基于因子分析与聚类分析的甘蔗新品种（系）农艺性状评价

秦昌鲜 闭德金 彭崇 郭强 马文清 施泽升 唐利球

摘要：【目的】評价广西甘蔗区试2015—2017年龙州点（广西崇左）甘蔗新品种（系）的农艺性状，为广西各蔗区筛选及推广甘蔗优良品种（系）提供参考依据。【方法】以新台糖22号（ROC22）为对照（CK），开展12个甘蔗品种（系）田间1年新植和2年宿根品比试验，并采用因子分析和聚类分析法对株高、茎径、有效茎数和蔗糖分等农艺性状进行综合评价。【结果】因子分析综合得分排名前3位的新品种（系）依次为桂糖08-6、桂糖08-120和桂热2号，综合得分分别为0.801、0.717和0.549分;综合得分排名靠后的新品种（系）为桂糖07-1062、柳糖08-98和桂糖07-108，综合得分分别为 -0.828、-0.519和-0.270分。聚类分析结果表明，在欧氏距离15处，可将12个甘蔗品种（系）分为五大类，其中，第I类中的桂糖08-120蔗糖分较高;第IV类的桂糖08-6发芽率、发株率、分蘖率和有效茎数均较高，蔗糖分含量一般;第V类桂热2号的发芽率、发株率和株高均较高，分蘖率和蔗糖分较低，有效茎数中等，综合表现较好。【结论】桂糖08-6具有萌芽率和发株率高及分蘖力强等特点，而桂糖08-120的蔗糖分较高，综合评价得分较高，二者均可在广西崇左蔗区特别是在龙州蔗区推广种植。

关键词： 甘蔗新品种（系）;农艺性状;因子分析;聚类分析;区域试验;广西龙州县

中图分类号： S566.1                     文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）02-0317-08

Abstract：【Objective】The agronomic traits of new sugarcane varieties（lines） from 2015-2017 years in Longzhou（Chongzuo， Guangxi） of Guangxi regional trial of sugarcane varieties were evaluated，in order to provide reference for selection and promotion of fine sugarcane varieties（lines） in Longzhou. 【Method】Using ROC22 as the control，12 sugarcane varieties（lines） were subjected to one-year new planting and two-year ratooning trials in the field，and agronomic traits such as plant height，stem diameter，effective stem number and sucrose content were comprehensively evaluated using factor analysis and cluster analysis. 【Result】Results showed that the top three comprehensive scores of factor analysis were Guitang 08-6，Guitang 08-120 and Guire 2，with comprehensive scores of 0.801，0.717 and 0.549 respectively. The lowest in comprehensive scores were Guitang 07-1062，Liutang 08-98 and Guitang 07-108，with comprehensive scores of -0.828， -0.519 and -0.270 respectively. The 12 test materials were grouped into five categories when the euclidean distance was 15. Guitang 08-120 in category I had high sucrose content， Guitang 08-6 in category IV had the high germination rate，plant growth rate， tillering rate and effective stem number，and average   sucrose content. Guire 2 in category V had high germination rate，plant growth rate and plant height， low tillering rate and sucrose content，medium effective stem， and the comprehensive performance was fine. 【Conclusion】Guitang 08-6 has high germination rate，plant growth rate and strong tillering power，and Guitang 08-120 has  high sucrose content and high comprehensive score，both can be planted in Chongzuo sugarcane area of Guangxi，especially in Longzhou sugarcane area.

Key words： new susarcane variety（lines）; agronomic characters; factor analysis; cluster analysis; regional trial;Longzhou， Guangxi

Foundation item： Guangxi Innovation Team Construction Special Project of National Sugarcane Industry Technology System（nycytxgxcxtd-03-04）;Guangxi Public Welfare Basic Research Project（GXNYRKS201906）;Basic Research Pro-ject of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2020YM42）;Open Projects of Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Biology（NYS20190125）

0 引言

【研究意义】蔗糖业是广西经济发展的重要支柱产业之一，也是广西财政税收和农民增收的主要来源。新台糖22号（ROC22）作为主栽品种在广西已种植20余年，品种种性退化及黑穗病发生严重，特别是宿根的黑穗病发生率较高，有些地区达30%以上，严重影响甘蔗的产量和农户的经济效益（韦昌联，2012;韦金菊等，2012）。选育抗性强特别是抗黑穗病强的甘蔗“双高”品种是解决上述问题的关键。近年来广西选育了桂糖29号、桂糖42号、桂糖43号、桂糖44号、桂糖46号、桂糖47号、桂糖51号、桂糖52号和桂糖55号等甘蔗新品种（系），这些新品种（系）可丰富广西的甘蔗良种储备，但目前对其在广西崇左市龙州蔗区的适应性未充分了解。因此，评价广西甘蔗区试2015—2017年广西崇左市龙州点甘蔗新品种（系）的农艺性状，对龙州蔗区甚至广西各蔗区筛选和推广优良甘蔗新品种（系）具有重要意义。【前人研究进展】多元统计方法中的因子分析和聚类分析已应用于辣椒（李晓芬等，2008）、芝麻（张鹏等，2008）、魔芋（杨秀莲等，2011）、大蒜（陈书霞等，2012）、葡萄（法洁琼和张振文，2013）、核桃（潘学军等，2013）、苹果（公丽艳等，2014）、猕猴桃（曲雪艳等，2016）、西瓜（赵卫星等，2017）、棉花（胡根海等，2019）、古茶树（彭靖茹等，2019）、玉米（谭康等，2019）、茄子（王贺垒等，2019）、蔬菜种植的土地适宜性（朱大威和朱方林，2019）及山黄皮（张涛等，2020）等作物的综合评价。甘蔗品种的优劣取决于多个性状的综合表现。高三基等（2006）对14个甘蔗品种（系）2次新植和1次宿根的产量及品质性状进行因子分析，可将11个甘蔗经济性状用4个主因子表示，累加方差贡献率达91.080%;根据品种斜交因子得分值进行系统聚类分析，可将14个甘蔗品种（系）分为四大类，第1类又分为3个亚类，不同类群品种具有不同的产量和品质特征。陆鑫等（2011）对甘蔗创新种质进行因子分析和聚类分析，筛选出云野06-141、云野06-185、云野06-216、云野07-10、云野07-114和云野07-98等适作亲本的甘蔗材料。林兆里等（2015）对19个甘蔗新品种（系）的抗螟性进行因子分析和聚类分析，筛选出对螟虫抗性最高的粤甘42号;螟害指数与单茎重损失量和蔗糖分损失量均呈显著正相关，可作为评价甘蔗受害程度的最佳指标。俞先华等（2019）以12份大茎野生种血缘后代材料及生产上大面积推广种植的ROC22和粤糖93-159为试验材料，对其7个农艺性状进行主成分和聚类分析，结果发现各大茎野生种血缘后代株高、茎径、锤度、单茎重、有效茎数、单产和含糖量间存在较密切的相关性，可将这7个性状减少为3个能解释表型变异95.7.57%的主成分，基于这3个主成分进行二维排序和聚类分析，筛选出优质甘蔗材料云瑞14-204和云瑞14-199。俞先华等（2020）利用主成分分析和聚类分析法对云瑞15系列20份参试甘蔗创新种质的主要数量性状进行相关分析，结果表明，蔗茎产量与各性状均呈正相关，其中，与株高的相关性达显著水平，与有效茎数的相关性达极显著水平;11月蔗糖分与蔗茎产量和有效径数呈正相关，其中与有效径数的相关性达极显著水平;主成分分析结果表明，前3个主成分的方差累积贡献率达92.417%，能反映所列性状绝大部分的信息;聚类分析的20份参试材料可分成三大类群，各类群具有不同特点，在组合选配时筛选出综合性状较佳且可作为甘蔗新种质的材料11份。【本研究切入点】目前，应用多元统计分析方法对甘蔗新品种（系）进行综合评价并筛选出适宜龙州蔗区种植新品种（系）的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】观测广西甘蔗区试广西崇左市龙州点1年新植和2年宿根甘蔗新品种（系）的农艺性状，应用因子分析法对其进行综合评价和聚类分析，以期筛选出优良甘蔗品（系），为当地及广西其他蔗区甘蔗优良新品种（系）选育和推广提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

参试甘蔗品种（系）12个，分别为桂糖08-120、桂糖07-108、桂糖06-1215、桂糖07-1062、桂糖08-6、桂糖05-3217、桂糖08-460、桂糖09-1743、桂糖06-98、桂热2号、柳糖08-98和ROC22（对照，CK）（分别编号1～12），各品种（系）信息见表1。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验设计 试验于2015年3月—2018年2月在广西崇左市龙州县广西南亚热带农业科学研究所东北九区甘蔗地进行，行长8.0 m，行距1.1 m，每小区4行，下种量为10500芽/ha，3次重复。2015年3月种植，分别于2016年3月、2017年2月和2018年2月测产。

1. 2. 2 调查项目及方法 按广西区试要求并参考刘晓燕等（2016）的方法，调查萌芽率（Gr）、分蘖率（Tr）、枯心率（Dhr）、发株率（Br）、株高（Ph）、莖径（Sd）、有效茎数（Esn）、梢腐病率（Tri）、黑穗病率（Si）、蔗茎产量（Cy）、11月～次年2月蔗糖分（Sc）和纤维分（Fc），具体调查时间及数据处理见表2。参考张涛等（2020）的方法计算甘蔗新品种（系）农艺性状的公因子得分并进行综合评价。

1. 3 统计分析

萌芽率、分蘖率、发株率、株高、茎径、有效茎数、梢腐病率、黑穗病率、枯心率、蔗茎产量和蔗糖分等农艺性状数据采用Excel 2007进行相关分析，经无量纲标准化处理（杜强和贾丽艳，2009;王益民等，2014;白世践等，2016;孙亚强等，2016;古丽尼沙·卡斯木等，2018）后应用SPSS 19.0进行因子分析和聚类分析。

2 结果与分析

2. 1 甘蔗新品种（系）各农艺性状的相关分析

由表3可知，甘蔗新品种（系）的萌芽率与发株率、蔗茎产量和糖含量呈显著正相关（P<0.05，下同）;发株率与蔗茎产量呈显著正相关;枯心率与茎径呈显著正相关，与有效茎数呈极显著负相关（P<0.001，下同）;有效茎数与蔗茎产量和糖含量呈极显著正相关;蔗茎产量与糖含量呈极显著正相关;茎径与萌芽率、有效茎数、蔗糖分和纤维分呈负相关;蔗糖分与发株率、分蘖率、枯心率、黑穗病率、梢腐病率、株高、茎径和蔗茎产量均呈负相关，但相关不显著（P>0.05）。说明甘蔗各农艺性状指标间存在相互联系、相互制约关系，但应用13个性状指标直接评价一个甘蔗品种（系）的优劣，会导致评价结果存在较大误差，因此，需进一步利用因子分析法将13个性状指标减少为4个公因子，以简化数据和更科学客观地评价甘蔗品种（系）。

2. 2 甘蔗新品种（系）农业性状因子分析结果

2. 2. 1 公因子的选择 对参试新品种（系）的13个农艺性状指标进行无量纲标准化处理，结果如表4所示。对标准化后的数据进行因子分析，各主因子的特征根、贡献率和累积贡献率见表5。由表5可知，前4个因子变量的特征根均大于1.000，且经过最大方差旋转后其方差贡献率分别为28.163%、18.567%、18.097和16.948%，累計方差贡献率达81.775%，即由有效茎数、蔗茎产量和糖含量组成的产量—糖含量因子（F1）、蔗糖分因子（F2）、茎径因子（F3）及分蘖率因子（F4）4个公因子已能反映甘蔗13个农艺性状指标的大部分信息，因此，可选取这4个公因子作为甘蔗品种（系）的农艺性状综合评价指标。

为更加突出主要公因子的作用，将其进行方差最大正交旋转，获得主要公因子方差极大正交旋转因子载荷矩阵（表6）。从表6可看出，第一公因子（F1）主要由有效茎数、蔗茎产量和糖含量3个因子组成，综合反映甘蔗的高产、高糖育种目标;第二公因子（F2）由蔗糖分组成，而蔗糖分与产量性状如茎径和蔗茎产量等呈负相关，在甘蔗品种选育过程中，需兼顾产量与蔗糖分的关系;第三公因子（F3）由茎径因子组成，而茎径与萌芽率、蔗糖分和有效茎数呈负相关，说明茎径越大，萌芽率和蔗糖分越低，有效茎数就越少，因此在甘蔗新品种（系）选育过程中不宜一味追求大种茎;第四公因子（F4）由分蘖率因子组成，而分蘖率与蔗糖分呈负相关，说明甘蔗品种（系）的分蘖率不宜过高，在甘蔗新品种（系）选育过程中以分蘖率中等为选择目标即可。

2. 2. 2 各甘蔗品种（系）农艺性状的公因子得分及综合排名 对甘蔗品种（系）农艺性状的公因子进行旋转，获得各公因子的得分系数矩阵（表7），并计算甘蔗新品种（系）农艺性状各公因子的得分及其综合评价分值（表8）。由表8可知，桂糖08-6的综合分值为0.801，综合排名第一，桂糖08-120的综合分值为0.717，综合排名第二，这2个品种（系）均可在广西崇左蔗区特别是龙州蔗区推广种植;而桂糖07-1062的综合分值为-0.828，综合排名第十二，柳糖08-98的综合分值为-0.057，综合排名第十，桂糖07-108的综合分值为-0.270，综合排名第九，这3个品种（系）不适宜在龙州蔗区推广种植。

2. 3 甘蔗新品种（系）的聚类分析结果

选用因子分析中筛选出对12个甘蔗品种（系）影响较大的农艺性状（有效茎数、蔗茎产量、糖含量、蔗糖分、茎径和分蘖率），采用欧式距离类平均法进行系统聚类分析，结果（图1）表明，以欧氏距离15为临界点，可将12个甘蔗品种（系）分为五大类群，各类群甘蔗品种（系）农艺性状指标的平均值见表9。其中，第I类包括桂糖06-1215、桂糖05-3217、桂糖08-120、桂糖09-1743和桂糖06-98，其发芽率、发株率、有效茎数和蔗茎产量一般，黑穗病率较高，蔗糖分较高，该类材料需继续提高甘蔗蔗茎产量和降低黑穗病率;第II类包括桂糖08-460、桂糖07-1062和桂糖07-108，其分蘖率和株高一般，有效茎数、蔗茎产量和蔗糖分均较高，该部分材料除需保持蔗茎产量和蔗糖分外，还需适当延长宿根年限;第III类包括ROC22（CK）和柳糖08-98，其分蘖率、有效茎数和蔗茎产量均较低，发株率和蔗糖分表现一般，黑穗病率较高，此类材料需以继续提高有效分蘖率和蔗糖分及降低黑穗病率为改良目标;第IV类为桂糖08-6，其发芽率、分蘖率、发株率和有效茎数均较高，蔗糖分表现一般，黑穗病率和梢腐病率较高，此类材料需继续提高产量和蔗糖分，同时需降低黑穗病率;第V类为桂热2号，其发芽率、发株率和株高均较高，但分蘖率和蔗糖分较低，有效茎数中等，此类材料需以提高甘蔗有效分蘖率和蔗糖分为育种目标。

3 讨论

俞先华等（2019）研究显示，7个甘蔗品种（系）的农艺性状可简化为单茎重—产量因子、有效茎数—糖含量因子和锤度—糖含量因子3个主成分，而周会等（2012）可将9个甘蔗数量性状简化为糖分因子、茎径—叶因子、茎数—叶因子和株高因子4个主成分。本研究应用因子分析法将甘蔗13个农艺性状简化为4个公因子，即由有效茎数、蔗茎产量和糖含量组成的产量—糖含量因子、蔗糖分因子、茎径因子和分蘖率因子，其累计方差贡献率达81.775%，这4个公因子已能代表甘蔗13个农艺性状的大部分信息，与周会等（2012）、俞先华等（2019）的研究结果存在差异，可能与甘蔗种植年限及所分析的农艺性状不完全相同有关。

在因子分析基础上进行聚类分析，可有效剔除一些不重要因子，使分析结果更精确，在种质资源分析及评价中应用效果较好（李春花等，2015）。陆鑫等（2011）利用因子分析过程的最大方差法对公因子轴进行正交旋转后可将较多的性状减少为少数几个公因子进行选择和性状改良。本研究采用因子分析和聚类分析法筛选出综合性状较佳的甘蔗品种（系），并分析其需要改良的性状，有利于选择互补的亲本进行组配，以达到高产、高糖、高抗、宿根性好的育种目标。其中，桂糖08-6的发芽率、发株率、有效茎数和分蘖率均较高，但蔗糖分一般，黑穗病率和梢腐病率较高，在今后的育种实践中需继续保持蔗茎产量，提高蔗糖分，同时还需降低黑穗病率;桂糖08-120的发芽率、发株率、有效茎数和蔗茎产量一般，但蔗糖分较高，需继续提高蔗糖分和蔗茎产量;桂热2号的发芽率、发株率和株高均较高，但分蘖率和蔗糖分较低，在育种过程中需提高有效分蘖率和蔗糖分。

本研究相关分析结果表明，甘蔗的株高与茎径、有效茎数、蔗茎产量和糖含量呈正相关;茎径与有效茎数和蔗糖分呈负相关，与其他性状呈正相关;有效茎数与蔗茎产量和糖含量呈极显著正相关，与俞先华等（2020）、陆鑫等（2011）的研究结果一致;其他各性状间也存在一定的关联，尤其是有效茎数与蔗茎产量和糖含量呈极显著正相关，但有效茎数与茎径呈负相关。因此，选育甘蔗优良新品种（系）时需兼顾有效茎数和茎径，选择茎径中等偏上及有效茎适中的品种。

4 结论

桂糖08-6具有萌芽率和发株率高及分蘖力强等特点，桂糖08-120具有蔗糖分较高和综合评分较高特点，二者均可在广西崇左蔗区特别是龙州蔗区推广种植。

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（责任编辑 思利华）