贵州特色蚕豆种质资源主要农艺性状分析与综合评价

李 欢， 陈惠查， 阮仁超， 黎小冰， 康秀晗， 谭金玉*

(1.贵州省农业科学院 农作物品种资源研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.贵州省农业科学院 园艺研究所， 贵州 贵阳 550006； 3.海南省众邑新材料研究院有限公司， 海南 三亚 572025)

蚕豆(ViciafabaLinn.)，又名南豆、胡豆，隶属于豆科蝶形花亚科豌豆属，1年生或越年生草本植物[1]。蚕豆营养价值丰富，是食用豆类中蛋白质含量仅次于大豆的高蛋白作物[2-3]，也是重要的经济作物，可作食用、药用、肥用、饲用[4]。贵州在长期农业生产中，利用和保留了大量具有地方特色的特优、特有和特用的豆类种质资源类型[5]，但专门针对特色蚕豆种质资源的综合评价与利用研究鲜有报道。因此，笔者使用主成分分析、隶属函数值结合权重分析等方法对贵州不同市县的20个特色蚕豆种质资源的12个农艺性状进行了综合评价，为豆类种质资源的发掘、创新与利用奠定基础，同时也为蚕豆种质资源的综合评价与品种筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为2012—2014年贵州省农业科学院农作物品种资源研究所收集的贵州省内20份具有地方特色的蚕豆种质资源(表1)。

表1 供试材料品种名称及来源

1.2 试验设计

试验地位于贵州省农业科学院作物基因资源与种质创制贵州科学观测实验站基地。蚕豆种植时间为2017年11月13日，种子收获时间为2018年6月，小区采取完全随机区组设计，每个品种种植5行，每行10穴，每穴3粒种子，行穴距为40 cm×30 cm，出苗后每穴仅留1株植株。田间管理按照当地大田常规管理方式，各项栽培管理措施保持一致。

1.3 性状调查

试验以《蚕豆种质资源描述规范和数据标准》[6]为标准进行蚕豆大田农艺性状调查，每个性状重复测量10次，收获的种子用SC-G型自动考种分析仪(万深)进行测定。田间及室内测量性状：生育日数(x1)、小叶数目(x2)、鲜荚长(x3)、鲜荚宽(x4)、鲜荚重(x5)、株高(x6)、单株分枝(x7)、单株总荚数(x8)、干荚长(x9)、干荚宽(x10)、单株产量(x11)、百粒重(x12)。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2010整理数据，SPSS 18.0统计分析软件对数据进行相关性分析、主成分分析，并对各主成分计算得分，利用隶属函数分析、标准差系数赋予权重法进行农艺性状的综合评价，相关指标计算公式及方法参照文献[7]。

1) 原始数据标准化计算公式：

(1)

2) 隶属函数值计算公式：

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1，2，3……，n

(2)

式中：Xj表示第j个综合指标的得分值，Xmax、Xmin为所有参试品种某一指标的最大值和最小值。

3) 权重计算公式：

(3)

式中：Wj表示第j个综合指标的权重，Pj代表经主成分分析后所得蚕豆种质资源第j个综合指标的贡献率。

4) 综合评价D值计算公式：

(4)

式中：D表示各蚕豆种质资源通过12个农艺性状综合指标评价所得到的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 蚕豆种质资源主要农艺性状相关性

相关性分析(表2)表明，20份蚕豆种质资源的12个农艺性状间存在不同程度的相关性，多表现为显著或极显著相关。其中生育日数与鲜荚长、鲜荚重呈极显著正相关；单株产量与鲜荚长、鲜荚宽、鲜荚重、干荚长呈显著正相关；百粒重与鲜荚长、鲜荚宽、鲜荚重、干荚长、干荚宽呈极显著正相关，与生育日数和单株产量呈显著正相关，与单株总荚数呈极显著负相关。

表2 蚕豆种质资源12个农艺性状的相关性分析

2.2 蚕豆种质资源主要农艺性状主成分分析

将蚕豆12个农艺性状的原始数据根据公式(1)标准化处理，消除各指标间量纲和数量级的影响后，经主成分分析得到5个主成分(表3)，特征值分别为5.944、1.949、1.197、0.870和0.726，贡献率分别为49.530%、16.242%、9.976%、7.248%和6.047%，其累计贡献率达89.043%，将原始的12个单项指标转换为5个新相互独立的综合指标，反映了原始指标携带的绝大部分信息，同时各综合指标的贡献率也反映了其相对重要性。

表3 蚕豆种质资源12个数量性状5个主成分的特征值、贡献率和累计贡献率

通过5个主成分的贡献率和特征向量，建立5个主成分的因子得分表达式：

y1=0.273x1-0.121x2+ 0.366x3+ 0.382x4+ 0.388x5+ 0.056x6+ 0.049x7-0.183x8+ 0.331x9+ 0.372x10+ 0.232x11+ 0.374x12

y2=-0.198x1+ 0.42x2+ 0.147x3+ 0.08x4+ 0.039x5+ 0.491x6+ 0.049x7+ 0.311x8+ 0.034x9-0.048x10+ 0.4x11-0.088x12

y3=0.175x1+0.005x2-0.112x3-0.01x4+ 0.069x5-0.595x6+ 0.678x7+ 0.045x8-0.176x9-0.146x10+ 0.279x11+ 0.074x12

y4=0.405x1-0.531x2+ 0.183x3+ 0.001x4-0.045x5-0.066x6-0.256x7+ 0.544x8+ 0.021x9-0.186x10+ 0.222x11-0.265x12

y5=0.525x1+ 0.643x2-0.022x3-0.112x4+ 0.033x5-0.142x6-0.42x7-0.092x8-0.054x9-0.191x10+ 0.22x11+ 0.062x12

2.3 蚕豆种质资源主要农艺性状综合评价

2.3.1 隶属函数 计算20份蚕豆种质资源的隶属函数值(表4)，依据各主成分贡献率的大小利用公式(3)求出5个综合指标的权重，分别为0.556、0.182、0.112、0.081、0.068。

2.3.2 综合评价值 蚕豆种质资源主要农艺性状综合评价值(D)的大小反映种质综合性状的优良，D值越大说明综合性状越好。利用公式(4)，以隶属函数值结合权重处理并累加得到综合评价D值大小及排名(表4)。D值排名前3的蚕豆种质资源分别是蚕豆4号、祖基蚕豆和蚕豆3号，综合性状表现最好，且分别来源于织金县、威宁县、盘县；D值排名18～20名的分别是竹园胡豆、龙潭胡豆、胡豆1号，综合性状表现最差，分别来源于务川县、务川县、平塘县。

表4 各品种的综合指标值、隶属函数值、D值及排名

3 结论与讨论

形态学或表型性状检测遗传变异是最直接、最简便易行的方法[8]，也是育种研究者进行复杂机理研究的基础。汪雁峰等[9]对1 000豇豆种质资源的10个农艺性状进行分析，发现了一批豇豆特色种质资源。研究以蚕豆的12个主要农艺性状为调查对象，为进一步的相关性分析、主成分分析等提供了基础。

主成分分析法作为综合评价作物农艺性状的重要分析方法已广泛应用于水稻[10-11]、棉花[12]、小豆[13]、玉米[14]、青稞[7]等作物，主成分分析是利用降维的思想，设法将原来的多个变量重新组合成一组新的互相无关的综合变量，同时根据实际需要从中可以取出几个较少的综合变量尽可能多地反映原来变量的信息[15]。经相关性分析可看出，指标间存在不同程度的相关性，导致指标信息重叠交错，影响对蚕豆种质的评价，为了避免这类因素的影响，采用主成分分析法，在损失较少信息的前提下，将蚕豆的12个农艺性状浓缩简化为5个综合指标，累计贡献率达89.043%，代表了原始指标携带的绝大部分信息，为蚕豆种质资源的筛选提供了有利依据。

试验使用主成分分析结合隶属函数分析法对20份贵州特色蚕豆种质资源进行了综合评价，获得的综合评价值(D值)更直观、更准确、更方便、更科学地为育种专家及科研工作者提供了评判标准及筛选依据。D值排名前三的3个品种分别来自织金县、威宁县和盘县，位于贵州省的西部地区；而D值最低的品种来源于平塘县，位于贵州省的南部地区。贵州典型的喀斯特地貌导致各生态区光、温、水分布差异较大，使得不同生态区具有各自典型的区域代表性和遗传基础。本试验为豆类种质资源的发掘、创新与利用奠定了基础，同时也为蚕豆种质资源的综合评价与品种筛选提供了新方法。未来对种质资源进行多时期、多指标的综合评价，对育种和实际生产带来更大价值。