不同蒲公英品種(系)主要農(nóng)藝性狀和光合特性的綜合評(píng)價(jià)

張曉申, 于紅衛(wèi), 左紅娟, 曹 輝, 蔣拴麗, 王瑞華, 臘貴曉

(1.鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所, 鄭州 450005; 2.河南省經(jīng)濟(jì)作物推廣總站, 鄭州 450000;3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所, 鄭州 450000)

蒲公英(Taraxacummongolicum)是菊科蒲公英屬多年生草本植物,在我國大部分地區(qū)均有分布[1]。蒲公英作為一種藥食同源植物,在我國傳統(tǒng)食用和藥用方面的應(yīng)用已有幾千年的歷史[2]。蒲公英含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物、微生物及鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)元素,其中鈣、鐵和氨基酸的含量均高于普通蔬菜[3]。蒲公英具有清熱解毒、抗腫瘤、降糖、降血壓、利尿、抗衰老等藥理作用。蒲公英是一種綠色、安全保健食品,長期以來作為時(shí)令蔬菜被食用,可生吃、炒食、煲湯,也可以加工成各類食品[4]。

對(duì)農(nóng)作物和園藝作物農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的評(píng)價(jià)有很多方法,灰色關(guān)聯(lián)度分析已經(jīng)在小麥[5]、玉米[6]、水稻[7]、大豆[8]、菊花[9]等作物品種綜合評(píng)價(jià)及品種選育上取得效果。近年來,DTOPSIS法在大豆[10]、草莓[11]、甘薯[12]、柴胡[13]等作物的綜合評(píng)價(jià)上得到應(yīng)用。主成分分析在菊花[14]、杧果[15]、甘薯[16]等作物品種評(píng)價(jià)上得到應(yīng)用。目前,對(duì)蒲公英的研究主要集中在栽培技術(shù)、加工技術(shù)、藥理分析等方面,對(duì)蒲公英的光合特性研究已有報(bào)道[17-21]。武彥芬等[22]采用主成分分析和隸屬函數(shù)法對(duì)影響蒲公英種苗質(zhì)量的生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?；菸麋娴萚23]采用主成分分析法對(duì)不同產(chǎn)地蒲公英中藥材質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。丁夢(mèng)軍等[24]運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)法和灰色相關(guān)性對(duì)蒲公英營養(yǎng)元素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)蒲公英的農(nóng)藝性狀、光合特性及產(chǎn)量相關(guān)性研究、品種(系)綜合評(píng)價(jià)方面至今未見報(bào)道。蒲公英作為藥食同源植物,市場(chǎng)需求量大,野生資源難以滿足市場(chǎng)的需求,需要選育更好的蒲公英品種滿足市場(chǎng)的需要,為了選育更好的蒲公英品種,建立起蒲公英品種(系)綜合評(píng)價(jià)體系。本研究以12個(gè)蒲公英品種(系)的光合特性性狀、農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行灰色相關(guān)分析,并采用DTOPSIS和主成分分析方法對(duì)光合特性性狀、農(nóng)藝性狀等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),建立起蒲公英品種(系)評(píng)價(jià)體系,篩選出適合鄭州栽培的蒲公英品種(系),為豐富鄭州市蒲公英栽培品種(系)和新品種選育與推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為12個(gè)蒲公英品種(系)(鄭農(nóng)蒲1號(hào)、鄭農(nóng)蒲2號(hào)、鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)、鄭農(nóng)蒲5號(hào)、鄭農(nóng)蒲6號(hào)、鄭農(nóng)蒲7號(hào)、鄭農(nóng)蒲8號(hào)、鄭農(nóng)蒲9號(hào)、鄭農(nóng)蒲10號(hào)、鄭農(nóng)蒲11號(hào)、鄭農(nóng)蒲12號(hào)),其中鄭農(nóng)蒲3號(hào)為鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所選育的蒲公英新品種,2022年通過河南省中藥材品種鑒定專業(yè)委員會(huì)鑒定,品種命名為鄭農(nóng)蒲3號(hào),鑒定編號(hào)為2022006,其余11個(gè)為篩選出的蒲公英優(yōu)良品系。

1.2 試驗(yàn)方法

蒲公英品種(系)為2021年10月初進(jìn)行播種,采用條播,行距40 cm,出苗后間苗為株距10 cm,隨機(jī)區(qū)組排列,3次重復(fù),5行區(qū),行長5 m,2022年收獲中間3行蒲公英第一茬地上部鮮重,并進(jìn)行估產(chǎn)。收獲前用YMJ活體葉面積測(cè)定儀對(duì)蒲公英的葉長、葉寬、葉面積進(jìn)行測(cè)定,每株取1片葉,每個(gè)品種(系)取10株,計(jì)算平均值;用SPAD-502葉綠素儀對(duì)蒲公英葉片葉綠素進(jìn)行測(cè)定,每株3片葉,每個(gè)品種(系)10株,計(jì)算平均值;用PL3080H光合作用測(cè)定儀(選擇晴天10:00—11:00時(shí)進(jìn)行)測(cè)定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率、水分利用率,每株取1片葉,每個(gè)品種(系)取5片葉,計(jì)算平均值;葉片數(shù)在收獲前,每個(gè)品種(系)選10株,對(duì)地上部葉片數(shù)進(jìn)行調(diào)查,取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010軟件整理數(shù)據(jù),進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算[24-25],對(duì)蒲公英農(nóng)藝性狀、光合特性和產(chǎn)量進(jìn)行DTOPSIS分析[10-12,26],運(yùn)用SPSS22.0軟件對(duì)蒲公英進(jìn)行主成分分析[14-16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒲公英品種(系)的光合特性及農(nóng)藝性狀

從表1可看出,蒲公英品種(系)的11個(gè)光合特性及農(nóng)藝性狀變異系數(shù)范圍在21.65%～68.04%之間,變異系數(shù)由大到小為氣孔導(dǎo)度、水分利用率、凈光合速率、胞間CO2濃度、葉面積、葉長、葉綠素、葉寬、產(chǎn)量、葉片數(shù)、蒸騰速率,蒸騰速率變異系數(shù)最小,為21.65%,氣孔導(dǎo)度最大,為68.04%,表明12個(gè)蒲公英品種(系)各個(gè)農(nóng)藝性狀差異較大。凈光合速率前三名是鄭農(nóng)蒲2號(hào)、鄭農(nóng)蒲1號(hào)和鄭農(nóng)蒲3號(hào),葉片數(shù)最多的是鄭農(nóng)蒲3號(hào),最少的是鄭農(nóng)蒲9號(hào),產(chǎn)量最高的是鄭農(nóng)蒲3號(hào),其次是鄭農(nóng)蒲4號(hào),產(chǎn)量最低的是鄭農(nóng)蒲12號(hào),鄭農(nóng)蒲3號(hào)的鮮葉產(chǎn)量比鄭農(nóng)蒲12號(hào)增產(chǎn)30.65%。

表1 12個(gè)蒲公英品種(系)的光合特性、農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量Table 1 Photosynthetic and agronomic characters and yield of twelve Taraxacum mongolicum varieties (lines)

2.2 光合特性、農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析

從表2可看出,蒲公英凈光合速率與水分利用率和產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),與單株葉面積呈顯著正相關(guān),與蒸騰速率呈顯著負(fù)相關(guān);蒸騰速率與水分利用率和單株葉片數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān);水分利用率和葉綠素均與單株葉片數(shù)和產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);產(chǎn)量與凈光合速率、水分利用率、葉綠素、單株葉片數(shù)呈極顯著正相關(guān),與蒸騰速率呈顯著負(fù)相關(guān),說明產(chǎn)量與凈光合速率、水分利用率、葉綠素、單株葉片數(shù)、蒸騰速率關(guān)系密切,這些因素決定蒲公英產(chǎn)量的高低。

表2 光合特性和主要農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性分析Table 2 The correlation analysis between the photosynthetic characters and main agronomic characters

2.3 農(nóng)藝性狀之間的關(guān)聯(lián)性分析

對(duì)蒲公英光合特性、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理(表3), 并計(jì)算出蒲公英各性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣(表4)。從表5可看出,蒲公英各性狀對(duì)產(chǎn)量的影響從大到小為單株葉片數(shù)、葉綠素、凈光合速率、水分利用率、葉長、胞間CO2濃度、葉寬、葉面積、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度,單株葉片數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響最大,其次為葉綠素,第三為凈光合速率,氣孔導(dǎo)度對(duì)產(chǎn)量的影響最小。

表3 數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果Table 3 Dimensionless results of data processing

表4 蒲公英各性狀與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣Table 4 Correlation coefficient matrix of characters and yield of Taraxacum mongolicum

表5 蒲公英品種(系)各性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度Table 5 Correlation degree between various characters and yield of Taraxacum mongolicum varieties (lines)

2.4 DTOPSIS分析

由于蒲公英各個(gè)性狀單位不一致,為保證各性狀間具有等效性和同序性,需對(duì)各性狀進(jìn)行無量綱化處理,蒲公英所有性狀均按正向指標(biāo)處理,以12個(gè)樣本中最大值為分母,對(duì)各性狀進(jìn)行無量綱化處理(表6)。將 11個(gè)性狀指標(biāo)分別賦于不同權(quán)重,根據(jù)不同蒲公英不同性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度及各性狀的重要性,各個(gè)性狀指標(biāo)按順序賦予的權(quán)重值依次為 0.05,0.01,0.05,0.02,0.05,0.10,0.05,0.04,0.03,0.20, 0.40,X4為蒸騰速率,X5為水分利用率,X6為葉綠素,X7為葉長,X8為葉寬,X9為葉面積,X10為單株葉片數(shù),X11為產(chǎn)量。下同。

表6 DTOPSIS法無量綱化處理Table 6 Dimensionless results of data processing on DTOPSIS method

得出11個(gè)性狀的正理解值,計(jì)算出每個(gè)蒲公英品種(系)的正理解值和S+,并根據(jù)DTOPSIS權(quán)重值計(jì)算得出正理解決策矩陣中選擇最小值,得出11個(gè)性狀的負(fù)理解值依次為0.023 6,0.004 8,0.028 4,0.014 8,0.026 2,0.062 5,0.033 6,0.028 4,0.020 5,0.133 0,0.306 2,根據(jù)決策矩陣計(jì)算公式得出負(fù)理解值和S-。根據(jù)DTOPSIS法分析理論按照胞間CO2濃度大小對(duì)蒲公英各品種(系)進(jìn)行排序(表7),胞間CO2濃度值越大代表蒲公英品系綜合性狀越優(yōu)。排在前4名的依次是鄭農(nóng)蒲4號(hào)、鄭農(nóng)蒲6號(hào)、鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲5號(hào)。從種植產(chǎn)量來看,排在前4名依次為鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)、鄭農(nóng)蒲5號(hào)、鄭農(nóng)蒲6號(hào)。蒲公英各品系胞間CO2濃度排序與產(chǎn)量排序前4名有所變化,說明這4個(gè)品種(系)表現(xiàn)穩(wěn)定,綜合性狀好,各品系排名后3位在DTOPSIS和產(chǎn)量排名一致。

表7 DTOPSIS計(jì)算結(jié)果Table 7 Calculated results based on DTOPSIS method

2.5 主成分分析

由于蒲公英各個(gè)性狀單位不一致,為保證各性狀間具有等效性和同序性,需對(duì)各性狀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(表8)。運(yùn)用SPSS 22.0軟件因子降維分析方法對(duì)11個(gè)光合性狀、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量進(jìn)行主成分分析,根據(jù)特征值大于1的原則,提取了3個(gè)主成分(表9),說明這3個(gè)主成分基本解釋了11個(gè)農(nóng)藝性狀的大部分信息,第一個(gè)主成分包含原始信息的43.966%,第二個(gè)主成分包含原始信息的25.261%,第三個(gè)主成分包含的原始信息為10.015%,3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率79.241%。3個(gè)主成分對(duì)蒲公英的載荷情況中,載荷值越大,說明對(duì)蒲公英的產(chǎn)量影響越大,主成分1中可看到,凈光合速率、水分利用率、單株葉片數(shù)、產(chǎn)量、蒸騰速率影響較大;主成分2中可看到影響較大的是葉長;主成分3中各性狀影響均不大。通過對(duì)3個(gè)主成分特征向量分析和各性狀指數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化處理,建立線性回歸方程:

表9 農(nóng)藝性狀的主成分分析Table 9 Principal component analysis of agronomic characters

Y1=0.830X1-0.326X2+0.266X3-0.843X4+0.913X5+0.774X6+0.082X7+0.193X8-0.306X9+0.901X10+0.936X11

Y2=-0.447X1-0.369X2-0.639X3-0.173X4-0.224X5+0.309X6+0.907X7+0.645X8+0.743X9+0.255X10+0.043X11

Y3=0.260 X1+0.636 X2-0.443 X3-0.085 X4+0.162 X5-0.348 X6-0.019 X7+0.497 X8-0.162 X9+0.058 X10-0.039 X11

將3個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重系數(shù)建立綜合評(píng)價(jià)模型:

Y綜合=(43.966×Y1+25.261×Y2+10.015×Y3)/79.241。

根據(jù)主成分綜合評(píng)價(jià)模型,計(jì)算出12個(gè)蒲公英品種(系)各主因子得分和綜合得分,并進(jìn)行排序,從表10可看出,得分越高說明該品種越好,得分最高的是鄭農(nóng)蒲3號(hào),與栽培產(chǎn)量第1名一致,主成分得分排序與栽培產(chǎn)量的排序不一致,說明不同評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)果有所不同,主成分排名前五名的依次為鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲10號(hào)、鄭農(nóng)蒲8號(hào)、鄭農(nóng)蒲5號(hào)和鄭農(nóng)蒲4號(hào),產(chǎn)量排前5名依次是鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)、鄭農(nóng)蒲5號(hào)、鄭農(nóng)蒲6號(hào)和鄭農(nóng)蒲1號(hào),兩種評(píng)價(jià)方法均在前5名的是鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)和鄭農(nóng)蒲5號(hào)。

表10 蒲公英品種(系)的主成分得分及綜合評(píng)價(jià)Table 10 Principal omponent scores and comprehensive evaluation of Taraxacum mongolicum varieties (lines)

3 結(jié)論與討論

本研究中12個(gè)蒲公英品種(系)的11個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為21.65%～68.04%,變異系數(shù)范圍較大,說明蒲公英育種獲得理想性狀比較容易。在相關(guān)性分析中,蒲公英凈光合速率與水分利用率呈極顯著正相關(guān),與葉綠素含量呈正相關(guān),與蒸騰速率呈負(fù)相關(guān),與寧偉等[18]的研究結(jié)果一致。蒲公英產(chǎn)量與凈光合速率呈極顯著正相關(guān),與水分利用率呈極顯著負(fù)相關(guān),蒸騰速率與水分利用率呈極顯著負(fù)相關(guān),與羅密等[27]研究的甘薯光合特性一致。從主成分分析中凈光合速率的權(quán)重比較大和凈光合速率與產(chǎn)量的極顯著正相關(guān)關(guān)系一致?；疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明,單株葉片數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響最大,其次為葉綠素,第三為凈光合速率,這3個(gè)性狀可以作為蒲公英品種(系)選育的重要指標(biāo)。

采用DTOPSIS方法對(duì)蒲公英品種(系)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),能夠彌補(bǔ)只用產(chǎn)量來統(tǒng)計(jì)分析蒲公英品種(系)的不足,通過DTOPSIS分析,本研究得出的前4名與栽培產(chǎn)量前4名品種(系)一致,排名順序有所變化,最后3名完全一致,本研究對(duì)農(nóng)藝性狀采用的權(quán)重系數(shù)比較準(zhǔn)確,因?yàn)楸狙芯坎捎玫霓r(nóng)藝性狀權(quán)重系數(shù)是在灰色關(guān)聯(lián)度基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合考慮的,產(chǎn)量、單株葉片數(shù)、葉綠素綜合評(píng)價(jià)影響較大,給予較高的權(quán)重系數(shù),葉面積、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度給予較低的權(quán)重系數(shù)。

主成分分析能在不損失或很少損失原有信息條件下,通過多個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)作物品種的適應(yīng)性[16]。本試驗(yàn)對(duì)蒲公英光合特性性狀、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得出主成分第1名與栽培產(chǎn)量第1名一致(均是鄭農(nóng)蒲3號(hào)),說明鄭農(nóng)蒲3號(hào)適應(yīng)性最強(qiáng),該品種也是通過鑒定的中藥材品種。排名前5名與栽培產(chǎn)量前5名中有3個(gè)品種是一致的,說明主成分分析是一種合適的品種評(píng)價(jià)方法。

本研究采用DTOPSIS法對(duì)蒲公英12個(gè)品種(系)進(jìn)行評(píng)價(jià),與栽培產(chǎn)量比較排在前4名的均是鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)、鄭農(nóng)蒲5號(hào)和鄭農(nóng)蒲6號(hào)。采用主成分分析和栽培產(chǎn)量比較,排前5名的蒲公英品種(系)也包含鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)和鄭農(nóng)蒲5號(hào),說明鄭農(nóng)蒲3號(hào)、鄭農(nóng)蒲4號(hào)和鄭農(nóng)蒲5號(hào)是適合在鄭州栽培的蒲公英品種(系),其中鄭農(nóng)蒲3號(hào)為選育的蒲公英新品種,下一步鄭農(nóng)蒲4號(hào)和鄭農(nóng)蒲5號(hào)可以作為新品種進(jìn)行鑒定。本文首次提出對(duì)蒲公英光合特性性狀和農(nóng)藝性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),DTOPSIS和主成分分析方法可以作為鑒定蒲公英品種(系)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)方法,從而初步建立一套蒲公英綜合評(píng)價(jià)體系。