散穗高粱和紅殼蘇丹草雜交F2 代群體農(nóng)藝性狀的相關(guān)和聚類分析

石 悅，賀如彤，丁海君，房永雨，柴文娟

（1.集寧師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 集寧 012000；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

內(nèi)蒙古的畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)青飼牧草需求較大，飼草不足直接制約內(nèi)蒙古畜牧業(yè)的發(fā)展，影響家畜的正常生長(zhǎng)及畜產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，進(jìn)而限制農(nóng)區(qū)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的規(guī)模和速度[1]。

高丹草是由散穗高粱和紅殼蘇丹草種間雜交育成的一年生飼用作物，兼具高粱抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)草量高、葉量豐富及蘇丹草適口性好、分蘗多、抗旱、葉量大等特性[2-3]。

聚類分析是在相似的基礎(chǔ)上總結(jié)數(shù)據(jù)而對(duì)特定研究對(duì)象進(jìn)行的分類統(tǒng)計(jì)方法，其描述數(shù)據(jù)與比較不同數(shù)據(jù)源之間的相似性，進(jìn)而將數(shù)據(jù)分到有差異的簇中[4-6]；李莉等[7]研究了糧飼兼用玉米品種農(nóng)藝性狀對(duì)生物產(chǎn)量和籽實(shí)產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明其產(chǎn)量與株高、葉片數(shù)、莖粗、穗長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)。呂鑫等[8]在不同環(huán)境條件下探討了飼草高粱農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀間的關(guān)系，對(duì)各品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和聚類分析。潘哲超等[9]對(duì)68 份馬鈴薯品種的重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性、主成分和聚類分析，結(jié)果將68 份馬鈴薯品種分為3 個(gè)類群：Ⅰ類晚熟，高抗晚疫；Ⅱ類中熟，中抗晚疫；Ⅲ類早熟，易感晚疫。段清清等[10]以蒙古冰草與冰草雜交品種為材料，研究分析表明每小穗小花數(shù)對(duì)千粒重影響最大，聚類分析將其116 個(gè)單株分為3 類。

為明確對(duì)高丹草產(chǎn)量生產(chǎn)影響較大的關(guān)鍵性狀，該研究通過測(cè)量高丹草的株高、葉長(zhǎng)、葉寬、葉數(shù)、穗長(zhǎng)、莖粗、穗寬、單株鮮重、單株穗粒數(shù)9 個(gè)農(nóng)藝性狀，采用SPSS 26.0 軟件對(duì)高丹草9 個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行變異、相關(guān)和聚類分析，可有效明確各農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的影響，從而找到影響產(chǎn)量的主要因素指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以散穗高粱（母本）和紅殼蘇丹草（父本）進(jìn)行雜交并自交獲得的F2代群體（以下稱高丹草F2代群體）為材料，于2019年5月種植于集寧師范學(xué)院植物園。

1.2 試驗(yàn)方法

采用高丹草F2代群體中的200 個(gè)單株材料進(jìn)行試驗(yàn)，小區(qū)面積13.34 m2（長(zhǎng)6.67 m，寬2 m），行距40 cm，株距15 cm。采用穴播，每穴2 粒，并進(jìn)行田間統(tǒng)一正常管理。在生長(zhǎng)后期隨機(jī)進(jìn)行性狀調(diào)查，考察的性狀有株高、莖粗、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、穗長(zhǎng)、穗寬、單株穗粒重共9 個(gè)農(nóng)藝性狀，具體參照石悅等[11]測(cè)定指標(biāo)的方法。

采用Excel 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行變異分析、相關(guān)性分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 高丹草F2 代群體主要農(nóng)藝性狀的變異分析

由表1 可知，200 份群體材料間的主要農(nóng)藝性狀存在豐富的變異。株高平均337.26 cm，變化范圍為200.00～459.00 cm；莖粗平均0.80 cm，變化范圍0.15～1.53 cm；葉片數(shù)平均8.41 個(gè)，變化范圍在6.00～12.00 個(gè)；葉長(zhǎng)、葉寬、穗長(zhǎng)、穗寬的平均值分別為78.73、4.67、39.92、22.25 cm，其變化范圍分別為60.50～101.30 cm、2.60～7.50 cm、17.00～60.00 cm、5.00～43.00 cm；總分蘗數(shù)平均2.60 個(gè)，變化范圍為0～9.00個(gè)；單株鮮穗重平均29.18 g，變化范圍在4.30～79.74 g。

從表1 還可以看出，高丹草各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)范圍為10.00%～63.07%，總分蘗數(shù)的變異系數(shù)最大，為63.07%，其次是單株鮮穗重，其變異系數(shù)為52.09%；穗寬和莖粗的變異系數(shù)分別為38.29%、32.50%，變異較明顯。葉長(zhǎng)、株高、葉片數(shù)、葉寬、穗長(zhǎng)這5 個(gè)性狀的變異系數(shù)在10.00%～18.59%，靜態(tài)穩(wěn)定性相對(duì)較好，說明這些性狀受環(huán)境和栽培管理?xiàng)l件影響較小。莖粗、穗寬、單株鮮穗重、總分蘗數(shù)變異系數(shù)均在20%以上，說明這4 個(gè)性狀受環(huán)境影響和栽培條件影響較大，特別是總分蘗數(shù)和單株鮮穗重分別達(dá)到63.07%和52.09%，其靜態(tài)穩(wěn)定性比較差，受環(huán)境和栽培管理?xiàng)l件影響較大[5]。可通過合適的種植方式和調(diào)節(jié)管理來改善農(nóng)藝性狀的狀況。

2.2 高丹草F2 代群體主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

由表2 可知，株高與莖粗、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、穗寬、單株鮮穗重存在顯著性差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.347、0.738、0.472、0.416、0.282、0.642；莖粗與葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、穗長(zhǎng)、穗寬、分蘗數(shù)、單株鮮穗重存在顯著性差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.329、0.286、0.364、0.243、0.317、0.216、0.480；葉片數(shù)與葉長(zhǎng)和單株鮮穗重有顯著性差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.404、0.493；葉長(zhǎng)與穗長(zhǎng)和單株鮮穗重有顯著性差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.197、0.410；葉寬與單株鮮穗重存在顯著性差異，相關(guān)系數(shù)為0.240；穗長(zhǎng)與穗寬、分蘗數(shù)和單株鮮穗重存在顯著性差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.511、0.251、0.449；穗寬與分蘗數(shù)和單株鮮穗重存在顯著性差異，相關(guān)系數(shù)分別為0.210、0.376。

表2 高丹草F2 代群體農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析

2.3 高丹草F2 代群體主要農(nóng)藝性狀的聚類分析

系統(tǒng)聚類分析結(jié)果表明，在歐氏距離為6.50 時(shí)，200個(gè)高丹草F2代單株可以聚為4 類（圖1），各類群組成及各類群主要農(nóng)藝性狀的平均值見表3。第Ⅰ類包含124 個(gè)高丹草F2代群體單株，特征表現(xiàn)為植株較高，莖粗、葉片數(shù)、葉寬和葉長(zhǎng)等性狀均值較高；第Ⅱ類包含58 個(gè)單株，明顯特征表現(xiàn)為植株高度最高，其他如莖粗、葉片數(shù)、分蘗數(shù)、穗長(zhǎng)、單株穗重等農(nóng)藝性狀整體均值較高；第Ⅲ類包含2 個(gè)高丹草F2代群體單株，分別為F2-16、F2-145，明顯特征表現(xiàn)為各農(nóng)藝性狀整體均值最低；第Ⅳ類包含16 個(gè)單株，各農(nóng)藝性狀整體均值表現(xiàn)介于第Ⅰ與第Ⅲ類群體之間。

表3 參試品主要農(nóng)藝性狀及抗性

表3 高丹草F2 代群體4 個(gè)類群各農(nóng)藝性狀的平均值

圖1 高丹草F2 代群體主要農(nóng)藝性狀的聚類分析

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)研究高丹草各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)范圍是10.00%～63.07%，總分蘗數(shù)和單株鮮穗重的變異系數(shù)分別達(dá)到了63.07%、52.09%，說明高丹草F2代群體里存在著具有多穗粒優(yōu)良性狀的單株。株高、莖粗、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、穗長(zhǎng)、穗寬分別對(duì)單株鮮穗重的產(chǎn)量存在顯著性差異，其中通過促進(jìn)高丹草株高、莖粗、穗長(zhǎng)、穗寬等的生長(zhǎng)，可以提高單株鮮穗重的產(chǎn)量。根據(jù)9 個(gè)農(nóng)藝性狀的數(shù)據(jù)對(duì)高丹草F2代群體的200 個(gè)單株進(jìn)行聚類分析，將其分為四大類。其中，第Ⅱ類有最高的株高，整體均值最高，為優(yōu)良的種質(zhì)資源，這類材料的枝繁葉茂特性可成為飼草，用于選育優(yōu)質(zhì)牧草。

高丹草種間F2代群體單株在株高、穗部性狀等農(nóng)藝性狀存在明顯差異，性狀的差異顯著性各不相同。分蘗數(shù)和單株鮮穗重的變異系數(shù)分別達(dá)到了63.07%、52.09%，說明高丹草F2代群體里存在著具有多穗粒的優(yōu)良性狀單株，其余農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)也達(dá)到了相當(dāng)高的水平（10.00%～38.29%），可見，高丹草F2代群體種質(zhì)資源在多個(gè)農(nóng)藝性狀上差異明顯，類型廣泛，有一定的選擇范圍優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)系數(shù)是表示性狀間的相關(guān)程度，在性狀選擇上，不僅要注意目標(biāo)性狀的選擇，還要注意與之有相互制約關(guān)系的其他農(nóng)藝性狀。如株高、莖粗、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、穗長(zhǎng)、穗寬等農(nóng)藝性狀對(duì)最終產(chǎn)量都有影響，在選擇單株鮮穗重優(yōu)良性狀時(shí)，應(yīng)綜合利用其他農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的促進(jìn)和制約作用，以提高高丹草新品種改良的效率。張俊麗等[12]引進(jìn)飼用高粱、高丹草和青貯玉米等13 個(gè)優(yōu)質(zhì)品種用于適合寧夏黃灌區(qū)麥后復(fù)種，復(fù)種飼用高丹草、高粱等品種農(nóng)藝性狀相關(guān)性表明鮮草產(chǎn)量與莖粗、株高顯著正相關(guān)，莖粗與葉寬、葉片數(shù)、葉面積顯著正相關(guān)。

聚類分析的目標(biāo)就是在相似的基礎(chǔ)上收集數(shù)據(jù)來分類，分析過程和結(jié)果簡(jiǎn)單、直觀。借助相關(guān)性可以有效明確各農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的影響，通過聚類分析圖可以注意影響結(jié)果的各個(gè)因素，從而找到影響產(chǎn)量的主要因素指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。譚禾平等[13]對(duì)115 個(gè)糯玉米品種農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析和聚類分析，結(jié)果表明9 個(gè)農(nóng)藝性狀間存在顯著和極顯著相關(guān)關(guān)系，將115 個(gè)糯玉米分為8 類，第Ⅵ類品種產(chǎn)量最高，生育期最長(zhǎng)，株型也最高大，第Ⅶ類品種生育期最短，產(chǎn)量最低，其他各性狀指標(biāo)也相對(duì)處在最低位。賀禮英等[14]對(duì)41 個(gè)沿淮地區(qū)菜用大豆品種進(jìn)行相關(guān)性、聚類和主成分分析，12 個(gè)性狀間存在較大差異，變異系數(shù)范圍為6.45%～31.41%；通過聚類分析將41 個(gè)菜用大豆分為4 類。該研究將高丹草F2代群體在歐氏距離6.50 處進(jìn)行聚類分析分為四大類，第Ⅰ類包含群體單株數(shù)量最多124 個(gè)，其各農(nóng)藝性狀介于第Ⅱ類和第Ⅲ類之間；第Ⅲ類僅包含2 個(gè)單株，為F2-16、F2-145，明顯特征表現(xiàn)為各農(nóng)藝性狀整體均值最低；第Ⅱ類有最高的株高且各農(nóng)藝性狀整體均值最高，都具有高稈、多枝葉、多穗粒的特點(diǎn)，可被用于選育優(yōu)質(zhì)牧草。