黃芩主要農(nóng)藝性狀的相關性及主成分分析

于營，劉亞苓，魯海坤，歐陽艷飛，郭靖※

〔1.中國農(nóng)業(yè)科學院特產(chǎn)研究所，吉林省中藥材種植（養(yǎng)殖）重點實驗室吉林 長春130112；2.河北省農(nóng)林科學院棉花研究所，河北 石家莊050051〕

黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）為唇形科黃芩屬多年生草本植物，以干燥的根入藥，屬大宗常用中藥材，其性寒味苦[1-3]，入心、肺、膽、大腸經(jīng)，具有瀉火解毒、清熱燥濕和止血安胎等作用，對上呼吸道感染、胸悶、肺熱咳嗽、肝炎、高血壓、癰腫癤瘡和胎動不安等癥有很好的療效[4-7]。黃芩中含有黃酮類、揮發(fā)油、多糖及鐵、銅、鋅、錳等微量元素，主要在抗腫瘤、抗菌、抑制心腦血管疾病、抗氧化和抗炎等藥理方面效果較明顯[8]。黃芩最早記載于《神農(nóng)木草經(jīng)》中，臨床使用歷史已經(jīng)長達2 000多年，由于其市場需求量大，藥用價值高，野生資源逐漸減少，促使黃芩的人工種植面積不斷擴大[8]。因此，搜集黃芩種質(zhì)資源，進一步培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的新品種是目前滿足黃芩大量需求最有效的途徑[5-6]。

農(nóng)藝性狀指農(nóng)作物的生育期、株高、葉面積和果實重量等可以代表作物品種特點的相關性狀。產(chǎn)量性狀是植物育種中比較重要的一個指標，大多數(shù)產(chǎn)量性狀受多個表型影響[9-11]，具有選擇比較直觀、方便測量和性狀間存在相互關聯(lián)等特點，可為育種提供有效的遺傳信息[12-14]。相關分析是研究隨機變量之間相關關系的一種統(tǒng)計方法。主成分分析可以把多個指標合成為少數(shù)幾個綜合指標，能夠反映原始變量的大部分信息[15-16]。因此，在培育高產(chǎn)黃芩品種過程中，對黃芩農(nóng)藝性狀進行相關性分析和主成分分析尤為重要。迄今為止，大多數(shù)學者僅對黃芩開展了藥理與藥化等方面的研究，對其品種、農(nóng)藝性狀等研究較少，僅溫學森等研究發(fā)現(xiàn)了“晚花黃芩”這一高產(chǎn)類型，其單株產(chǎn)量比普通黃芩高近一倍[17]。本研究對3年生黃芩的9個農(nóng)藝性狀進行測定，并開展遺傳變異、相關性分析及主成分分析，旨在為今后黃芩新品種選育奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長白山野生生物資源重點野外科學觀測試驗站人工種植3年生黃芩（30株），由中國農(nóng)業(yè)科學院特產(chǎn)研究所郭靖研究員鑒定為唇形科黃芩屬黃芩（Scutellaria baicalensis Georgi）。

1.2 農(nóng)藝性狀測定

2019年7月，在黃芩基地隨機選取30株黃芩，對其農(nóng)藝性狀測定，指標包括根長、根粗、根重、根分枝數(shù)、株高、莖分枝數(shù)、莖粗、葉寬和葉長9個性狀。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用2007版本Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，利用SAS 6.12軟件進行各農(nóng)藝性狀的相關性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃芩農(nóng)藝性狀遺傳變異

由表1可知，黃芩的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)由大到小依次為根重＞莖分枝數(shù)＞根分枝數(shù)＞根粗＞莖粗＞葉寬＞根長＞葉長＞株高。根重、根分枝數(shù)和莖分枝數(shù)變異系數(shù)較大，均大于55%；根粗、莖粗、葉寬和根長的變異系數(shù)次之，均大于20%；株高和葉長變異系數(shù)較小，均小于20%，表明這些性狀不易受環(huán)境因子影響。因此，根據(jù)變異系數(shù)可以推測黃芩根重、根分枝數(shù)和莖分枝數(shù)遺傳多樣性比較豐富，選擇潛力較大，其中根重可直接用于豐產(chǎn)目標的選擇育種，可為黃芩優(yōu)良品種選育提供豐富的基礎材料。

表1黃芩主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分析Table 1 Variation coefficient analysis of main agronomic traits of Georgi

表1黃芩主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分析Table 1 Variation coefficient analysis of main agronomic traits of Georgi

注：X1.根長；X2.根粗；X3.根重；X4.根分枝數(shù)；X5.株高；X6.葉長；X7.葉寬；X8.莖粗；X9.莖分枝數(shù)。Note:X1.Root length;X2.Root width;X3.Root weight;X4.Root branch number;X5.Plant height;X6.Leaf length;X7.Leaf width;X8.Stem diameter;X9.Stems branch number.

性狀Character X1（cm） X2（mm） X3（g） X4（個） X5（cm） X6（cm） X7（cm） X8（mm） X9（枝）最大值maximum value 33.00 18.79 24.12 6.00 64.50 7.10 2.00 5.86 11.00最小值minimum value 11.40 5.56 1.71 1.00 35 3.70 0.60 1.82 1.00平均值average value 17.16 11.15 9.32 2.20 52.76 4.69 1.01 3.12 4.67變異系數(shù)CV（%） 24.34 30.44 29.12 55.22 12.11 14.11 26.66 27.10 56.37標準差SD 4.18 3.39 5.51 1.21 6.39 0.66 0.27 0.85 2.63極差range 11.45 11.52 30.37 1.48 40.80 0.44 0.07 0.72 6.92

2.2 黃芩主要農(nóng)藝性狀的相關分析

由表2可知，根長與根粗、根重和莖分枝數(shù)呈顯著正相關（R=0.417 95*，0.422 36*，0.398 63*）。根粗與根重呈極顯著正相關（R=0.87104**），與根分枝數(shù)、株高、莖粗、莖分枝數(shù)呈顯著正相關（R=0.556 41*，R=0.485 22*，R=0.387 54*，R=0.512 06*），育種時可以通過地上株高、莖粗和莖分枝數(shù)間接對根粗進行選擇。根重與根分枝數(shù)呈極顯著正相關（R=0.607 62**），與株高、莖分枝數(shù)呈顯著正相關（R=0.533 71*，R=0.453 57*），可以通過地上部株高和莖分枝數(shù)來間接選擇根重。根分枝數(shù)與莖分枝數(shù)呈顯著正相關（R=0.453 20*），可以通過選擇莖分枝數(shù)少的間接選擇根分枝數(shù)少的。

表2黃芩主要農(nóng)藝性狀間的相關分析Table 2 Correlation analysis of mian agronomic charactera of Georgi

表2黃芩主要農(nóng)藝性狀間的相關分析Table 2 Correlation analysis of mian agronomic charactera of Georgi

注：*表示顯著相關（P＜0.05）；**表示極顯著相關（P＜0.01）。Note:*indicates significant correlation(P＜0.05);**indicates extremely significant correlation(P＜0.01).

性狀Character X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X2 0.417 95*X3 0.422 36* 0.871 04**X4 0.266 49 0.556 41* 0.607 62**X5 0.239 58 0.485 22* 0.533 71* 0.216 66 X6 ﹣0.101 90 ﹣0.057 37 0.010 27 0.006 00 0.414 83*X7 0.157 71 0.333 34 0.161 46 0.011 63 0.035 48 0.273 33 X8 ﹣0.119 19 0.387 54* 0.520 14 0.278 69 0.518 85* 0.197 84 0.041 39 X9 0.398 63* 0.512 06* 0.453 57* 0.453 20* 0.325 81 ﹣0.048 83 0.403 79* 0.041 12

2.3 黃芩主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

由表3可知，特征值大于1的有3個主成分，其累積貢獻率達71.33%，包括了黃芩大部分農(nóng)藝性狀信息。第1主成分特征值是3.630，貢獻率是40.330%，其中根重、根粗、根分枝數(shù)、株高和莖分枝數(shù)在第1主成分有較高的載荷，且載荷值均為正值，稱為產(chǎn)量因子。第2主成分的特征值是1.516，貢獻率是16.850%，葉長、莖粗和株高在第2主成分有較高的載荷，且載荷值均為正值，稱為株型因子。第3主成分的特征值為1.274，貢獻率為14.160 %，葉寬和葉長在第3主成分有較高的載荷，且載荷值均為正值，稱之為葉型因子。

表3黃芩主要農(nóng)藝性狀的主成分分析Table 3 Principal component analysis of main agronomic characters of Georgi

表3黃芩主要農(nóng)藝性狀的主成分分析Table 3 Principal component analysis of main agronomic characters of Georgi

分量來源Component of the source主成分component產(chǎn)量因子Production factor 株型因子Plant type factor 葉型因子Leaf type factor X1 0.270 -0.372 0.163 X2 0.469 -0.106 -0.081 X3 0.476 0.002 -0.204 X4 0.355 -0.133 -0.267 X5 0.349 0.410 0.040 X6 0.079 0.530 0.513 X7 0.177 -0.088 0.684 X8 0.272 0.520 -0.259 X9 0.349 -0.327 0.232特征值eigenvalue 3.630 1.516 1.274貢獻百分率（%）percentage of contribution 40.330 16.850 14.160累積貢獻百分率（%）cumulative contribution percentage 40.330 57.180 71.340

3 討論

農(nóng)藝性狀是藥用植物種質(zhì)資源評價與育種的重要指標之一，變異系數(shù)可衡量農(nóng)藝性狀的變異范圍及差異程度[19]。研究結(jié)果初步表明黃芩根重、根分枝數(shù)和莖分枝數(shù)變異系數(shù)較大，遺傳多樣性比較豐富，可為黃芩優(yōu)良品種選育提供豐富的基礎材料。

相關分析是研究現(xiàn)象之間是否存在某種依存關系，并對具體有依存關系的現(xiàn)象探討其相關方向以及相關程度。本研究結(jié)果表明，根重與根分枝數(shù)呈極顯著正相關，與根粗和根長呈顯著正相關。根長與根粗、根重和莖分枝數(shù)呈顯著正相關；根粗與根分枝數(shù)呈顯著正相關，且根重、根分枝數(shù)、根粗、根長變異系數(shù)均較大，因此，在采收期可以直接對根部性狀進行育種選擇。根重與株高、莖分枝數(shù)呈顯著正相關；根粗與株高、莖粗、莖分枝數(shù)呈顯著正相關；根分枝數(shù)與莖分枝數(shù)呈顯著正相關；且莖分枝數(shù)、莖粗的變異系數(shù)均較大，因此，在生育期可以通過地上部莖分枝數(shù)、莖粗來間接選擇根重與根粗，可以通過選擇莖分枝數(shù)少的間接選擇根分枝數(shù)少的。

主成分分析目的是通過提取出較少的幾項綜合性指標，最大限度地反映出原來較多指標所反映的信息[16]。本研究通過對黃芩進行主成分分析，共篩選出3個主成分，分別為產(chǎn)量因子、株型因子和葉型因子，其累積貢獻率達71.33%。在黃芩育種時，產(chǎn)量因子為主要因子，其次為株型因子和葉型因子。

4 結(jié)論

通過對黃芩農(nóng)藝性狀研究表明，黃芩的根重、根分枝數(shù)、莖分枝數(shù)選擇潛力較大。在黃芩生長期，可以通過莖分枝數(shù)、莖粗間接選擇根重、根粗和根長，通過選擇莖分枝數(shù)少的間接選擇根分枝數(shù)少的植株；在采收期可以直接對根部性狀進行育種選擇。在黃芩各性狀中進行主成分分析，產(chǎn)量因子對黃芩的可靠性要高于其他因子，其次為株型因子和葉型因子，本研究可為黃芩優(yōu)良品種選育提供參考。