绿豆品种农艺性状与产量的相关性及灰色关联度分析

朱慧珺， 张耀文， 赵雪英， 闫虎斌， 张泽燕， 高 伟

(山西农业大学农学院， 太原 030031)

绿豆(Vignaradiata)是豇豆属(Vigna)亚洲豇豆亚属(Ceratotropis)的一个栽培种，在温带、亚热带地区广泛种植，中国是原产国之一，已有2 000多年的栽培历史[1]。绿豆是我国主要食用豆类品种，其生育期短、适应性强、耐旱、耐瘠、能固氮养地，且可与其他作物间套作，是耕作制度不可缺少的好前茬[2-4]。绿豆营养价值丰富，是典型的高蛋白、低脂肪作物，富含多种维生素和矿物质，且具有较高的药用价值，其丰富的营养备受青睐[5]。随着农业产业结构的调整，绿豆的需求量逐年增加，绿豆作为一种重要的杂粮作物发挥着特殊的作用[6]。这就要求培育出优质、高产、多抗、专用的绿豆品种，以满足市场需求。长期以来，绿豆育种工作中存在着盲目、繁琐、重复的问题，如果能够探索出绿豆农艺性状间及农艺性状与产量间的关联性，依据性状优势互补原则，选择合适的亲本进行杂交选育，可为绿豆育种指明方向[7]。

相关分析是一种研究各性状间相关方向及相关程度的统计方法。基于邓聚龙[8]灰色系统理论的灰色关联度分析克服了大样本、模糊评判及单因素比较的缺陷，能解决方差分析中仅凭产量评价品种的不足，是一种简便、信息量大、可靠性强的综合评价分析方法[9-13]。该方法在棉花[14]、玉米[15]、水稻[16-17]、大豆[18-19]、苜蓿[20]的品种评价中有广泛应用。对于食用豆类作物的农艺性状与产量的相关性也有研究和报道，王英杰等[21]对芸豆联合鉴定试验进行灰色关联分析，得出株高、单株荚数、百粒重与芸豆产量关联度大；申慧芳等[22]对红小豆主要农艺性状进行灰色关联分析和相关分析，结果表明，与单株产量关联度较高的是单株荚数、分枝数和生育期，相关分析表明单株产量与单株荚数呈显著的正相关关系。但结合相关分析和灰色关联分析对绿豆品种农艺性状与产量进行综合评价分析的研究鲜有报道。本研究对来自全国的28个绿豆品种(系)的9个性状通过相关分析和灰色关联度分析相结合的方法，进行综合分析评价，以探究各农艺性状在产量形成过程中的相关性及重要程度，为资源的有效利用和新品种的选育奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在山西省晋中市榆次区东阳镇山西省农业科学院东阳试验示范基地开展。该地位于北纬 29°16；东经120°14′；海拔799.4～804.6 m。年平均气温9.7 ℃,≥10 ℃有效积温3 675 ℃, 年平均无霜期156 d，年平均降雨量440.7 mm。试验地土壤为黄黏土, pH值8.34，表层土壤有机质含量10.2 g·kg-1, 全氮含量100 mg·kg-1, 有效磷含量24.8 mg·kg-1, 速效钾含量163.0 mg·kg-1[23]。

1.2 供试材料

试验选取参加全国绿豆联合鉴定的28个绿豆新品种(系)为研究对象(表1)。

表1 供试材料Table 1 Test materials

1.3 试验设计

试验按随机区组排列，3次重复，要求小区面积10 m2(5 m×2 m)。每品种每次重复4行区，行距50 cm，株距12 cm左右，留苗密度10 000株·(667 m2)-1。成熟期各小区随机选取10株进行考种，调查项目有生育期、株高、主茎节数、主茎分枝、单株荚数、荚长、荚粒数、百粒重、产量。调查项目及标准均按《绿豆种质资源描述规范和数据标准》进行记载。

1.4 数据分析

采用SPSS 19对数据进行相关分析，综合评定采用灰色系统理论中的关联度分析法。

依据灰色系统理论，将28个供试绿豆新品种(系)的所有性状作为一个灰色系统，每个材料设为该系统中的一个变量，把产量设为参考序列(X0)，其余性状设为比较序列(Xi)，分别为生育期(X1)、株高(X2)、主茎节数(X3)、主茎分枝(X4)、单株荚数(X5)、荚长(X6)、荚粒数(X7)、百粒重(X8)。

X0=[X0(1),X0(2),X0(3)…X0(k)]；

Xi=[Xi(1),Xi(2),Xi(3)…Xi(n)]，

式中：k为试验品种个数，n为性状个数。

由于该系统中各性状因数的量纲不同，需按照式(1)对原始数据进行标准化处理。然后按照式(2)，通过绝对差值计算关联系数，但由于关联系数数量多不好比较，因此最终按照式(3)计算各性状的加权关联度，记为ri。

(1)

(2)

式中，Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|为参考序列与比较序列在k点的绝对差值，Δmax和Δmin为所有比较序列在各时刻绝对差值的最大值和最小值，ρ为分辨系数，ρ=0.5。

(3)

2 结果与分析

2.1 不同绿豆品种的性状变异特征

对田间调查考种数据进行整理，计算出各试验材料农艺性状与产量的平均值(表2)，并根据平均值对不同绿豆品种各性状差值和变异系数进行统计分析(表3)。从表3可以看出，绿豆主要农艺性状的变异系数存在一定的差异，为3.3%～56.4%，其中单株荚数的变幅最大(56.4%)，其次为主茎分枝、主茎节数和株高，生育期的变幅最小，说明不同的绿豆品种其结荚能力和分枝能力存在较大的差异，而新育成的绿豆品种(系)的生育期差异不大，以中早熟为主。

表2 不同绿豆品种农艺性状与产量Table 2 Relationship between agronomic characters and yield of different mung bean varieties

表3 不同绿豆品种农艺性状的表现值

2.2 农艺性状间的相关性分析

为了研究供试绿豆材料各性状间及其与产量的相关性，对生育期、株高、主茎节数等9个性状进行了相关分析。由表4可知，所有性状间均呈正相关关系。与产量呈显著相关性的性状有生育期、株高、主茎节数、单株荚数，其中株高和单株荚数与产量呈极显著正相关。这可能与所选择的试验材料为新选育的绿豆新品种(系)，是按照育种目标选出的优良品种(系)，整体农艺性状优，且均与中早熟直立品种有关。因此，通过提高单株荚数、适当地增加株高、延长生育期来达到高产的目的。单株荚数与生育期和株高呈极显著正相关，即一般早熟、矮秆品种单株荚数较少，在品种选育过程中可以适当选择中熟且株高适中的品种以提高单株荚数，间接提高产量。主茎节数与株高及产量呈显著正相关，即株高越高的品种主茎节数越多，主茎节数又与产量成正比关系，它是反映经济性状的一个重要因素，在品种选育过程中，可作为一个重要的因素加以考虑。

表4 绿豆农艺性状与产量的相关系数Table 4 Comparison of correlation coefficients between agronomic traits and yield of mung bean

2.3 农艺性状与产量的灰色关联度分析

2.3.1数据标准化

由于该系统中各农艺性状的量纲不同，因此在统计分析时，需对原始数据进行无量纲的标准化处理，处理结果见表5。

表5 数据标准化结果

表5(续)

2.3.2产量与各农艺性状的绝对差值

根据表5计算得到产量与各农艺性状的绝对差值，见表6。

表6 产量与各农艺性状的绝对差值

2.3.3农艺性状与产量的灰色关联度

根据公式(2)和公式(3)计算出绿豆农艺性状与产量的关联系数和关联度，结果见表7、表8。从表8可以看出，各农艺性状对产量的关联度排序依次为单株荚数(0.878 9)>荚粒数(0.742 5)>百粒重(0.714 7)>主茎节数(0.711 5)>主茎分枝(0.706 3)>荚长(0.702 1)>生育期(0.689 5)>株高(0.682 3)。根据灰色关联度系统理论可知，比较数列中，关联度越大的数列与参考数列的关系越密切，因此，与产量关系密切程度依次为单株荚数>荚粒数>百粒重>主茎节数>主茎分枝>荚长>生育期>株高，在育种过程中可以优先考虑单株荚数和荚粒数，兼顾百粒重、主茎节数和主茎分枝，其次注意适当的荚长和生育期，最后依据育种目标选择合适的株高。

表7 产量与各农艺性状间的关联系数

表8 各农艺性状与产量的关联度

3 结论与讨论

相关分析、回归分析、通径分析等统计分析方法是作物产量与其性状分析评价中较为常用的方法，但都需要具有典型概率分布的大量样本数据，因此在运用时具有一定的局限性。而灰色关联度分析可以克服这些不足，它具有方法简便、所需样本少、结果准确等特点，通过建立模型，计算比较性状与参考性状的灰色关联度，筛选影响力大的性状，以便更好地实现育种目标及缩短育种进程，适用于品种选育及作物品种的综合评价[20]。

本研究表明，相关分析和关联度分析的结果存在一定的差异，这主要是由于两种方法基于不同的系统理论，相关分析需要大量的样本数据，并要求样本具有典型性，在样本达不到要求时，试验结果会存在差异，而关联度分析则不受影响，反映了事物的客观性。研究表明，绿豆产量与生育期、株高、主茎节数、单株荚数具有显著正相关关系，其中与株高和单株荚数呈极显著正相关。与产量关系密切程度依次为单株荚数>荚粒数>百粒重>主茎节数>主茎分枝>荚长>生育期>株高，其中影响最大的为单株荚数。两种分析结果都表明单株荚数是影响产量的最主要因素，这与王官等[24]、赵阳等[25]和朱慧珺等[7]前期的研究结果一致。要想获得较高的产量，提高单株荚数是达到高产的必要选择。同时提高荚粒数、百粒重、主茎节数对提高产量也具有积极的作用，百粒重和荚粒数越大产量越高，主茎节数直接影响单株结荚数，通常主茎节数越多，结荚数也越多。此外还要协同考虑生育期和株高等因素，它们能在时间和空间范围内影响株植光合作用和产量积累。因此在育种实践中应使各性状协同发展，最大限度地发挥其增产潜力。本研究只对9个农艺性状进行了相关研究，没有涉及抗性、营养品质等的关联性，仍有待进一步研究。

此外，不同时间、环境、地理位置都能使参试材料的性状发生改变，对分析结果造成一定影响。因此，在绿豆种质资源的筛选利用和育种实践中，应根据实际情况，综合考虑育种材料与生长环境的特性，充分挖掘其生长潜力，筛选、培育出满足不同生产需求的优良品种。