早稻茬秋芝麻单株产量相关性状的灰色关联分析及综合评价

孙建　周红英　应国勇　颜小文　彭炼波　颜廷献　饶月亮　乐美旺

摘要：【目的】探討早稻茬秋芝麻主要农艺性状对单株产量影响的主次关系，筛选适合早稻茬秋季种植的优良品种，为秋芝麻育种中农艺性状的判定与选择提供理论参考。【方法】以17个秋芝麻品种为试验材料，在早稻收获后进行田间试验，测定各品种的株高、始蒴高度、空稍长度、单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重和单株产量等性状指标，采用灰色关联分析法对单株产量相关性状进行分析，并对供试品种进行综合评价。【结果】17个秋芝麻品种的空稍长度、单株产量和单株蒴果数等性状在品种间差异明显，每蒴粒数、千粒重和株高等性状的品种间差异较小。单株产量与单株蒴果数和株高呈极显著正相关（P<0.01）。单株产量与主要农艺性状的关联度排序为单株蒴果数>空稍长度>株高>千粒重>每蒴粒数>始蒴高度。综合评价结果表明，赣芝Z15、赣芝14号和赣芝1505在等权关联系数和加权关联系数的结果排序中均居前3位。【结论】单株蒴果数和株高对早稻茬秋芝麻的产量形成影响最大，在品种选育时应重点关注单株蒴果数及株高等与生物量积累有关的性状。赣芝Z15、赣芝14号和赣芝1505综合表现优良，是适宜早稻茬秋芝麻生产的优良品种。

关键词： 早稻茬秋芝麻;单株产量;主要农艺性状;灰色关联分析;综合评价

中图分类号： S565.3                      文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2020）01-0056-09

Abstract：【Objective】In order to explore the effects of main agronomic traits on yield per plant in autumn sesame after early rice，and screen the excellent cultivars suitable for autumn planting after early rice， and it provided theo-retical reference for the determination and selection of agronomic traits in autumn sesame breeding. 【Method】Taking 17 cultivars as materials，the field experiments were carried out after early rice harvest，and the traits such as height of plant（HP），height from base to first capsule（HBF），top length without capsule（LWC），capsules per plant （CPP），seeds per capsule（SPC），weight of 1000 seeds（WTS）and yield per plant（YPP） were determined. The grey correlation analysis method was used to analyze the traits related to yield per plant，and the tested cultivars were comprehensively evaluated. 【Result】There were obvious differences among the 17 cultivars in LWC， YPP and CPP， but there were small differences among the cultivars in SPC， WTS and HP. YPP was significantly positively correlated with the SPC and HP（P<0.05）. The degree of correlation between YPP and main agronomic traits was CPP>LWC>HP>WTS>SPC>HBF. The comprehensive evaluation results showed that among the 17 tested varieties，Ganzhi Z15，Ganzhi No.14 and Ganzhi 1505 ranked the top three in the order of equal correlation coefficient and weighted correlation coefficient. 【Conclusion】CPP and HP have the greatest influence on the yield formation of autumn sesame after early rice，and CPP and the traits related to biomass accumulation such as HP，should be paid more attention in the bree-ding process. The comprehensive performances of Ganzhi Z15，Ganzhi No.14 and Ganzhi 1505 were excellent and suitable for autumn sesame production after early rice.

Key words： autumn sesame after early rice; yield per plant; main agronomic traits; grey correlation; comprehensive evaluation

Foundation item： Jiangxi Key Research and Development Project（20171BBF60034）;The China Agriculture Research System Project（CARS-14）;Science and Technology Innovation Group Construction Fund Project of Jiangxi Academy of Agricultural Sciences（2013CJJ004）

0 引言

【研究意义】在我国南方地区，受灌溉条件和茬口冲突等因素的影响，春作物收获后存在秋闲田现象较明显，探索和开发秋闲田高效种植模式有利于增加农产品供给、提高耕地资源和光温资源的利用率。芝麻是重要的油料作物之一，在我国种植历史悠久，分布广泛，各省（区）均有种植（杨湄和黄凤洪，2009）。由于芝麻具有适应性强、生育期短、相对种植效益较高等特点，秋芝麻种植已成为江西、湖南和广西等我国南方地区早稻、春大豆和春花生等茬口秋闲田利用中特有的传统种植模式（孙建等，2010;汪瑞清等，2015）。此外，我国秋芝麻已有北扩趋势，在湖北、河南等夏芝麻主要产区也有尝试秋芝麻种植（王小琳等，2002;潘正茂等，2012）。因此，选育和筛选综合性状优良的秋芝麻品种，对秋芝麻生产和秋闲田利用具有重要意义。【前人研究进展】灰色关联分析是基于灰色系统理论的一种重要统计分析方法，已广泛应用于农作物产量性状的关联分析、品种的综合评价等方面。陈连珠等（2016）利用灰色关联分析法对8个黄秋葵品种的10个主要农艺性状进行综合评价，筛选出2个适合三亚地区种植且综合表现优良的品种。李爱国等（2016）对普通小麦6个主要农艺性状与产量进行灰色关联分析，结果发现与产量关联度强弱的主要农艺性状依次为有效穗数、穗粒数、千粒重、容重、株高和全生育期。李鹏发等（2016）利用灰色关联分析法对新疆引种的17个花生品种的11个农艺性状进行综合评价，筛选到5个适宜新疆地区种植且综合性状优良的品种。王正旭等（2017）对6个津巴布韦烤烟品种和对照种的农艺性状、主要化学成分、初烤烟叶外观质量和评吸质量等指标进行基于灰色关联分析的综合评价，获得了综合表现优良的引种品种。刘明等（2018）对玉米间作大豆模式下大豆产量与11个农艺性状进行关联分析，明确了单株产量与茎粗、生育期、营养生长期、单荚粒数和百粒重等性状的关联度更紧密。王官等（2019）通过灰色关联分析法研究得出，与绿豆单株产量关联度由高到低的性状依次为单株荚数、株高、主茎节数、百粒重、单荚粒数、主茎分枝和生育期，认为单株荚数和株高应在育种中优先注重。【本研究切入点】有针对性地选育或筛选适宜的新品种是提高秋芝麻种植效益的最有效途径之一，而分析秋芝麻不同农艺性状对单株产量的影响，明确影响单株产量的主要性状指标，可有效指导秋芝麻新品种的选育与筛选。当前针对秋芝麻的研究主要集中在种植模式和栽培技术等方面（汪瑞清等，2017，2019;孙建等，2018;周红英等，2018），关于产量构成因素及品种评价筛选的研究较少，针对灰色关联分析法在秋芝麻产量性状分析和品种综合评价方面的研究则尚未见报道。【拟解决的关键问题】利用灰色关联分析法分析17个秋芝麻品种的产量相关性状，明确不同性状与单株产量的关联度，并对17个品种进行综合评价，筛选适宜早稻茬秋芝麻种植的高产品种，为秋芝麻育种中农艺性状的判定与选择提供理论参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试秋芝麻品种共17个（表1），包含10个白芝麻品种和7个黑芝麻品种。其中，豫芝11来自河南省农业科学院，TZ129来自重庆市农业科学院，BPJ08来自中国农业科学院油料作物研究所，挂几麻来自江西省安福县农业技术推广中心，其余14个品种均来自江西省农业科学院作物研究所芝麻创新团队。

1. 2 试验方法

试验于2017年秋季在江西省安福县竹江乡开展。早稻7月20日收割完成后，机械整地并基施复合肥（N、P、K含量均为16%）300 kg/ha，其他田间管理与常规一致。试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积20 m2（2 m×10 m），行距40 cm，株距10 cm。7月23日播种，8月1日全苗，10月9—10日成熟后取样测定。每小区随机选取10株芝麻分别测定株高、始蒴高度、空稍长度、单株蒴果数、每蒴粒数和千粒重及单株产量。

1. 3 单株产量及其构成因素的灰色关联分析

参照钟丽（2012）、张秀伟等（2015）的方法，将17个品种的单株产量等7个主要性状作为一个灰色系统，每个性状测定值为该系统的一个因素，单株产量（X0）为参考数列，株高（X1）、始蒴高度（X2）、空稍长度（X3）、单株蒴果数（X4）、每蒴粒数（X5）和千粒重（X6）6个性状为比较数列。首先对原始数据按照公式（1）进行标准化处理，然后计算参考数列与比较数列的绝对差值[Di（k）]，并获得绝对差值的最小值[Di（k）min]和最大值[Di（k）max]，再根据公式（2）计算单株产量与其他性状的关联系数[xi（k）]。

Xi（k）=[Xi（k）-Xi]/Si （1）

xi（k）=[Di（k）min+rDi（k）max]/[Di（k）+rDi（k）max] （2）

式中，Xi（k）为标准化结果，Xi（k）为原始数值，Xi为同一性状的平均值，Si为同一性状的标准差。xi（k）表示关联系数，Di（k）表示绝对差值，r表示分辨系数（通常取值0.5），Di（k）min和Di（k）max分别表示最小差值和最大差值。

1. 4 品种综合评价的灰色关联分析

根据陈连珠等（2016）的方法，将17个品种视为一个灰色系统，每个品种为该系统的一个因素，分别标记为Y1，Y2…Y17。根据供试品种的性状指标值，构建一个各性状指标均表现优良的“理想品种”作为参考品种，标记为Y0，参考品种的各性状指标取值稍大于供试品种各性状测定值的最大值。首先对原始数据进行标准化分析，即供试品种各性状测定值[Yi（k）]除以参考品种的理想取值[Y0（k）]，然后计算供试品种与参考品种各性状的Di（k），并获得Di（k）min和Di（k）max，参考公式（2）计算供试品种与参考品种的xi（k）。同一品種各项性状的xi（k）平均值为该品种的等权关联度，根据各性状的权重计算加权关联度。

1. 5 统计分析

利用Excel 2007进行试验数据处理和灰色关联分析，并以SPSS 18.0进行相关分析。

2 结果与分析

2. 1 早稻茬秋芝麻主要性状表现

由表1可知，17个秋芝麻品种的株高为94.43～132.50 cm，平均106.94 cm;始蒴高度为29.33～55.10 cm，平均44.28 cm;空稍长度为1.30～5.52 cm，平均3.25 cm;单株蒴果数23.10～61.97个，平均38.80个;每蒴粒数51.13～71.17粒，平均62.67粒;千粒重2.40～3.21 g，平均2.80 g;单株产量3.49～8.96 g，平均4.99 g。各性状的变异系数表现为空稍长度最大（32.76），株高最小（8.45），其他性状依次是单株产量（23.21）、单株蒴果数（21.75）、始蒴高度（15.00）、每蒴粒数（9.33）和千粒重（9.19）。可见，空稍长度、单株产量和单株蒴果数等性状在品种间差异明显，而每蒴粒数、千粒重和株高等性状的品种间差异较小。

2. 2 秋芝麻主要性状的相关分析结果

相关分析结果（表2）显示，单株蒴果数与株高、空稍长度呈显著（P<0.05，下同）或极显著（P<0.01，下同）正相关，千粒重与始蒴高度呈显著负相关，单株产量与株高、空稍长度、单株蒴果数呈显著或极显著正相关。可见，单株蒴果数与早稻茬秋芝麻单株产量形成具有直接关系，株高、空稍长度等与植株生物量积累有关的指标则直接影响单株蒴果数，进而影响单株产量。

2. 3 秋芝麻单株产量及其相关性状的灰色关联分析结果

对17个品种各性状测定值进行无量纲化处理，标准化结果见表3，并计算绝对差值（表4），获得Di（k）min为0.0104，Di（k）max为3.0022。进一步计算得到每个性状与单株产量的xi（k）（表5），关联度排序为单株蒴果数>空稍长度>株高>千粒重>每蒴粒数>始蒴高度。可见，与早稻茬秋芝麻单株产量关联度最大的性状是单株蒴果数，其次是空稍长度和株高等代表生长势和生物量积累的性状指标，再次是千粒重和每蒴粒数等与种子生长发育相关的性状指标。

2. 4 基于灰色关联分析的早稻茬秋芝麻品种综合评价结果

品种表现是多个性状的综合表现，在品种的比较评价过程中，如果仅对品种的单一性状进行评价具有一定的片面性，将多个性状综合在一起对品种进行评价更科学客观。因此，进一步基于灰色关联分析对17个品种进行综合评价。根据灰色关联分析原理，设置参考品种Y0的各项性状指标值为单株产量9.00 g、株高133.00 cm、始蒴高度55.50 cm、空稍长度5.60 cm、单株蒴果数62.00个、每蒴粒数71.50粒和千粒重3.25 g。据此将17个品种的各性状测定值进行标准化处理（表6），并计算Di（k）（表7），获得Di（k）min为0.0005，Di（k）max为0.7679。进一步计算得到17个供试品种各性状与参考品种的xi（k）（表8）。

根据表8中供试品种各性状与参考品种各性状的xi（k），计算获得供试品种与参考品种的等权关联度（表9），xi（k）越高即越接近理想的参考品种，其综合表现就越好。结果（表9）显示，白芝麻品种赣芝Z15与理想参考品种关联度最高，等权关联系数达0.9013;其次是黑芝麻品种赣芝14号，等权关联系数为0.6809;再次是白芝麻品系赣芝1505，等权关联系数为0.6721。

根据相关性分析及单株产量相关性状的关联分析结果，本研究确定的权重系数为株高0.15、始蒴高度0.05、空稍长度0.10，单株蒴果数0.20、每蒴粒数0.10、千粒重0.10和单株产量0.30。据此计算获得加权关联系数，结果（表9）显示，加权关联系数最高的是白芝麻品种赣芝Z15，加权关联系数为0.9424;其次是黑芝麻品种赣芝14号，加权关联系数为0.6289;再次是白芝麻品种赣芝1505，加权关联系数0.6235。

综合比较等权关联系数和加权关联系数，二者结果基本一致，前3位均为赣芝Z15、赣芝14号和赣芝1505。加权后排位发生上升的有赣芝1508、豫芝11、BPJ08、赣芝16、赣芝1522和GS06，由于加权后处理突出了产量方面优势，因此这些品种产量表现稍优于其他性状。

3 讨论

3. 1 灰色关联分析在单株产量相关分析及品种综合评价中的应用

灰色关联分析是基于灰色系统理论的一种分析方法，通过计算研究对象与影响因素间贴近程度的关联度，然后比较关联度以判断影响因素间的关联程度。该方法已广泛应用于农作物性状关联分析及品种综合评价等方面（李爱国等，2016;王官等，2019）。产量性状是农作物最重要的性状指标之一，单株产量通常与许多农艺性状、产量性状等指标存在不同程度的关系，研究相关性状与单株产量间的关系对单株产量的遗传改良具有重要的理论参考价值。本研究利用灰色关联分析法分析早稻茬秋芝麻单株产量与株高、始蒴高度、空稍长度、单株蒴果数、每蒴粒数和千粒重6个相关性状的灰色关联度，评价出每个性状与单株产量的关联度，并在参试品种各性状表现基础上，设定一个“理想品种”作为参考品种，然后计算参试品种与“理想品种”的关联度，将品种的多个性状值综合成一个数值，更直观地对品种进行综合评价。该方法在黄秋葵（陈连珠等，2016）、花生（李鹏发等，2016）、烟草（王正旭等，2017）等作物中已广泛应用，但在芝麻品种评价中目前尚无相关报道。本研究采用灰色关联分析法对17个芝麻品种进行综合评价，获得了17个品种的等权关联系数和加权关联系数，筛选到赣芝Z15、赣芝14号和赣芝1505等3个适宜早稻茬秋芝麻种植的优良品種，不仅为早稻茬秋芝麻生产应用提供了品种支持，也为芝麻品种的综合评价提供了方法参考。

3. 2 早稻茬秋芝麻单株产量形成的影响因素

在夏芝麻中，单株产量主要与单株蒴果数、每蒴粒数和千粒重等因素关联度较高，其次是株高和空稍长度等性状（唐雪辉等，2010;郑磊等，2014）。本研究的相关分析结果显示，早稻茬秋芝麻单株产量与单株蒴果数和株高呈极显著正相关，与空稍长度呈显著正相关，与每蒴粒数和千粒重等性状呈正相关性，但不显著。灰色关联分析结果显示，各性状与单株产量关联度排序为单株蒴果数>空稍长度>株高>千粒重>每蒴粒数>始蒴高度。本研究结果与夏芝麻单株产量构成存在一定差异，说明秋芝麻产量形成与夏芝麻差异明显。作为短日照作物，秋芝麻播种期晚，开花期表现提前，后期低温促进终花，导致秋芝麻整个生育期很短（颜小文等，2011）。在较短的生育期中，单株蒴果数直接关系到产量的形成，而与生物量和生长势密切相关的株高、空稍长度等性状为单株蒴果数的形成提供了物质基础。同样，由于生育期较短，秋芝麻千粒重难以达到品种的理想状态，普遍较夏芝麻有所降低（颜小文等，2011），因此千粒重对单株产量的影响并不显著。该结果为秋芝麻育种选择提供了有价值的理论参考。

3. 3 关于早稻茬秋芝麻育种策略的思考

通过对本研究结果的分析，结合南方早稻茬秋芝麻生产过程中存在的问题，建议早稻茬秋芝麻新品种选育策略上应注重以下4个方面：（1）壮苗早发。秋芝麻单株蒴果数与株高和空稍长度呈显著或极显著正相关，表明同生物量积累、生长势相关的性状与秋芝麻蒴果生长及产量形成具有密切关系。因此，秋芝麻育种中，苗期生长旺盛、生物量积累高是育种选择的重要目标。壮苗早发的秋芝麻品种能在进入生殖生长前蓄积更多的生物量以供后期的蒴果发育和产量形成。（2）花期集中。在较短的生育期中，花期越集中，营养生长期和成熟期越长，用于生物量积累和籽粒发育的时间越多，越有利于产量形成。花期集中、开花时间短及每日开花数多是秋芝麻选育过程中必须重点考虑的生物学特性。（3）籽粒发育快。由于秋芝麻终花后的成熟期十分短暂，籽粒发育快，即灌浆速度快的品种能在产量上具有较大优势。尤其是黑芝麻，后期籽粒转色速度快，即花青素和黑色素等种皮色素积累速度快，才能保证黑芝麻籽粒的商品性和营养价值。（4）抗旱耐低温抗倒伏。江西、湖南和广西等南方地区秋旱频繁，抗旱性是秋芝麻获得高产稳产的重要性状指标。且秋芝麻后期易遭遇寒露风，耐低温也是秋芝麻重要的抗耐性指标。此外，由于机械收获的缘故，早稻秸秆还田量较大，加上秋芝麻后期雨水偏少，田间土壤十分疏松，在遭遇南方秋季台风天气后，早稻茬秋芝麻极易发生倒伏。因此，根系发达、抗倒伏的性状表现必须在育种工作中加以考虑。

4 结论

早稻茬秋芝麻单株产量与单株蒴果数和株高性状呈极显著正相关，与其他相关性状的关联度依次是单株蒴果数>空稍长度>株高>千粒重>每蒴粒数>始蒴高度。17个供试品种中，赣芝Z15、赣芝14号和赣芝1505综合表现优良，是适宜早稻茬秋芝麻种植的优良品种。

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（责任编辑 王 晖）