王淑君 解慧芳 邢璐 宋慧 宋中強(qiáng) 張揚(yáng) 閆宏山 劉海萍 李龍 王素英 劉金榮

摘要：綜合評(píng)價(jià)近年來谷子新品種（系）在東北春谷區(qū)的種植表現(xiàn)，篩選適宜東北春谷區(qū)種植的谷子品種。本研究以2016—2021年全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)東北春谷區(qū)的35個(gè)谷子新品種（系）為試驗(yàn)材料，利用變異系數(shù)、主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析等方法對(duì)參試材料的產(chǎn)量、生育期等9個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析和綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，9個(gè)農(nóng)藝性狀變異系數(shù)存在一定差異，變幅為1.75%～10.68%，其中單穗粒質(zhì)量和株高的變異系數(shù)較大，分別為10.68%、10.31%，生育期變異系數(shù)最小。主成分分析時(shí)，根據(jù)特征值大于1的原則，共提取3個(gè)主成分，其中第1主成分的貢獻(xiàn)率最大（45.954%）；主成分綜合得分較高且排前5位的參試品種（系）分別是豫谷32、豫谷31、豫雜谷2號(hào)、冀谷41、豫谷35。灰色關(guān)聯(lián)度分析得出，產(chǎn)量與其他8個(gè)性狀關(guān)聯(lián)度表現(xiàn)為單穗粒質(zhì)量>單穗質(zhì)量>出谷率>穗長>株高>穗粗>千粒質(zhì)量>生育期，說明單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量和出谷率對(duì)產(chǎn)量影響較大；加權(quán)關(guān)聯(lián)度值排前5位，綜合性狀優(yōu)異的品種（系）分別為豫谷31、豫谷32、冀谷41、豫雜谷2號(hào)和龍谷39。2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果的秩相關(guān)系數(shù)為0.941（P<0.01），一致性較好。綜合主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析可得，豫谷31、豫谷32、冀谷41和豫雜谷2號(hào)等4個(gè)谷子新品種（系）的綜合性狀優(yōu)異，適宜在東北春谷區(qū)大面積推廣種植。

關(guān)鍵詞：谷子；相關(guān)分析；主成分分析；灰色關(guān)聯(lián)度分析；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S515.037 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）15-0042-07

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-06-14.5-B25）；河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：Z2020-14-01）。

作者簡介：王淑君（1982—），女，河南安陽人，碩士，副研究員，主要從事谷子遺傳育種研究。E-mail：logccc@163.com。

谷子別稱粟，迄今已有8 000多年歷史，是中華民族的哺育作物和生態(tài)友好型作物［1-2］。隨著氣候惡化，水資源短缺，人們生活水平提高，膳食結(jié)構(gòu)多元化，谷子在優(yōu)化調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)中具有重要作用［3-4］。綜合評(píng)價(jià)谷子品種，對(duì)新品種選育及推廣應(yīng)用具有重要意義。近年來，多元統(tǒng)計(jì)分析已應(yīng)用于谷子品種綜合評(píng)判。賈小平等利用灰色關(guān)聯(lián)度分析從71份谷子種質(zhì)資源中篩選出10個(gè)優(yōu)秀谷子品種（系）［2］；陳素省等利用灰色關(guān)聯(lián)度分析對(duì)華北區(qū)試的13個(gè)谷子品種（系）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［5］；徐峰等利用主成分分析法對(duì)不同來源的115個(gè)谷子品種（系）的15個(gè)表型性狀進(jìn)行分析，歸納出8個(gè)主因子，篩選出10個(gè)綜合評(píng)價(jià)較高的品種（系）［6］；楊平等利用灰色多維綜合隸屬度對(duì)谷子品種（系）進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)估［7-8］。這些方法能夠從產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀等多個(gè)指標(biāo)著手分析評(píng)價(jià)谷子品種（系），結(jié)果更加全面、客觀；然而前人對(duì)谷子品種（系）的綜合評(píng)價(jià)研究多采用單一的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。利用2種以上多元統(tǒng)計(jì)分析方法綜合評(píng)價(jià)作物品種［9-11］，尤其是灰色關(guān)聯(lián)度和主成分分析結(jié)合使用雖已大量應(yīng)用于植物品種（系）評(píng)價(jià)［12-13］，但在谷子品種（系）綜合評(píng)價(jià)中卻鮮見報(bào)道。本研究利用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析，對(duì)近6年來全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)東北春谷區(qū)的35個(gè)谷子新品種（系）進(jìn)行綜合評(píng)判，以期為東北春谷區(qū)谷子新品種選育及推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2016—2021年全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)東北春谷區(qū)的35個(gè)谷子新品種（系）（表1）。數(shù)據(jù)來自全國谷子品種區(qū)域適應(yīng)性聯(lián)合鑒定試驗(yàn)總結(jié)。

1.2 統(tǒng)計(jì)分析方法

1.2.1 主成分分析 利用SPSS 22.0對(duì)35個(gè)參試品種（系）的9個(gè)主要性狀進(jìn)行主成分分析 提取特征值大于1的成分作為主成分，分析主成分特征值和貢獻(xiàn)率；計(jì)算各參試品種（系）主成分得分與綜合得分，按照綜合得分對(duì)參試品種（系）進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

1.2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析 依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論［14］，將參試品種（系）各性狀作為一個(gè)灰色系統(tǒng)，取各性狀最優(yōu)值構(gòu)建理想品種X0，以參試品種（系）各性狀構(gòu)成的數(shù)列作為比較數(shù)列，判斷關(guān)聯(lián)程度；關(guān)聯(lián)度越大，說明該品種（系）綜合性狀越好；反之，綜合性狀越差。關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式如下：[HT5，6]

式中，｜X0（k）-Xi（k）｜為X0 數(shù)列與Xi 數(shù)列在第k點(diǎn)的絕對(duì)差值；minimink｜X0（k）-Xi（k）｜為二級(jí)最小差；maximaxk｜X0（k）-Xi（k）｜為二級(jí)最大差；ρ為分辨系數(shù)，通常取ρ=0.5；wk為權(quán)重（通過計(jì)算各性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度求得）；Ri′為加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要性狀表現(xiàn)

各參試品種（系）主要性狀的數(shù)據(jù)為2年的平均值（表2）。由表2可知，各性狀變異系數(shù)存在一定差異，變幅在1.75%～10.68%之間，變異系數(shù)由高到低排序?yàn)閱嗡肓Ｙ|(zhì)量>株高>單穗質(zhì)量>穗長>穗粗>產(chǎn)量>千粒質(zhì)量>出谷率>生育期，其中單穗粒質(zhì)量和株高的變異系數(shù)較大，分別為10.68%、10.31%，其他性狀的變異系數(shù)均小于10%，生育期的變異系數(shù)最小。

2.2 相關(guān)性分析

將9個(gè)主要性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表3）表明，各性狀間存在一定的相關(guān)性。其中，生育期與株高、單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量之間呈極顯著或顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；株高與穗長、單穗粒質(zhì)量、產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，與單穗質(zhì)量和出谷率呈顯著正相關(guān)；穗長與穗粗、單穗質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與單穗粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；穗粗與單穗質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，與單穗粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)；單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、出谷率、產(chǎn)量之間呈極顯著正相關(guān)。說明9個(gè)主要性狀指標(biāo)間相關(guān)性較強(qiáng)，存在信息上的重疊。

2.3 各性狀主成分分析

2.3.1 主成分分析 為減少指標(biāo)間的重疊信息，對(duì)35個(gè)品種（系）的9個(gè)主要性狀進(jìn)行主成分分析。根據(jù)特征值大于1的原則，共提取3個(gè)主成分，主成分1、2、3的貢獻(xiàn)率分別為45.954%、15.551%、14.624%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)76.129% （表4），說明提取的3個(gè)主成分包含了各參試品種（系）主要性狀的大部分信息，可用這3個(gè)主成分對(duì)35份材料進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。第1主成分的貢獻(xiàn)率明顯大于其他主成分，說明該主成分綜合原有信息能力較強(qiáng)。

第1主成分特征值為4.136，除生育期載荷為負(fù)值外，其他性狀載荷均為正值；其中單穗粒質(zhì)量和單穗質(zhì)量的載荷較高，分別為0.924和0.878；該主成分可作為產(chǎn)量因子。第2主成分特征值為1.400，正載荷較高的性狀是穗粗，其次是穗長；該主成分可作為谷穗形態(tài)因子。第3主成分特征值為1.316，載荷較高且為負(fù)的性狀是千粒質(zhì)量，載荷較高且為正的是生育期，說明生育期和千粒質(zhì)量可作為第3主成分代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.3.2 各性狀指標(biāo)綜合得分分析 根據(jù)主成分?jǐn)?shù)學(xué)模型，主成分特征向量是初始因子載荷矩陣除以特征值的平方根［15］，可得出3個(gè)主成分與9個(gè)性狀指標(biāo)的線性組合公式：

第1主成分得分為F1=-0.263Z1+0.336Z2+0.291Z3+0.245Z4+0.432Z5+0.454Z6+0.321Z7+0.166Z8+0.387Z9；第2主成分得分為F2=0.301Z1-0.052Z2+0.461Z3+0.632Z4+0.153Z5-0.016Z6-0.424Z7-0.221Z8-0.203Z9；第3主成分得分為F3=0.379Z1-0.310Z2-0.311Z3-0.027Z4+0.244Z5+0.267Z6+0.190Z7-0.634Z8+0.307Z9。其中，Z1～Z9為各指標(biāo)歸一化值。

用每個(gè)主成分特征值占提取特征值之和的比例作為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合得分公式：F=0.604F1+0.204F2+0.192F3，計(jì)算各參試品種（系）綜合得分并進(jìn)行排序。由表5可知，參試品種（系）綜合得分差異較大，變幅在-3.060～2.400之間。綜合得分較高且位于參試品種（系）前5位的是豫谷32、豫谷31、豫雜谷2號(hào)、冀谷41和豫谷35，說明這5個(gè)谷子品種（系）綜合性狀優(yōu)良；公谷88、通谷2號(hào)、公谷87、公谷86、金谷等5個(gè)品種（系）的主成分綜合得分低，排名靠后，綜合性狀較差。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.4.1 各參試品種（系）關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算 根據(jù)生產(chǎn)要求，株高、生育期選平均值為最優(yōu)值，其他性狀以最大值為最優(yōu)指標(biāo)，則理想品種X0（k）={120，120.43，29.78，3.19，25.61，21.10，84.76，3.05，5 830.50}。為消除指標(biāo)間量綱差異，用X0（k）去除相應(yīng)的Xi（k），對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，計(jì)算絕對(duì)差值；其中minimink｜X0（k）-Xi（k）｜二級(jí)最小差值為0，maximaxk｜X0（k）-Xi（k）｜二級(jí)最大差值為0.369，根據(jù)公式求得關(guān)聯(lián)系數(shù)（表6）。

2.4.2 各性狀權(quán)重的計(jì)算 將產(chǎn)量作為參考數(shù)列，其他8個(gè)性狀作為比較數(shù)列，利用公式（1）和公式（2）計(jì)算產(chǎn)量與其他性狀的關(guān)聯(lián)度，然后計(jì)算出各性狀的權(quán)重。由表7可知，各性狀與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度由高到低排序?yàn)閱嗡肓Ｙ|(zhì)量>單穗質(zhì)量>出谷率>穗長>株高>穗粗>千粒質(zhì)量>生育期，說明單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量和出谷率對(duì)產(chǎn)量影響較大，生育期和千粒質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量影響較小。在選育品種時(shí)應(yīng)首先考慮單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量和出谷率這些與產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀，對(duì)產(chǎn)量影響較小的性狀可適當(dāng)放寬選擇條件。

2.4.3 各參試品種（系）灰色關(guān)聯(lián)度分析與綜合評(píng)價(jià) 將表6中數(shù)據(jù)和各性狀權(quán)重代入公式（3），計(jì)算各參試品種（系）的加權(quán)關(guān)聯(lián)度。由表8可以看出，加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度值由高到低排在前5位的品種（系）是豫谷31、豫谷32、冀谷41、豫雜谷2號(hào)和龍谷39；公谷88、公谷87、通谷2號(hào)、公谷86和金谷的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值較低，綜合性狀較差。

將評(píng)價(jià)結(jié)果與主成分分析綜合得分結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果的秩相關(guān)系數(shù)為0.941（P<0.01），說明評(píng)價(jià)結(jié)果一致性好。

3 討論與結(jié)論

主成分分析可綜合多個(gè)指標(biāo)性狀，排除重疊信息，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)綜合指標(biāo)，通過主成分綜合得分對(duì)參試品種進(jìn)行評(píng)價(jià)分析［16-17］；灰色關(guān)聯(lián)度分析將參試品種看作一個(gè)灰色系統(tǒng)，通過構(gòu)建理想品種，計(jì)算參試品種與理想品種之間的加權(quán)關(guān)聯(lián)度對(duì)參試品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，關(guān)聯(lián)度越大，說明該品種的綜合性狀越接近理想品種［18］ 。2種分析方法克服了單靠產(chǎn)量性狀評(píng)價(jià)品種優(yōu)劣的弊端。劉自遠(yuǎn)等認(rèn)為綜合評(píng)價(jià)過程中，權(quán)重的賦予至關(guān)重要，確定各評(píng)價(jià)因素的權(quán)重系數(shù)是科學(xué)、合理地作出評(píng)價(jià)的關(guān)鍵［19］。本研究在主成分分析時(shí)采用各主成分特征值占提取特征值之和的比例作為權(quán)重，在加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度分析中利用產(chǎn)量與各性狀的關(guān)聯(lián)度計(jì)算各性狀權(quán)重系數(shù)，避免了依靠育種經(jīng)驗(yàn)賦予權(quán)重的主觀性。主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析的結(jié)合運(yùn)用，彌補(bǔ)了單個(gè)分析方法的不足，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確、科學(xué)。

結(jié)果表明，參試材料各性狀的變異系數(shù)存在一定差異，變幅在1.75%～10.68%之間，其中單穗粒質(zhì)量和株高的變異系數(shù)較大，分別為10.68%和10.31%，其他性狀變異系數(shù)均小于10%，生育期變異系數(shù)最小。主成分分析結(jié)果顯示，35個(gè)參試品種（系）的9個(gè)性狀共提取3個(gè)主成分；單穗粒質(zhì)量和單穗質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素指標(biāo)主要在第1主成分上，貢獻(xiàn)率最大（45.954%）。因此，選育谷子品種（系）時(shí)應(yīng)首先考慮單穗粒質(zhì)量和單穗質(zhì)量性狀的選擇，盡量選擇單穗質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量較高的品種（系）。李志江等研究2010—2015年東北春谷區(qū)育成品種認(rèn)為，單穗質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量影響最大，育種中應(yīng)在注重單穗質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量的同時(shí)，兼顧株高、生育期、抗性等其他因素對(duì)產(chǎn)量的影響［3］，本研究結(jié)果與之一致。從各性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度來看，單穗粒質(zhì)量和單穗質(zhì)量與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最大，說明單穗粒質(zhì)量和單穗質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量的影響較大，這與相關(guān)性分析和主成分分析結(jié)果一致，也與趙禹凱等的研究結(jié)果［20-21］基本一致。

主成分綜合得分分析結(jié)果表明，豫谷32、豫谷31、豫雜谷2號(hào)、冀谷41和豫谷35的綜合得分較高，排在參試品種（系）前5位；公谷88、通谷2號(hào)、公谷87、公谷86、金谷的綜合得分排名靠后，綜合表現(xiàn)較差?；疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明，加權(quán)關(guān)聯(lián)度值較大且排前5位的品種（系）分別為豫谷31、豫谷32、冀谷41、豫雜谷2號(hào)和龍谷39，公谷88、公谷87、通谷2號(hào)、公谷86和金谷的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值排名靠后。將主成分分析與灰色關(guān)聯(lián)度分析評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果的秩相關(guān)系數(shù)為0.941（P<0.01），說明評(píng)價(jià)結(jié)果一致性好，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

綜合主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析，豫谷31、豫谷32、冀谷41、豫雜谷2號(hào)的綜合性狀優(yōu)異，適宜在東北春谷區(qū)推廣種植。

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