26个大果花生产量构成因素分析及适应性评价

2023-02-26殷君华芦振华邓丽郭敏杰李阳苗建利任丽

江苏农业科学 2023年24期

殷君华芦振华邓丽郭敏杰李阳苗建利任丽

摘要：通过对大果花生产量构成因素的多元统计分析，为筛选培育高产花生品种和探索花生高产栽培技术提供理论参考和技术支持。对在开封地区同一地块种植的26个大果花生品种的9个主要农艺性状（主茎高、侧枝长、总分枝数、结果枝数、百果质量、百仁质量、出米率、单株生产力和荚果产量）进行遗传变异、相关性、主成分和通径分析，探明不同农艺性状与荚果产量的相互关系，确定提高荚果产量的关键因素；通过对26个品种的主成分综合评价，筛选出适应当地种植的大果花生品种。遗传变异分析显示，总分枝数变异系数最大，为20.167%，其次为单株生产力、单株结果数，分别为15.119%和15.021%，说明品种间类型变异比较丰富，具有多样性，而出米率变异系数最小，为7.445%，说明出米率反映品种固有特性，遗传相对稳定；相关性分析结果显示，荚果产量与单株生产力呈极显著正相关关系（P<0.01），与百仁质量呈显著正相关关系（P<0.05），单株生产力与单株结果数呈显著正相关关系，百仁质量与百果质量呈极显著正相关关系，主茎高与侧枝长呈极显著正相关关系。主成分分析结果显示，9个农艺性状可以凝聚为3个主成分，分别为株型因子、产量因子和荚果因子，贡献率分别为34.72%、20.33%、16.36%，累计贡献率达71.41%。通径分析结果表明，主茎高对荚果产量的直接通径系数最大，为1.17，其次为百仁质量和单株生产力，分别为0.994和0.618，側枝长对荚果产量的负效应最大，为-1.215，通过其他性状产生的间接效应，各农艺性状对产量综合效应表现为单株生产力＞百仁质量＞百果质量＞单株结果数＞出米率＞总分枝数＞主茎高＞侧枝长。其中，单株生产力、百仁质量、百果质量和单株结果数对荚果产量的综合正效应比较明显，是提高荚果产量的关键因素。通过对26个品种主成分综合评价可知，开农118、邢201019、漯花30和豫花188号具有较好的株型因子和产量因子，适合开封及周边地区种植推广。

关键词：花生；农艺性状；荚果产量；相关性分析；主成分分析；通径分析；适应性评价

中图分类号：S565.204 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）24-0044-06

花生是我国重要的经济作物和油料作物，我国花生种植面积居世界第2位，约占全球种植面积的20%，产量是世界平均产量的1.26倍，居世界首位，是世界生产花生最多的国家［1］。近年来我国花生种植面积增长较快，2021年种植面积达到480.53万hm2，总产1 830.78万t。河南省是花生种植大省，2021年花生种植面积达129.29万hm2，总产588.21万t，种植面积和产量分别占全国的26.91%和32.13%，均居全国第1位。当前我国植物油原料短缺，60%以上依赖进口，2016年首次出现花生进口量超过出口量，在我国可耕地面积较少的情况下，要解决花生需求的缺口，主要手段还是要提高花生产量。

大果花生因其果大仁重，产量普遍较高，在生产上一直受种植户的欢迎，同时，也是广大育种者提高花生产量的主要育种目标之一。但花生产量受多种因素影响，是多个农艺性状综合作用的结果，不同的农艺性状间存在不同程度的作用关系，或相互促进或相互制约，这使提高花生产量的育种工作变得繁杂困难，不利于高产品种的培育和筛选。目前，比较热门的分析手段有相关性分析、主成分分析和通径分析等，可以较有效地厘清各农艺性状对产量的影响，在小麦［2-3］、玉米［4-5］、水稻［6］、棉花［7］等主要农作物上都有应用。在花生上，朱亚娟等利用相关性和通径分析对河南省小粒花生品种主要农艺性状和产量进行分析［8］。张晓杰等利用主成分和相关性分析对576份我国花生核心种质进行表型性状研究［9］。张忠信等通过相关性和通径分析对河南省22个夏播花生品种的主要农艺性状与单株生产力之间的相互作用进行分析［10］。刘卫星等利用主成分分析和聚类分析对我国北方地区15个花生品种的11个产量与品质性状进行分析和综合评价［11］。这类研究中很大一部分采用不同品种在不同地区性状表现数据的平均值进行分析，所利用的数据受不同地区的地理环境、管理条件及人为考种误差等因素影响较大，结论不尽相同，削弱了结果的可靠性和实用性，针对某一地区花生高产栽培指导意义较小。

为尽量减少上述误差，本研究采用26个大果花生品种在同一地块、相同管理条件、同一人田间调查及同批人考种所得数据进行遗传变异、相关性、主成分和通径分析，从而在很大程度上减少了地理环境和人为因素等造成的误差，同时，为了减少因缺苗断垄造成的局部边行优势，本研究所选品种当年出苗率均在90%以上，所得数据比较客观、真实、可靠，参考价值大。利用不同分析手段对大果花生产量构成因素进行分析及品种适应性评价，探明不同农艺性状对产量的影响，明确提高大果花生产量的关键因素和适合当地种植的花生品种，为选育高产大果花生和研究高产栽培技术提供理论支持和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试花生品种26个，试验采用2021年黄淮海中南片大粒品种多点联合测试中部分参试品种在河南开封承试点的数据。各品种在同一地块种植，田间管理一致。

1.2 试验设计

1.2.1 试验地概况试验地点在开封市农林科学研究院试验田，位于34°46＇13″N、114°15′51″E，属温带大陆性季风气候，多年平均气温为14.52 ℃，平均无霜期为221 d，平均降水量为627.5 mm。试验田土质为沙壤土，肥力中等，地势平坦，排灌方便，前茬油菜掩青。

1.2.2 田间试验设计与调查项目试验小区采用随机区组排列，重复3次，起垄种植，垄宽0.8 m，每垄种植2行。每小区2垄共4行，长8.34 m，宽 1.6 m，穴距16.7 cm，播种密度15万穴/hm2，每穴2粒种子。各品种于2021年5月18日统一播种，9月中下旬根据各品种成熟期进行收获。收获前在每小区中部随机选取10株进行考种，调查主茎高（X1）、侧枝长（X2）、总分枝数（X3）、单株结果数（X4）、单株生产力（X8）等性状，收获后调查百果质量（X5）、百仁质量（X6）、出米率（X7）等性状，根据品种3个重复小区平均产量，计算荚果产量（Y）。

1.3 统计分析

遗传变异分析采用PASW Statistics 18软件，相关性和主成分分析采用Origin 2022软件，通径分析采用R语言agricolae包。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状的变异分析

根据禹山林对花生大小果的划分标准［12］，将百果质量大于200 g的花生材料归为大粒花生，其余为小粒花生，本试验中选用的26个品种百果质量在200.00～325.60 g之间，均属大果品种，品种信息见表1。对花生各品种9个主要农艺性状进行遗传变异分析，结果（表2）显示，各主要农艺性状遗传变异程度表现为总分枝数（X3）＞单株生产力（X8）＞单株结果数（[JP3]X4）＞主茎高（X1）＞侧枝长（X2）＞百果质量（X5）＞荚果产量（Y）＞百仁质量（X6）＞出米率（X7）。其中，变异系数最大的是总分枝数（20.167%），变化范围在5.10～12.69个之间；其次是单株生产力和单株结果数，变异系数分别是15.119%、15.021%，都在15%以上，变异幅度均较大；变异系数最小的是出米率（7.445%），变化范围为54.10%～74.96%；其他5个性状的变异系数也在9.202%～14.729%之间。各主要农艺性状除了受自身固有的品种特性影响外，还受地理环境和管理水平的影响，以上数据分析显示，除了出米率、百仁质量、荚果产量变异系数较小外，其余6个性狀变异系数均较大，变动范围广，说明本试验所选26个试验样本品种间遗传差异大，具有多样性。

2.2 主要性状的相关性分析

通过对各主要农艺性状相性分析，将两两性状的相关系数以图表形式展现，具体如图1所示。由分析结果（图1）可知，荚果产量（Y）与单株生产力（X8）呈极显著正相关关系（P<0.01），与百仁质量（X6）呈显著正相关关系（P<0.05）；单株生产力与单株结果数（X4）呈显著正相关关系（P<0.01）；百仁质量与百果质量（X5）呈极显著正相关关系（P<0.05）；主茎高（X1）与侧枝长（X2）呈极显著正相关关系（P<0.01）。另外，由图1还可以看出，除单株生产力和百仁质量对荚果产量的影响达显著或极显著水平外，百果质量、单株结果数和出米率（X7）与荚果产量呈正相关但均不显著，对荚果产量均具有促进作用；侧枝长、主茎高与荚果产量负相关，对荚果产量具有抑制作用，而总分枝数对荚果产量的影响可以忽略。从该组大果花生主要农艺性状与荚果产量的简单相关性分析可知，单株生产力对大果花生荚果产量影响最大，百仁质量次之，可见这2个性状是提高荚果产量的关键因素。

2.3 主成分分析

2.3.1 主要农艺性状的主成分分析对9个农艺性状进行主成分分析，再根据其分析结果将特征值大于1的主成分纳入标准，得到3个主成分（表3）。结果显示，主成分1（PC1）、主成分2（PC2）和主成分3（PC3）对总遗传的方差贡献率分别是34.72%、20.33%、16.36%，累计贡献率达71.41%，说明这3个主成分已经基本包含了农艺性状的全部信息。由可视化主成分载荷图（图2）可以直观看出，在PC1中，载荷值最大的是侧枝长，其次为百仁质量和主茎高，而单株生产力和百果质量在主成分1中的载荷值也较大，表明PC1主要反映大果花生的株型和产量性状，可以称之为株型因子。在株型因子中，侧枝长和主茎高载荷值为负值，百仁质量、单株生产力和百果质量的载荷值为正值。在PC2中，单株结果数的载荷值最大且为正值，其次是荚果产量、主茎高、侧枝长和总分枝数，载荷值均较大且为正值，表明主成分2主要反映大果花生的产量性状，可以称之为产量因子。由表2可知，PC3中百果质量的载荷值最大且为正值，其次为单株结果数和百仁质量，表明PC3主要反映了荚果大小的特性，可以称之为荚果因子，荚果因子的3个关键性状中，百果质量和百仁质量的载荷值为正值，单株结果数为负值，说明百果质量和百仁质量与单株结果数存在负相关关系，这与相关性分析结论一致。

2.3.2 花生品种主成分分析及适应性评价根据各品种前2个主成分值（PC1、PC2）与其对应特征值的贡献率，计算各品种主成分综合得分，进行品种在开封地区的适应性评价。以主成分1为x轴、主成分2为y轴，绘制各品种2个主成分二维得分坐标图（图3），并得到26个品种综合得分及排名（表4）。由图3可以直观看出，落在第Ⅰ象限的品种有4个，分别为开农118、邢201019、漯花30和豫花188号，综合得分较高，居26个品种的前4名，这4个品种具有侧枝长较短，主茎高适中，单株生产力、百果质量、百仁质量、荚果产量较高和单株结果数较多的特性，这与株型因子（PC1）和产量因子（PC2）包含的因素一致，即在第Ⅰ象限中的品种株型因子和产量因子最优；落在第Ⅱ象限的品种有8个，这8个品种具有较好的产量因子，但株型因子欠佳；第Ⅲ象限的品种有5个，其株型因子和产量因子均不占优势；第Ⅳ象限的品种有9个，具有较好的株型因子，但产量因子欠佳。根据品种的主成分得分图，可以比较直观地对每个品种株型因子和产量因子的特性进行评价，有利于优势品种的筛选和性状改良。

2.4 主要农艺性状与产量的通径分析

分析结果（图4）显示，主茎高对荚果产量的直接正效应最大（PY=1.170），其次是百仁质量（PY=0.994）和单株生产力（PY=0.618）；侧枝长对荚果产量的负效应最大（PY=-1.215），其次为百果质量（PY=-0.922）和出米率（PY=-0.316）。主茎高通过侧枝长和单株生产力对荚果产量产生较大的负效应，因此，主茎高对荚果产量的间接负效应最大（PY=-1.250），抵消了其直接效应；百果质量通过百仁质量、侧枝长和单株生产力对荚果产量产生了较大的正效应，因此，对荚果产量的间接正效应最大（PY=1.222）；侧枝长通过主茎高和百果质量对荚果产量产生较大的正效应，因此其对荚果产量的间接效应也比较大（PY=1.065）。通过各农艺性状对荚果产量的直接效应和间接效应的正负抵消，得到大果花生8个主要农艺性状对荚果产量的综合效应排序，即单株生产力＞百仁质量＞百果质量＞单株结果数＞出米率>总分枝数＞主茎高＞侧枝长。由此可知，单株生产力、百仁质量、百果质量和单株结果数对荚果产量的综合正效应比较明显，能有效提高大果花生的荚果产量，这与生产实际相符。

3 讨论与结论

本研究对26个大果花生9个主要农艺性状采用了变异分析、相关性分析、主成分分析和通径分析。结果显示，不同的分析方法可以得出农艺性状间不同的关联关系，可以更客观地对品种特性进行评价。变异分析中的变异系数主要反映品种的遗传多样性和稳定性，变异系数越大，表明该性状遗传越丰富，改良潜力越大，越利于品种的选择；相关分析中的相关系数可以反映2个性状之间的关系密切程度及相关方向，仅显示各主要农艺性状两两之间的简单相关关系，而荚果产量的获得是多个性状的综合效应叠加，提高品种的荚果产量并不是通过简单改变某个性状实现的，需要多个农艺性状的协调作用。因农艺性状之间具有多重相关性，若把性状全部用于荚果产量的构成因素分析，对品种进行综合评价，不仅会使分析过程变得复杂，结果晦涩难懂，还会造成同一类因素重复比较，导致分析结果产生误差。为避免这一现象，在性状较多的情况下引入主成分分析，对多个农艺性状采用降维处理，在尽量保留原有农艺性状信息的前提下，用较少且彼此独立的因子代替原来较多且相关的性状指标，综合信息量大，代表性和表观性均很强，从而达到简化分析的目的。徐志军等对33份花生资源的农艺性状进行主成分分析，将13个农艺性状凝聚为3个主成分［13］；李玉发等对吉林省种植的11个花生品种的农艺性状进行主成分分析，将13个农艺性状凝聚为4个主成分［14］。同时，对多个农艺性状与荚果产量进行通径分析，通径系数可以反映各主要农艺性状对荚果产量作用大小及影响的相对重要程度，通过对通径系数绝对值的比较可以确定各性状对荚果产量影响的主次。各性状对荚果产量的影响既存在直接关系（直接通径系数），又可通过其他性状产生间接影响（间接通径系数），通径分析可以有效显示各性状对荚果产量的直接效应和间接效应，能较准确地反映其他性状对某一特定性状的贡献大小。

本研究对26个大果花生9个农艺性状的变异分析结果显示，总分枝数、单株生产力和单株结果数变异幅度较大，均在15%以上，出米率的变异幅度最小，这与王慧敏等的研究结果［15-16］一致。本研究中花生总分枝数、单株生产力和单株结果数等性状存在丰富的遗传变异，具有较好的改良空间，而出米率品种间遗传变异程度小，说明这一性状主要反映了品种的固有特性，遗传稳定性强，通过育种手段改良难度较大。本研究对主要农艺性状的遗传变异分析结果与范小玉等的结论［17］出入较大，可能与供试材料和数据统计来源不同有关。

相关性分析结果显示，26个大果花生的荚果产量与单株生产力呈极显著正相关关系，与百仁质量呈显著正相关关系；侧枝长、主茎高和总分枝数与荚果产量负相关但均不显著。单株生产力又与单株结果数呈显著正相关，百仁质量与百果质量呈极显著正相关。这一结论与前人研究结果不尽相同，王晓军等研究发现，主茎高与侧枝长呈极显著负相关［18］；华福平等研究发现，单株生产力与百果质量呈显著负相关关系［19］。由相关性分析结果可知，大果花生单株生产力对产量正向影响最大，百仁质量和百果质量次之，这3个性状可作为提高大果花生产量的主要因素。

通过主成分分析，将26个大果花生的9个主要农艺性状简化为3个相对独立的特征因子，分别为株型因子、产量因子和荚果因子，3个因子对总遗传方差的贡献率分别是34.72%、20.33%、16.36%，累计贡献率达71.41%。株型因子分值越大，其侧枝长和主茎高越小，百仁质量和单株生产力越大；产量因子分值越高，其单株结果数越大、荚果产量越高，并且主莖高较高、侧枝较长；荚果因子分值越大，百果质量、百仁质量越大，单株结果数越多。因此，在筛选大果花生品种上应尽量选用株型适中、单株生产力高、荚果和籽仁大、单株结果数多的品种，从而提高花生荚果产量。根据主成分值与各品种对应特征值的贡献率，计算各品种主成分综合得分，筛选出4种适合本土种植的大果花生，分别是开农118、邢201019、漯花30和豫花188号，这4个品种兼具株型和产量因子均优的特性，适合在开封及周边地区种植与推广。

通径分析结果显示，各农艺性状对荚果产量的综合效应中，单株生产力、百仁质量、百果质量和单株结果数对荚果产量的综合正效应比较明显，通过提高这4个性状的数值，荚果产量可以得到有效提高，这与实际生产相符。由于两两性状间还存在相关性关系，在生产管理上同时还要兼顾主茎高、侧枝长对它们的影响，做到各性状的平衡协调。

综上所述，花生的荚果产量受多个农艺性状叠加影响，高产大果花生培育过程中要综合观测多个农艺性状，避免只注重单一性状的筛选。本研究通过不同的分析方法，得出单株生产力、百仁质量、单株结果数和百果质量为大果花生高产的关键性状。在田间种植过程中，应通过选择适宜的株距和密度提高单株生产力和单株结果数，田间管理时通过增施有机肥、钙肥、叶面肥等措施提高其百仁质量和百果质量，同时应对主茎较高、侧枝较长的品种适度控旺，对植株较小的品种通过增施底肥等措施提高其株高，从而在栽培中达到高产的目的。

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