基于多元統(tǒng)計(jì)方法的江蘇食用向日葵主要農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)

紀(jì)洪亭 王勇 趙韓偉 曾燕楠 狄佳春 程潤(rùn)東 朱銀 王慶南 趙荷娟

摘要：旨在掌握江蘇省地方食用向日葵種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀，篩選食用向日葵優(yōu)良種質(zhì)資源，為江蘇食用向日葵新品種選育提供理論依據(jù)。對(duì)江蘇13份食用向日葵地方種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，結(jié)果表明，13份食用向日葵資源主要農(nóng)藝性狀變異較大，變異系數(shù)為9.66%～66.03%，其中單株實(shí)粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率變異系數(shù)較大，其次是百粒質(zhì)量、株高、葉片數(shù)，變異系數(shù)在22.07%～28.91%之間;花盤(pán)直徑、籽仁率、籽粒長(zhǎng)和籽粒寬的變異系數(shù)較小，變異系數(shù)在9.66%～16.99%之間。分別采用相關(guān)分析法和主成分分析法計(jì)算綜合隸屬函數(shù)值，對(duì)食用向日葵綜合農(nóng)藝性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，2種方法對(duì)綜合農(nóng)藝性狀的評(píng)價(jià)較為一致。根據(jù)相關(guān)分析法計(jì)算的綜合隸屬函數(shù)值，采用聚類分析方法將13份食用向日葵種質(zhì)資源分為4類，篩選出綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好的種質(zhì)資源1份，綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好的種質(zhì)資源6份。

關(guān)鍵詞：食用向日葵;農(nóng)藝性狀;綜合評(píng)價(jià);多元統(tǒng)計(jì)分析方法

中圖分類號(hào)：S565.503?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）22-0105-05

收稿日期：2021-03-02

基金項(xiàng)目：江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目 （編號(hào)：JATS[2020]013）。

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)洪亭（1987—），男，山東青州人，博士，助理研究員，主要從事向日葵遺傳育種研究。E-mail：jihongting2010@126.com。

通信作者：趙荷娟，研究員，主要從事甘薯、向日葵遺傳育種研究。E-mail：zhuzhao603@163.com。

向日葵（Helianthus annuus L.）屬于菊科向日葵屬一年生草本植物，根據(jù)用途可分為食用向日葵、油用向日葵和觀賞向日葵[1]，其對(duì)干旱、鹽堿、貧瘠的土壤具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，以及人民對(duì)美好生活需求的日益增加，對(duì)好吃、好看、高效作物的種植需求越來(lái)越大[2]。向日葵集油用、食用、觀賞多功能于一體，已成為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)和休閑觀光農(nóng)業(yè)的特色優(yōu)勢(shì)作物，在服務(wù)休閑觀光農(nóng)業(yè)發(fā)展、助力鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮了積極作用[3]。近年來(lái)，江蘇休閑觀光農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，已成為重要的民生產(chǎn)業(yè)和新型消費(fèi)業(yè)態(tài)，向日葵在休閑觀光農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用有力地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)[4]。

種質(zhì)資源是作物遺傳育種研究的基礎(chǔ)，種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)對(duì)作物育種具有重要意義。地方向日葵種植資源不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥?、氣候等環(huán)境條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，而且對(duì)當(dāng)?shù)亓餍械闹饕『哂休^好的抗性[5]。目前，有關(guān)地方向日葵種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)分析研究已有報(bào)道。孫長(zhǎng)君等對(duì)遼寧省食用向日葵優(yōu)良種質(zhì)資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，篩選出豐產(chǎn)性好、具有優(yōu)良性狀的種質(zhì)[6]。楊素梅等采用主成分分析法和聚類分析法對(duì)冀西北食葵地方資源農(nóng)藝性狀進(jìn)行了鑒定與分析[7-8]。魏忠芬等對(duì)貴州向日葵地方種質(zhì)資源分布及種質(zhì)資源表型性狀進(jìn)行了調(diào)查與分析[9]。目前，有關(guān)江蘇食用向日葵種質(zhì)資源評(píng)價(jià)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究從江蘇收集到13份向日葵地方種質(zhì)資源，分別采用相關(guān)分析法和主成分分析確定權(quán)重系數(shù)，應(yīng)用隸屬函數(shù)法對(duì)其主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合分析，旨在全面掌握江蘇地方食用向日葵種質(zhì)資源主要農(nóng)藝性狀，篩選向日葵優(yōu)良種質(zhì)資源，為江蘇地方食用向日葵新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

供試食用向日葵種質(zhì)材料由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所提供，其編號(hào)、種子外觀、來(lái)源詳見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所進(jìn)行，于2020年5月21日播種，6月1日移栽，移栽株距60 cm，行距80 cm。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 主要生長(zhǎng)指標(biāo) 成熟期測(cè)定株高、葉片數(shù)、花盤(pán)直徑、籽粒長(zhǎng)、籽粒寬，手動(dòng)脫粒后烘干測(cè)定百粒質(zhì)量、單株實(shí)粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率。

1.3.2 權(quán)重系數(shù) 根據(jù)楊勁松等的方法[10-11]計(jì)算各主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，計(jì)算公式分別為

（1）相關(guān)分析法

Wj=rij∑rij。（1）

式中：Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值;rij為第i個(gè)品種第j個(gè)指標(biāo)農(nóng)藝性狀指標(biāo)與其他指標(biāo)的之間相關(guān)系數(shù)的平均值。

（2）主成分分析法

Wj=Lj1×PC1+Lj2×PC2+Lj3×PC3PC1+PC2+PC3。（2）

式中：Lj1、Lj2、Lj3分別為第j個(gè)指標(biāo)在第1、2、3主成分的載荷，PC1、PC2、PC3分別為第1、2、3主成分的方差貢獻(xiàn)率。

1.3.3 綜合隸屬函數(shù)值 根據(jù)各農(nóng)藝性狀指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和隸屬函數(shù)值計(jì)算綜合隸屬函數(shù)值，其計(jì)算公式為

Di=∑Uij×Wj;（3）

Uij=Xij-XminXmax-Xmin。（4）

式中：Dj為第i個(gè)品種的總隸屬函數(shù)值，Uij為第i個(gè)品種的第j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xij為第i個(gè)品種的第j個(gè)指標(biāo)，Xmin為第j個(gè)指標(biāo)的最小值，Xmax為第j個(gè)指標(biāo)的最大值。

1. 4 統(tǒng)計(jì)分析

用Excel整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 20.0對(duì)各農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析，用Origin軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種食用向日葵主要農(nóng)藝性狀

2.1.1 結(jié)實(shí)率 由表2可知，不同食用向日葵品種的結(jié)實(shí)率在18.35%～85.82%之間，變異系數(shù)為42.81%。V1、V7、V13品種的結(jié)實(shí)率較高，分別為81.33%、81.73%、85.82%;其次為V2、V10、V8、V6，結(jié)實(shí)率分別為70.02%、56.26%、53.61%、50.77%;V9、V3、V12、V11、V4、V5品種的結(jié)實(shí)率較低，分別為47.03%、40.67%、34.40%、33.97%、23.42%、18.35%。

2.1.2 百粒質(zhì)量 由表2可知，不同食用向日葵品種的百粒質(zhì)量在9.31 ～18.43 g之間，變異系數(shù)為22.24%。V13、V5、V4品種的百粒質(zhì)量較高，分別為18.43、16.97、15.92 g;其次為V1、V2、V3、V6、V7、V8、V9、V10、V12品種，百粒質(zhì)量在10.22 ～12.99 g之間;V11品種的百粒質(zhì)量最低，為9.31 g。

2.1.3 單株實(shí)粒質(zhì)量 由表2可知，不同食用向日葵品種的單株實(shí)粒質(zhì)量在19.58～167.51 g之間，變異系數(shù)較大（66.03%）。V7和V13品種的單株實(shí)粒質(zhì)量較高，分別為102.31 g和167.51 g;其次為V1、V2和V8品種，單株實(shí)粒質(zhì)量在60.43～76.02 g之間，V3、V6、V10品種的單株實(shí)粒質(zhì)量在43.64～54.26 g之間，而V4、V5、V9、V11、V12品種的單株實(shí)粒質(zhì)量較小，在19.58 ～36.38 g之間。

2.1.4 株高 由表2可知，不同食用向日葵品種的株高在134.60 ～390.43 cm之間，變異系數(shù)為28.91%。V13品種的株高最高，為390.43 cm;其次為V4、V5、V7、V8、V9、V10品種，株高在247.10～256.30 cm之間;而V6、V11、V12品種的株高較小，在134.60～164.20 cm之間。

2.1.5 葉片數(shù) 由表2可知，不同食用向日葵品種的葉片數(shù)在59～122張之間，變異系數(shù)為22.07%。V13品種的葉片數(shù)最多（122張）;其次為V1、V7品種，葉片數(shù)均為77張;其余品種葉片數(shù)在59～74張之間。

2.1.6 花盤(pán)直徑 由表2可知，不同食用向日葵品種的花盤(pán)直徑在14.05～24.50 cm之間，變異系數(shù)為16.99%。V3、V4、V5、V13品種的花盤(pán)直徑較大，在22.30～24.50 cm之間;而V6、V9、V11品種的花盤(pán)直徑較小，在14.05～16.40 cm之間;其余品種花盤(pán)直徑在17.35～20.40 cm之間。

2.1.7 籽仁率 由表2可知，不同食用向日葵品種的籽仁率在45.00%～65.07%之間，籽仁率變異系數(shù)最?。?.66%）。V10品種的籽仁率最大（65.07%）;而V1、V5、V6、V12品種的籽仁率較小，在45.00%～49.82%之間;其余品種籽仁率在50.46%～56.43%之間。

2.1.8 籽粒長(zhǎng) 由表2可知，不同食用向日葵品種的籽粒長(zhǎng)在1.45～2.10 cm之間，變異系數(shù)為12.25%。V1、V6、V12、V13品種的籽仁率較小，在1.45～1.60 cm之間;其余品種籽粒長(zhǎng)在1.80～2.10 cm之間。

2.1.9 籽粒寬 由表2可知，不同食用向日葵品種的籽粒寬在0.55～0.95 cm之間，變異系數(shù)為14.63%。V13品種的籽粒寬最大，V9品種的籽粒寬最小，其余品種的籽粒寬在0.60 ～0.80 cm之間。

2.2 食用向日葵主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

表3為食用向日葵主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析，可以看出，單株實(shí)粒質(zhì)量與結(jié)實(shí)率、株高、葉片數(shù)和籽粒寬呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。結(jié)實(shí)率與葉片數(shù)呈顯著正相關(guān)（P<0.05），表明葉片越多，越有利于提高食用向日葵的結(jié)實(shí)率。百粒質(zhì)量與株高、花盤(pán)直徑呈極顯著正相關(guān)，與葉片數(shù)和籽粒寬呈顯著正相關(guān)。

2.3 不同品種食用向日葵主要農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 權(quán)重的確定 本研究分別采用相關(guān)分析法和主成分分析法確定權(quán)重。表4為主要農(nóng)藝性狀的平均相關(guān)系數(shù)和權(quán)重系數(shù)。從權(quán)重系數(shù)來(lái)看，單株實(shí)粒質(zhì)量、株高、葉片數(shù)的權(quán)重較高，其次是籽粒寬、百粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率、花盤(pán)直徑，籽仁率和籽粒長(zhǎng)權(quán)重系數(shù)較小。

對(duì)13份品種食用向日葵進(jìn)行主成分分析（表5），可以看出，3個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為51.09%、20.57%和17.26%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為88.92%。決定第1主成分大小的主要是單株實(shí)粒質(zhì)量、株高、葉片數(shù)和籽粒寬，決定第2主成分大小的主要是結(jié)實(shí)率、百粒質(zhì)量、花盤(pán)直徑、籽粒長(zhǎng)，決定第3主成分大小的主要是籽仁率。從不同性狀指標(biāo)的權(quán)重來(lái)看，株高的權(quán)重最大，其次為百粒質(zhì)量、籽仁率、單株實(shí)粒質(zhì)量、葉片數(shù)、花盤(pán)直徑，結(jié)實(shí)率、籽粒長(zhǎng)和籽粒寬的權(quán)重較小。

2.3.2 食用向日葵主要農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià) 食用向日葵主要農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)根據(jù)綜合隸屬函數(shù)值來(lái)確定。采用隸屬函數(shù)法計(jì)算出不同品種主要農(nóng)藝性狀的隸屬函數(shù)值，根據(jù)相關(guān)分析法和主成分分析法確定權(quán)重系數(shù)，最終計(jì)算綜合隸屬函數(shù)值。將2種方法計(jì)算的綜合隸屬函數(shù)值作1 ∶1圖。由圖1可知，2種方法計(jì)算的綜合隸屬函數(shù)值相關(guān)關(guān)系較好。對(duì)2種方法計(jì)算出的綜合隸屬函數(shù)值作統(tǒng)計(jì)分析（圖2），結(jié)果表明，這2種方法計(jì)算的綜合隸屬函數(shù)值統(tǒng)計(jì)特征值基本一致。總體而言，盡管2種評(píng)價(jià)方法計(jì)算的權(quán)重和綜合隸屬函數(shù)值有所差異，但其評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致。

2.4 不同品種食用向日葵聚類分析

根據(jù)相關(guān)分析法綜合函數(shù)值（圖2），采用歐式距離分析不同品種食用向日葵主要農(nóng)藝性狀差異大小，采用組間聯(lián)接法進(jìn)行系統(tǒng)聚類。由圖3可知，不同食用向日葵可分為4類，第1類包括V13，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好;第2類包括V1、V4、V5、V7、V8、V10，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好;第3類包括V2、V3、V6、V9，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)一般;第4類包括V11和V12，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較差。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)向日葵主要農(nóng)藝性狀的分析，篩選優(yōu)良向日葵種質(zhì)資源是向日葵育種工作的基礎(chǔ)[5]。白葦?shù)葘?duì)冀西北50份食葵地方資源農(nóng)藝性狀分析得出，10份主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)變異系數(shù)為6.98%～54.78%，其中莖粗、花盤(pán)直徑、籽粒長(zhǎng)變異系數(shù)相對(duì)較小[8]。本研究對(duì)13份食用向日葵資源主要農(nóng)藝性狀變異較大，其變異系數(shù)為9.66%～66.03%，其中單株實(shí)粒質(zhì)量、結(jié)實(shí)率變異系數(shù)較大，其次是百粒質(zhì)量、株高、葉片數(shù)，在22.07%～28.91%之間，花盤(pán)直徑、籽仁率、籽粒長(zhǎng)和籽粒寬的變異系數(shù)較小，在9.66%～16.99%之間。本研究篩選出綜合性狀較好的品種V13，該品種的結(jié)實(shí)率、百粒質(zhì)量、單株實(shí)粒質(zhì)量最大，株高最高，葉片數(shù)最多，籽粒最寬，花盤(pán)直徑、籽仁率相對(duì)較大。篩選出結(jié)實(shí)率高的品種有2份，分別為V1和V7，百粒質(zhì)量和花盤(pán)直徑較大的品種有2份，分別為V4和V5，籽仁率較高的品種有3份，分別為V8、V9和V10。

多元統(tǒng)計(jì)方法如主成分分析、隸屬函數(shù)分析、聚類分析等已被廣泛用于作物品種篩選和性狀評(píng)價(jià)[12-14]。本研究采用相關(guān)分析法和主成分分析法確定不同農(nóng)藝性狀的權(quán)重，結(jié)合隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)江蘇地區(qū)13份食用向日葵主要農(nóng)藝性狀。該綜合評(píng)價(jià)方法不僅考慮了評(píng)價(jià)因素指標(biāo)值，還考慮了不同性狀指標(biāo)的權(quán)重，從而保證評(píng)價(jià)精度和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性[10，15]。根據(jù)相關(guān)分析法計(jì)算的綜合隸屬函數(shù)值，采用聚類分析方法將13份食用向日葵分為4類，第1類包括V13，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好;第2類包括V1、V4、V5、V7、V8、V10，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好;第3類包括V2、V3、V6、V9，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)一般;第4類包括V11和V12，其綜合農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較差。

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