基于主成分分析的干籽粒豌豆适应性评价研究

唐 义 何友勋 葛平珍 赵 龙 余 娟 张时龙

（毕节市农业科学研究所，贵州毕节 551700）

豌豆（Pisum sativumL.）又叫淮豆、荷兰豆、青豆，原产于亚洲西部和地中海，是第二大食用豆类作物，耐寒性和适应性均较强，可食用器官多样化[1]，是重要的粮蔬饲肥兼用的作物。当前豌豆主要以鲜籽粒豌豆（食用鲜籽粒）、荚用豌豆（食用豌豆荚）、豌豆尖（食用豌豆嫩梢和嫩茎叶）、干籽粒豌豆、绿肥豌豆为主[2]。贵州省农户有种植豌豆习惯，如龙里县豌豆尖（农产品地理标志产品）[3]、黔西北山区引种半无叶豌豆[4]。当前贵州省豌豆品种混杂、传统自留品种品质退化且产量低，已不能满足种植户和市场的需求，引进或培育适应性好、农艺性状良好、产量及品质佳的豌豆品种是解决当前问题的关键。

主成分分析是从构成性状的多因素关系揭示供试材料的特点，了解其主成分构成、特征和生物学意义，为供试材料的客观评价和品种的引进或选育提供理论参考。近年来，主成分分析在作物资源农艺性状及品质和畜禽的综合评价中广泛应用，涉及作物及畜禽主要有朝天椒[5]、谷子[6]、大米[7]、马铃薯[8]、白鹅[9]等。本研究以11 个干籽粒豌豆新品种（系）为试验材料，通过田间记载和室内考种，运用主成分分析对干籽粒豌豆的13 个农艺性状进行分析，确定用于综合评价的主成分个数，根据主成分得分和贡献率计算出综合主成分得分，利用综合主成分得分评价干籽粒豌豆的适应性，筛选出农艺性状良好的干籽粒豌豆新品种（系），旨在提供优质高产的干籽粒豌豆新品种（系），同时为干籽粒豌豆新品种选育和示范推广提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验材料为2020 年参加国家食用豆产业技术体系豌豆新品种（系）（干籽粒组）联合鉴定试验的11 个豌豆新品种（系），分别为：皖豌1号、中豌201、川268-1、成都朱砂豌1 号、定豌9 号、20205、靖豌8 号、渝豌6 号、云豌116、苏豌8 号、中豌6 号（CK）。

1.2 试验设计每个参试品种（系）重复3 次，小区长3m、宽3.33m，小区面积9.99m2。每小区10 行；密 度3.3 万 苗/667m2；试 验 田 总 面 积1134m2。试验 田 位 于 毕 节 市 朱 场 镇（107.77°E、27.45°N，海拔1545m），前作为玉米，壤土，土壤肥力中等。播种时每hm2施底肥钾肥100kg、尿素200kg、复合肥200kg。2020 年10 月22 日播种，在豌豆的生长周期共施肥2 次、中耕除草4 次，喷施阿维菌素防治虫害。

1.3 试验调查及记载根据《豌豆种质资源描述规范和数据标准》[10]要求适当修改，记载参试品种的物候期、植物学特征、生物学特征、经济性状等项目。本研究记载豌豆的生育期、株高、始荚高度、主茎分枝数、有效枝数、主茎节数、总荚节数、实荚数、实粒数、荚长、荚宽、百粒重、考种株产量等13 个数量性状，并对以上数量性状进行分析。记载项目及记载标准如下。

生育期：从出苗到成熟的天数，以d 表示；株高：取样20 株，测量每株最高一枝顶端生长点至茎基长度，求平均值，以cm 表示；始荚高度：取样20 株，测量每株开始结荚生长点至茎基长度，求平均值，以cm 表示；主茎分枝数：取样20 株，记录每个植株上分枝的总和（包括结荚与否的分枝及主茎），求平均值，以个表示；有效分枝数：取样20 株，记录凡是结有可收获籽粒的荚的枝（包括主茎），求平均值，以个表示；主茎节数：取样20 株，记录每株主茎从基部第一节起至顶端最后一节止的总节数，求平均值，以节表示；总荚节数：取样20 株，记录每株结有有效荚的总节数，求平均值，以节表示；实荚数：取样20 株，记录每个植株上含有1 粒及以上饱满籽粒的荚果总数，求平均值，以个表示；实粒数：取样20 株，记录植株上所有饱满荚果包含的总粒数，求平均值，以粒表示；荚长：随机选取代表性的20 个荚测量长度及每荚中部的宽度，求平均值，以cm 表示；荚宽：随机选取有代表性的20 个荚中部的宽度，求平均值，以cm 表示；百粒重：随机选取100 粒颗粒饱满的种子称重，以g 表示；考种株产量：取样20 株的全部干籽粒产量，以g 表示。

1.4 数据分析采用SPSS 22.0 和DPS 数据分析软件进行描述性统计分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 干籽粒豌豆农艺性状的描述性统计分析对干籽粒豌豆的13 个农艺性状进行描述性统计分析，结果见表1。11 个品种（系）的生育期、株高、始荚高度、主茎分枝数、有效枝数、主茎节数、总荚节数、实荚数、实粒数、荚长、荚宽、百粒重、考种株产量的范 围 分 别 为：178.67～205.00d、29.90～177.30cm、11.83～39.55cm、1.57～3.57 个、1.35～3.05 个、10.08～16.97 节、6.07～16.92 节、8.65～24.40 个、24.70～77.67 粒、5.86～7.38cm、1.00～1.35cm、10.34～21.58g、88.79～251.69g。不同品种（系）的同一农艺性状均表现出一定程度的差异，变异系数范围4.07%～64.19%。农艺性状变异系数大小顺序为株高＞始荚高度＞实粒数＞实荚数＞考种株产量＞总荚节数＞主茎分枝数＞有效枝数＞主茎节数＞百粒重＞荚宽＞荚长＞生育期，株高变异系数最大，为64.19%；生育期变异系数最小，为4.07%。除生育期、荚长、荚宽外，其余10 个农艺性状的变异系数大于15%，受环境影响较大。

表1 干籽粒豌豆农艺性状的描述性统计

2.2 干籽粒豌豆的主成分分析

2.2.1 干籽粒豌豆农艺性状的相关性分析干籽粒豌豆农艺性状间的相关性分析见表2。生育期与株高、始荚高度、主茎节数、实粒数呈极显著正相关，相关系数分别为0.875、0.739、0.968、0.796，与总荚节数、实荚数、考种株产量呈显著正相关，相关系数分别为0.645、0.702、0.605；株高与始荚高度、主茎节数、实粒数呈极显著正相关，相关系数分别为0.792、0.893、0.790，与总荚节数、实荚数呈显著正相关，相关系数分别为0.610、0.678；始荚高度与主茎节数、实荚数、实粒数呈极显著正相关，相关系数分别为0.816、0.825、0.778，与总荚节数、考种株产量呈显著正相关，相关系数分别为0.713、0.607；主茎分枝数与有效枝数呈极显著正相关，相关系数为0.958；主茎节数与实荚数、实粒数呈极显著正相关，相关系数分别为0.799、0.879，与总荚节数、考种株产量呈显著正相关，相关系数分别为0.725、0.666；总荚节数与实荚数、实粒数、考种株产量呈极显著正相关，相关系数分别为0.969、0.945、0.897；实荚数与实粒数、考种株产量呈极显著正相关，相关系数分别为0.955、0.828；实粒数与考种株产量呈极显著正相关，相关系数为0.891；荚长与荚宽、百粒重呈显著正相关，相关系数分别为0.730、0.686。因干籽粒豌豆农艺性状间存在一定程度的相关性，显示的信息存在一定程度的重叠，可将13 个农艺性状通过主成分分析将其转化为几个相对独立的因子对农艺性状进行科学合理的综合评价。

表2 干籽粒豌豆农艺性状间的相关性分析

2.2.2 干籽粒豌豆农艺性状的主成分分析因干籽粒豌豆各农艺性状间存在一定程度的相关性，为了消除性状间相关影响，本文采用主成分分析对干籽粒豌豆农艺性状进行科学的评价及分析。

对干籽粒豌豆13 个农艺性状进行Bartlett 球形检验，p=0.0010，可进行主成分分析。干籽粒豌豆农艺性状主成分分析结果见表3，前3 个主成分累计贡献率为90.27%，能代表原有农艺性状的绝大部分信息，因此，将干籽粒豌豆的13 个农艺性状转化为3 个主成分进行分析。

表3 干籽粒豌豆农艺性状的主成分分析

各农艺性状特征向量系数绝对值越大，表示该农艺性状与主成分的相关性越强，通常认为特征向量系数绝对值大于0.3，则该农艺性状与主成分紧密度较高[11]。第1 主成分特征值为6.88，贡献率为52.88%，代表生育期、株高、始荚高度、主茎节数、总荚节数、实荚数、实粒数、考种株产量等信息，可将其称为产量构成因子；第2 主成分特征值为2.79，贡献率为21.45%，代表主茎分枝数、有效枝数、荚长、荚宽等信息，可将其称为株型荚型因子；第3 主成分特征值为2.07，贡献率为15.94%，主要表达百粒重的信息，可将其称为百粒重因子。

2.2.3 干籽粒豌豆农艺性状的综合评价根据干籽粒豌豆各农艺性状的标准化数据和相应的特征向量，可计算11 个干籽粒豌豆主成分的得分，即Y（i，1）=0.321X1+0.322X2+……+0.339X13；Y（i，2）=0.014X1-0.217X2+……+0.117X13；Y（i，3）=-0.266X1-0.226X2+……+0.245X13。其中X1，X2，……X13表示各农艺性状的标准化数据，Y（i，1）、Y（i，2）、Y（i，3）表示第i个干籽粒豌豆品种（系）的第1 主成分得分、第2 主成分得分、第3 主成分得分。将11 个干籽粒豌豆品种（系）各主成分得分按序排列，可直观权衡每个主成分在每个品种（系）中所处的位置及分量。干籽粒豌豆品种（系）农艺性状的综合评价模型为Y=[λ1/（λ1+λ2+λ3）]×Y（i，1）+[λ2/（λ1+λ2+λ3）]×Y（i，2）+[λ3/（λ1+λ2+λ3）]×Y（i，3），其中，λ1～λ3分别对应各主成分的特征值，并利用该数学模型计算11 个干籽粒豌豆新品种（系）的综合主成分得分（表4），较直观地对干籽粒豌豆的农艺性状进行综合评价。

表4 干籽粒豌豆农艺性状主成分得分及排名

从表4可知，在11个干籽粒豌豆新品种（系）中，第1 主成分排名前3 的是20205、定豌9 号、成都朱砂豌1 号，得分分别为4.2357、3.3306、2.2044，此3个品种（系）生育期较长，植株较高，始荚高度较大，主茎节数、总荚节数均较多，实荚数、实粒数均较高，考种株产量较高；第2主成分排名前2的是渝豌6号、靖豌8 号，得分分别为3.0426、2.7752，此2 个品种（系）的主茎分枝数和有效枝数较多，荚较短、较窄；第3 主成分排名前3 的是中豌6 号、皖豌1 号、渝豌6 号，得分分别为1.6870、1.2843、0.9955，以上干籽粒豌豆新品种（系）的百粒重较高。

从农艺性状综合主成分得分看，其分值越高，干籽粒豌豆的综合农艺性状越好。干籽粒豌豆新品种（系）综合主成分得分排名前2 位的品种分别是20205、定豌9 号，得分分别为2.452、1.859，农艺性状表现为生育期较长，植株、始荚高度较高，主茎节数、总荚节数均较多，实荚数、实粒数、百粒重较高，荚宽荚长适中，且干籽粒豌豆考种株产量居前2 位，其综合农艺性状表现良好，可作为黔西北山区海拔1600m 左右区域内的试验示范干籽粒豌豆推广品种（系）。综上表明，在进行农艺性状分析时仅考虑某一性状或随机的几个性状是不适宜的，应采取可行的分析手段对农艺性状进行科学系统全面的综合评价。

3 讨论与结论

通过对11 个干籽粒豌豆品种（系）进行描述性统计分析，发现干籽粒豌豆的生育期、株高、始荚高度等13 个农艺性状均存在不同程度的变异，除生育期、荚长、荚宽外，其余10 个农艺性状的变异系数大于15%，株高变异系数最大，为64.19%。表明可通过有性杂交、系统选育等方法对以上10 个性状进行改良及选择，最终实现干籽粒豌豆的育种目标。

从相关性分析结果看，各农艺性状间存在不同程度的相关性，因此，本研究采用主成分分析将13个农艺性状转化为几个相对独立的主成分因子进行综合分析及评价。前3 个主成分的累计贡献率为90.27%，其中：第1 主成分为产量构成因子，贡献率为52.88%；第2 主成分为荚长、荚宽因子，贡献率为21.45%；第3 主成分为百粒重因子，贡献率为15.94%。以上3 个主成分表达的综合信息能反映全部性状的绝大部分遗传信息，区域适应性越好的品种（系），其主成分综合得分分值越高。干籽粒豌豆新品种（系）综合主成分得分较高的是20205、定豌9号，可将以上品种（系）引进在贵州省范围内进行示范试验，若综合表现均良好，方可进行推广应用。