几个高产春大豆产量及产量性状的多元统计评价
大豆是中国乃至世界的主要粮油作物，也是人类优质蛋白质和食用油脂的重要来源。大豆产量主要是由基因型与环境因素共同作用的结果，通过与产量相关的农艺性状进行选择已成为作物高产育种的一个重要途径。大豆的产量与单株荚数、单株粒数、结荚高度、主茎节数、株高、百粒质量等性状都有密切关系，与产量在一定阈值内呈正相关或负相关。通过通径、聚类和其他分析方法联合应用，对于品种评价指导育种、建立理想的高产株型方面有独到的优势。虽然前人多数集中在播种类型和结荚习性等多角度研究了大豆农艺性状和产量之间的关系，关于宁夏春大豆高产或超高产产量与主要农艺性状间相互关系的研究相对较少。
宁夏引黄灌区大豆生产历史悠久，资源丰富，是我国大豆生产技术相对落后而又极具活力和发展前景的区域；这一区域是国产大豆高产或超高产区域之一，但目前生产上大豆平均产量只有2 400 kg·hm-2。该文拟通过对产量与相关农艺性状之间的相关和通径分析，比较宁夏地区不同的大豆品种间产量构成差异，分析主要农艺性状对产量的影响，采用聚类分析和主成分分析法对其农艺性状进行分析，旨在为宁夏春大豆高产品种的选育和改良提供理论依据。
1．材料与方法
（1）材料 选择在宁夏灌区种植的9个春大豆栽培品种为供试材料，其中引进并作为宁夏主推品种有4个：冀豆17、邯13-25、中品661、承豆6号（对照），自育高产品系有5个：宁黄LD-222、12N60038、12LD-89、09N60096和12N60086。见表1。
（2）试验设计 田间试验于2017年试验在宁夏农林科学院农作物研究所永宁县杨望洪镇试验基地进行。试验地前茬作物为大豆。38.12 N, 106.12 E进行。土质为粉（砂）壤土，2017年土壤有机质含量为1.58 %、速效磷19.9 mg·kg-1、速效钾195 mg·kg-1、全量氮0.094%、全量磷0.09%、全量钾1.92%、全盐0.048%, pH 8.33。
试验采用随机区组设计，4行小区，行距50 cm，行长6 m,3次重复。生长期间进行田间观察记载，成熟后每小区取10株进行考种，测定项目有生育期（X1）、株高（X2）、结荚高度（X3）、主茎节数（X4）、有效分枝数（X5）、单株荚数（X6）、单株粒数（X7）、百粒重（X8）、单株粒重（X9）、单荚粒数（X10）等，小区计产并折合成公顷产量（Y）。4月18日人工小锄开沟点播，9月25日收获，10月脱粒考种。
（3）数据分析 采用Excel 2003和DPS 6.55对数据进行差异显著性分析。
表1 供试品种（系）来源
2．结果与分析
（1）大豆品种（系）各农艺性状分析 由表2可知，不同大豆品种间产量存在着差异。宁黄LD-222大豆单株荚数、单株粒数、单株粒重均在9个大豆品种间表现最好；其中，12LD-89的百粒重较高，对产量的贡献较大。
表2 不同处理产量构成因素及其差异显著性
中品661、冀豆17和12N60038，单株粒数均较多，对产量的增加有很大的提高；其他几个品种产量的增加，主要由单株荚数、单株粒数等共同作用来提高产量的。各处理间达到极显著水平（F=55.43, p=0.000 1, p<1%）。
（2）大豆品种（系）各农艺性状间的相关性分析 不同处理农艺性状间相关系数详见表3，结果表明，各农艺性状之间存在一定的相关性，除生育期与株高、主茎节数，株高与主茎节数、有效分枝数，主茎节数与有效分枝数，有效分枝数与单株荚数、单株粒数、单株粒重，单株荚数与单株粒数、单株粒重，单株粒数与单株粒重、每荚粒数间的相关系数大于0.5外，其他指标间的相关系数的绝对值均小于0.5，表明各性状之间的相关性较弱。其中，生育期与株高、主茎节数呈显著正相关，除与单株荚数、单株粒数和单株粒重呈负相关外，与其他都呈正相关；株高与主茎节数呈极显著正相关，除与结荚高和百粒重呈负相关外，与其他都呈正相关；结荚高与其他农艺性状均呈负相关；主茎节数与有效分枝数呈极显著正相关，除与百粒重呈负相关外，与其他都呈正相关；有效分枝数与单株荚数、单株粒数和单株粒重呈极显著正相关，除与百粒重呈负相关外，与其他都呈正相关；单株荚数与单株粒数呈极显著正相关，除与百粒重呈负相关外，与其他都呈正相关；单株粒数与单株粒重呈极显著正相关，除与百粒重呈负相关外，与其他都呈正相关；百粒重与单荚粒数呈正相关。由此进一步进行了不同处理间农艺性状的通径分析。
表3 不同处理主要农艺性状间的相关系数
注：*5%显著水平，**1%显著水平。
（3）不同品种间产量构成因素与产量间的相关性分析 表3对不同处理间主要农艺性状进行了相关性分析，下面进一步对不同处理间产量构成因素的相关性进行分析得出，由于品种以及施肥的不同对产量的影响也很大，不同的品种间产量构成因子及产量的相关性分析（表4）显示，对产量的贡献最大是百粒重与产量呈正相关（r=0.999 1），株粒重、株荚数、每荚粒数和株粒数与产量的相关系数分别为0.51、0.22、0.02和0，株粒数和每荚粒数与产量的相关性较弱；百粒重与产量的相关系数分别大于株粒重、株荚数和株粒数与产量系数的绝对值。由此可说明，增加百粒重和株粒重对产量的增加效应大于株荚数、株粒数的增加对产量形成的正效应。其中，百粒重与产量的相关系数最大。说明，产量的增加与百粒重有很大关系，由此进一步进行了不同处理间产量构成因素的通径分析。
表4 不同处理间产量构成因素的相关系数
注：*5%显著水平，**1%显著水平。
（4）不同处理间主要农艺性状的通径分析 通径分析结果（见表5）表明，单株粒数对产量的直接通径系数最大，通径系数为2.006 6，表明在大豆产量的形成过程中单株粒数产生的影响力最高。有效分枝数和生育期在产量形成的过程中也显示正效应。虽然单株荚数和单株粒重对产量的直接通径系数均为负数，但它们与产量呈正相关。因此，在合适的栽培条件下提高单株粒数是提高产量的主要途径，在大豆单株粒数增加的过程中，单株荚数、单株粒重都呈显著增加的趋势，产量也呈现增加的趋势，增加单株粒数是提高大豆产量的主要途径。
表5 不同处理间主要农艺性状与产量的通径分析
注：数据后带_表示各因素对产量的直接通径系数，不带_表示间接通径系数。剩余通径系数为0.000 62。
（5）不同品种间产量构成因素通径分析 通径分析结果（见表6）表明，单株粒重对产量的直接通径系数最大，通径系数为2.063 4，表明在大豆产量的形成过程中单株粒重产生的影响力最高。百粒重、单株荚数和单株粒数对产量的直接通径系数均为负数，单株荚数和百粒重绝对值较小，但它们与产量呈正相关。因此，在合适的栽培条件下提高单株粒重是提高产量的主要途径，在大豆单株粒重增加的过程中，单株荚数、百粒重、单株粒数都呈显著增加的趋势。产量也呈现增加的趋势。在提高单株粒重的同时适当增加单株荚数，能进一步增加大豆产量。
表6 不同处理间产量构成因素与产量的通径分析
注：数据后带_表示各因素对产量的直接通径系数，不带_表示间接通径系数。剩余通径系数为0.041 28。
（6）主要农艺性状和产量的聚类分析 农艺性状聚类分析结果表明，在欧式距离47.30处可将9个春大豆品种（系）划分为3类（见图1），各类品种（系）主要的农艺性状详见表7。第Ⅰ类为宁黄LD-222、冀豆17和12N60038三种，占总品种数的33.3%。该类型的主要特征是生育期最短136.33 d，株高适中为102.29 cm，主茎节数较多，有效分枝数较多为4.05，结荚高度较低为11.59 cm，单株有效荚数、单株粒数、单株粒重和单荚粒数均最高，百粒重最低为19.99 g，属于多荚中晚熟型品种，可作为选育稀植中晚熟型春大豆品种（系）。第Ⅱ类群包括12LD-89、12N60086、09N60096和中品661四种，占总品种数的44.5%。该类型的主要特征是生育期长138 d，株高最高为107.28 cm，主茎节数较多、有效分枝数较多为2.67，结荚高度较高为11.82 cm，单株有效荚数、单株粒数、单株粒重和单荚粒数均适中，百粒重适中为19.99 g，属于多荚中晚熟型的中间材料。第Ⅲ类群包括承豆6号和邯13-25两种，占总品种数的22.2%。该类型的主要特征是生育期长139 d，株高相对较矮为94.77 cm，主茎节数较多、有效分枝数较少为0.69，结荚高度最高为16.08 cm，单株有效荚数少、单株粒数少、单株粒重低，百粒重最高为23.63 g，属于分枝少的晚熟品种，可作为选育密植晚熟型春大豆品种的中间材料。
表7 春大豆3大类群性状差异
图1 主要农艺性状间聚类分析图
产量性状系统聚类分析结果表明，在欧式距离22.75处可将9个春大豆品种（系）划分为3类（见图2），第Ⅰ类群包括宁黄LD-222和12LD-89两种，占总品种数的22.2%，该类型属于高产中晚熟型春大豆品种（系）。第Ⅱ类群包括12N60038、冀豆17和中品661品种（系）三种，占总品种数的33.3%，该类型属于中高产中晚熟型春大豆品种（系）。第Ⅲ类群包括承豆6号、12N60086、09N60096和邯13-25品种（系）四种，占总品种数的44.5%，该类型属于产量适中晚熟型春大豆品种（系）。
（7）主要农艺性状和产量的主成分分析 主成分的特征值与贡献率（百分率）是选择主成分的依据。对宁夏种植9个春大豆品种（系）的农艺性状进行了主成分析，由表8可知，在所有的主成分构成中，信息主要集中在前4个主成分中，其累积贡献达到95.22%。第1主成分（单株粒重）的特征值为4.72，贡献率最大，为52.41%，占全部农艺性状信息的52.41%，是最重要的主成分。第2主成分（单株荚数）的特征值是1.996，贡献率为22.17%。第3主成分（单株粒数）的特征值为1.30，贡献率为14.42%。第4主成分（百粒重）的特征值是0.56，贡献率为6.22%；第5主成分（生育期）的特征值是0.24，贡献率为2.65%。其余主成分的贡献率呈逐渐下降的趋势，前5个主成分的累积贡献率达到97.87%，已基本包含了春大豆农艺性状的全部信息。说明在大豆高产育种工作中，对产量影响最大的还是产量构成因子单株粒重、单株荚数、单株粒数和百粒重，选择合适的生育期对产量的影响也至关重要。
图2 各处理产量间的聚类分析图
表8 主成分分析的特征值
图3 主成分分析
注：图中S1代表宁黄LD-222; S3代表中品661; S4代表冀豆17; S6代表承豆6号；S9代表邯13-25。
主成分分析是用来解析群体结构或者是个体间遗传关系。如图主成分分析所示，三角形线连接的样本具有较大的差异，如宁黄LD-222与中品661、09N60038、邯13-25、09N60096和承豆6号之间差异较大；宁黄LD-222与冀豆17间差异较小。
3．结论与讨论
通过对主要农艺性状与产量的相关性分析研究发现，各农艺性状之间存在一定的相关性，生育期与株高、主茎节数，株高与主茎节数、有效分枝数，主茎节数与有效分枝数，有效分枝数与单株荚数、单株粒数、单株粒重，单株荚数与单株粒数、单株粒重，单株粒数与单株粒重、每荚粒数间的相关系数大于0.5，其他指标间的相关系数的绝对值均小于0.5，表明各性状之间的相关性较弱。
对产量的贡献最大的是百粒重（r=0.999 1），株粒重、株荚数、每荚粒数和株粒数与产量的相关系数分别为0.51、0.22、0.02和0，株粒数和每荚粒数与产量的相关性较弱；百粒重与产量的相关系数分别大于株粒重、株荚数和株粒数与产量系数的绝对值，此结论与梁镇林等的研究结果相似。由此可说明，增加百粒重和株粒重对产量的增加效应大于株荚数、株粒数的增加对产量形成的正效应。可见，要是大豆高产，应该选择结荚多而密、百粒重高从而使单株粒重增加而获得高产的品种。
大豆产量由单株荚数、单株粒重、百粒重等因素构成，这些性状均属于数量遗传性状，受微效多基因控制，受环境因素影响相对较大。通过进一步对不同大豆品种（系）的通径分析，结果表明单株粒重和单株粒数对提高产量的直接作用较大，说明在获得高产它们的贡献率最大。虽然其他性状直接通径系数较小，但其通过单株粒重的间接通径系数较大。说明单株粒重、单株粒数不仅直接使产量提高，还能间接通过影响有效分枝数、百粒重和每荚粒数使产量提高，由此说明，要想获得高产，首先提高单株粒重、单株粒数和百粒重，然后栽培上主攻有效分枝数。
聚类分析的依据是遗传距离，遗传距离大的品种分为不同的类，遗传距离小的品种分为同一类。聚类分析表明，9个大豆品种根据大豆产量的高低分为3类。因此，对品种选择具有重要意义，在选育品种（系）时，宜选用植株适中，生育期较长、分枝多、单株粒数多的大豆品种，然后通过栽培方式进行肥水控制，花期相遇，生育期延长，从而促进营养生长，进一步提高分枝数和荚粒数，保住较高的株粒重和百粒重，才能实现高产。
主成分分析是用来解析群体结构或者是个体间遗传关系。从主成分分析来看，第1主成分称为产量性状因子试验结果与众多学者在大豆产量主成分分析的结果相类似；在所有的主成分构成中，信息主要集中在前4个主成分均为产量性状因子（单株粒重、单株荚数、单株粒数和百粒重）和生育期等5个农艺性状；累计贡献率为97.87%，可以反映出宁夏春大豆主要产量性状的基本特征，说明在大豆高产育种工作中，对产量影响最大的还是产量构成因子单株粒重、单株荚数、单株粒数和百粒重，同时要选择合适的生育期对产量的影响也至关重要。
本文即将发表于《作物杂志》2019年，作者为姬月梅，罗瑞萍，连金番，赵志刚。