基于多元统计方法的江苏食用向日葵主要农艺性状综合评价

2021-12-08纪洪亭王勇赵韩伟曾燕楠狄佳春程润东朱银王庆南赵荷娟

江苏农业科学 2021年22期

纪洪亭王勇赵韩伟曾燕楠狄佳春程润东朱银王庆南赵荷娟

摘要：旨在掌握江苏省地方食用向日葵种质资源主要农艺性状，筛选食用向日葵优良种质资源，为江苏食用向日葵新品种选育提供理论依据。对江苏13份食用向日葵地方种质资源主要农艺性状进行分析，结果表明，13份食用向日葵资源主要农艺性状变异较大，变异系数为9.66%～66.03%，其中单株实粒质量、结实率变异系数较大，其次是百粒质量、株高、叶片数，变异系数在22.07%～28.91%之间;花盘直径、籽仁率、籽粒长和籽粒宽的变异系数较小，变异系数在9.66%～16.99%之间。分别采用相关分析法和主成分分析法计算综合隶属函数值，对食用向日葵综合农艺性状进行评价，2种方法对综合农艺性状的评价较为一致。根据相关分析法计算的综合隶属函数值，采用聚类分析方法将13份食用向日葵种质资源分为4类，筛选出综合农艺性状表现最好的种质资源1份，综合农艺性状表现较好的种质资源6份。

关键词：食用向日葵;农艺性状;综合评价;多元统计分析方法

中图分类号：S565.503 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）22-0105-05

收稿日期：2021-03-02

基金项目：江苏现代农业产业技术体系建设项目（编号：JATS[2020]013）。

作者简介：纪洪亭（1987—），男，山东青州人，博士，助理研究员，主要从事向日葵遗传育种研究。E-mail：jihongting2010@126.com。

通信作者：赵荷娟，研究员，主要从事甘薯、向日葵遗传育种研究。E-mail：zhuzhao603@163.com。

向日葵（Helianthus annuus L.）属于菊科向日葵属一年生草本植物，根据用途可分为食用向日葵、油用向日葵和观赏向日葵[1]，其对干旱、盐碱、贫瘠的土壤具有较强的适应性。随着经济社会发展，以及人民对美好生活需求的日益增加，对好吃、好看、高效作物的种植需求越来越大[2]。向日葵集油用、食用、观赏多功能于一体，已成为美丽乡村建设和休闲观光农业的特色优势作物，在服務休闲观光农业发展、助力乡村振兴中发挥了积极作用[3]。近年来，江苏休闲观光农业发展迅速，已成为重要的民生产业和新型消费业态，向日葵在休闲观光农业中的应用有力地促进了农业增效、农民增收和美丽乡村建设[4]。

种质资源是作物遗传育种研究的基础，种质资源的评价对作物育种具有重要意义。地方向日葵种植资源不仅对当地的土壤、气候等环境条件具有较强的适应性，而且对当地流行的主要病害具有较好的抗性[5]。目前，有关地方向日葵种质资源的评价分析研究已有报道。孙长君等对辽宁省食用向日葵优良种质资源进行了评价，筛选出丰产性好、具有优良性状的种质[6]。杨素梅等采用主成分分析法和聚类分析法对冀西北食葵地方资源农艺性状进行了鉴定与分析[7-8]。魏忠芬等对贵州向日葵地方种质资源分布及种质资源表型性状进行了调查与分析[9]。目前，有关江苏食用向日葵种质资源评价的研究尚未见报道。

本研究从江苏收集到13份向日葵地方种质资源，分别采用相关分析法和主成分分析确定权重系数，应用隶属函数法对其主要农艺性状进行综合分析，旨在全面掌握江苏地方食用向日葵种质资源主要农艺性状，筛选向日葵优良种质资源，为江苏地方食用向日葵新品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

供试食用向日葵种质材料由江苏省农业科学院种质资源与生物技术研究所提供，其编号、种子外观、来源详见表1。

1.2 试验设计

试验在江苏丘陵地区南京农业科学研究所进行，于2020年5月21日播种，6月1日移栽，移栽株距60 cm，行距80 cm。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 主要生长指标成熟期测定株高、叶片数、花盘直径、籽粒长、籽粒宽，手动脱粒后烘干测定百粒质量、单株实粒质量、结实率。

1.3.2 权重系数根据杨劲松等的方法[10-11]计算各主要农艺性状指标的权重系数，计算公式分别为

（1）相关分析法

Wj=rij∑rij。（1）

式中：Wj为第j个指标的权重值;rij为第i个品种第j个指标农艺性状指标与其他指标的之间相关系数的平均值。

（2）主成分分析法

Wj=Lj1×PC1+Lj2×PC2+Lj3×PC3PC1+PC2+PC3。（2）

式中：Lj1、Lj2、Lj3分别为第j个指标在第1、2、3主成分的载荷，PC1、PC2、PC3分别为第1、2、3主成分的方差贡献率。

1.3.3 综合隶属函数值根据各农艺性状指标的权重系数和隶属函数值计算综合隶属函数值，其计算公式为

Di=∑Uij×Wj;（3）

Uij=Xij-XminXmax-Xmin。（4）

式中：Dj为第i个品种的总隶属函数值，Uij为第i个品种的第j指标的隶属函数值，Xij为第i个品种的第j个指标，Xmin为第j个指标的最小值，Xmax为第j个指标的最大值。

1. 4 统计分析

用Excel整理数据，采用SPSS 20.0对各农艺性状进行相关分析和聚类分析，用Origin软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种食用向日葵主要农艺性状

2.1.1 结实率由表2可知，不同食用向日葵品种的结实率在18.35%～85.82%之间，变异系数为42.81%。V1、V7、V13品种的结实率较高，分别为81.33%、81.73%、85.82%;其次为V2、V10、V8、V6，结实率分别为70.02%、56.26%、53.61%、50.77%;V9、V3、V12、V11、V4、V5品种的结实率较低，分别为47.03%、40.67%、34.40%、33.97%、23.42%、18.35%。

2.1.2 百粒质量由表2可知，不同食用向日葵品种的百粒质量在9.31 ～18.43 g之间，变异系数为22.24%。V13、V5、V4品种的百粒质量较高，分别为18.43、16.97、15.92 g;其次为V1、V2、V3、V6、V7、V8、V9、V10、V12品种，百粒质量在10.22 ～12.99 g之间;V11品种的百粒质量最低，为9.31 g。

2.1.3 单株实粒质量由表2可知，不同食用向日葵品种的单株实粒质量在19.58～167.51 g之间，变异系数较大（66.03%）。V7和V13品种的单株实粒质量较高，分别为102.31 g和167.51 g;其次为V1、V2和V8品种，单株实粒质量在60.43～76.02 g之间，V3、V6、V10品种的单株实粒质量在43.64～54.26 g之间，而V4、V5、V9、V11、V12品种的单株实粒质量较小，在19.58 ～36.38 g之间。

2.1.4 株高由表2可知，不同食用向日葵品种的株高在134.60 ～390.43 cm之间，变异系数为28.91%。V13品种的株高最高，为390.43 cm;其次为V4、V5、V7、V8、V9、V10品种，株高在247.10～256.30 cm之間;而V6、V11、V12品种的株高较小，在134.60～164.20 cm之间。

2.1.5 叶片数由表2可知，不同食用向日葵品种的叶片数在59～122张之间，变异系数为22.07%。V13品种的叶片数最多（122张）;其次为V1、V7品种，叶片数均为77张;其余品种叶片数在59～74张之间。

2.1.6 花盘直径由表2可知，不同食用向日葵品种的花盘直径在14.05～24.50 cm之间，变异系数为16.99%。V3、V4、V5、V13品种的花盘直径较大，在22.30～24.50 cm之间;而V6、V9、V11品种的花盘直径较小，在14.05～16.40 cm之间;其余品种花盘直径在17.35～20.40 cm之间。

2.1.7 籽仁率由表2可知，不同食用向日葵品种的籽仁率在45.00%～65.07%之间，籽仁率变异系数最小（9.66%）。V10品种的籽仁率最大（65.07%）;而V1、V5、V6、V12品种的籽仁率较小，在45.00%～49.82%之间;其余品种籽仁率在50.46%～56.43%之间。

2.1.8 籽粒长由表2可知，不同食用向日葵品种的籽粒长在1.45～2.10 cm之间，变异系数为12.25%。V1、V6、V12、V13品种的籽仁率较小，在1.45～1.60 cm之间;其余品种籽粒长在1.80～2.10 cm之间。

2.1.9 籽粒宽由表2可知，不同食用向日葵品种的籽粒宽在0.55～0.95 cm之间，变异系数为14.63%。V13品种的籽粒宽最大，V9品种的籽粒宽最小，其余品种的籽粒宽在0.60 ～0.80 cm之间。

2.2 食用向日葵主要农艺性状相关性分析

表3为食用向日葵主要农艺性状的相关性分析，可以看出，单株实粒质量与结实率、株高、叶片数和籽粒宽呈极显著正相关（P<0.01）。结实率与叶片数呈显著正相关（P<0.05），表明叶片越多，越有利于提高食用向日葵的结实率。百粒质量与株高、花盘直径呈极显著正相关，与叶片数和籽粒宽呈显著正相关。

2.3 不同品种食用向日葵主要农艺性状综合评价

2.3.1 权重的确定本研究分别采用相关分析法和主成分分析法确定权重。表4为主要农艺性状的平均相关系数和权重系数。从权重系数来看，单株实粒质量、株高、叶片数的权重较高，其次是籽粒宽、百粒质量、结实率、花盘直径，籽仁率和籽粒长权重系数较小。

对13份品种食用向日葵进行主成分分析（表5），可以看出，3个主成分的方差贡献率分别为51.09%、20.57%和17.26%，累计方差贡献率为88.92%。决定第1主成分大小的主要是单株实粒质量、株高、叶片数和籽粒宽，决定第2主成分大小的主要是结实率、百粒质量、花盘直径、籽粒长，决定第3主成分大小的主要是籽仁率。从不同性状指标的权重来看，株高的权重最大，其次为百粒质量、籽仁率、单株实粒质量、叶片数、花盘直径，结实率、籽粒长和籽粒宽的权重较小。

2.3.2 食用向日葵主要农艺性状综合评价食用向日葵主要农艺性状综合评价根据综合隶属函数值来确定。采用隶属函数法计算出不同品种主要农艺性状的隶属函数值，根据相关分析法和主成分分析法确定权重系数，最终计算综合隶属函数值。将2种方法计算的综合隶属函数值作1 ∶1图。由图1可知，2种方法计算的综合隶属函数值相关关系较好。对2种方法计算出的综合隶属函数值作统计分析（图2），结果表明，这2种方法计算的综合隶属函数值统计特征值基本一致。总体而言，尽管2种评价方法计算的权重和综合隶属函数值有所差异，但其评价结果较为一致。

2.4 不同品种食用向日葵聚类分析

根据相关分析法综合函数值（图2），采用欧式距离分析不同品种食用向日葵主要农艺性状差异大小，采用组间联接法进行系统聚类。由图3可知，不同食用向日葵可分为4类，第1类包括V13，其综合农艺性状表现最好;第2类包括V1、V4、V5、V7、V8、V10，其综合农艺性状表现较好;第3类包括V2、V3、V6、V9，其综合农艺性状表现一般;第4类包括V11和V12，其综合农艺性状表现较差。

3 结论与讨论

通过对向日葵主要农艺性状的分析，筛选优良向日葵种质资源是向日葵育种工作的基础[5]。白苇等对冀西北50份食葵地方资源农艺性状分析得出，10份主要农艺性状指标变异系数为6.98%～54.78%，其中茎粗、花盘直径、籽粒长变异系数相对较小[8]。本研究对13份食用向日葵资源主要农艺性状变异较大，其变异系数为9.66%～66.03%，其中单株实粒质量、结实率变异系数较大，其次是百粒质量、株高、叶片数，在22.07%～28.91%之间，花盘直径、籽仁率、籽粒长和籽粒宽的变异系数较小，在9.66%～16.99%之间。本研究筛选出综合性状较好的品种V13，该品种的结实率、百粒质量、单株实粒质量最大，株高最高，叶片数最多，籽粒最宽，花盘直径、籽仁率相对较大。筛选出结实率高的品种有2份，分别为V1和V7，百粒质量和花盘直径较大的品种有2份，分别为V4和V5，籽仁率较高的品种有3份，分别为V8、V9和V10。

多元统计方法如主成分分析、隶属函数分析、聚类分析等已被广泛用于作物品种筛选和性状评价[12-14]。本研究采用相关分析法和主成分分析法确定不同农艺性状的权重，结合隶属函数法综合评价江苏地区13份食用向日葵主要农艺性状。该综合评价方法不仅考虑了评价因素指标值，还考虑了不同性状指标的权重，从而保证评价精度和评价结果的准确性[10，15]。根据相关分析法计算的综合隶属函数值，采用聚类分析方法将13份食用向日葵分为4类，第1类包括V13，其综合农艺性状表现最好;第2类包括V1、V4、V5、V7、V8、V10，其综合农艺性状表现较好;第3类包括V2、V3、V6、V9，其综合农艺性状表现一般;第4类包括V11和V12，其综合农艺性状表现较差。

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