98份大葱种质资源农艺性状相关性及主成分分析

王玲燕 刘贺娟 任福森 唐振海 董彦琪 刘震宇

摘    要：为建立大葱资源综合评价体系，以98份大葱种质资源为材料，对9个主要农艺性状进行多元统计分析。结果表明，多样性指数最高的性状为株高，变异系数最大的为单株质量。单株质量与株高、叶片长、叶横径、假茎长、株幅、假茎底径、假茎中径、单株叶数均呈极显著正相关。通径分析和回归分析结果表明，假茎中径、叶横径、假茎长、假茎底径、单株叶数是影响单株质量的主要因素，最佳多元回归方程：Y=-421.05+44.77X3+3.86X4+11.67X6+126.71X7+8.80X8。主成分分析将大葱的主要性状缩减为2个主成分，即产量性状、株型性状，其贡献率分别为51.82%、23.43%，2个主成分累计贡献率为75.26%，可综合反映9个农艺性状指标的信息。

关键词：大葱;农艺性状;相关分析;主成分分析

中图分类号：S633.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）08-038-06

Correlation and principal component analysis of agronomic characters of 98 Chinese onion germplasm resources

WANG Lingyan， LIU Hejuan， REN Fusen， TANG Zhenhai， DONG Yanqi， LIU Zhenyu

（Xinxiang Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang 453000， Henan， China）

Abstract： In this paper， to establish a comprehensive evaluation system on germplasm resources of Chinese onion， 9 main agronomic characters of 98 resources were used to study by multivariate statistical analysis. The results show that the highest diversity index and coefficient of variation were plant height and plant weight， respectively. According to correlation analysis， the single plant was significantly and positively correlated with plant height， leaf length， leaf transverse diameter， pseudostem length， plant width， pseudostem bottom diameter， pseudostem medium diameter and leaf number per plant. The main factors affecting the quality of single plant， by path analysis and regression analysis， were pseudostem medium diameter， leaf transverse diameter， pseudostem length， pseudostem bottom diameter and the leaf number per plant. Optimal multiple regression equation is Y=-421.05+44.77X3+3.86X4+11.67X6+126.71X7+8.80X8. The main agronomic characters of Chinese onion could be shorten to two principal components by principal component analysis and factor analysis， that is yield characters and plant-type traits with their contribution rates 51.82% and 23.43%， respectively. The cumulative contribution rate of the two principal components was 75.26%. The above results can comprehensively reflect the landscape of 9 agronomic character traits.

Key words： Green Chinese onion; Agronomic traits; Correlation analysis; Principal component analysis

大蔥（Allium fistulosum L.var. giganteam Makino）属百合科（Liliaceae）葱属（Allium），原产亚洲西部高寒地区，由野生葱（A. chrysanthum Regel）经过不断的自然选择和人工驯化而来[1]。经过多年研究，中国具有丰富的大葱种质资源。根据现代农业对作物品种的要求[2]，作物育种对有关性状的综合考虑已成为不可忽视的原则，深入研究不同大葱种质资源植物学性状及性状间相互作用关系，有利于充分利用大葱种质资源和发掘、创制出性状优良的大葱品种，对大葱育种研究和创新具有十分重要的意义。

相关性分析是将2个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量2个变量因素的相关密切程度。农作物产量等重要农艺性状则由多基因控制，且基因之间相互关联，适合进行相关性分析。主成分分析方法能够将多个相互关联的数量性状通过线性变换选出较少个数的相互独立的主成分，已在大豆、玉米、瓜类等多种农作物[3-13]上广泛应用。苗锦山等[14-15]以国内外116份葱资源为试验材料进行了数量性状间的关联性分析，发现单株质量与假茎质量、叶长、株高、出叶孔间距、叶扁宽和假茎长相关性均达极显著或显著水平，并将大葱的12个性状归为单株质量、株高、假茎质量3个主成分，从形态学角度初步明确了组内群体间亲缘关系的远近。高莉敏[2]以21个大葱品种为材料，对大葱的10个主要数量性状进行关联性分析，发现株高、葱白长、葱白直径、叶长、叶扁宽、光合叶片数、叶锁口间距等性状均与单株质量呈极显著正相关，通径分析和回归分析结果表明，葱白长、葱白直径、叶扁宽、光合叶片数是影响单株质量的主要因素，并将10个性状缩减为葱高、葱粗、葱光合3个主成分。陈运起等[16]将23份棒状大葱材料进行聚类分析和判别分析，将大葱品种类型划分为高粗、矮粗、高细和矮细4个类型。这些数量性状遗传特性的研究，推动了大葱的育种进程[17-20]。

目前，我国大葱生产中多以传统的地方品种为主，品种比较单一，加之地方品种种性混杂、退化，导致抵御环境风险的能力降低。且大葱的育种技术也落后于发达国家和其他大宗蔬菜作物。人们对优异新品种和一代杂种的需求非常迫切，因此，丰富大葱种质资源，开展大葱新品种选育已势在必行。笔者以新乡市农业科学院搜集的98份不同类型大葱种质资源为材料，对与产量相关的9个主要农艺性状指标进行多样性分析、相关分析、回归分析、通径分析和主成分分析，旨在揭示大葱各农艺性状之间的相关性，为大葱品种选择和丰产性品种选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

以新乡市农科院现代农业研究所近年来收集的98份典型大葱材料为试验材料，各材料的基本信息见表 1。

1.2 方法

试验于2018—2019年在新乡市农业科学院研发中心基地进行。分别于2018年3月15日和2019年3月16日播种育苗，6月下旬露地种植，11月下旬收获。定植株距为8 cm，行距为70 cm，小区面积8.96 m2（3.2 m×2.8 m），每份材料3次重复，每个重复160株，随机区组设计。田间土质为肥力均匀的砂质壤土，田间生产管理一致。

1.3 项目测定及方法

收获时，按照《农作物种质资源标准和规范》（http：//www.cgrchina.cn/wp-content/uploads/2016/05/4-24-3.pdf），每个材料选取具有材料典型特征的10株代表性植株调查9个农艺性状，以每个性状20次考种数据的平均值作为该性状数值，对9个主要农艺性状指标进行分析。采用0.01电子天平测定单株质量，采用直尺测定株高、假茎长、叶片长度、株幅，采用游标卡尺测定叶横径、假茎底径、假茎中径。性状代号及名称见表2。

1.4 数据分析

采用Excel 2019软件进行各主要农艺性状数据基本处理，使用DPS 9.50数据处理系统进行统计分析[21]。

按照胡建斌等[22]的方法将数量性状分为10个等级，计算各性状的平均值（X）和标准差（SD），第i性状的第1级Xi<（X-2SD），第10级Xi>（X+2SD），每一级相差0.5SD。遗传多样性指数I（Shannon - wiener index）计算公式：I=-∑Pj×ln Pj，式中Pj为第j等级中种质数占总种质数的比例。

2 结果与分析

2.1 大葱种质资源主要农艺性状的变异分析

由表3可以看出，9个农艺性状的多样性指数变幅为1.37～2.04，其中株高多样性指数最高，为2.04;其次是叶片长和株幅，多样性指数分别为2.03、2.00;单株叶数多样性指数最低，为1.37。变异系数最大性状是单株质量，为36.63%，其次是株幅和假茎底径，变异系数分别为24.02%、20.24%，其他性状变异系数为14.68%～19.21%。

2.2 大葱种质资源主要农艺性状间相关性分析

由表4可以看出，大葱主要农艺性状间均存在一定的相关性，且任何一个性状都受多个性状变化的影响。单株质量与株高、叶片长、叶横径、假茎长、株幅、假茎底径、假茎中径、单株叶数均呈极显著正相关。其中，假茎中径和叶横径对单株质量的影响最大，相关系数分别为0.922 4和0.726 3，株高、假莖底径、叶片长、假茎长、单株叶数、株幅与单株质量相关系数分别为：0.633 4、0.607 5、0.567 9、0.555 5、0.487 3、0.465 9。

2.3 大葱种质资源主要农艺性状对单株质量的多元回归分析

以X1～X8为自变量，单株质量（Y）为因变量，进行多元逐步回归分析，剔除所有回归系数不显著的变量，所得最佳回归方程：Y=-421.05+44.77X3+3.86X4+11.67X6+126.71X7+8.80X8（p<0.05显著性水平，r2=0.9623，F=230.46）。该回归方程表明，当本试验中的其他因素维持在平均水平时，叶横径、假茎长、假茎底径、假茎中径、单株叶片数每增加一个单位（分别为1 cm、1 cm、1 cm、1 cm、1片），大葱单株质量可分别提高44.77、3.86、11.67、126.71、8.80 g。在上述筛选出的5个因素中，假茎中径对大葱单株质量贡献最大，其相关系数达到了 0.922 4，其次是叶横径、假茎底径、单株叶数、假茎长。

2.4 大葱种质资源主要农艺性状对单株质量的通径分析

为进一步了解大葱种质资源主要农艺性状对单株质量形成的重要性，在相关分析的基础上，将单株质量作为因变量（Y），将各农艺性状作为自变量（X），进行通径分析。由表5可知，98个大葱种质资源的8个农艺性状对单株质量直接作用依次为：假茎中径（0.576 5）、假茎长（0.215 9）、叶横径（0.191 3）、单株叶数（0.088）、假茎底径（0.073 9）、株高（0.059 3）、叶片长（0.016 9）、株幅（0.004 3）。相关分析、回归分析、通径分析均表明，假茎中径、叶横径、假茎长、假茎底径、单株叶数是影响单株质量的主要因素，假茎中径对单株质量影响最大，所以在育种性状选择时，假茎中径应作为首要考虑要素。

从间接通径系数分析看，株高、叶片长、叶横径、假茎中径均通过其他性状对单株质量的间接作用为正效应;假茎长通过株幅和假茎底径对单株质量的间接作用为负效应，通过其他性状为正效应;株幅、假茎底径均通过假茎长对单株质量的间接作用为负效应，通过其他性状对单株质量的间接作用均为正效应。

2.5 大葱种质资源主要农艺性状的主成分分析

由表6可知，在研究单株质量构成的主分量性状中，按照主成分特征值大于1的原则，信息主要集中在前2个主成分，第1个主成分贡献率为51.82%，第2个主成分贡献率为23.43%，其累计贡献率为75.26%，可以综合反映原9个农艺性状的信息。表明用前2个主成分作为育种选择手段进行综合性状选择即可。

从构成各主成分性状因子特征向量值来看，第1主成分的特征向量值中，单株质量最大，其次是假茎中径、株高、叶横径、叶片长，因此，可以把主成分1看作是大葱产量性状因子，且第1主成分与这4个性状均呈正相关。第2主成分的特征向量值中，假茎长、株高、株幅、假茎底径影响较大，这4个性状均体现大葱的高度，因此，可以把主成分2看成是大葱株型性状因子，且第2主成分与假茎长、株高均呈正相关，与株幅、假茎底径均呈负相关。大葱的这2个主成分因子已经能代表所考察的9个性状的信息，因此，可利用这2个主成分因子进行分析，选育出理想的高产大葱材料。

3 讨论与结论

中国是大葱起源中心，优良基因非常多，但在大葱的种质资源研究方面还比较薄弱，远不及其他大宗蔬菜作物。笔者通过本研究变异分析发现，大葱农艺性状中多样性指数最高的3个性状是株高、叶片长和株幅，变异系数最大的是单株质量、株幅和假茎底径。这表明我国大葱种质资源的农艺性状变异丰富，这与刘贺娟等[18]研究结果较为一致，可为今后高产品种的创新及特征鉴定提供参考依据，同时为探明大葱高产因子提供了丰富的材料保障。

农艺性状是鉴定评价大葱种质资源不可缺少的指标，也是种内划分的重要参考依据，可为育种家根据目标性状判定亲本的利用价值提供科学的理论依据。相关分析显示，单株质量与株高、叶片长、叶横径、假茎长、株幅、假茎底径、假茎中径、单株叶数密切相关。通径分析表明，对单株质量直接作用最大的为假茎中径、假茎长、叶横径。通过逐步回归，得到影响大葱产量最主要因子是假茎中径、叶横径、假茎底径和单株叶数。这与梁艳荣等[1]、高莉敏[2]、苗锦山等[15]、陈运起等[16]、贾俊香等[17]研究的结果较为一致;但与田洁等[23]研究结果存在一定差异，他们认为大葱产量与单株叶数呈极显著负相关，这可能与所研究大葱资源生态条件有差异所致。

研究大葱农艺性状的主成分有利于选育出高产优质的新种质材料，促进大葱高产优质型的品种选育以及优良基因的挖掘与利用。主成分分析结果表明，利用主成分分析将大葱的主要性状缩减为产量性状、株型性状2个主成分，其累计贡献率为75.26%。所以在高产品种选育过程中，应根据不同育种目标选择相关性状。除了注意对假茎中径、单株质量的选择外，还要选取假茎较长和叶横径较粗的材料。株幅和叶片数是大葱光合作用的基础，有目的的选择可以保证植株有充足的光合产物，是高产、优质的前提条件。一般认为，大葱主要食用其假茎，且对大葱的经济产量影响很大，本试验结果也进一步证实了这一结论。

综上所述，笔者利用相关分析、通径分析和回归分析等方法对9个农艺性状初步研究，表明假茎中径、叶横径、假茎长、假茎底径、单株叶数是影响单株质量的主要因素，并建立最佳多元回归方程：Y=-421.05+44.77X3+3.86X4+11.67X6+126.71X7+8.80X8。利用主成分分析将大葱的主要性状缩减为产量性状和株型性状2个主成分，其累计贡献率为75.26%。在今后的研究工作中，可结合分子生物学手段深入研究大葱种质资源特性，进一步探索其之间的基因型差异，为品种选育提供参考。

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