肖明昆 劉光華 宋記明 劉 倩 段春芳,3 姜太玲 張林輝,3嚴 煒 沈紹斌 周迎春 熊賢坤 羅 鑫 白麗娜 李月仙

（1云南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所，678000，云南保山；2云南省農(nóng)業(yè)科學院生物技術與種質(zhì)資源研究所，650205，云南昆明；3保山全心農(nóng)業(yè)科技有限公司，678000，云南保山）

木薯（Manihot esculentaCrantz）為大戟科木薯屬植物，是世界三大薯類作物之一，也是全球第六大糧食作物[1]，主要種植于非洲、亞洲和拉丁美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)[2]。在一些非洲國家，每天約25%的能量攝入是由木薯提供[3]。19世紀20年代，為緩解糧食危機、保障糧食安全而引入中國，起初主要種植于廣東、廣西和海南，現(xiàn)在已逐步擴大到云南、福建、貴州、湖南和江西等省份[4]。云南省作為木薯種植的主要產(chǎn)區(qū)之一，不但具有毗鄰越南、泰國等木薯主產(chǎn)國的區(qū)位優(yōu)勢，同時也具備土壤條件好、日照充足和適種區(qū)域較為廣闊的自然優(yōu)勢條件，因此發(fā)展前景廣闊[5]。但目前云南推廣種植的木薯品種均從海南、廣西等地引進，品種數(shù)量少[6]。經(jīng)多年連作，現(xiàn)有品種產(chǎn)量下降，抗病蟲害能力減退，品種退化嚴重。因此，篩選適宜本區(qū)域種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木薯新品種（系）頗為重要。

目前，關于木薯的研究多集中在木薯淀粉的理化性質(zhì)研究[7-10]和高產(chǎn)栽培研究[11-13]等。采用主成分分析及聚類分析相結合的方法對不同品種相關農(nóng)藝性狀進行量化分析的研究鮮見報道。本文以不同木薯品種（系）為對象，借助主成分分析法對10個木薯品種（系）的9個主要農(nóng)藝性狀指標進行量化對比分析，揭示株高、主莖粗、第1分枝高、落葉高度、地上鮮重、鮮薯個數(shù)、塊根長、塊根粗和單株產(chǎn)量的遺傳變異情況，探究產(chǎn)量與其他農(nóng)藝性狀的相關性，為選育適宜本地種植的高產(chǎn)木薯種質(zhì)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地區(qū)概況

以10個不同木薯品種（系）（表1）為試驗材料。試驗在云南省農(nóng)業(yè)科學院熱帶亞熱帶經(jīng)濟作物研究所潞江壩基地（98°52′53″E，24°58′52″N）進行，海拔704m，屬低緯度準熱帶季風雨林偏干熱河谷過渡類型氣候，年均氣溫21.5℃，年均降雨量755.3mm，年蒸發(fā)量2111.5mm，≥10℃活動積溫7800℃，年日照時數(shù)2325.75h，相對濕度70%。土地相對平坦，水利條件優(yōu)越，土壤為沖積母質(zhì)發(fā)育的沙壤土，有機質(zhì)1.3%、pH 6.6、全氮1.09g/kg、全磷0.038%、全鉀2.5%、鎘含量0.11mg/kg、汞含量＜0.01mg/kg。

表1 試驗材料及來源Table 1 Overview and source of experimental materials

1.2 試驗設計

2019年3月起壟種植，采用完全隨機區(qū)組設計，設置10個處理，每個處理種植30株，重復3次。每個小區(qū)面積16m2，試驗區(qū)兩邊各設置1壟保護行。半高壟雙行栽培，壟高25cm，東西方向定植，行間距1.0m×0.8m。用40%啶蟲脒可溶性粉劑1500倍和5.7%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽水分散粒劑2000倍混合液浸泡木薯種莖10min后種植。在植株封行前，統(tǒng)一追施鉀肥450kg/hm2，其他田間管理按常規(guī)栽培技術進行，各處理田間管理措施一致。

1.3 測定項目與方法

于2020年3月中旬采收，每個品種（系）隨機從各小區(qū)選取10株進行調(diào)查，重復3次，共計300株?；凇兑M農(nóng)作物種質(zhì)資源試種鑒定技術規(guī)程》（NY/T 1737-2009）[14]中種質(zhì)資源植物學特性鑒定要求和方法，分別調(diào)查株高、主莖粗、第1分枝高、落葉高度、地上鮮重、鮮薯個數(shù)、塊根長、塊根粗和單株產(chǎn)量9個主要農(nóng)藝性狀指標。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 21.0計算平均值及標準差等，對不同品種（系）的木薯各農(nóng)藝性狀進行ANOVA分析及Pearson分析，分析不同木薯品種（系）農(nóng)藝性狀的差異及相關性。用R語言和SPSS軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA），使用Origin 2021和Excel 2010繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 各木薯品種（系）農(nóng)藝性狀分析

由表2可知，除落葉高度和塊根粗無顯著差異外（P＞0.05），其余的農(nóng)藝性狀各品種（系）間存在顯著差異（P＜0.05）。株高、落葉高度、第1分枝高、地上鮮重和鮮薯個數(shù)最大的品種（系）分別為SG-9、GMT、SG-9、SC-1和GMT，最小均為SC9。主莖粗和塊根粗最大均為SC124，最小均為SG-9，GMT的塊根長與單株產(chǎn)量最大，GR891最小。綜合看來，GMT具有較大的單株產(chǎn)量。

表2 不同品種（系）木薯各農(nóng)藝性狀比較Table 2 Comparison of agronomic traits of cassava of different varieties(lines)

續(xù)表2 Table 2(continued)

不同性狀平均變異系數(shù)（表2）表明，單株產(chǎn)量＞地上鮮重＞鮮薯個數(shù)＞落葉高度＞第1分枝高＞主莖粗＞塊根長＞塊根粗＞株高。從不同品種（系）來看，277、SG-9和GR891農(nóng)藝性狀的變異較小，SC9、58-7和GMT的變異較大。

2.2 木薯農(nóng)藝性狀的相關性分析

對10個不同木薯品種（系）的9個農(nóng)藝性狀指標進行Pearson相關性分析。由表3可知，各農(nóng)藝性狀間均具有極顯著的正相關關系（P＜0.01），表明各農(nóng)藝性狀指標間相關性較強，指標信息之間存在重疊，適合采用主成分分析法提取少數(shù)指標，對木薯品質(zhì)進行綜合評價。由表3還能看出，落葉高度、第1分枝高與株高、鮮薯個數(shù)與單株產(chǎn)量的相關性較強，相關系數(shù)分別為0.909、0.901和0.897。單株產(chǎn)量與鮮薯個數(shù)、塊根長的相關系數(shù)最高，分別為0.897和0.891，說明鮮薯個數(shù)與塊根長對單株產(chǎn)量起主導作用。而單株產(chǎn)量與株高、地上鮮重的相關系數(shù)僅為0.691和0.669，說明株高與地上鮮重對單株產(chǎn)量的影響較小。

表3 木薯農(nóng)藝性狀的相關性分析Table 3 Correlation analysis of cassava agronomic traits

2.3 不同木薯品種（系）農(nóng)藝性狀的主成分分析

對不同木薯品種（系）的株高（X1）、主莖粗（X2）、第1分枝高（X3）、落葉高度（X4）、地上鮮重（X5）、鮮薯個數(shù)（X6）、塊根長（X7）、塊根粗（X8）和單株產(chǎn)量（X9）9個農(nóng)藝性狀進行主成分分析。結果（圖1）顯示，提取的2個主成分的累積方差貢獻率達88.1%（圖1a），表明提取的2個主成分可以代表測定的9個農(nóng)藝性狀指標的絕大部分信息，因此，可將9個性狀綜合成2個主成分。第1主成分解釋了方差變異的77.0%，各農(nóng)藝性狀與PC1均呈正相關關系，第1主成分主要與鮮薯個數(shù)、地上鮮重和第1分枝高等有關，其中，鮮薯個數(shù)是第1主成分的主導變量。可將第1主成分稱為生長因子。第2主成分解釋了方差變異的11.1%，主要與塊根長、單株產(chǎn)量等有關，其中，塊根長是第2主成分的主導變量。第2主成分集中反映了產(chǎn)量狀況，將第2主成分稱為產(chǎn)量因子。

主成分分析可以將多組數(shù)據(jù)的差異反映在二維坐標圖中。由圖1b可知，SG-9、GMT與SC9大部分位于第1、2象限，277和43-3大部分位于第2象限，58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205分布在第3和4象限，各品種（系）間的農(nóng)藝性狀具有一定差異，也具有一定相似性?？傮w看來，GMT與其余品種的差異較大。綜上所述，高產(chǎn)木薯品種（系）選育時應著重考察塊根性狀。

2.4 得分方程建立

根據(jù)主成分與特征向量之間的關系，分別得到2個主成分的表達式：

式中，Y1、Y2是單個主成分得分值；X1～X9是每個木薯農(nóng)藝性狀指標的標準化處理的數(shù)值。將每個木薯農(nóng)藝性狀指標的標準化處理數(shù)據(jù)代入方程式計算出Y1、Y2，再根據(jù)Y1、Y2各自的方差貢獻率與2個成分累計貢獻率的比值為權重系數(shù)，建立綜合評分模型為Y=0.8737Y1+0.1263Y2，計算出10個不同木薯品種（系）的綜合得分并排序，得到表4。

由表4可知，參試的10個木薯品種（系）中，綜合得分排名前3的分別是SG-9、GMT和SC-1，得分依次為11.800、7.563和5.414。277和GR891排名居中，58-7、SC205、43-3和SC9的綜合得分較低。綜合看來，SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產(chǎn)量優(yōu)勢明顯。

表4 10個木薯品種（系）主成分因子得分及排名Table 4 Score and ranking of principal component factors of ten cassava varieties(lines)

2.5 不同木薯品種（系）農(nóng)藝性狀聚類分析

對10個不同木薯品種（系）進行聚類分析（圖2），由圖2和表5可知，遺傳距離為15時，10個木薯品種（系）可以分為3類。277、43-3、58-7、GR891、SC-1、SC124和SC205為類群Ⅰ，該類木薯主莖粗，具有較大的地上鮮重，產(chǎn)量較低。GMT和SG-9為類群Ⅱ，該類木薯鮮薯個數(shù)多，塊根長較長，產(chǎn)量較高，可作為優(yōu)先種植推廣的品種（系）。SC9為類群Ⅲ，該類的特點是高度矮，主莖粗，塊根長與粗適中，單株產(chǎn)量高，可作為種植推廣的備選品種（系）。

表5 3個類群木薯的農(nóng)藝性狀特征表Table 5 Agronomic traits of cassava in three groups

圖2 木薯品種（系）農(nóng)藝性狀聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis diagram of agronomic traits of cassava varieties(lines)

3 討論

通過對10個木薯品種（系）的9個主要農(nóng)藝性狀進行測定分析，發(fā)現(xiàn)不同品種（系）的農(nóng)藝性狀，除落葉高度和塊根粗無顯著差異外，其余農(nóng)藝性狀間存在顯著差異，與前人[15-16]的研究結果相一致。說明不同木薯品種的主要農(nóng)藝性狀具有相對穩(wěn)定的遺傳，這可能與自身遺傳基因有關[17-19]。

農(nóng)藝性狀間高變異系數(shù)是品種改良的基礎[20]。本研究中，單株產(chǎn)量的變異系數(shù)范圍最大，株高最小，這與黃國宋等[21]的研究結果相似。地上鮮重、鮮薯個數(shù)和主莖粗等農(nóng)藝性狀具有較大的變異系數(shù)，說明這些性狀有較大的改進余地，在品種改良時優(yōu)先對這些性狀進行選擇，較容易獲得優(yōu)良品種。從品種（系）角度來看，SC9、58-7和GMT的農(nóng)藝性狀平均變異系數(shù)大，具有較大的改進余地，可作為今后品種改良的首選材料。而277、SG-9和GR891的農(nóng)藝性狀變異系數(shù)低，改進余地較小。

作物產(chǎn)量與各農(nóng)藝性狀間彼此相關，本文通過對木薯9個主要農(nóng)藝性狀相關性分析后表明，單株產(chǎn)量與鮮薯個數(shù)的相關性最強，與塊根長的相關性次之。這與羅興錄等[15]和楊守臻等[16]的研究結果類似。說明要獲得單株產(chǎn)量高的木薯，首先要有較多的塊根數(shù)，其次是較長的塊根。由此可知，在木薯高產(chǎn)栽培選育過程中，鮮薯個數(shù)和地下莖大小可作為選育的重點標識性狀對后代材料進行選擇[22-23]。

主成分分析是利用降維的思想，把多個指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標，用較少的幾項綜合性指標對目標對象進行綜合評價。本文通過對不同木薯品種（系）的主要農(nóng)藝性狀指標進行主成分分析，最終得到2個主成分，鮮薯個數(shù)是第1主成分的主導變量，塊根長是第2主成分的主導變量。謝向譽等[24]在木薯單株產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的相關性研究中也指出，單株產(chǎn)量主要由塊根數(shù)、最長薯長、生物產(chǎn)量等決定，與本文存在不同程度的一致性。

通過評分模型，得到各木薯品種（系）的綜合得分，發(fā)現(xiàn)SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產(chǎn)量優(yōu)勢明顯。進一步進行聚類分析，在歐氏距離為15時，參試木薯可分成3個類群，類群Ⅰ（低產(chǎn)群體）主要特點為主莖粗、塊根粗、地上鮮重大。類群Ⅱ（高產(chǎn)群體）主要特點為具有較高的株高、第1分枝高、落葉高，鮮薯個數(shù)多、塊根長、產(chǎn)量高，可優(yōu)先作為推廣種植品種。類群Ⅲ（中產(chǎn)群體）主要特點為高度矮，主莖粗、塊根長與粗適中，單株產(chǎn)量較高，可作為推廣種植的備選品種。

4 結論

參試的10個不同木薯品種（系）中，SG-9的綜合得分最高，GMT和SC9的產(chǎn)量優(yōu)勢明顯，可作為種植推廣的品種（系）。單株產(chǎn)量與鮮薯個數(shù)、塊根長、塊根粗相關性最強，是選育高產(chǎn)品種首要考慮指標。單株產(chǎn)量、地上鮮重和鮮薯個數(shù)的變異系數(shù)均較大，在品種遺傳改良時可作為優(yōu)先考慮的農(nóng)藝性狀指標。