不同木薯品種（系）農藝性狀分析及高產品種（系）篩選

肖明昆 劉光華 宋記明 劉 倩 段春芳,3 姜太玲 張林輝,3嚴 煒 沈紹斌 周迎春 熊賢坤 羅 鑫 白麗娜 李月仙

（1云南省農業(yè)科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所，678000，云南保山；2云南省農業(yè)科學院生物技術與種質資源研究所，650205，云南昆明；3保山全心農業(yè)科技有限公司，678000，云南保山）

木薯（Manihot esculentaCrantz）為大戟科木薯屬植物，是世界三大薯類作物之一，也是全球第六大糧食作物[1]，主要種植于非洲、亞洲和拉丁美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)[2]。在一些非洲國家，每天約25%的能量攝入是由木薯提供[3]。19世紀20年代，為緩解糧食危機、保障糧食安全而引入中國，起初主要種植于廣東、廣西和海南，現在已逐步擴大到云南、福建、貴州、湖南和江西等省份[4]。云南省作為木薯種植的主要產區(qū)之一，不但具有毗鄰越南、泰國等木薯主產國的區(qū)位優(yōu)勢，同時也具備土壤條件好、日照充足和適種區(qū)域較為廣闊的自然優(yōu)勢條件，因此發(fā)展前景廣闊[5]。但目前云南推廣種植的木薯品種均從海南、廣西等地引進，品種數量少[6]。經多年連作，現有品種產量下降，抗病蟲害能力減退，品種退化嚴重。因此，篩選適宜本區(qū)域種植的高產優(yōu)質木薯新品種（系）頗為重要。

目前，關于木薯的研究多集中在木薯淀粉的理化性質研究[7-10]和高產栽培研究[11-13]等。采用主成分分析及聚類分析相結合的方法對不同品種相關農藝性狀進行量化分析的研究鮮見報道。本文以不同木薯品種（系）為對象，借助主成分分析法對10個木薯品種（系）的9個主要農藝性狀指標進行量化對比分析，揭示株高、主莖粗、第1分枝高、落葉高度、地上鮮重、鮮薯個數、塊根長、塊根粗和單株產量的遺傳變異情況，探究產量與其他農藝性狀的相關性，為選育適宜本地種植的高產木薯種質提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地區(qū)概況

以10個不同木薯品種（系）（表1）為試驗材料。試驗在云南省農業(yè)科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所潞江壩基地（98°52′53″E，24°58′52″N）進行，海拔704m，屬低緯度準熱帶季風雨林偏干熱河谷過渡類型氣候，年均氣溫21.5℃，年均降雨量755.3mm，年蒸發(fā)量2111.5mm，≥10℃活動積溫7800℃，年日照時數2325.75h，相對濕度70%。土地相對平坦，水利條件優(yōu)越，土壤為沖積母質發(fā)育的沙壤土，有機質1.3%、pH 6.6、全氮1.09g/kg、全磷0.038%、全鉀2.5%、鎘含量0.11mg/kg、汞含量＜0.01mg/kg。

表1 試驗材料及來源Table 1 Overview and source of experimental materials

1.2 試驗設計

2019年3月起壟種植，采用完全隨機區(qū)組設計，設置10個處理，每個處理種植30株，重復3次。每個小區(qū)面積16m2，試驗區(qū)兩邊各設置1壟保護行。半高壟雙行栽培，壟高25cm，東西方向定植，行間距1.0m×0.8m。用40%啶蟲脒可溶性粉劑1500倍和5.7%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽水分散粒劑2000倍混合液浸泡木薯種莖10min后種植。在植株封行前，統(tǒng)一追施鉀肥450kg/hm2，其他田間管理按常規(guī)栽培技術進行，各處理田間管理措施一致。

1.3 測定項目與方法

于2020年3月中旬采收，每個品種（系）隨機從各小區(qū)選取10株進行調查，重復3次，共計300株?；凇兑M農作物種質資源試種鑒定技術規(guī)程》（NY/T 1737-2009）[14]中種質資源植物學特性鑒定要求和方法，分別調查株高、主莖粗、第1分枝高、落葉高度、地上鮮重、鮮薯個數、塊根長、塊根粗和單株產量9個主要農藝性狀指標。

1.4 數據處理

利用SPSS 21.0計算平均值及標準差等，對不同品種（系）的木薯各農藝性狀進行ANOVA分析及Pearson分析，分析不同木薯品種（系）農藝性狀的差異及相關性。用R語言和SPSS軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA），使用Origin 2021和Excel 2010繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 各木薯品種（系）農藝性狀分析

由表2可知，除落葉高度和塊根粗無顯著差異外（P＞0.05），其余的農藝性狀各品種（系）間存在顯著差異（P＜0.05）。株高、落葉高度、第1分枝高、地上鮮重和鮮薯個數最大的品種（系）分別為SG-9、GMT、SG-9、SC-1和GMT，最小均為SC9。主莖粗和塊根粗最大均為SC124，最小均為SG-9，GMT的塊根長與單株產量最大，GR891最小。綜合看來，GMT具有較大的單株產量。

表2 不同品種（系）木薯各農藝性狀比較Table 2 Comparison of agronomic traits of cassava of different varieties(lines)

續(xù)表2 Table 2(continued)

不同性狀平均變異系數（表2）表明，單株產量＞地上鮮重＞鮮薯個數＞落葉高度＞第1分枝高＞主莖粗＞塊根長＞塊根粗＞株高。從不同品種（系）來看，277、SG-9和GR891農藝性狀的變異較小，SC9、58-7和GMT的變異較大。

2.2 木薯農藝性狀的相關性分析

對10個不同木薯品種（系）的9個農藝性狀指標進行Pearson相關性分析。由表3可知，各農藝性狀間均具有極顯著的正相關關系（P＜0.01），表明各農藝性狀指標間相關性較強，指標信息之間存在重疊，適合采用主成分分析法提取少數指標，對木薯品質進行綜合評價。由表3還能看出，落葉高度、第1分枝高與株高、鮮薯個數與單株產量的相關性較強，相關系數分別為0.909、0.901和0.897。單株產量與鮮薯個數、塊根長的相關系數最高，分別為0.897和0.891，說明鮮薯個數與塊根長對單株產量起主導作用。而單株產量與株高、地上鮮重的相關系數僅為0.691和0.669，說明株高與地上鮮重對單株產量的影響較小。

表3 木薯農藝性狀的相關性分析Table 3 Correlation analysis of cassava agronomic traits

2.3 不同木薯品種（系）農藝性狀的主成分分析

對不同木薯品種（系）的株高（X1）、主莖粗（X2）、第1分枝高（X3）、落葉高度（X4）、地上鮮重（X5）、鮮薯個數（X6）、塊根長（X7）、塊根粗（X8）和單株產量（X9）9個農藝性狀進行主成分分析。結果（圖1）顯示，提取的2個主成分的累積方差貢獻率達88.1%（圖1a），表明提取的2個主成分可以代表測定的9個農藝性狀指標的絕大部分信息，因此，可將9個性狀綜合成2個主成分。第1主成分解釋了方差變異的77.0%，各農藝性狀與PC1均呈正相關關系，第1主成分主要與鮮薯個數、地上鮮重和第1分枝高等有關，其中，鮮薯個數是第1主成分的主導變量?？蓪⒌?主成分稱為生長因子。第2主成分解釋了方差變異的11.1%，主要與塊根長、單株產量等有關，其中，塊根長是第2主成分的主導變量。第2主成分集中反映了產量狀況，將第2主成分稱為產量因子。

主成分分析可以將多組數據的差異反映在二維坐標圖中。由圖1b可知，SG-9、GMT與SC9大部分位于第1、2象限，277和43-3大部分位于第2象限，58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205分布在第3和4象限，各品種（系）間的農藝性狀具有一定差異，也具有一定相似性?？傮w看來，GMT與其余品種的差異較大。綜上所述，高產木薯品種（系）選育時應著重考察塊根性狀。

2.4 得分方程建立

根據主成分與特征向量之間的關系，分別得到2個主成分的表達式：

式中，Y1、Y2是單個主成分得分值；X1～X9是每個木薯農藝性狀指標的標準化處理的數值。將每個木薯農藝性狀指標的標準化處理數據代入方程式計算出Y1、Y2，再根據Y1、Y2各自的方差貢獻率與2個成分累計貢獻率的比值為權重系數，建立綜合評分模型為Y=0.8737Y1+0.1263Y2，計算出10個不同木薯品種（系）的綜合得分并排序，得到表4。

由表4可知，參試的10個木薯品種（系）中，綜合得分排名前3的分別是SG-9、GMT和SC-1，得分依次為11.800、7.563和5.414。277和GR891排名居中，58-7、SC205、43-3和SC9的綜合得分較低。綜合看來，SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產量優(yōu)勢明顯。

表4 10個木薯品種（系）主成分因子得分及排名Table 4 Score and ranking of principal component factors of ten cassava varieties(lines)

2.5 不同木薯品種（系）農藝性狀聚類分析

對10個不同木薯品種（系）進行聚類分析（圖2），由圖2和表5可知，遺傳距離為15時，10個木薯品種（系）可以分為3類。277、43-3、58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205為類群Ⅰ，該類木薯主莖粗，具有較大的地上鮮重，產量較低。GMT和SG-9為類群Ⅱ，該類木薯鮮薯個數多，塊根長較長，產量較高，可作為優(yōu)先種植推廣的品種（系）。SC9為類群Ⅲ，該類的特點是高度矮，主莖粗，塊根長與粗適中，單株產量高，可作為種植推廣的備選品種（系）。

表5 3個類群木薯的農藝性狀特征表Table 5 Agronomic traits of cassava in three groups

圖2 木薯品種（系）農藝性狀聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis diagram of agronomic traits of cassava varieties(lines)

3 討論

通過對10個木薯品種（系）的9個主要農藝性狀進行測定分析，發(fā)現不同品種（系）的農藝性狀，除落葉高度和塊根粗無顯著差異外，其余農藝性狀間存在顯著差異，與前人[15-16]的研究結果相一致。說明不同木薯品種的主要農藝性狀具有相對穩(wěn)定的遺傳，這可能與自身遺傳基因有關[17-19]。

農藝性狀間高變異系數是品種改良的基礎[20]。本研究中，單株產量的變異系數范圍最大，株高最小，這與黃國宋等[21]的研究結果相似。地上鮮重、鮮薯個數和主莖粗等農藝性狀具有較大的變異系數，說明這些性狀有較大的改進余地，在品種改良時優(yōu)先對這些性狀進行選擇，較容易獲得優(yōu)良品種。從品種（系）角度來看，SC9、58-7和GMT的農藝性狀平均變異系數大，具有較大的改進余地，可作為今后品種改良的首選材料。而277、SG-9和GR891的農藝性狀變異系數低，改進余地較小。

作物產量與各農藝性狀間彼此相關，本文通過對木薯9個主要農藝性狀相關性分析后表明，單株產量與鮮薯個數的相關性最強，與塊根長的相關性次之。這與羅興錄等[15]和楊守臻等[16]的研究結果類似。說明要獲得單株產量高的木薯，首先要有較多的塊根數，其次是較長的塊根。由此可知，在木薯高產栽培選育過程中，鮮薯個數和地下莖大小可作為選育的重點標識性狀對后代材料進行選擇[22-23]。

主成分分析是利用降維的思想，把多個指標轉化為少數幾個綜合指標，用較少的幾項綜合性指標對目標對象進行綜合評價。本文通過對不同木薯品種（系）的主要農藝性狀指標進行主成分分析，最終得到2個主成分，鮮薯個數是第1主成分的主導變量，塊根長是第2主成分的主導變量。謝向譽等[24]在木薯單株產量與主要農藝性狀的相關性研究中也指出，單株產量主要由塊根數、最長薯長、生物產量等決定，與本文存在不同程度的一致性。

通過評分模型，得到各木薯品種（系）的綜合得分，發(fā)現SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產量優(yōu)勢明顯。進一步進行聚類分析，在歐氏距離為15時，參試木薯可分成3個類群，類群Ⅰ（低產群體）主要特點為主莖粗、塊根粗、地上鮮重大。類群Ⅱ（高產群體）主要特點為具有較高的株高、第1分枝高、落葉高，鮮薯個數多、塊根長、產量高，可優(yōu)先作為推廣種植品種。類群Ⅲ（中產群體）主要特點為高度矮，主莖粗、塊根長與粗適中，單株產量較高，可作為推廣種植的備選品種。

4 結論

參試的10個不同木薯品種（系）中，SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產量優(yōu)勢明顯，可作為種植推廣的品種（系）。單株產量與鮮薯個數、塊根長、塊根粗相關性最強，是選育高產品種首要考慮指標。單株產量、地上鮮重和鮮薯個數的變異系數均較大，在品種遺傳改良時可作為優(yōu)先考慮的農藝性狀指標。