辛秀珺，于鳳瑤，周順啟，張代軍，邱紅梅

(黑龍江省農(nóng)墾總局 紅興隆農(nóng)業(yè)科學研究所，黑龍江 友誼 155811)

黑龍江省是我國最大的大豆生產(chǎn)區(qū)，已育出大量的大豆品種，特別是從20世紀90年代開始，隨著育種工作的發(fā)展，大豆品種不斷推陳出新，到2007年為止已育成200余份品種。面對眾多的大豆品種，只有了解品種的特性和相互之間的關系，才能更好地為選擇親本，培育更優(yōu)質(zhì)品種服務。因此多名學者為節(jié)省育種者了解品種性狀的時間，做了多項研究。冷建田等［1］對全國166個參試品系、8個主要農(nóng)藝性狀進行聚類分析和主成分分析，表明遺傳分歧的多向性與其地理分布有平行關系;李向華等［2］對89個中國春大豆按遺傳距離聚類分為6大類，最后選取了6個綜合性狀對品種進行綜合評價;胡立成等［3］在黑龍江大豆中選取了50個品種，對6個主要生物學性狀進行聚類分析，判別大豆品種的多樣性和遺傳分歧的多向性;李永忠［4］對東北春大豆區(qū)的30個主要親本進行聚類分析，得出地理遠緣和遺傳差異之間并不具有必然聯(lián)系;張玉革等［5］對10個大豆品種進行聚類分析，評價了大豆的適應性及如何科學選擇品種。筆者選用黑龍江省自20世紀90年代以來審定的大豆品種中的70份材料，進行聚類分析和主成分分析，旨在了解黑龍江省近期大豆品種的基因資源，為擇優(yōu)選擇雜交親本，擴大品種資源的利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗設計

供試大豆品種70份 (表1)，于2009年在紅興隆科研所試驗地(46.7°N，131.5°E)種植。該地區(qū)作物有效生育日數(shù)為120～125 d，≥10℃ 有效積溫2 300～2 400℃，年平均降水量450～500 mm。

每個品種2行區(qū)，行長2 m，行距70 cm，株距5 cm，3次重復，隨機區(qū)組排列。2009年5月4日人工點播，田間管理同大田。生育期間調(diào)查了出苗期、開花期、成熟期、生育期 (x1)以開花期為界限分成生育前期 (x2)和生育后期 (x3)。成熟時在中間連續(xù)取5株考種，考察了株高 (x4)、主莖節(jié)數(shù) (x5)、分枝數(shù) (x6)、分枝莢數(shù) (x7)、單株總莢數(shù) (x8)、主莖莢數(shù) (x9)、單株粒數(shù)(x10)、單株粒重 (x11)。收獲后測百粒重 (x12)、完整粒率 (x13)、產(chǎn)量 (x14)。蛋白質(zhì)含量 (x15)、脂肪含量 (x16)用Foss1241近紅外分析儀測定，然后算出蛋脂總含量 (x17)。

1.2 統(tǒng)計方法

聚類分析按歐氏距離進行聚類，聚類結(jié)果人為分組、歸類。主成分分析采用 SPSS16.0［6］軟件包對大豆17個生物學性狀進行統(tǒng)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚類分析

利用Excel 2003對70份大豆品種的生物學性狀調(diào)查數(shù)據(jù)進行整理，得到17個性狀的平均值。再利用 SPSS16.0進行聚類分析，得聚類樹 (圖1)。把圖中虛線設為分類水平，將70個品種分為5個類群。

表1 品種名稱及編號

圖1 70個大豆品種的歐氏距離聚類樹

從圖1看出，歸入同一類的品種彼此的遺傳距離較小，不同類群之間的品種具有較大的差異，同一生態(tài)區(qū)和相鄰生態(tài)區(qū)的品種被聚在一起，表明遺傳分歧的多向性與其地理分布有平行關系。

從表2看出，1類品種大多來自第1積溫帶的松哈平原［7］，為黑龍江省農(nóng)科院和綏化所培育的品種。這一地區(qū)積溫高、日照長、雨量充沛，形成了大豆蛋白高，粒大，成熟期長的特點。2類大部分品種來自三江低濕平原，屬第2積溫帶，多為合江所和農(nóng)場系統(tǒng)科研單位的品種。這一地區(qū)積溫略低，形成了這一類品種蛋白含量中等、中粒、中熟的特點。3類多數(shù)來自三江低濕平原地區(qū)的品種，表現(xiàn)出了脂肪高、蛋白低、中熟等特點。4類、5類大豆品種多來自黑河地區(qū)，主要是黑河所和農(nóng)墾北安所的品種，表現(xiàn)為脂肪較高、植株矮、早熟等特點。

不同類群的大豆品種脂肪、蛋白的含量有著不同的地理分布。松哈平原的大豆品種蛋白質(zhì)含量較高，三江低濕平原大豆品種脂肪含量較高，這一結(jié)果與胡國華等［8］在2006年分析黑龍江大豆品質(zhì)區(qū)劃時得出的結(jié)論相吻合。

從表2中我們也看到，同一地區(qū)有的大豆品種聚在不同的類群中，說明同一生態(tài)地區(qū)的品種，在不同方向的人工選擇下，可以引起很大遺傳分歧，使得同一生態(tài)區(qū)的品種產(chǎn)生了較大差異。這與周述明［9］等研究表明類群間的差異與地理上的差異并不完全一致相同。從聚類分析中看到，2類群的一部分品種來自松哈平原，這可能是由于全球氣候的變暖，第2積溫帶積溫增加，此區(qū)域的大豆育種者在對品種選育過程中，非定向地選擇了生育期較長的品系，區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗與對照生育期差異不大，就得到生育期較長的品種。

表2 各類群內(nèi)的品種與類型

2.2 主成分分析

如果主成分分析中所提取的多個主成分的特征值貢獻率能達到70%以上，就可以用這幾個主成分對事物的屬性進行概括性分析，基本可以得出影響事物性質(zhì)的主要因素［10］。試驗提取前5個主成分累計貢獻率可達79.532% (表3)，可以概括不同大豆品種主要生物學性狀的絕大部分信息。

表3 70個大豆品種生物學性狀的相關矩陣的特征值

從表3可知，第1主成分貢獻率29.494%為最大，第2主成分的貢獻率為21.496%，第3主成分的貢獻率為11.979%，第4主成分的貢獻率為9.170%，第5主成分的貢獻率為7.393%。這5個主成分的特征值分別為 5.014、3.654、2.036、1.559、1.257。第1主成分特征值最大，它所含的性狀信息應較多，但其貢獻率只有29.494%，這是因為本研究中的17個生物學性狀包含品質(zhì)性狀、形態(tài)農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀，性狀差異大，線性關系少，故此主成分分析得到多個主成分，且累積貢獻率沒有達到80%。

大豆品種主要生物學性狀的主成分矩陣表(表4)顯示了各性狀在5個主成分中的權重系數(shù)，用此數(shù)除以主成分對應的特征值平方根便得到每個指標所對應的系數(shù)即特征向量。得到的特征向量與標準化后的數(shù)據(jù)相乘，最終得到主成分性狀因子 F1、F2、F3、F4、F5(5個主成分) 的表達式:

表4 70個大豆品種主要生物學性狀的主成分矩陣

式中Zx1，Zx2…… Zx17是原始生態(tài)學性狀變量經(jīng)過標準化處理的值，數(shù)據(jù)標準化是指Z標準化。

從主成分矩陣表和5個主成分表達式可看出以下幾點。

第1主成分中單株總莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重等系數(shù)較大，其次是株高和主莖節(jié)數(shù)、生育期的系數(shù)較大且比較接近，稱之為“產(chǎn)量構(gòu)成因子”。當品種第1主成分大時，表現(xiàn)為植株高大，主莖節(jié)數(shù)多，單株莢數(shù)多、粒數(shù)多、單株粒重高，產(chǎn)量較高。

第2主成分系數(shù)較大的是生育期、生育后期，稱為“熟期因子”。其次系數(shù)較大的為百粒重和蛋白含量。當品種第2主成分大時，則單株生育期較長，百粒重大，蛋白含量較高，脂肪含量低，分枝少，產(chǎn)量較高。

第3主成分中分枝數(shù)和分枝莢數(shù)系數(shù)最大，稱之為“分枝因子”。主莖莢數(shù)和脂肪含量系數(shù)負值最大。表明單株分枝和分枝莢數(shù)較多時，主莖莢數(shù)少，脂肪含量低，蛋白含量高，百粒重較大等。

第4主成分單株總莢數(shù)、主莖莢數(shù)系數(shù)最高，稱“莢數(shù)因子”。當單株總莢數(shù)、主莖莢數(shù)多時，則生育期較短，株高偏矮，百粒重略小、產(chǎn)量較低。

第5主成分百粒重、單株粒重、生育后期系數(shù)大，稱為“粒重因子”。當品種第5主成分大時，單株則有百粒重大、單株粒重高、生育后期長，主莖節(jié)數(shù)、莢數(shù)較少，脂肪含量高，蛋白較低等特點。

3 小結(jié)和討論

從聚類分析的結(jié)果可以看出，大部分是相同區(qū)域的品種聚在了同一類群，表明遺傳分歧的多向性與其地理分布有一定的平行關系，這是因為這些地方品種都是在一定的自然環(huán)境條件下通過長期自然選擇和人工定性選擇獲得的，在一定區(qū)域內(nèi)形成了特定的生態(tài)型。

從不同的類群都有大粒、小粒、高蛋白、高脂肪品種，早、中、晚不同熟期，不同株型的品種等，說明黑龍江大豆品種資源的類型是豐富的。

聚類分析的結(jié)果我們也看到，有一些不同地區(qū)的品種聚在一類中，而同一地區(qū)的品種卻聚在不同的類群中。像第2類群中包含了幾個地區(qū)的品種，一方面說明大豆品種可能出現(xiàn)了親緣相近和性狀單一化的傾向，容易造成遺傳資源的匱乏，另一方面也說明人工的定向培育和選擇會造成比地理差異更大的遺傳差異。選擇親本時，只憑地理遠緣不一定能反映出親本材料的差異。定量測定品種間的遺傳距離，在距離大的類群間選擇材料，作為雜交親本往往有較好的結(jié)果。

由于所選擇的群體和研究的性狀不同，主成分構(gòu)成的綜合性狀也是有區(qū)別的。本試驗主成分分析表明，前5個主成分的方差累計貢獻率大于79%，這5個主成分分別稱為產(chǎn)量構(gòu)成因子、熟期因子、分枝因子、莢數(shù)因子、粒重因子。第1主成分和第2主成分方差累積貢獻率大于50%。第1主成分大時品種莢數(shù)多、粒數(shù)多、單株粒重大。第2主成分大時生育期長，百粒重大。所以在進行高產(chǎn)育種中應選擇莢數(shù)多、粒數(shù)多、單株粒重大、生育期長，百粒重大的品種作親本，在后代選擇中也應加強這些性狀的選擇。

從主成分分析看，蛋白和脂肪含量在任一綜合指標中都呈負相關。因此要培育二者皆高的高產(chǎn)品種可能性不大。而提高一方為主是能夠達到的。用主成分分析對大豆品種進行評價，以高產(chǎn)為主綜合性狀好的品種特點是:植株比較高大，主莖節(jié)數(shù)多、莢數(shù)多、單株總莢數(shù)多、單株粒數(shù)多，粒重大、中晚熟，蛋白和脂肪含量中等偏低。

［1］冷建田，陳應志，王英，等.中國不同地區(qū)大豆育成品系的特點分析及品種選育方向的探討 ［J］.大豆科學，2007，26(3):293－299.

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［6］盧紋岱.SPSS for Windows統(tǒng)計分析 ［M］.2版.北京:電子工業(yè)出版社，2002:312－358.

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