殷君華 鄧 麗 苗建利 李 陽(yáng) 郭敏杰 蘆振華 李紹偉 胡俊平 任 麗
(開封市農(nóng)林科學(xué)研究院,河南開封475004)
花生是我國(guó)主要油料作物和經(jīng)濟(jì)作物之一。我國(guó)花生種植面積約占世界花生種植面積的20%,居世界第2 位[1]。我國(guó)也是花生消費(fèi)大國(guó),總消費(fèi)量約占世界花生消費(fèi)的40%[2]。近5 年(2017-2021 年)我國(guó)花生種植面積均在460 萬(wàn)hm2以上[3],并處于穩(wěn)步上升階段。高油酸花生(油酸含量占脂肪酸總量75%及以上)由于其抗氧化強(qiáng)、耐儲(chǔ)存、貨架壽命長(zhǎng),并且具有很高的營(yíng)養(yǎng)保健作用,目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)育種的主要目標(biāo)之一,近幾年在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上需求越來(lái)越大。截至2022 年初,我國(guó)育成并通過國(guó)家非主要農(nóng)作物品種登記的高油酸花生210 個(gè),占花生登記總數(shù)的20%[2]。廖伯壽[4]指出,預(yù)計(jì)到2030 年全國(guó)花生種植可基本實(shí)現(xiàn)高油酸化。雖然目前國(guó)內(nèi)育成的高油酸花生數(shù)量較多,但其產(chǎn)量普遍偏低,生育期偏長(zhǎng),夏播種植增產(chǎn)潛力低,不適合普遍推廣種植。開農(nóng)111 是開封市農(nóng)林科學(xué)研究院培育的小粒高油酸花生新品種,于2021 年通過國(guó)家非主要農(nóng)作物品種登記[GPD 花生(2021)410147],具有油酸含量高、高產(chǎn)、莢果大小適中、中早熟、商品性好等特性,本文利用相關(guān)性、通徑和主成分等不同的分析手段對(duì)開農(nóng)111 產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行分析,并進(jìn)行區(qū)域適應(yīng)性評(píng)價(jià),可以為其高產(chǎn)栽培和推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
1.1 開農(nóng)111 選育及品種特性高產(chǎn)高油酸花生新品種開農(nóng)111 是開封市農(nóng)林科學(xué)研究院以鄭農(nóng)花9 號(hào)為母本、0317-26 為父本,采用套龍骨瓣雜交技術(shù)進(jìn)行有性雜交和系譜法選育而成。2009 年配制雜交組合,2010-2013 年進(jìn)行系譜法選擇;2014-2015 年進(jìn)行株系比較試驗(yàn),2016-2017 年進(jìn)行品種產(chǎn)量比較試驗(yàn),2019-2020 年參加國(guó)家北方片小粒組花生新品種多點(diǎn)測(cè)試。
該品種為中間型花生品種,生育期120d 左右,株型直立,連續(xù)開花;葉片橢圓形、深綠色、花冠黃色;莢果大部分普通型、少量繭型,莢果縊縮程度弱,果嘴明顯程度弱,表面質(zhì)地中;籽仁柱形,種皮淺紅色,內(nèi)種皮深黃色,種皮無(wú)油斑、無(wú)裂紋。粗蛋白含量26.2%,粗脂肪含量51.24%,油酸含量79.55%,亞油酸含量2.98%。
1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)本文采用數(shù)據(jù)為開農(nóng)111于2019 年、2020 年參加國(guó)家北方片小粒組花生新品種多點(diǎn)測(cè)試在各承試點(diǎn)的數(shù)據(jù)。2 年均在固鎮(zhèn)(E1)、保 定(E2)、石 家 莊(E3)、漯 河(E4)、濮陽(yáng)(E5)、商丘(E6)、鄭州(E7)、駐馬店(E8)、阜新(E9)、錦 州(E10)、菏 澤(E11)、濟(jì) 寧(E12)、青 島(E13)、泰安(E14)、濰坊(E15)、煙臺(tái)(E16)、汾陽(yáng)(E17)和開封(E18)共18 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。
試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列,重復(fù)3 次,小區(qū)面積13.33m2,播種密度12 萬(wàn)穴/hm2,每穴2 粒種子。各承試點(diǎn)根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件適時(shí)播種,并按當(dāng)?shù)毓芾砟J竭M(jìn)行管理。收獲時(shí)在每小區(qū)中部隨機(jī)選取5 穴10 株進(jìn)行考種,調(diào)查主莖高(X1,cm)、側(cè)枝長(zhǎng)(X2,cm)、總分枝數(shù)(X3,條)、結(jié)果枝數(shù)(X4,條)、單株飽果數(shù)(X5,個(gè))、單株總果數(shù)(X6,個(gè))等性狀,收獲入倉(cāng)后調(diào)查百果重(X7,g)、百仁重(X8,g)、出米率(X9,%)等性狀。統(tǒng)計(jì)生育期(X10,d),根據(jù)品種3 個(gè)重復(fù)小區(qū)平均產(chǎn)量,計(jì)算莢果產(chǎn)量(Y,kg/hm2)。
1.3 統(tǒng)計(jì)分析遺傳變異分析采用PASW Statistics 18 軟件,相關(guān)性和主成分分析采用Origin 2022 軟件,通徑分析采用R 語(yǔ)言agricolae 包。
2.1 主要農(nóng)藝性狀的變異分析變異系數(shù)是衡量性狀離散程度的一個(gè)典型指標(biāo)[5]。通過對(duì)開農(nóng)111 2 年數(shù)據(jù)的遺傳變異分析顯示(表1),在不同的種植地點(diǎn)開農(nóng)111 的11 個(gè)主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在3.89%~45.41%之間,各農(nóng)藝性狀的遺傳變異系數(shù)從大到小依次為:?jiǎn)沃觑柟麛?shù)(X5)>單株總果數(shù)(X6)>側(cè)枝長(zhǎng)(X2)>主莖高(X1)>結(jié)果枝數(shù)(X4)>莢果產(chǎn)量(Y)>總分枝數(shù)(X3)>百仁重(X8)>百果重(X7)>生育期(X10)>出米率(X9)。其中,變異系數(shù)最大的為單株飽果數(shù)(X5),變幅為3.80~34.00 個(gè),變異系數(shù)達(dá)45.41%;其次為單株總果數(shù)(X6),變異系數(shù)為38.72%,變幅為6.88~43.00個(gè),說明開農(nóng)111 的單株飽果數(shù)和單株總果數(shù)受不同地理位置及環(huán)境影響大,穩(wěn)定性差。另外,側(cè)枝長(zhǎng)(X2)、主莖高(X1)、結(jié)果枝數(shù)(X4)、莢果產(chǎn)量(Y)、總分枝數(shù)(X3)的變異系數(shù)也較大,均在20%以上,說明這5 個(gè)農(nóng)藝性狀也受環(huán)境條件影響較大。變異系數(shù)較小的為出米率(X9)和生育期(X10),分別為3.89%和6.77%,這2 個(gè)農(nóng)藝性狀反映了開農(nóng)111的固有特性受環(huán)境影響小,在栽培種植中改造空間小。
表1 開農(nóng)111 主要農(nóng)藝性狀平均值及遺傳變異分析
2.2 主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析為理清11 個(gè)農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系,對(duì)兩兩性狀的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的相關(guān)性分析并以圖表形式進(jìn)行可視化展示,分析結(jié)果見圖1。其中,圖表上三角以數(shù)字形式展示不同農(nóng)藝性狀兩兩之間的相關(guān)系數(shù),下三角以圓圈形式直觀反映出兩兩性狀相關(guān)程度,紅色圓圈代表正相關(guān),藍(lán)色圓圈代表負(fù)相關(guān),顏色深淺反映相關(guān)強(qiáng)度。分析結(jié)果顯示,主莖高(X1)與側(cè)枝長(zhǎng)(X2)、分枝數(shù)(X3)與結(jié)果枝數(shù)(X4)、單株飽果數(shù)(X5)與單株總果數(shù)(X6)、百果重(X7)與百仁重(X8)均呈極顯著正相關(guān),出米率(X9)與百果重(X7)和百仁重(X8)呈極顯著正相關(guān),莢果產(chǎn)量(Y)與百果重(X7)和百仁重(X8)呈極顯著正相關(guān);生育期(X10)與百果重(X7)呈顯著正相關(guān),與主莖高(X1)和側(cè)枝長(zhǎng)(X2)呈顯著負(fù)相關(guān)。莢果產(chǎn)量與其他幾個(gè)農(nóng)藝性狀的相關(guān)程度依次為:百果重(X7)>百仁重(X8)>出米率(X9)>生育期(X10)>單株飽果數(shù)(X5)>單株總果數(shù)(X6)>側(cè)枝長(zhǎng)(X2)>總分枝數(shù)(X3)>主莖高(X1)>結(jié)果枝數(shù)(X4),其中,與百果重(X7)和百仁重(X8)呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.71 和0.64,與出米率(X9)呈顯著正相關(guān),與側(cè)枝長(zhǎng)(X2)、總分枝數(shù)(X3)、主莖高(X1)和結(jié)果枝數(shù)(X4)呈負(fù)相關(guān),但不顯著。由此可見,百果重和百仁重是影響開農(nóng)111 莢果產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,其次為出米率,這3 個(gè)因素的提高均能促進(jìn)開農(nóng)111 莢果增收,而主莖高、結(jié)果枝數(shù)、側(cè)枝長(zhǎng)和總分枝數(shù)這些株型因素均對(duì)開農(nóng)111 莢果產(chǎn)量具有抑制作用,生產(chǎn)實(shí)際中需要加以管控。
圖1 產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析
2.3 主要農(nóng)藝性狀與莢果產(chǎn)量的通徑分析通徑系數(shù)是分析一個(gè)依變量與多個(gè)自變量直接效應(yīng)和間接效應(yīng)的一種統(tǒng)計(jì)方法,可以對(duì)多個(gè)性狀間相互關(guān)系的實(shí)質(zhì)有較為透徹的了解。通過開農(nóng)111莢果產(chǎn)量與其他10 個(gè)農(nóng)藝性狀的通徑分析顯示(表2),百果重(X7)對(duì)莢果產(chǎn)量的直接正效應(yīng)最大(Py=0.608),其 次 為 主 莖 高(X1)(Py=0.437);側(cè)枝長(zhǎng)(X2)對(duì)莢果產(chǎn)量的直接負(fù)效應(yīng)最大(Py=-0.466),其次是結(jié)果枝數(shù)(X4)(Py=-0.248)。主莖高(X1)通過側(cè)枝長(zhǎng)(X2)對(duì)莢果產(chǎn)量產(chǎn)生較大的間接負(fù)效應(yīng)(Py=-0.438),而側(cè)枝長(zhǎng)(X2)通過主莖高(X1)對(duì)莢果產(chǎn)量產(chǎn)生了較大的間接正效應(yīng)(Py=0.411),通過正負(fù)抵消,主莖高和側(cè)枝長(zhǎng)對(duì)莢果產(chǎn)量的綜合效應(yīng)表現(xiàn)出不顯著的負(fù)相關(guān);百果重(X7)通過百仁重(X8)對(duì)莢果產(chǎn)量也產(chǎn)生了部分的正效應(yīng)(Py=0.101),其綜合正效應(yīng)得到了加強(qiáng),成為與莢果產(chǎn)量相關(guān)程度最高的性狀;百仁重(X8)通過百果重(X7)對(duì)莢果產(chǎn)量產(chǎn)生較大的間接正效應(yīng)(Py=0.492),百仁重對(duì)莢果產(chǎn)量的綜合正效應(yīng)僅次于百果重。出米率(X9)和生育期(X10)也通過百果重(X7)對(duì)莢果產(chǎn)量產(chǎn)生的不同程度的間接正效應(yīng)。通過以上通徑分析可知,百果重對(duì)莢果產(chǎn)量影響最大,其次是百仁重和出米率,提高3 個(gè)性狀指標(biāo)可以不同程度地促進(jìn)開農(nóng)111 的莢果增量,而結(jié)果枝數(shù)和主莖高則影響莢果產(chǎn)量提高,但不顯著。
表2 主要農(nóng)藝性狀與莢果產(chǎn)量的通徑系數(shù)
2.4 主成分分析
2.4.1 主要農(nóng)藝性狀的主成分分析主成分分析是對(duì)存在較多變量的數(shù)據(jù),通過線性變換的降維處理,選出較少個(gè)數(shù)重要變量的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法。在農(nóng)業(yè)上,對(duì)某個(gè)品種不同性狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,可以找出影響其產(chǎn)量的關(guān)鍵因子,更利于生產(chǎn)管理上的實(shí)際操作。本研究中,對(duì)花生品種開農(nóng)111 的11 個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析,提取出特征值大于1 的4 個(gè)主成分(表3)。結(jié)果顯示:主成分1(PC1)的貢獻(xiàn)率最大,為31.885%,其次為主成分2(PC2)、主成分3(PC3)和主成分4(PC4),貢 獻(xiàn) 率 分 別 為25.550%、14.101%、12.749%,4 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.285%,即能夠解釋84.285%的表型變異,表明這4 個(gè)主成分基本反映了開農(nóng)111 的大部分農(nóng)藝信息。由表3 可以看出,PC1的特征向量中,載荷較高且為正值的性狀是百果重(X7)、莢果產(chǎn)量(Y)和百仁重(X8),這3 個(gè)性狀與花生的產(chǎn)量有關(guān),可以稱之為產(chǎn)量因子;PC2中,載荷較高且為正值的農(nóng)藝性狀是側(cè)枝長(zhǎng)(X2)、主莖高(X1)和出米率(X9),此類性狀與植株生長(zhǎng)勢(shì)有關(guān),可稱之為生長(zhǎng)勢(shì)因子;決定PC3大小的指標(biāo)是單株飽果數(shù)(X5)和單株總果數(shù)(X6),稱之為莢果數(shù)量因子;決定PC4大小的性狀是結(jié)果枝數(shù)(X4)和總分枝數(shù)(X3),這2 個(gè)性狀為植株分枝有關(guān),可以稱之為分枝因子。根據(jù)貢獻(xiàn)值較大的PC1和PC2兩個(gè)主成分中各農(nóng)藝性狀的載荷系數(shù),繪制二維載荷圖(圖2),由圖2 可以更直觀的看出各農(nóng)藝性狀對(duì)前2 個(gè)主成分的載荷大小。
圖2 主要農(nóng)藝性狀對(duì)主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的載荷圖
表3 主要農(nóng)藝性狀的主成分分析
2.4.2 區(qū)域適應(yīng)性評(píng)價(jià)以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率α1、α2、α3、α4作為權(quán)重系數(shù),建立在各鑒定點(diǎn)主成分綜合得分模型:Z=(α1PC1+α2PC2+α3PC3+α4PC4)/(α1+α2+α3+α4)。根據(jù)模型計(jì)算開農(nóng)111 在黃淮海生態(tài)區(qū)18 個(gè)鑒定點(diǎn)的綜合得分和排名(表4)。由分析結(jié)果可知,18 個(gè)鑒定地點(diǎn)中開農(nóng)111 適應(yīng)性綜合得分前5 名的分別是:固鎮(zhèn)(E1)、駐馬店(E8)、濟(jì)寧(E12)、泰安(E14)、菏澤(E11),其中固鎮(zhèn)PC1和PC2具有很高的得分,PC3和PC4得分低,說明開農(nóng)111 在固鎮(zhèn)種植時(shí),產(chǎn)量和株高因素都很好,適合引進(jìn)種植,但結(jié)莢數(shù)和分枝數(shù)等因素較差,在田間種植時(shí)需加強(qiáng)促進(jìn)結(jié)莢和分枝的管理措施。綜合得分最低的為阜新(E9),生長(zhǎng)勢(shì)因子得分很低,其次是漯河(E4),產(chǎn)量因子得分很低,這兩地若要引進(jìn)種植開農(nóng)111,分別需要在控制株高和增加莢果重方面加強(qiáng)田間管理。通過對(duì)開農(nóng)111 的各種植環(huán)境的主成分分析,對(duì)其區(qū)域適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),有利于篩選出最適開農(nóng)111 種植的地點(diǎn),同時(shí)各地引進(jìn)開農(nóng)111 種植時(shí)可進(jìn)行針對(duì)性田間管理,以期獲得理想的莢果產(chǎn)量。
表4 18 個(gè)環(huán)境主成分綜合得分及排名
優(yōu)良新品種的培育和推廣應(yīng)用是提高花生經(jīng)濟(jì)效益最有效的手段?;ㄉ漠a(chǎn)量不僅受自身基因型的控制,外界環(huán)境如水分、光照、溫度等條件也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響,同一品種在不同的種植環(huán)境下其性狀會(huì)產(chǎn)生較大的差異。通過對(duì)某一品種在不同種植地點(diǎn)各農(nóng)藝性狀的分析,可以較好地解析出影響其產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,在田間管理時(shí)可以做到有的放矢。目前常用的分析方法有相關(guān)性分析、通徑分析以及主成分分析,不同分析方式結(jié)合能夠更全面、更透徹地理清各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量關(guān)系。
本文中通過變異分析發(fā)現(xiàn),開農(nóng)111 單株飽果數(shù)在不同的種植環(huán)境中變異系數(shù)最大,其次是單株總果數(shù),說明這2 個(gè)性狀穩(wěn)定性差,受環(huán)境影響大,具有很大的改造潛力;變異系數(shù)最小的為出米率,其次是生育期,說明這2 個(gè)性狀與開農(nóng)111 的基因型有關(guān),屬于固有屬性,不易受環(huán)境條件影響,另外,若延遲收獲,人為延長(zhǎng)花生的生育期,雖在一定程度上提高了花生的飽果率,但對(duì)花生的品質(zhì)及種子發(fā)芽率會(huì)造成不同程度的影響,降低花生的商品性,因此,不應(yīng)對(duì)花生的生育期進(jìn)行隨意改變。相關(guān)性分析顯示,開農(nóng)111 主莖高與側(cè)枝長(zhǎng)、分枝數(shù)與結(jié)果枝數(shù)、單株總果數(shù)與單株飽果數(shù)、百果重與百仁重均呈極顯著正相關(guān),這與前人研究結(jié)論相同[6-8]。對(duì)莢果產(chǎn)量和其他農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析結(jié)果可知,開農(nóng)111 莢果產(chǎn)量與百果重和百仁重呈極顯著正相關(guān),這與范小玉等[9]對(duì)河南省夏播花生主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析,劉衛(wèi)星等[10]通過對(duì)60 個(gè)育成的小粒花生農(nóng)藝、產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析以及郭敏杰等[11]通過相關(guān)系數(shù)對(duì)大粒花生農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量進(jìn)行分析的結(jié)果一致。通徑分析可以將影響產(chǎn)量的性狀分解為直接因素和間接因素,通過不同農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生的直接效應(yīng)(直接通徑系數(shù))和間接效應(yīng)(間接通徑系數(shù)),找出與產(chǎn)量相關(guān)緊密的性狀。通過通徑分析顯示,百果重對(duì)開農(nóng)111 莢果產(chǎn)量的直接正效應(yīng)最大,其次為主莖高,側(cè)枝長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)量直接負(fù)效應(yīng)最大,而主莖高通過側(cè)枝長(zhǎng)對(duì)莢果產(chǎn)量產(chǎn)生較大的間接負(fù)效應(yīng),通過正負(fù)抵消后,主莖高對(duì)產(chǎn)量綜合效應(yīng)影響較小且為負(fù)值,而百仁重通過百果重對(duì)莢果產(chǎn)量產(chǎn)生較大的間接正效應(yīng),成為影響產(chǎn)量的第二大因素,該結(jié)論與于沐等[12]、鄧麗等[13]的研究結(jié)果基本相同。因此,可以把百果重和百仁重視為決定開農(nóng)111 產(chǎn)量提高的關(guān)鍵因素,而側(cè)枝長(zhǎng)則為限制產(chǎn)量提高的抑制因素。
主成分分析是利用降維的方式,把多個(gè)變量簡(jiǎn)化成少數(shù)綜合變量對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,與相關(guān)性分析僅分析2 個(gè)性狀之間的簡(jiǎn)單關(guān)系及通徑分析對(duì)一個(gè)性狀與一系列性狀逐個(gè)分析不同,該分析方式既可以對(duì)某個(gè)品種的多個(gè)影響因素進(jìn)行歸納,也可以對(duì)其適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià),目前在不同農(nóng)作物如水稻[14]、玉米[15]、小麥[16]、谷子[17]、茶樹[18]等綜合評(píng)價(jià)上得到了廣泛的應(yīng)用。本研究中,通過主成分分析將開農(nóng)111 的11 個(gè)主要農(nóng)藝性狀凝聚為4 個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.285%,并對(duì)其在18 個(gè)鑒定點(diǎn)表現(xiàn)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。分析結(jié)果顯示,PC1主要綜合了百果重、莢果產(chǎn)量和百仁重等產(chǎn)量因子,在固鎮(zhèn)和汾陽(yáng)種植時(shí)表現(xiàn)良好;PC2主要綜合了側(cè)枝長(zhǎng)、主莖高和出米率等生長(zhǎng)勢(shì)因子,在固鎮(zhèn)種植時(shí)表現(xiàn)良好;PC3主要綜合了單株飽果數(shù)和單株總果數(shù)等莢果數(shù)量因子,在鄭州、駐馬店表現(xiàn)良好;PC4主要綜合了結(jié)果枝數(shù)和總分枝數(shù)等與植株分枝有關(guān)的因子,在煙臺(tái)種植時(shí)表現(xiàn)良好。綜合4 個(gè)主成分的得分,得出開農(nóng)111 最適合在固鎮(zhèn)、駐馬店、濟(jì)寧、泰安、菏澤等5 個(gè)地區(qū)種植。開農(nóng)111 的主成分分析結(jié)論為其在不同地區(qū)引種提供理論依據(jù)和指導(dǎo),有利于開農(nóng)111 的推廣種植。
綜上所述,開農(nóng)111 莢果產(chǎn)量的提高是多個(gè)性狀綜合作用的結(jié)果,并且受環(huán)境因素影響,其中百果重和百仁重是提高莢果產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,側(cè)枝長(zhǎng)則抑制產(chǎn)量的提高,因此在種植時(shí)應(yīng)著重加強(qiáng)提高百果重和百仁重的管理措施,如施足底肥、盛花期及時(shí)追肥,盛花期和結(jié)莢期保證水分的供應(yīng)等,同時(shí)根據(jù)植株的生長(zhǎng)情況,在生育中期及時(shí)控旺,保證適合的株高和側(cè)枝長(zhǎng)度。不同地區(qū)引種時(shí)要考慮開農(nóng)111對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性情況,進(jìn)行針對(duì)性的管理,使產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最大化。