馬海新, 王純武, 胡 芳, 肖春燕, 鮮開(kāi)梅, 牛新霞
(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 新疆 昌吉 831104;2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站, 烏魯木齊 831100)
大蒜(AlliumsativumL.)為百合科(Liliaceae)蔥屬(Allium)植物地下鱗莖結(jié)構(gòu),兼具鮮食及入藥價(jià)值,是我國(guó)重要的農(nóng)作物之一[1]。高原香蒜作為大蒜的一個(gè)地方栽培品種,隨著大蒜產(chǎn)業(yè)的不斷壯大與發(fā)展,在新疆各地種植面積逐步擴(kuò)大,其經(jīng)濟(jì)效益及食藥價(jià)值發(fā)展前景可觀。
生產(chǎn)上大蒜一般以無(wú)性繁殖為主,在長(zhǎng)期的種植過(guò)程中,形成適應(yīng)性較為豐富的資源,同時(shí)也出現(xiàn)品種退化、產(chǎn)量下降、品質(zhì)不高等問(wèn)題,隨著生活水平的提高,消費(fèi)者對(duì)大蒜品質(zhì)也提出了更高要求,蒜種資源良好的表型及品質(zhì)發(fā)展勢(shì)在必行[2]。在農(nóng)作物品種綜合評(píng)價(jià)中,灰色關(guān)聯(lián)度法和DTOPSIS法(逼近理想解的排序方法,即熵值法)常用于小麥[3]、水稻[4]、玉米[5]、番茄[6]、蘋果[7]、梨子[8]等作物評(píng)價(jià),但在大蒜種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)上的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道。本研究利用灰色關(guān)聯(lián)分析法和DTOPSIS法綜合分析評(píng)價(jià)了高原香蒜農(nóng)藝性狀、品質(zhì)與產(chǎn)量間關(guān)系,對(duì)參試6個(gè)大蒜品種進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià),旨在為大蒜種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù),為大蒜品種選育中選擇多個(gè)優(yōu)良目標(biāo)性狀指明方向,以期高質(zhì)高效完成目標(biāo)性狀選定,加速育種進(jìn)程,減少品種選育的盲目性[9-10]。
在新疆且末縣、和靜縣進(jìn)行種植栽培試驗(yàn),選取6個(gè)大蒜(AlliumsativumL.)品種作為材料,分別為xjgar 1、xjgar 2、xjgar 3、xjgar 4、xjgar 5和江格薩依蒜,代號(hào)依次記為A、B、C、D、E、F。
試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù)。其中且末縣6個(gè)大蒜品種設(shè)置18個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積15 m2;和靜縣5個(gè)大蒜品種設(shè)置15個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積15 m2,四周設(shè)置保護(hù)行。于4月10日進(jìn)行播種,株行距10 cm×25 cm,溝深5~8 cm,8月20日采收,其他田間管理措施均按高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行[11-12]。
根據(jù)鄧聚龍灰色關(guān)聯(lián)度分析方法,將大蒜產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀及品質(zhì)看作一個(gè)灰色系統(tǒng),通過(guò)系統(tǒng)中數(shù)列幾何關(guān)系的比較來(lái)確定各因素間的關(guān)聯(lián)程度大小,因素間曲線變量幾何形狀越接近,各因素發(fā)展變化態(tài)勢(shì)越接近,各因素間的關(guān)聯(lián)程度就會(huì)越大,這種分析方法樣本數(shù)量要求不高,分析時(shí)不需要典型分布規(guī)律,分析結(jié)果與定性分析結(jié)果基本一致,在經(jīng)濟(jì)、生物、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為方便分析,大蒜產(chǎn)量標(biāo)記為Y;13個(gè)農(nóng)藝性狀株高、假莖高、假莖粗、葉片數(shù)、抽薹率、收獲株數(shù)、鱗莖橫徑、鱗莖縱徑、鱗莖單球重、鱗莖層數(shù)、外層瓣數(shù)、內(nèi)層瓣數(shù)、生育期分別記作N 1、N 2、N 3、N 4、N 5、N 6、N 7、N 8、N 9、N 10、N 11、N 12、N 13;6個(gè)品質(zhì)指標(biāo)大蒜素、蒜氨素、水分、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素C分別記作P 1、P 2、P 3、P 4、P 5、P 6。
根據(jù)DTOPSIS法,將各品種綜合性狀進(jìn)行量化,變?yōu)槠贩N理想解的相對(duì)接近度(Ci),對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的有限個(gè)數(shù)進(jìn)行排序,并與現(xiàn)有目標(biāo)進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣的評(píng)價(jià),熵越大說(shuō)明數(shù)據(jù)越混亂,攜帶信息越少,效用值越小,因而權(quán)重也越小。熵值法評(píng)價(jià)過(guò)程就是先描述熵值基本原理及分析過(guò)程,后針對(duì)最終權(quán)重值進(jìn)行深入描述分析,最后對(duì)分析進(jìn)行梳理總結(jié)。與方差分析法相比,避免了僅用產(chǎn)量作為評(píng)價(jià)品種優(yōu)劣的唯一標(biāo)準(zhǔn)[14-15]。
灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS法均采用SPSSAU在線統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。目前SPSSAU在線統(tǒng)計(jì)分析軟件被廣泛應(yīng)用于社會(huì)學(xué)、教育學(xué)、醫(yī)學(xué)、金融等領(lǐng)域,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有所應(yīng)用,但在特色作物種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)上,特別是大蒜作物的數(shù)據(jù)分析中還未見(jiàn)報(bào)道。SPSSAU在線統(tǒng)計(jì)分析軟件具有高效、簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)處理快速、數(shù)據(jù)分析方法多、效度和信度高、圖文選擇廣等優(yōu)點(diǎn)[16]。
根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)理論,將產(chǎn)量(Y)與13個(gè)農(nóng)藝性狀(N 1~N 13)看作一個(gè)灰色系統(tǒng),以667 m2產(chǎn)量(Y)為母序列,研究13個(gè)農(nóng)藝性狀與Y的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并以各農(nóng)藝性狀與Y的關(guān)聯(lián)度大小作為分析參考,分辨系數(shù)取0.5,結(jié)合關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出關(guān)聯(lián)系數(shù)值,根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)值計(jì)算出關(guān)聯(lián)度值,并將關(guān)聯(lián)度值進(jìn)行排序,關(guān)聯(lián)度大,即評(píng)價(jià)較高,與Y關(guān)系最密切,否則,與Y關(guān)系不密切,評(píng)價(jià)較低。
由表1、表3可知,且末縣試驗(yàn)地參試品種中,與Y關(guān)聯(lián)度大小的排序?yàn)椋篘 11>N 5>N 6>N 10>N 13>N 4>N 9>N 1>N 3>N 2>N 7>N 8>N 12。其中關(guān)聯(lián)度最大和最小的分別是N 11(0.908)和N 12(0.665)。
表1 且末縣大蒜參試品種農(nóng)藝性狀平均值Table 1 Average values for agronomic traits of garlic varieties tested in Qiemo County
表2 和靜縣大蒜參試品種農(nóng)藝性狀平均值Table 2 Average values for agronomic traits of garlic varieties tested in Hejing County
表3 且末縣大蒜參試品種產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)及結(jié)果排名Table 3 Correlation coefficients and result rankings between yield and agronomic traits of garlic varieties tested in Qiemo County
由表2、表4可知,和靜縣試驗(yàn)地參試品種中,與Y關(guān)聯(lián)度大小的排序?yàn)椋篘 6>N 11>N 13>N 9>N 1>N 7>N 5>N 4>N 3>N 8>N 2>N 10>N 12。其中關(guān)聯(lián)度最大和最小的分別是N 6(0.816)和N 12(0.538)。
表4 和靜縣大蒜參試品種產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)及結(jié)果排名Table 4 Correlation coefficients and result rankings between yield and agronomic traits of garlic varieties tested in Hejing County
根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析方法,將Y作為母序列,研究其他品質(zhì)性狀(P)與Y關(guān)系緊密程度大小。關(guān)聯(lián)系數(shù)越大、關(guān)聯(lián)度越高,與Y緊密程度就越高。
由表5、表7可知,且末縣種植的大蒜參試品種,6個(gè)品質(zhì)性狀(P 1~P 6)與產(chǎn)量Y的關(guān)系有所差異。與Y關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的是P 2(0.739)其余從大到小為P 6(0.691)、P 1(0.645)、P 3(0.613)、P 5(0.613)、P 4(0.596)。
表5 且末縣大蒜參試品種品質(zhì)平均值Table 5 Average quality of garlic varieties tested in Qiemo County
表6 和靜縣大蒜參試品種品質(zhì)平均值Table 6 Average quality of garlic varieties tested in Hejing County
表7 且末縣大蒜參試品種產(chǎn)量與品質(zhì)關(guān)聯(lián)系數(shù)及結(jié)果排名Table 7 Correlation coefficients and result rankings of yield and quality of garlic varieties tested in Qiemo County
由表6、表8可知,和靜縣種植的大蒜參試品種,6個(gè)品質(zhì)性狀與產(chǎn)量Y的關(guān)系也有所不同。與Y關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的是P 2(0.704),其余從大到小為P 1(0.622)、P 3(0.617)、P 5(0.602)、P 6(0.588)、P 4(0.545)。
表8 和靜縣大蒜參試品種產(chǎn)量與品質(zhì)關(guān)聯(lián)系數(shù)及結(jié)果排名Table 8 Correlation coefficients and result rankings of yield and quality of garlic varieties tested in Hejing County
研究分析13個(gè)農(nóng)藝性狀間的相互關(guān)系,關(guān)聯(lián)系數(shù)越大,表明兩者之間密切程度就越高。由表9、表10可知,在且末縣試種的大蒜,13個(gè)農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度存在差異。
表9 且末縣大蒜參試品種各農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度矩陣Table 9 Correlation degree matrix among agronomic traits of garlic varieties tested in Qiemo County
表10 和靜縣大蒜參試品種各農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度矩陣Table 10 Correlation degree matrix among agronomic traits of garlic varieties tested in Hejing County
按照鄧聚龍灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析法,將品質(zhì)性狀作為一個(gè)灰色系統(tǒng),分別以6個(gè)品質(zhì)性狀(P 1~P 6)為參考數(shù)列,其余性狀為比較數(shù)列,綜合評(píng)價(jià)6個(gè)品質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)程度大小。由表11、表12品質(zhì)間關(guān)聯(lián)度矩陣可知,每個(gè)品質(zhì)性狀間關(guān)聯(lián)程度有所不同。
表11 且末縣大蒜參試品種各品質(zhì)間關(guān)聯(lián)度矩陣Table 11 Correlation degree matrix among the quality of garlic varieties tested in Qiemo County
6個(gè)品質(zhì)性狀分別作參考值,13個(gè)農(nóng)藝性狀(N 1~N 13)作比較值,對(duì)大蒜6個(gè)品質(zhì)與各農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行研究。由圖1和圖2可知,6個(gè)品質(zhì)性狀與各農(nóng)藝性狀間的關(guān)聯(lián)程度存在差異。以圖1為例,與大蒜素關(guān)系較密切的農(nóng)藝性狀是N 5、N 6、N 11、N 10、N 13,關(guān)聯(lián)度均大于0.90;與蒜氨素關(guān)系較為密切的是N 5、N 11、N 6、N 10和N 13,關(guān)聯(lián)度分別為0.95、0.95、0.94、0.92、0.91;以水分為參考,13個(gè)農(nóng)藝性狀為比較數(shù)列,除N 12的關(guān)聯(lián)度(0.66)值小于0.90外,其余農(nóng)藝性狀關(guān)聯(lián)度值均大于等于0.90;與蛋白質(zhì)關(guān)聯(lián)較為密切的是N 13、N 1、N 4、N 2、N 7、N 3,關(guān)聯(lián)度值均在0.95以上;與脂肪關(guān)聯(lián)度較為密切的是N 13、N 4、N 5、N 6、N 1,關(guān)聯(lián)度均在0.95以上;與維生素C關(guān)系較為密切的是N 13、N 4、N 5、N 6,除N 12和N 9關(guān)聯(lián)度值低于0.9外,其余均在0.9以上。和靜縣6個(gè)品質(zhì)性狀與13個(gè)農(nóng)藝性狀之間的關(guān)聯(lián)度大小如圖2所示。
圖1 且末縣大蒜品質(zhì)與農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度結(jié)果Fig.1 Results of correlation between garlic quality and agronomic traits in Qiemo County
圖2 和靜縣大蒜品質(zhì)與農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)度結(jié)果Fig.2 Results of correlation between garlic quality and agronomic traits in Hejing County
利用DTOPSIS法對(duì)大蒜6個(gè)品質(zhì)性狀(P 1~P 6)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算,從表13、表14可知,且末縣種植的6個(gè)(樣本量)大蒜品種,6項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)(P 1~P 6)的權(quán)重值分別是0.189,0.182,0.110,0.129,0.164,0.227,P 3、P 1、P 2所占權(quán)重較大,且各項(xiàng)間的權(quán)重相對(duì)較為均勻,均在0.167附近;和靜縣種植的5個(gè)(樣本量)大蒜品種,6個(gè)品質(zhì)性狀的權(quán)重值分別是0.183,0.131,0.132,0.102,0.168,0.284,P 3、P 1和P 6所占權(quán)重較大,且各項(xiàng)間的權(quán)重相對(duì)較為均勻,均在0.167附近[17-18]。
表13 大蒜品質(zhì)描述統(tǒng)計(jì)Table 13 Quality description statistics of garlic
DTOPSIS法首先找出評(píng)價(jià)指標(biāo)的正負(fù)理想解(A+和A-),接著計(jì)算出各評(píng)價(jià)對(duì)象分別與正負(fù)理想解的距離值D+和D-。根據(jù)D+和D-值,最終計(jì)算得出各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的接近程度(C值),并可針對(duì)C值進(jìn)行排序。從表15可知,對(duì)6個(gè)品質(zhì)指標(biāo)(P 1~P 6)進(jìn)行DTOPSIS評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)對(duì)象為樣本量數(shù)量。以且末縣為例,有3個(gè)品種綜合評(píng)價(jià)值Ci較高,品種F、D、B排名前3 。其中F的Ci值是0.636,排名第一,D的Ci值是0.552,排名第二,B的Ci值是0.534,排名第三,且由產(chǎn)量排序可知,排名前三的品種依次是F、B和D,產(chǎn)量分別為257.8、201.5、351.1 kg。以和靜縣種植大蒜品質(zhì)為樣本量,有3個(gè)品種綜合評(píng)價(jià)值Ci較高,排序由大到小是品種B、D和C,Ci值分別是0.558、0.466和0.482,且由產(chǎn)量排序可知,B、D和C產(chǎn)量較高,分別為606.6、634.6、902.6 kg。
利用DTOPSIS法計(jì)算出大蒜各個(gè)品質(zhì)權(quán)重系數(shù)(表14),再對(duì)兩地大蒜品種的品質(zhì)關(guān)聯(lián)系數(shù)(表7、表8)進(jìn)行等權(quán)平均和加權(quán)平均(表16),無(wú)論等權(quán)平均還是加權(quán)平均,且末縣種植大蒜品種D、A、C排名前三,與理想品種接近;和靜縣種植大蒜品種B、D、A排名前三,與理想品種接近。而且末縣品種B、E、F關(guān)聯(lián)系數(shù)大小及排序靠后,與理想品種相差較遠(yuǎn);和靜縣品種C和F關(guān)聯(lián)系數(shù)大小及排序靠后,與理想品種相差較遠(yuǎn),不宜作為當(dāng)?shù)赝茝V品種。
表14 大蒜品質(zhì)熵值法計(jì)算權(quán)重結(jié)果匯總Table 14 Summary of weight calculation results of garlic quality entropy method
由鄧聚龍的灰色關(guān)聯(lián)分析法可知,關(guān)聯(lián)度越大,與參考值關(guān)系越緊密,綜合評(píng)價(jià)值越高。以大蒜產(chǎn)量為參考值,與大蒜產(chǎn)量關(guān)系密切的農(nóng)藝性狀是外層瓣數(shù)、抽薹率、收獲株數(shù)、鱗莖層數(shù)、生育期、鱗莖單球重和株高。說(shuō)明在保證合理密植、合理株高的前提下,應(yīng)多關(guān)注大蒜外層瓣數(shù)、收獲株數(shù)、生育期、單球重等性狀指標(biāo),注重培育大蒜鱗莖瓣數(shù)多、鱗莖大、生育期合理品種。
由大蒜產(chǎn)量與品質(zhì)間關(guān)聯(lián)度大小及排序可知,與大蒜產(chǎn)量關(guān)系密切的品質(zhì)性狀是蒜氨素、維生素C、大蒜素和水分。說(shuō)明選育大蒜品種時(shí),除了關(guān)注大蒜產(chǎn)量指標(biāo)外,還應(yīng)將大蒜品質(zhì)指標(biāo)大蒜素、蒜氨素和維生素C的含量作為重要指標(biāo)加以綜合考慮。
由大蒜品質(zhì)與各農(nóng)藝性狀間關(guān)聯(lián)系數(shù)大小可知,與大蒜素關(guān)系密切的農(nóng)藝性狀是抽薹率、外層瓣數(shù)和生育期;與蒜氨素關(guān)系密切的農(nóng)藝性狀是收獲株數(shù)、外層瓣數(shù)和生育期;與維生素C關(guān)系密切的農(nóng)藝性狀是葉片數(shù)、外層瓣數(shù)和生育期。株高、葉片數(shù)、外層瓣數(shù)、抽薹率和生育期對(duì)大蒜各項(xiàng)品質(zhì)影響較大,說(shuō)明應(yīng)在合理控制株高和葉片數(shù)前提下,有側(cè)重點(diǎn)的記錄調(diào)查大蒜外層瓣數(shù)和生育期,通過(guò)田間管理措施進(jìn)一步提高大蒜外層瓣數(shù)、抽薹率,合理調(diào)控生育期,對(duì)于提高大蒜品質(zhì)具有積極作用。
通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法和DTOPSIS法對(duì)大蒜農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀與產(chǎn)量三者間關(guān)系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),這兩種方法均是以灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),設(shè)置了理想品種和參考品種,并對(duì)關(guān)聯(lián)度和Ci值進(jìn)行了排序。DTOPSIS法更是利用權(quán)重法對(duì)大蒜各品種品質(zhì)進(jìn)行優(yōu)選排序,由排序名次可知,且末縣大蒜品種xjgar 4、xjgar 1、xjgar 3綜合評(píng)價(jià)較高,和靜縣大蒜品種xjgar 2、xjgar 4、xjgar 1綜合評(píng)價(jià)較高,且與產(chǎn)量排序基本一致。DTOPSIS法對(duì)品種的評(píng)價(jià)更為精準(zhǔn),灰色關(guān)聯(lián)法在各個(gè)性狀指標(biāo)的關(guān)系研究上貢獻(xiàn)較大。
研究大蒜品質(zhì)與產(chǎn)量間的關(guān)系及大蒜各品種的綜合評(píng)價(jià),對(duì)于大蒜育種工作具有重要意義。利用灰色關(guān)聯(lián)分析法和DTOPSIS法對(duì)大蒜農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀以及產(chǎn)量三者間關(guān)系研究尚未見(jiàn)報(bào)道[19-20],大多數(shù)研究者都著眼于農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量間關(guān)系研究,而對(duì)品質(zhì)與產(chǎn)量間的關(guān)系和通過(guò)“品質(zhì)+產(chǎn)量”的綜合評(píng)價(jià)關(guān)注較少。任艷云等[21]、羅莉斯等[22]研究認(rèn)為,大蒜各農(nóng)藝性狀指標(biāo)中最大葉寬、葉面積等與鱗莖質(zhì)量相關(guān)性較高。本研究認(rèn)為,抽薹率、收獲株數(shù)、鱗莖層數(shù)、生育期、單球重和株高對(duì)大蒜產(chǎn)量影響較大,兩項(xiàng)研究結(jié)果略有不同,這可能是地域環(huán)境氣候和主栽品種不同導(dǎo)致。田潔等[23]、孫素萍等[24]研究認(rèn)為,大蒜果聚糖和總糖的含量均與鱗莖橫徑呈極顯著正相關(guān),且與單頭重也達(dá)到了顯著相關(guān)水平,總糖含量、鱗莖橫徑和單頭重等在大蒜鱗莖表型及碳水化合物性狀鑒定及資源分類中起著主導(dǎo)作用。本研究認(rèn)為,大蒜素、蒜氨素和維生素C三個(gè)品質(zhì)指標(biāo)對(duì)產(chǎn)量起主導(dǎo)作用,且與株高、外層瓣數(shù)、抽薹率、生育期等農(nóng)藝性狀關(guān)系密切,兩個(gè)研究結(jié)果略有不同,可能是品質(zhì)性狀的選擇與分析不同導(dǎo)致。王純武等[25]研究表明,xjgar 1號(hào)和xjgar 3號(hào)兩個(gè)品種綜合表現(xiàn)良好,可作為新疆大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的儲(chǔ)備品種,這與本研究結(jié)果基本一致。
綜上所述,大蒜品種優(yōu)選育種時(shí),不僅要關(guān)注大蒜產(chǎn)量高低,還應(yīng)對(duì)大蒜株高、收獲株數(shù)、外層瓣數(shù)、抽薹率、生育期、單球重、大蒜素、蒜氨素和維生素C等性狀指標(biāo)的高低加以深入探討,對(duì)大蒜進(jìn)行產(chǎn)量、農(nóng)藝和品質(zhì)綜合性評(píng)價(jià)研究,要抓住重點(diǎn)性狀指標(biāo)的分析,與產(chǎn)量密切程度小的一些性狀指標(biāo)可不作為重點(diǎn)研究對(duì)象。品種xjgar 4、xjgar 1和xjgar 3在且末縣和和靜縣綜合評(píng)價(jià)較高,今后的大蒜品種選育時(shí),可作為基礎(chǔ)種質(zhì)資源進(jìn)行比較分析,本研究為今后大蒜種質(zhì)資源創(chuàng)新與繁育提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。