甜高粱主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

王黎明，焦少杰，姜艷喜，嚴(yán)洪冬，蘇德峰，孫廣全

（黑龍江省農(nóng)科院作物育種所，哈爾濱150086）

甜高粱主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

王黎明，焦少杰，姜艷喜，嚴(yán)洪冬，蘇德峰，孫廣全

（黑龍江省農(nóng)科院作物育種所，哈爾濱150086）

對(duì)國內(nèi)外194份甜高粱品種進(jìn)行了10個(gè)主要農(nóng)藝性狀調(diào)查。采用主成分分析，發(fā)現(xiàn)穗重、生育期、生物產(chǎn)量、穗長、莖粗、分蘗及含糖量等7個(gè)因子為農(nóng)藝性狀的主成分。在甜高粱育種中應(yīng)加強(qiáng)生物產(chǎn)量選擇，適當(dāng)考慮含糖量及生育期，但穗重、分蘗和莖粗不宜過高，并且穗長越短越好。研究結(jié)果將為甜高粱的品種改良和創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

甜高粱；農(nóng)藝性狀；主成分分析

甜高粱具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗旱、耐澇、耐鹽堿等優(yōu)點(diǎn)，且生長迅速、糖分積累快、生物學(xué)產(chǎn)量高，不僅能夠作青貯飼料，還可生產(chǎn)燃料乙醇［1-2］，因而引起了許多國家的廣泛重視。選育農(nóng)藝性狀優(yōu)良的甜高粱品種越來越重要［3-4］。為明確品種選育時(shí)各農(nóng)藝性狀對(duì)目標(biāo)性狀作用大小，本文調(diào)查了國內(nèi)外194個(gè)甜高粱品種的主要農(nóng)藝性狀并進(jìn)行了主成分分析，以期為種質(zhì)創(chuàng)新及雜交種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

國內(nèi)外甜高粱品種共194份，其中中國品種85份、俄羅斯品種21份、烏克蘭品種21份、印度品種22份、墨西哥品種17份、美國品種28份。

1.2 試驗(yàn)方法

農(nóng)藝性狀調(diào)查：2009年在黑龍江省農(nóng)科院試驗(yàn)地進(jìn)行材料的田間種植，單行區(qū)，行長5m。生育期間調(diào)查出苗至開花日數(shù)、生育日數(shù)、分蘗、莖粗、單株重、株高、穗長及含糖量；收獲后調(diào)查單穗重及千粒重，共10個(gè)性狀。所有調(diào)查項(xiàng)目按照《高粱種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［5］進(jìn)行，其中含糖量的調(diào)查為田間采樣后整株榨汁，用測(cè)糖儀進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)品種調(diào)查10株，以10株的平均數(shù)作為各性狀的調(diào)查結(jié)果。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法：將所有品種各性狀的平均值運(yùn)用SAS軟件進(jìn)行主成分分析。采用Jacobi法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)新的相關(guān)矩陣R，從R中求得10個(gè)特征根及相應(yīng)的特征向量，根據(jù)累積貢獻(xiàn)率≥85%的特征根及相應(yīng)的特征向量作為主成分［6］。

表1 甜高粱主要農(nóng)藝性狀主成分分析

表2 甜高粱品種主要農(nóng)藝性狀的主成份矩陣

2 結(jié)果與分析

相關(guān)分析結(jié)果列于表1和表2。表1中各特征值的大小代表各綜合指標(biāo)遺傳方差的大小，各特征值的累計(jì)百分率代表各綜合指標(biāo)對(duì)遺傳方差貢獻(xiàn)的百分率，特征向量表示在各綜合指標(biāo)中供試品種各性狀對(duì)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)的大小。

從主成分分析的初始化特征值和因子提取后的特征值可見，初始化特征值中10個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到100%，其中前7個(gè)成分累計(jì)達(dá)到90%以上，可將這7個(gè)成分作為概括不同甜高粱品種農(nóng)藝性狀絕大部分信息的主成分進(jìn)行分析。

由7個(gè)主成分的特征向量可看出，第一主成分中生育日數(shù)、單穗重、莖粗及千粒重的正值較大，因?yàn)樯陂L、莖稈粗壯，使單穗重和千粒重增加，因此把第一主成分稱為穗重因子。但穗重增加的同時(shí)，單株重和含糖量會(huì)降低。第二主成分中出苗至開花期、生育日數(shù)、單株重、分蘗、含糖量等性狀的正值較大，稱為生育期因子，生育期越長，與生物產(chǎn)量相關(guān)的單株重越大、分蘗越多、含糖量越高，但單穗重和千粒重降低。第三主成分中單株重、單穗重、千粒重、莖粗、穗長、株高的正值較大，為生物產(chǎn)量因子。說明莖稈粗壯、穗較長、株高較高的品種生物產(chǎn)量較高。第四主成分中穗長、莖粗、分蘗的正值較高，為穗長因子。穗長較長的同時(shí)，生物產(chǎn)量和含糖量降低。第五主成分中莖粗、含糖量、穗長、分蘗的特征向量為正值，稱為莖粗因子，莖稈較粗，含糖量較高。第六主成分中分蘗、千粒重、單穗重的特征向量為正值，稱為分蘗因子，分蘗較多，含糖量和單株重較低。第七主成分中含糖量、穗長、生育期、千粒重的正值較大，稱為含糖量因子。含糖量較高，單株重較低。

從以上分析看出，綜合與甜高粱生物產(chǎn)量及含糖量有關(guān)的農(nóng)藝性狀考慮，第一主成分不應(yīng)過高，因?yàn)樗胫氐脑黾邮股谘娱L、生物產(chǎn)量降低、含糖量降低。第二主成分可適當(dāng)增加，因?yàn)樯谠介L，生物產(chǎn)量越高、含糖量越高。第三主成分都是與生物產(chǎn)量和含糖量相關(guān)的性狀，越高越好。第四主成分應(yīng)越低越好，因?yàn)樗腴L的增加，使含糖量和生物產(chǎn)量均降低。第五主成分不宜過高，因?yàn)榍o稈較粗的同時(shí)，使單株重和單穗重都降低。第六主成分不應(yīng)過高，隨著分蘗的增加，含糖量和單株重都降低。第七主成分應(yīng)適當(dāng)控制，因?yàn)殡m然含糖量較高，單穗重增加了，但單株重卻降低了，且生育期延長。

3 討論

作物農(nóng)藝性狀中大部分都是數(shù)量性狀，數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律比較復(fù)雜，許多性狀受微效多基因控制，不僅受環(huán)境影響，而且各性狀之間又相互聯(lián)系、相互制約。因此，研究和探討數(shù)量性狀間表型和內(nèi)在的遺傳聯(lián)系已成為育種工作者十分關(guān)注的問題。作物的主成分分析法將多個(gè)相關(guān)指標(biāo)化為少數(shù)不相關(guān)指標(biāo)，可以得到相對(duì)獨(dú)立的綜合數(shù)量指標(biāo)，解決了各農(nóng)藝性狀對(duì)目標(biāo)性狀作用大小難以解釋清楚的問題［7］。開展甜高粱育種時(shí)，主要育種目標(biāo)為生物產(chǎn)量高且含糖量較高。通過對(duì)國內(nèi)外甜高粱主成分分析表明，在性狀選擇中應(yīng)加強(qiáng)生物產(chǎn)量的選擇，適當(dāng)考慮含糖量及生育期，穗重、分蘗和莖粗不宜過高，同時(shí)穗長越短越好。進(jìn)行材料的性狀改良時(shí)應(yīng)對(duì)這些性狀的作用特點(diǎn)加以重視，此結(jié)果將為甜高粱的品種改良和創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

[1]黎大爵.甜高粱可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（8）：1021-1024.

[2]鄒劍秋，宋仁本，盧慶善，等.新型綠色可再生能源作物-甜高粱及其育種策略[J].雜糧作物，2003（3）：22-24.

[3]盧慶善.高粱學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：381-415.

[4]王黎明.黑龍江省高粱生產(chǎn)及育種工作展望[J].作物雜志，2007（3）：34-36.

[5]陸平.高粱種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[J].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006（3）：51-60.

[6]余家林.農(nóng)業(yè)多元試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)[M].北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1993.

[7]徐克學(xué).生物數(shù)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1999：12-102.

M ain Com ponent Analysis of Agronom ic Traits of Sweet Sorghum

WANG Li-ming，JIAO Shao-jie，JIANG Yan-xi，YAN Hong-dong，SU De-feng，SUN Guang-quan
（Crop Breeding Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Harbin 150086,China）

Ten agronomic traits of 194 sweet sorghum varieties from domestic and foreign countries were investigated.Panicle weight，growth period，biomassweight，panicle length，stem diameter，tiller，and sugar content were analyzed as themain components of agronomic traits.For sweet sorghum breeding，it needs to select higher weight of biomass and panicle,proper sugar content and growth period，fit tillers and stem diameter，and shorter panicle length.The investigating information is provided for germplasm improvement and sweet sorghum breeding.

sweet sorghum；agronomic traits；main component analysis

S566.5

A

《中國糖料》編輯部啟事

1007-2624（2012）02-0007-02

2011-09-20

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)（nycytx-12-03-02）；黑龍江省攻關(guān)項(xiàng)目（GA09B101-5-12）。

王黎明（1968-），女，研究員，從事高粱育種研究。

一、本刊自1998年第1期入編《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》。《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》免收作者版面費(fèi)，并免費(fèi)提供作者引文率統(tǒng)計(jì)資料。凡本人文章不愿在《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》上刊載的作者，請(qǐng)?jiān)趤砀迳下暶鳎撐慕?jīng)本刊刊載后，不再編入《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》。

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