基于因子分析對(duì)湖北省麥后棉新品種的評(píng)價(jià)

趙樹琪 張華崇 閆振華 黃曉莉 戴寶生 李蔚

摘要：為研究因子分析法在棉花區(qū)試中應(yīng)用可行性，探討湖北省麥后棉育種發(fā)展趨勢(shì)。以近年參加湖北省區(qū)試麥后棉品種為實(shí)驗(yàn)材料，利用因子分析法和聚類分析法對(duì)14個(gè)品種的17個(gè)性狀進(jìn)行分析。通過因子分析，提取6個(gè)公因子，可解釋全部性狀信息的92.041%。其中第一、第四公因子為品質(zhì)因子，第二公因子為生育期因子，第三公因子為株型因子，第五、第六公因子為產(chǎn)量因子。通過計(jì)算各品種的因子得分，發(fā)現(xiàn)雖然不同品種因子得分有正負(fù)差異，但是均為了提高產(chǎn)量或者改善品質(zhì)。通過聚類分析，發(fā)現(xiàn)14個(gè)品種可以分為4個(gè)類群，第一類群為EZ12，ZSO7，ZSO3品種，這3個(gè)品種馬克隆值均較低，纖維細(xì)度較好;第二類群為GB521，岡棉11號(hào)和華棉1543品種，這3個(gè)品種早熟性、產(chǎn)量及纖維品質(zhì)等表現(xiàn)較好，綜合性狀表現(xiàn)較好;第三類群為荊棉93、晶華棉116、中棉所99001和福隆棉316品種，這4個(gè)品種豐產(chǎn)性好，有高產(chǎn)潛力;第四類群為荊PC10、荊棉94、中棉所94A1822和中9705品種，這4個(gè)品種早熟性好，株型較好，纖維品質(zhì)較好。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為中9705、岡棉11號(hào)、ZS03、華棉1543的早熟性好、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，是適應(yīng)在湖北麥后棉推廣的品種。湖北省麥后棉育種在關(guān)注產(chǎn)量同時(shí)，要協(xié)調(diào)產(chǎn)量與早熟、產(chǎn)量與品質(zhì)、品質(zhì)與早熟之間的矛盾，同時(shí)重視抗病性、抗逆性等性狀。

關(guān)鍵詞：湖北省;麥后棉;區(qū)試;因子分析;聚類分析

中圖分類號(hào)：S562.038文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-3143（2021）06-0015-08

DOl：10.3969/j.issn.2095-3143，2021，06.003

Evaluation of New Varieties of After Wheat Cotton in Hubei Province Based on Factor Analysis

Zhao Shugi， Zhang Huachong， Yan Zhenhua， Huang Xiaoli， Dai Baosheng， Li Wei

（Huanggang Academy of Agricultural Sciences. Huanggang， Hubei 438000， China

Abstract： To study the application feasibility of factor analysis method in cotton regional trials， and explore the development trend of after - wheat cotton breeding in Hubei Province. 17 traits of 14 cotton varieties were ana-lyzed by factor analysis and cluster analysis using after - wheat cotton varieties that participated in cotton region test in Hubei province recent years as experimental materials. By factor analysis， six common factors were extracted which could explain 92. 041% o of the information of all characters. The first and fourth common factors were quali-ty factors. The second common factors were growth period factors. The third common factors were plant-type fac-tors， and the fifth and sixth common factors were yield factors. By calculating the factor scores of each variety， it was found that although there were positive and negative differences in the scores of different varieties， the yield or quality could be improved. Through the cluster analysis showed that the 14 cultivars could be divided into four groups. The first group is EZ12， Zs07 and Zs03. The three cultivars had low micronaire values and good fiber fine-ness. The second group is GB521， Gangmian 11 and Huamian 1543， these varieties perform well in early maturity yield and fiber quality， and the comprehensive character performance was better. The third group is Jingmian 93 Jinghua 116， CRI 99001 and Fulong 316. These four cultivars had good yield and high yield potential. The fourth group is Jing PC10， Jingmian 94， CRI 94A1822 and Zhong9705. These varieties had earliness， short stalk and fine quality. In the comprehensive evaluation， Zhong9705， Gangmian 11， Zs03， Huamian 1543 and other varieties with earliness， high yield and fine quality were suitable for promotion in Hubei after-wheat cotton. In the breedin of after-wheat cotton in Hubei province， the contradiction between yield and early maturity， yield and quality quality and early maturity should be coordinated while paying attention to yield. At the same time， the traits such as disease resistance and adversity resistance should be paid attention to.

Key words： Hubei province; After wheat cotton; Regional trial; Factor analysis Cluster analysis

因子分析法是一種用來研究存在于同一系統(tǒng)中多個(gè)可觀測(cè)變量之間相互關(guān)系的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療學(xué)1、地質(zhì)學(xué)[2、經(jīng)濟(jì)發(fā)展學(xué)3等領(lǐng)域。后來在作物遺傳育種中用以解析作物品種多個(gè)數(shù)量性狀間復(fù)雜關(guān)系研究，特別是在水稻[4-5、小麥[6-81、玉米[9-1]、油菜[12-13]、大豆[14-15]等作物自交系、雜交組合、品種等農(nóng)藝性狀、生理生化性狀及品質(zhì)性狀等，育種者能夠在各個(gè)世代進(jìn)行選擇和性狀改良，提高選擇效率和預(yù)見性。

品種區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)是棉花新品種審定及應(yīng)用推廣的必要程序。區(qū)域試驗(yàn)一般進(jìn)行兩年，通過兩年定點(diǎn)鑒定，對(duì)新品種豐產(chǎn)性、抗病性、適應(yīng)性，纖維品質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行鑒定，是新品種在審定、推廣前重要的環(huán)節(jié)。目前，對(duì)區(qū)試結(jié)果綜合分析和評(píng)價(jià)的研究普遍，較多采用方差分析、聯(lián)合方差分析[、灰色關(guān)聯(lián)度分析[18-19]、聚類分析[20]等方法。將因子分析應(yīng)用于品種區(qū)域試驗(yàn)更多是偏于品種優(yōu)劣和選育改良的方向。筆者對(duì)2018-2019年兩年均參加湖北省區(qū)域試驗(yàn)的麥后棉品種利用因子分析進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究各個(gè)性狀間的相關(guān)關(guān)系，有利于把握麥后棉育種趨勢(shì)，以期為麥后棉品種選育、品種改良提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)材料為2018-2019年湖北省棉花區(qū)試麥后棉組的棉花新品種，2018年參加的品種（系）有EZ12、GB521、Zs03、Zs07、福隆棉316、岡棉11號(hào)、華棉1543、荊93、晶華116、中9705、99001（中棉所選育材料），2019年參加的品種（系）有GB521、Zs03、岡棉11號(hào)、華棉1543、荊PC10、荊棉93、荊棉94、晶華棉116、隆福棉316、94A1822（中棉所選育材料）、99001，其中GB521、Zs03、岡棉11號(hào)、華棉1543、荊棉93、晶華棉116、隆福棉316、99001是參加區(qū)試兩年。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在湖北省黃岡市農(nóng)業(yè)科技示范園進(jìn)行，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積20m2，種植密度60000株/hm2（Zs03、Zs07、隆福棉316等有限果枝類型種植密度為72000株/hm2）。田間調(diào)查各品種的生育期、株高、果枝數(shù)、第一果枝著生節(jié)位、單株鈴數(shù);室內(nèi)考種測(cè)定衣分、籽指、單鈴重等;纖維品質(zhì)檢測(cè)上半部平均長度、整齊度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率、反射率、黃度、紡紗均勻性指數(shù)，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（安陽）完成;小區(qū)分批收獲，測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

試驗(yàn)分析性狀為生育期（X1）、株高（X2）、果枝數(shù)（X3）、第一果枝節(jié)位（X4）、籽指（X5）、衣分（X6）、皮棉產(chǎn)量（X7）、單株鈴數(shù)（X8）、單鈴重（X9）、上半部平均長度（X10）、整齊度（X11）、斷裂比強(qiáng)度（X12）、馬克隆值（X13）、伸長率（X14）、反射率（X15）、黃度（X16）、紡紗均勻性指數(shù)（X17）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 和SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2數(shù)據(jù)分析

2.1供試品種主要性狀相關(guān)性分析

供試品種的主要性狀相互間的相關(guān)系數(shù)見表1。由表1可知，生育期與果枝數(shù)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，與皮棉產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，與纖維伸長率呈極顯著正相關(guān);株高與單株鈴數(shù)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān);單株鈴數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量相關(guān)性較低，相關(guān)性系數(shù)僅-0.01;果枝數(shù)對(duì)皮棉產(chǎn)量影響達(dá)到顯著正相關(guān);單鈴重與衣分呈現(xiàn)顯著正相關(guān);纖維上半部平均長度與馬克隆值呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，與黃度呈顯著負(fù)相關(guān)，與反射率、紡紗均勻性指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與斷裂比強(qiáng)度呈正相關(guān)，但未達(dá)到顯著性水平;馬克隆值與纖維伸長率呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為-0.73，與黃度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.63。

2.2因子分析

以14個(gè)參試品種的17個(gè)性狀進(jìn)行因子分析，得到相關(guān)矩陣結(jié)果見表2。按照最小特征值大于1的原則，保留前6個(gè)公因子即F1、F2、F3、F4、F5和F6.6個(gè)因子方差貢獻(xiàn)率見表3，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率可達(dá)到92.041%，能夠很好地反映出17個(gè)性狀所代表信息。

因子分析目的不僅僅是找出公因子，更重要的是明確每個(gè)因子的生物學(xué)意義，由于初始因子代表變量不十分突出，對(duì)初始因子荷載矩陣進(jìn)行方差極大正交旋轉(zhuǎn)變換，旋轉(zhuǎn)后使得因子生物學(xué)意義更加突出，結(jié)果見表3和表4。旋轉(zhuǎn)后提取6個(gè)因子方差貢獻(xiàn)值（特征值），方差貢獻(xiàn)率有所變化，但是6個(gè)公因子方差累計(jì)貢獻(xiàn)率沒有變化。

從正交旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣（表3）可知，第一公因子中載荷值最大的是X13，為0.936，其次為X10和X15，分別為-0.887和-0.841，其他因子載荷值較小，說明因子1主要反映了馬克隆值、上半部平均長度和反射率等纖維品質(zhì)性狀，因而該因子可稱之為品質(zhì)因子;第二公因子中生育期、伸長率載荷值高，分別是0.916、0.815，所以認(rèn)為第二公因子為生育期因子;第三公因子中株高載荷值最高，為0.917，第一果枝節(jié)位次之，為0.873，因而第三公因子為株型因子;第四公因子中斷裂比強(qiáng)度、紡紗均勻性指數(shù)和整齊度度指數(shù)載荷值居前3，分別為0.860、0.705和0.623，所以認(rèn)為第四公因子為品質(zhì)因子;第五公因子中籽指載荷值最高，為0.882，單鈴重次之，為0.610，因而第五公因子為產(chǎn)量因子;第六公因子中載荷值最高的是單株鈴數(shù)，為0.842;其次是衣分，載荷值為0.811，所以認(rèn)為第六公因子為產(chǎn)量因子。

根據(jù)表4，得分系數(shù)矩陣得到前6個(gè)因子表達(dá)式如下。

Z1=-0.015X1-0.16X2-0.044X3+0.006X4-0.110X5-0.007X6-0.020X70.078X8-0.081X9-0.246X10+0.135X11+0.078X12+0.346X13+0.144X14-0.207X15+0.173X16-0.134X17;

Z2=0.330X1-0.055X2-0.220X3+0.118X4-0.074X5+0.087X6-0.262X7-0.070X8+0.041X9-0.012X10+0.182X11+0.025X12+0.085X13+0.302X14-0.017X15+0.024X16+0.054X17;

Z3=0.059X1+0.388X2+0.040X3+0.352X4-0.122X5+0.094X6+0.28X7-0.117X8+0.077X9+0.027X10-0.031X11+0.090X12+0.089X13+0.111X14+0.109X15-0.031X16+0.001X17;

Z4=0.149X1-0.037X2-0.019X3+0.139X4-0.066X5+0.075X6-0.038X7+0.128X80.175X9+0.013X10+0.312X11+0.496X12+0.213X13-0.081X14+0.102X15+0.085X16+0.307X17;

Z5=0.013X1-0.115X2+0.231X3-0.009X4+0.488X5+0.039X6-0.128X7-0.024X8+0.313X9+0.057X10+0.013X11-0.124X120.227X13-0.176X14-0.123X15+0.225X160.065X17;

Z6=0.130X1-0.140X2+0.033X3+0.137X4-0.080X5+0.424X6+0.048X7+0.485X8+0.126X9-0.017X10-0.17X11+0.154X12-0.082X13-0.178X14+0.037X15+0.030X16+0.037X17;

Z1代表品質(zhì)因子，解釋所有原始性狀信息的25.904%;Z2代表生育期因子，可解釋所有性狀原始信息的21.053%;Z3為株型因子，可解釋原始性狀信息的18.796%;Z4為品質(zhì)因子，可解釋原始性狀信息的11.897%，Z5、Z6均為產(chǎn)量因子，各解釋原始性狀信息的8.168%和6.223%。

2.3各個(gè)品種因子得分分析

為了更加直觀的觀測(cè)每個(gè)品種表現(xiàn)，提取6個(gè)因子，以每個(gè)因子方差貢獻(xiàn)值為權(quán)重，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指數(shù)F綜合=0.25904Z1+0.21053Z2+0.18796Z3+0.11897Z4+0.08168Z5+0.06223Z6，并根據(jù)各個(gè)品種因子分析得分計(jì)算綜合影響見表5。

通過品種因子得分，Zs07綜合評(píng)分最低，Zs07、岡棉11號(hào)、華棉1543、Zs03、GB521、荊棉93、中9705的綜合得分均為負(fù)值，EZ12綜合評(píng)分最高，為0.746。對(duì)照品種晶華116、福隆棉316均為正值。Zs07第一公因子和第六公因子得分均很低，第二公因子為-1.579，說明該品種馬克隆值低，纖維較細(xì)，早熟性較好，但是該品種單株結(jié)鈴較少，不易獲得高產(chǎn)。中9705第二公因子和第五公因子得分較低，說明該品種生育期較短，早熟性好，籽指較低，衣分較高，有利于獲得高產(chǎn)。94A1822第三公因子得分較低，但是第五公因子得分較高，說明該品種株型偏小，籽指偏高，衣分偏低，不易獲得高產(chǎn)。福隆棉316第一公因子得分最高，第五、六公因子得分較低，說明該品種馬克隆值偏高，纖維較粗，且該品種單株結(jié)鈴和鈴重均不高，不易獲得高產(chǎn)。99001第二公因子得分高，說明該品種生育期較長，早熟性一般。EZ12第三公因子得分高，說明該品種植株高大，第一果枝節(jié)位較高。ZSO3第四公因子得分最高，第一公因子為負(fù)值（為-1.270），僅次于Zs07，說明該品種纖維比強(qiáng)度較好，纖維較細(xì)，馬克隆值較低，纖維品質(zhì)較好。岡棉11號(hào)第六公因子得分高，說明該品種單株結(jié)鈴數(shù)較好，易獲得高產(chǎn)。荊棉93第四公因子得分低，說明該品種纖維斷裂比強(qiáng)度可能較差。荊棉94第一公因子得分僅次于福隆棉316，為1.282，說明該品種馬克隆值高，纖維較粗。其他各品種各個(gè)公因子得分有正有負(fù)，有的品種各公因子得分相對(duì)較均衡，如華棉1543和荊PC10。雖然育種單位在品種選育過程中關(guān)注的目標(biāo)性狀有所不同，但是在關(guān)注產(chǎn)量和品質(zhì)因子的同時(shí)，應(yīng)注重株型因子等性狀的選育。

2.4聚類分析

通過17個(gè)性狀對(duì)參加區(qū)試的14個(gè)品種進(jìn)行聚類分析?？梢詫⒃嚻贩N分到4個(gè)類群：第一類群為EZ12、Zs07、Zs03，其中Zs07，Zs03是零式果枝材料，這3個(gè)品種都是由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育，且這3個(gè)品種第一公因子均較小，馬克隆值均較低;第二類群為GB521、岡棉11號(hào)和華棉1543，這3個(gè)品種綜合得分均為負(fù)值，在F1、F3、F4、F5、F6公因子得分均較一致，說明其在馬克隆值、株高、斷裂比強(qiáng)度、籽指和單株鈴數(shù)表現(xiàn)較接近，綜合性狀表現(xiàn)良好;第三類群為荊棉93、晶華棉116、99001和福隆棉316，這4個(gè)品種中除了荊棉93綜合得分為負(fù)值之外，其他3個(gè)品種均為正值，且相差不大，說明這幾個(gè)品種在多個(gè)性狀具有相同的表現(xiàn);第四類群為荊PC10、荊棉94、94A1822和中9705，其中中9705得分為負(fù)值，且第二公因子得分低，品種早熟性好，94A1822綜合得分結(jié)余在0和0.1之間，該品種早熟性好，株型較好，但籽指較高，衣分較低，單株結(jié)鈴較少，不易獲得高產(chǎn)，荊PC10與荊94都是由荊州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育，在品質(zhì)因子和產(chǎn)量因子等多個(gè)因子中具有相似的表現(xiàn)，聚類距離較近。

3討論和結(jié)論

本研究中14個(gè)參試品種在黃岡試點(diǎn)的表現(xiàn)，針對(duì)17個(gè)性狀進(jìn)行因子分析，提取6個(gè)公因子，能夠解釋原始性狀92.041%的數(shù)據(jù)信息。提取的6個(gè)公因子真實(shí)反映了所支配的性狀及其相互關(guān)系，且每個(gè)公因子表現(xiàn)明顯的功能，其中F1和F4是品質(zhì)因子、F2是生育期因子、F3是株型因子、F5和F6均為產(chǎn)量因子。公因子分析結(jié)果，能夠從統(tǒng)計(jì)學(xué)量化的角度揭示性狀之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)掘不同品種培育的主要目標(biāo)性狀，對(duì)湖北省麥后棉育種有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)，每個(gè)公因子之間存在某種正向或者負(fù)向相關(guān)關(guān)系，在育種實(shí)踐中要注意這些矛盾，在栽培措施上協(xié)調(diào)矛盾，才能發(fā)揮品種增產(chǎn)增效的潛力。

通過計(jì)算品種因子得分，在14個(gè)品種中，Zs07綜合得分最低，主要是早熟性好，纖維品質(zhì)較好，但是產(chǎn)量不突出，在育種過程中要注意對(duì)其綜合性狀的改良，特別是協(xié)調(diào)產(chǎn)量和纖維品質(zhì)之間的矛盾;EZ12得分最高，該品種株高較高，果枝節(jié)位較高，其它因子得分不突出，產(chǎn)量表現(xiàn)一般，在育種中注意控制株高，提高產(chǎn)量。通過因子分析發(fā)現(xiàn)，因子得分正負(fù)不能完全的代表品種的優(yōu)劣，要根據(jù)具體的因子構(gòu)成分析。Zs07綜合得分最低的原因是第一公因子得分低，而第一公因子是由馬克隆值、纖維長度構(gòu)成，其值為負(fù)，說明馬克隆值較小，纖維細(xì)度較好，是有利性狀;EZ12的第三公因子得分最高，第三公因子是株型因子，與株高，第一果枝節(jié)位相關(guān)，數(shù)值較大，說明植株高大，第一果枝節(jié)位高，第一果枝節(jié)位與早熟性相關(guān)，所以EZ12早熟性一般，是不利性狀;94A1822綜合得分雖然接近于0，但是其第一和第五公因子得分較高、第六公因子低（為-0.992），說明其纖維細(xì)度較差、籽指重（有研究表明衣分與籽指負(fù)相關(guān)）衣分偏低、單株結(jié)鈴一般、豐產(chǎn)性一般，這與推測(cè)較一致。

通過聚類分析，將參試14個(gè)品種聚類到4個(gè)類群：第一類群為EZ12、Zs07和Zs03，這類品種多為零式果枝材料且纖維品質(zhì)較好;第二類群為GB521、岡棉11號(hào)和華棉1543，這類品種綜合表現(xiàn)較好;第三類群為荊棉93、晶華棉116、99001和福隆棉316，這類品種豐產(chǎn)性好、有高產(chǎn)潛力;第四類群為荊PC10、荊棉94、94A1822和中9705，這類品種纖維品質(zhì)和早熟性均表現(xiàn)較好。通過聚類分析避免了以表面數(shù)據(jù)做簡(jiǎn)單的直觀評(píng)價(jià)，同時(shí)摒除因個(gè)別性狀優(yōu)劣對(duì)因子分析造成影響引起的誤判，有利于提高研究分析的科學(xué)性和合理性。

聯(lián)合因子分析和聚類分析，結(jié)合原始的產(chǎn)量和纖維品質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：湖北省麥后棉育種在提高早熟性的同時(shí)要兼顧產(chǎn)量和品質(zhì)，協(xié)調(diào)早熟性與產(chǎn)量、早熟與品質(zhì)、產(chǎn)量和品質(zhì)等主要的矛盾21-22]，雖然培育出了中9705、岡棉11號(hào)、華棉1453、ZS03等一批早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)品種，但是從分析來看，在兼顧產(chǎn)量同時(shí)，纖維品質(zhì)特別是纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值等是麥后棉育種需要持續(xù)改良的重要性狀。另外，針對(duì)湖北省氣候特點(diǎn)，品種的抗病性、抗逆性（高溫、澇漬災(zāi)害等）等也是需要育種者關(guān)注的性狀。

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