基于相關(guān)性、主成分、聚類(lèi)、灰色關(guān)聯(lián)度對(duì)甜玉米品種的農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)

蔣皖倩, 李友心, 洪自強(qiáng), 程昕昕

(安徽科技學(xué)院 農(nóng)學(xué)院,安徽 鳳陽(yáng) 233100)

甜玉米屬玉米屬(ZeamayL.)的一個(gè)亞種,因其鮮果穗乳熟期籽粒營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味優(yōu)良,深受消費(fèi)者喜愛(ài),因此也有“水果玉米”的美稱(chēng)[1]。近年來(lái),由于市場(chǎng)需求的提高,篩選出高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的甜玉米品種已成為育種的主要目標(biāo)之一[2]。而關(guān)于甜玉米品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)是需要考慮多個(gè)性狀間的相互協(xié)調(diào)和對(duì)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量性狀進(jìn)行兼顧和提高[3]。

甜玉米品質(zhì)及主要農(nóng)藝性狀受數(shù)量性狀控制[4]。目前有關(guān)作物品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)主要采用相關(guān)性分析法、主成分分析法、聚類(lèi)分析法及灰色關(guān)聯(lián)度分析法等[4-8]。李曄等[9]通過(guò)相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)玉米穗行數(shù)和穗粗、軸粗呈顯著正相關(guān),行粒數(shù)與穗長(zhǎng)相關(guān)性極高,且與總?cè)~片數(shù)、株高、穗位高和吐絲期等均呈顯著正相關(guān)。張振良等[6]通過(guò)主成分分析得出50份鮮食甜糯玉米品種前5個(gè)主成分(粒重構(gòu)成因子、果穗重量因子、外觀(guān)品質(zhì)因子、穗部性狀因子、蒸煮品質(zhì)因子)的累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.42%,并將50份甜糯玉米聚4類(lèi),第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類(lèi)群又可分別分為2個(gè)亞類(lèi)群。王俊花等[4]通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)篩選出綜合排名前10的甜玉米雜交組合。目前,有關(guān)甜玉米農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析法、主成分分析法、聚類(lèi)分析法以及灰色關(guān)聯(lián)度分析綜合評(píng)價(jià)的研究方法鮮有報(bào)道。為此,本研究主要采用相關(guān)性分析法、主成分分析法、聚類(lèi)分析法以及灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)13個(gè)甜玉米品種的株高、穗位高、百粒重、穗籽粒重、穗軸重軸粗、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗等11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為篩選優(yōu)良甜玉米品種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 參試甜玉米

本試驗(yàn)選取的13個(gè)甜玉米品種均由安徽省玉米育種工程技術(shù)研究中心提供,分別為鳳甜8號(hào)、鳳甜188、粵甜16(CK)、浙甜19、桂甜612、維甜1號(hào)、創(chuàng)甜20號(hào)、滬甜21、仲甜10號(hào)、滬甜12、浙泰甜912、新美甜814、清泰甜6號(hào),與粵甜16(CK)進(jìn)行比較試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料于2021年4月23日在安徽省滁州市鳳陽(yáng)縣雷達(dá)山(安徽科技學(xué)院種植基地)進(jìn)行播種,地勢(shì)平整,海拔為80 m,無(wú)前茬作物,5月15日進(jìn)行定苗。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每小區(qū)面積為6 m×4 m,行數(shù)6行,收中間4行計(jì)產(chǎn),密度為52 500株/hm2,按照常規(guī)大田進(jìn)行管理。在玉米吐絲前選擇6株表現(xiàn)一致的代表性植株進(jìn)行掛牌套袋,等到果穗吐絲完全后再進(jìn)行自交。

1.3 農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀的測(cè)定

授粉后21 d每小區(qū)隨機(jī)取10株甜玉米進(jìn)行測(cè)定,主要包括株高、穗位高、鮮百粒重、穗籽粒重、穗軸重、軸粗、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗等性狀[10-13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和灰色關(guān)聯(lián)分析;采用DPS 6.05進(jìn)行單因素方差分析;采用SPSS 26.0進(jìn)行聚類(lèi)分析、主成分分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型性狀變異分析

由表1可知,參試甜玉米品種的農(nóng)藝性狀差異較大,變異系數(shù)范圍為0.07%～83.09%,其中,禿尖的變異系數(shù)最大,為83.09%;穗位高、鮮百粒重、鮮籽粒重、穗軸重、軸粗和行粒數(shù)的變異系數(shù)處于12.95%～25.51%;株高、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)和穗粗的變異系數(shù)較小,分別為8.45%、7.52%、9.81%和0.07%。可見(jiàn),禿尖長(zhǎng)選育潛力最大,穗粗選育潛力最小。

表1 13個(gè)參試甜玉米品種的性狀變異分析Table 1 Analysis of character variation of 13 sweet maize cultivars

2.2 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析(表2)表明,13個(gè)甜玉米品種的株高和穗位高呈極顯著正相關(guān);穗位高和穗長(zhǎng)呈顯著正相關(guān);鮮百粒重與穗籽粒重、穗軸重呈顯著正相關(guān);穗籽粒重和穗軸重呈極顯著正相關(guān),與穗粗呈顯著正相關(guān);穗軸重與軸粗、穗粗呈顯著正相關(guān)。

表2 13個(gè)參試甜玉米品種農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of agronomic traits of 13 sweet corn varieties tested

2.3 主成分分析

對(duì)參試甜玉米品種的11個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,根據(jù)累計(jì)貢獻(xiàn)率≥85.00%具有代表性原則,提取前5個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.68%(表3),可代表11個(gè)農(nóng)藝性狀所反映的遺傳信息。第1主成分特征值為4.055 1,貢獻(xiàn)率為36.86%,權(quán)重系數(shù)最大,說(shuō)明其綜合原有變量的能力最強(qiáng)。其中,株高、穗籽粒重、穗粗和穗軸重權(quán)重系數(shù)均較大,尤其以穗籽粒重為最大,因此,第1主成分可做綜合為產(chǎn)量因子,是參試甜玉米評(píng)判的主要指標(biāo)。第2主成分特征值為2.115 8,貢獻(xiàn)率為19.23%,行粒數(shù)權(quán)重系數(shù)最大,穗軸重次之,因此第2主成分為行粒數(shù)因子。行粒數(shù)是影響甜玉米單穗產(chǎn)量和外觀(guān)的重要影響因子之一。第3主成分特征值為1.453 3,貢獻(xiàn)率為13.21%,穗位高權(quán)重系數(shù)最大,為0.461 0,因此第3主成分為穗位高因子。第4主成分特征值為1.726 3,貢獻(xiàn)率為11.60%,禿尖長(zhǎng)及穗行數(shù)權(quán)重系數(shù)較大,因此第4主成分為外觀(guān)因子。第5主成分特征值為0.964 5,貢獻(xiàn)率為8.77%,禿尖長(zhǎng)權(quán)重系數(shù)最大,因此第5主成分為禿尖長(zhǎng)因子,禿尖長(zhǎng)是影響單穗產(chǎn)量和外觀(guān)的重要因子之一,所以選育鮮食甜玉米盡量要求禿尖長(zhǎng)小。前5個(gè)主成分函數(shù)表達(dá)式：

表3 13個(gè)參試甜玉米品種的11個(gè)性狀指標(biāo)在各主成分中的權(quán)重系數(shù)Table 3 Weighting coefficients of 11 personality traits in each principal component of 13 tested sweet corn varieties

Y1=0.173 7X1+0.155 6X2+0.168 4X3+0.189 4X4+0.175 8X5+0.147 3X6+

0.105 0X7-0.049 4X8+0.099 4X9+0.028 7X10+0.180 8X11

(1)

Y2=-0.255 8X1+0.358 6X2+0.282 1X3-0.283 5X4+0.358 6X5+0.190 5X6-

0.447 6X7+0.178 0X8-0.302 6X9+0.312 5X10+0.190 5X11

(2)

Y3=-0.197 7X1+0.186 7X2-0.022 7X3+0.154 8X4+0.186 7X5-0.188 9X6+

0.205 7X7-0.069 5X8+0.286 2X9+0.461 9X10-0.188 9X11

(3)

Y4=-0.067 9X1-0.013 8X2+0.070 3X3+0.141 4X4+0.074 1X5-0.363 7X6+

0.259 9X7+0.450 6X8+0.313 8X9+0.151 9X10-0.136 7X11

(4)

Y5=0.266 9X1-0.118 6X2+0.261 9X3-0.117 0X4-0.026 3X5+0.182 5X6-

0.146 8X7+0.540 5X8-0.131 5X9-0.530 4X10-0.000 1X11

(5)

分別以5個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重,構(gòu)建主成分綜合評(píng)價(jià)模型公式：F=0.369Y1+0.192Y2+0.132Y3+0.116Y4+0.087Y5,其中F為樣本綜合得分。

參試甜玉米品種綜合得分如表4所示。13個(gè)甜玉米品種綜合得分存在明顯差異,粵甜16(CK)排名第12位,創(chuàng)甜20號(hào)排名第1,依次為浙甜19、新美甜814、滬甜21、清泰甜6號(hào)、鳳甜188、滬甜12、桂甜612、鳳甜8號(hào)、仲甜10號(hào)、浙泰甜921,說(shuō)明這11份甜玉米綜合性狀較大、育種價(jià)值高、生產(chǎn)潛力大。

表4 13個(gè)參試甜玉米品種綜合得分及排序Table 4 Comprehensive score and ranking of 13 sweet corn varieties tested

2.4 聚類(lèi)分析

由圖1可知,所有參試甜玉米品種可聚成2大類(lèi)群(I和Ⅱ類(lèi)群),第I類(lèi)群又可聚類(lèi)為2個(gè)亞類(lèi)群。各類(lèi)群主要平均值見(jiàn)表5。

圖1 13個(gè)參試甜玉米品種的系統(tǒng)聚類(lèi)分析結(jié)果Fig.1 The results of systematic cluster analysis of 13 sweet corn varieties tested

表5 13個(gè)參試甜玉米品種類(lèi)群性狀Table 5 Cluster traits of 13 tested sweet corn varieties

第I-1類(lèi)群主要包括鳳甜8號(hào)、仲甜10號(hào)、維甜1號(hào)、桂甜612、鳳甜188、粵甜16、浙泰甜921等7個(gè)甜玉米品種,該類(lèi)群株高、穗位高、鮮籽粒重、鮮籽粒重等農(nóng)藝性狀指標(biāo)較低;第I-2類(lèi)群包含新美甜814、清泰甜6號(hào)、滬甜12、滬甜21等4個(gè)甜玉米品種,該類(lèi)群軸粗、穗粗指標(biāo)值最大;第Ⅱ類(lèi)群包括浙甜19和創(chuàng)甜20號(hào)2個(gè)甜玉米品種,該類(lèi)群株高、穗位高、鮮百粒重、穗籽粒重、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)等農(nóng)藝指標(biāo)數(shù)值均為最高。因此,第I-1類(lèi)群農(nóng)藝性狀較差;第I-2類(lèi)群農(nóng)藝性狀表型中等水平;第Ⅱ類(lèi)群的甜玉米在株高、穗籽粒重、穗百粒重等一系列指標(biāo)都表現(xiàn)出較高水平;綜上,第I-2類(lèi)和第Ⅱ類(lèi)群具有較大的研究?jī)r(jià)值。

2.5 灰色關(guān)聯(lián)度分析

以參試甜玉米品種的11個(gè)性狀的最大值建立參考品種,參考品種的基本性狀為株高280.33 cm、穗位高135.00 cm、鮮百粒重43.64 g、穗籽粒重318.86 g、穗軸重131.47 g、軸粗3.51 cm、穗長(zhǎng)23.63 cm、禿尖長(zhǎng)4.37 cm、穗行數(shù)20.67行、行粒數(shù)47.33粒、穗粗5.57 cm,數(shù)據(jù)無(wú)量綱處理后,用加權(quán)平均法計(jì)算參試甜玉米品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度,如表6所示?；诨疑到y(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)度分析原則,關(guān)聯(lián)度越大,則與參考品種越接近,說(shuō)明質(zhì)量越高,反之則低[4],參考品種的關(guān)聯(lián)度結(jié)果表明,創(chuàng)甜20號(hào)、浙甜19、新美甜814、清泰甜6號(hào)、滬甜21、鳳甜188、滬甜12、鳳甜8號(hào)、桂甜612、仲甜10號(hào)和浙泰甜921等11個(gè)甜玉米品種均高于粵甜16。綜上,這11個(gè)甜玉米品種與參考品種較為接近,綜合性狀表現(xiàn)較為優(yōu)良。

表6 13個(gè)參試甜玉米品種關(guān)聯(lián)度及排序Table 6 Correlation degree and ranking of 13 sweet corn varieties tested

3 結(jié)論與討論

農(nóng)藝性狀是評(píng)判作物優(yōu)劣的重要指標(biāo),相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn),鮮百粒重與穗籽粒重、穗軸重呈顯著正相關(guān),穗籽粒重和穗軸重呈極顯著正相關(guān),與穗粗呈顯著正相關(guān),這與裴志超等[11]和張正等[14]研究結(jié)果相似。主成分分析法是在極少損失原有信息的前提下,把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法[4,10-15]。本試驗(yàn)利用主成分分析法將11個(gè)性狀轉(zhuǎn)化為5個(gè)主成分(產(chǎn)量因子、行粒數(shù)因子、穗位高因子、外觀(guān)因子、禿尖長(zhǎng)因子),其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了89.68%,這與魏常敏等[16]和王俊花等[4]研究結(jié)果相似。由主成分分析法得出,浙甜19、創(chuàng)甜20號(hào)、清泰甜6號(hào)、鳳甜188、滬甜12、鳳甜8號(hào)、浙泰甜921、滬甜21、桂甜612、仲甜10號(hào)等11個(gè)甜玉米品種均優(yōu)于對(duì)照。

聚類(lèi)分析法是依據(jù)研究對(duì)象特征進(jìn)行分類(lèi)[17],聚類(lèi)分析法將參試甜玉米品種分為2大類(lèi),第Ⅱ類(lèi)群又可聚成2個(gè)亞類(lèi)群。其中浙甜19、創(chuàng)甜20號(hào)、清泰甜6號(hào)、新美甜814、滬甜12、滬甜21處于I-2和Ⅱ類(lèi)群?；疑P(guān)聯(lián)度分析法因其計(jì)算量少又十分方便等優(yōu)點(diǎn),因此在篩選農(nóng)作物等方面得到廣泛應(yīng)用[18-20],通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法篩選出創(chuàng)甜20號(hào)、浙甜19、新美甜814、清泰甜6號(hào)、滬甜21、鳳甜188、滬甜12、鳳甜8號(hào)、桂甜612、仲甜10號(hào)和浙泰甜921等11個(gè)甜玉米品種表現(xiàn)優(yōu)于對(duì)照品種。

因此,基于相關(guān)性分析法、主成分分析法、聚類(lèi)分析法以及灰色關(guān)聯(lián)度分析法研究發(fā)現(xiàn),創(chuàng)甜20號(hào)、浙甜19、新美甜814、清泰甜6號(hào)、鳳甜188、鳳甜8號(hào)、滬甜21、桂甜612、仲甜10號(hào)、滬甜12以及浙泰甜921等11個(gè)甜玉米品種均優(yōu)于對(duì)照,可進(jìn)一步進(jìn)行比較試驗(yàn)。