（系）不適宜在龍州蔗區(qū)推廣種植。

2. 3 甘蔗新品種（系）的聚類分析結(jié)果

選用因子分析中篩選出對12個甘蔗品種（系）影響較大的農(nóng)藝性狀（有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量、糖含量、蔗糖分、莖徑和分蘗率），采用歐式距離類平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，結(jié)果（圖1）表明，以歐氏距離15為臨界點，可將12個甘蔗品種（系）分為五大類群，各類群甘蔗品種（系）農(nóng)藝性狀指標(biāo)的平均值見表9。其中，第I類包括桂糖06-1215、桂糖05-3217、桂糖08-120、桂糖09-1743和桂糖06-98，其發(fā)芽率、發(fā)株率、有效莖數(shù)和蔗莖產(chǎn)量一般，黑穗病率較高，蔗糖分較高，該類材料需繼續(xù)提高甘蔗蔗莖產(chǎn)量和降低黑穗病率;第II類包括桂糖08-460、桂糖07-1062和桂糖07-108，其分蘗率和株高一般，有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分均較高，該部分材料除需保持蔗莖產(chǎn)量和蔗糖分外，還需適當(dāng)延長宿根年限;第III類包括ROC22（CK）和柳糖08-98，其分蘗率、有效莖數(shù)和蔗莖產(chǎn)量均較低，發(fā)株率和蔗糖分表現(xiàn)一般，黑穗病率較高，此類材料需以繼續(xù)提高有效分蘗率和蔗糖分及降低黑穗病率為改良目標(biāo);第IV類為桂糖08-6，其發(fā)芽率、分蘗率、發(fā)株率和有效莖數(shù)均較高，蔗糖分表現(xiàn)一般，黑穗病率和梢腐病率較高，此類材料需繼續(xù)提高產(chǎn)量和蔗糖分，同時需降低黑穗病率;第V類為桂熱2號，其發(fā)芽率、發(fā)株率和株高均較高，但分蘗率和蔗糖分較低，有效莖數(shù)中等，此類材料需以提高甘蔗有效分蘗率和蔗糖分為育種目標(biāo)。

3 討論

俞先華等（2019）研究顯示，7個甘蔗品種（系）的農(nóng)藝性狀可簡化為單莖重—產(chǎn)量因子、有效莖數(shù)—糖含量因子和錘度—糖含量因子3個主成分，而周會等（2012）可將9個甘蔗數(shù)量性狀簡化為糖分因子、莖徑—葉因子、莖數(shù)—葉因子和株高因子4個主成分。本研究應(yīng)用因子分析法將甘蔗13個農(nóng)藝性狀簡化為4個公因子，即由有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量和糖含量組成的產(chǎn)量—糖含量因子、蔗糖分因子、莖徑因子和分蘗率因子，其累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)81.775%，這4個公因子已能代表甘蔗13個農(nóng)藝性狀的大部分信息，與周會等（2012）、俞先華等（2019）的研究結(jié)果存在差異，可能與甘蔗種植年限及所分析的農(nóng)藝性狀不完全相同有關(guān)。

在因子分析基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析，可有效剔除一些不重要因子，使分析結(jié)果更精確，在種質(zhì)資源分析及評價中應(yīng)用效果較好（李春花等，2015）。陸鑫等（2011）利用因子分析過程的最大方差法對公因子軸進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)后可將較多的性狀減少為少數(shù)幾個公因子進(jìn)行選擇和性狀改良。本研究采用因子分析和聚類分析法篩選出綜合性狀較佳的甘蔗品種（系），并分析其需要改良的性狀，有利于選擇互補的親本進(jìn)行組配，以達(dá)到高產(chǎn)、高糖、高抗、宿根性好的育種目標(biāo)。其中，桂糖08-6的發(fā)芽率、發(fā)株率、有效莖數(shù)和分蘗率均較高，但蔗糖分一般，黑穗病率和梢腐病率較高，在今后的育種實踐中需繼續(xù)保持蔗莖產(chǎn)量，提高蔗糖分，同時還需降低黑穗病率;桂糖08-120的發(fā)芽率、發(fā)株率、有效莖數(shù)和蔗莖產(chǎn)量一般，但蔗糖分較高，需繼續(xù)提高蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量;桂熱2號的發(fā)芽率、發(fā)株率和株高均較高，但分蘗率和蔗糖分較低，在育種過程中需提高有效分蘗率和蔗糖分。

本研究相關(guān)分析結(jié)果表明，甘蔗的株高與莖徑、有效莖數(shù)、蔗莖產(chǎn)量和糖含量呈正相關(guān);莖徑與有效莖數(shù)和蔗糖分呈負(fù)相關(guān)，與其他性狀呈正相關(guān);有效莖數(shù)與蔗莖產(chǎn)量和糖含量呈極顯著正相關(guān)，與俞先華等（2020）、陸鑫等（2011）的研究結(jié)果一致;其他各性狀間也存在一定的關(guān)聯(lián)，尤其是有效莖數(shù)與蔗莖產(chǎn)量和糖含量呈極顯著正相關(guān)，但有效莖數(shù)與莖徑呈負(fù)相關(guān)。因此，選育甘蔗優(yōu)良新品種（系）時需兼顧有效莖數(shù)和莖徑，選擇莖徑中等偏上及有效莖適中的品種。

4 結(jié)論

桂糖08-6具有萌芽率和發(fā)株率高及分蘗力強(qiáng)等特點，桂糖08-120具有蔗糖分較高和綜合評分較高特點，二者均可在廣西崇左蔗區(qū)特別是龍州蔗區(qū)推廣種植。

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（責(zé)任編輯 思利華）