甜菜品种主要性状间相互影响关系的分析_秦德志.pdf

甜菜品种主要性状间相互影响关系的分析秦德志1，刘丽洁2，马海峰3，马海龙4，邓晓红5，张春5，张福虎5（1.内蒙古农业大学，呼和浩特 010018；2.内蒙古自治区林业科学研究院，呼和浩特 010018；3.巴彦淖尔市沙漠综合治理中心，内蒙古 巴彦淖尔 015000；4.巴彦诺尔市林业和草原资源保护中心，内蒙古 巴彦淖尔 015000；5.巴彦淖尔市林业和草原事业发展中心，内蒙古 巴彦淖尔 015000）摘要：本研究以内蒙古农业大学职业技术学院园区 2019 年栽培的 22 个甜菜品种为材料，研究了甜菜的主要性状及其差异，并以 9 项指标为依据对这些品种进行综合评价。采用主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）对甜菜性状的变异性进行评价，并对各变量的贡献进行排序。根据 PCA 法将 22 个甜菜品种的品质指标分为 4 个主成分，累积方差贡献率为79.748%，反映了所考察性状绝大部分信息，以及各公因子中有关性状的相关程度。根据CA法将甜菜品种重新分为6类。结果表明，第一类、第二类、第三类品种品质较好。将这两种方法结合起来，探讨了各类品种栽培管理措施和改良目标。关键词：甜菜；性状；相互关系中图分类号：S566.3文献标识码：A文章编号：2096-5877（2023）01-0077-06Analysis of the interaction between the main characters of Sugarbeet VarietiesQIN Dezhi1,LIU Lijie2,MA Haifeng3,MA Hailong4,DENG Xiaohong5,ZHANG Chun5,ZHANG Fuhu5(1.Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018;2.Inner Mongolia Academy of Forestry Sciences,Hohhot010018;3.Bayan Nur Desert Comprehensive Control Center,Bayan Nur 015000;4.Bayan Nur Forestry and Grassland Resources Protection Center,Bayan Nur 015000;5.Bayan Nur Forestry and Grassland Development Center,Bayan Nur 015000,China)Abstract：In this study,22 sugarbeet varieties cultivated in 2019 in Inner Mongolia Agricultural University Vocational and Technical College were used as materials to study the main characters and differences of sugarbeet,andthe comprehensive evaluation of these varieties was carried out based on 9 indexes.The main component analysis(PCA)and cluster analysis(CA)were used to evaluate the variability of sugarbeet characters,and their contributionto each variable sort.According to the PCA method,the quality indexes of 22 sugarbeet varieties were divided intofour main components,and the cumulative variance contribution rate was 79.748%,which reflected most of the information of the investigated characters and the correlation degree of the related characters in each common factor.Sugarbeet varieties were divided into 6 groups according to CA method.The results showed that the first,second andthird varieties had better quality.In this paper,the two methods are combined to discuss the cultivation and management measures and improvement objectives of various varieties.Key words：Sugarbeet;Character;Interrelation甜菜（Beta vulgaris L.）是藜科植物的一员，根据用途通常分为糖用甜菜、叶用甜菜、食用甜菜和饲用甜菜1-3。甜菜是世界上最具农业经济价值的糖料作物之一，在世界范围内发挥着重要的作用。在我国，种植区域主要分布于东北、西北和华北。甜菜含有多种氨基酸、甜菜碱、蔗糖、收稿日期：2020-03-21基金项目：科学技术部“十三五”国家重点研发计划（2016YFC05009）作者简介：秦德志（1977-），男，讲师，硕士，主要从事植物生理学教学与甜菜研究。钾、钠和-氨基氮（-N），这些成分与营养和加工质量显著相关4-7。质量评估包括在甜菜品种选育过程中确定其生理指标，因为只用一种品质性状或农艺性状（如根大小、根重、根型等）难以满足甜菜品质评价的需要。甜菜品质评价中有必要应用强大的统计方法建立评价模型确定多项指标的差异，为甜菜优质育种和利用提供全面的技术支持。甜菜某些指标被用于对甜菜的品质进行评价，并区别不同甜菜品种8-9。因此，应用科学方秦德志等：甜菜品种主要性状间相互影响关系的分析东北农业科学2023，48（1）：77-82Journal of Northeast Agricultural SciencesDOI:10.16423/ki.1003-8701.2023.01.01878东 北 农 业 科 学48卷法来进行更多基于甜菜各项指标的综合评价是必要的。例如，在抽薹过程，蛋白质含量和总氨基酸含量均呈上升趋势，据报道，这种增加与几种氨基酸的变化有关10。在甜菜生长 912 周时，不同含糖量的甜菜品种主根韧皮部蔗糖和氨基酸含量差异不大。主成分分析（PCA）是一种重要而流行的多元分析方法11。聚类分析（CA）通常用于将样本和变量分类到各自相似的类群12。研究人员利用PCA 法和 CA 法进行甜菜品质的分析。Jia 等13应用 PCA 法和 CA 法对 5 个不同产地的 34 种甜菜中包括钾、钠在内的 11 种元素含量进行了综合质量评价。此外，用 PCA 法分析和综合评价 14 个甜菜品种根中的氨基酸成分。近年来，虽然许多研究用 PCA 法分析甜菜品种的农艺性状14-16，很少有研究揭示甜菜的生长指标。因此，本研究旨在应用 PCA 法和 CA 法评价甜菜产量指标和生长指标。2019 年测定了 22个甜菜品种 9 项产量指标和生长指标，并找到品种间的差异。通过分析进行合理的评价，以指导各品种栽培管理措施和改良目标。1材料与方法1.1供试材料供试品种为德国先正达选育的 22 个甜菜品种，具体见表1。1.2试验方法1.2.1试验地点本试验于内蒙古包头市土默特右旗内蒙古农业大学现代农业博览园中进行，该区土质为砂壤土，土壤理化性质为：有机质 3.50%、速效氮 52.10mg/kg、速 效 磷 33.5 mg/kg、速 效 钾 134.41 mg/kg、pH 7.21，滴灌，前茬为燕麦。1.2.2试验设计试验于 2019 年 4 月 19 日人工播种，基施有机肥 500 kg/667 m2、复合肥 50 kg/667 m2，按照甜菜栽培技术规程进行管理，生育期间防虫不防病，不追肥。采用随机设计，重复 3 次，小区面积 11.2m2，行株距50 cm20 cm，10月11日采收。1.2.3测定指标在叶丛快速生长期测定甜菜不同部位鲜重、叶面积、根冠比、SPAD 值；在叶丛快速生长期和块根快速生长期测定株高；采收时测定含糖率、产量。1.3统计分析试验数据使用 Excel 2007 软件进行初步处理，采用 SPSS 17.0 统计分析软件进行因子分析、聚类分析、多元方差分析。2结果与分析2.1不同甜菜品种的生育期表现22 个甜菜品种生育期接近，2019 年 4 月 19 日播种，10月11日采收，生育期176 d。表 2不同品种甜菜性状差异序号12345678品种名称HI0946HI1455HI1268HI1177HI0661HI0554HI1409HI0064叶丛快速生长期株高（cm）14.8217.2314.2515.5516.2214.5316.2514.47块根快速生长期株高（cm）51.9455.4757.0763.5957.6554.6754.8656.75叶丛快速生长期鲜重（g）30.0920.7229.8043.6049.6829.4028.0024.08叶丛快速生长期叶面积（cm2）73.6261.2874.7873.3188.5564.9478.8464.36叶丛快速生长期根冠比0.100.140.220.200.140.170.120.15叶丛快速生长期SPAD值51.8855.6554.3351.8456.3459.8453.0552.38产量（kg/667 m2）5 756.295 289.455 290.335 865.655 518.706 108.074 527.913 635.51含糖率（%）19.5420.2718.5319.3018.6518.8621.2620.82产糖量（kg/667 m2）1 124.781 072.35980.121 132.071 029.421 151.98962.79756.79表 1试验品种序号1234567891011品种名称HI0946HI1455HI1268HI1177HI0661HI0554HI1409HI0064HI1420HI0877HI0556序号1213141516171819202122品种名称RG7002MA3021MA10-9MA3023MA096MA3028MA3025VF3019MA3026SX511SX5121期秦德志等：甜菜品种主要性状间相互影响关系的分析792.2不同甜菜品种生物性状比较22 个甜菜品种的 9 个指标见表 2，根据这 9 个指标将这些品种分成6类。2.3因子分析2.3.1初始因子载荷矩阵由表 3可知，9个性状间存在着错综复杂的相关关系，不易得出简明的规律，需要降维做因子分析，以找出影响各个性状的主要因子。利用已得到的相关系数矩阵进行因子分析，结 果 提 取 4 个 公 因 子，其 累 计 方 差 贡 献 率 达79.748%，代表了所有性状的绝大部分相关信息，主成分解释比例见表 4。由表4可知，成分1、2、3、表 3相关性矩阵叶丛快速生长期株高块根快速生长期株高叶丛快速生长期鲜重叶丛快速生长期叶面积叶丛快速生长期根冠比叶丛快速生长期SPAD值产量含糖率产糖量叶丛快速生长期株高0.1800.0460.1330.0830.2120.3990.4830.408块根快速生长期株高0.1800.2330.2660.2670.3220.4820.3820.420叶丛快速生长期鲜重0.0460.2330.0020.0100.3710.2700.0150.303叶丛快速生长期叶面积0.1330.2660.0020.1050.2790.1240.0820.020叶丛快速生长期根冠比0.0830.2670.0100.1050.2960.2200.0180.372叶丛快速生长期SPAD值0.2120.3220.3710.2790.2960.2530.0770.491产量0.3990.4820.2700.1240.2200.2530.0420.000含糖率0.4830.3820.0150.0820.0180.0770.0420.261产糖量0.4080.4200.3030.0200.3720.4910.0000.261续表 2序号910111213141516171819202122品种名称HI1420HI0877HI0556RG7002MA3021MA10-9MA3023MA096MA3028MA3025VF3019MA3026SX511SX512叶丛快速生长期株高（cm）14.2715.8415.5714.6716.6717.1016.3118.3816.8116.2416.8915.6516.1318.05块根快速生长期株高（cm）51.7252.3752.5554.9558.0057.4358.0955.8652.4563.9556.8058.0255.7957.71叶丛快速生长期鲜重（g）40.6439.9681.8436.4042.6846.1251.2471.8843.9420.1428.8439.1659.7457.54叶丛快速生长期叶面积（cm2）71.2559.60106.79134.4495.1669.4057.90142.3757.1539.7160.3481.7473.76122.94叶丛快速生长期根冠比0.240.150.360.230.150.150.180.180.170.170.160.170.160.14叶丛快速生长期SPAD值56.1456.6953.5153.9569.0360.4761.0555.0654.5556.7155.1853.2559.5952.64产量（kg/667 m2）5 623.225 654.845 859.504 879.265 056.685 597.316 284.624 299.545 181.415 059.766 078.215 836.665 273.645 559.54含糖率（%）19.3020.5316.8717.5017.4418.7119.2020.0519.0619.1318.1918.3016.5218.10产糖量（kg/667 m2）1 085.281 160.75988.50854.03882.051 047.071 206.86862.06987.58967.931 105.831 068.11871.031 006.464包含了 79.748%的累积信息，由这 4 个特征值及相应的特征向量计算所得的初始因子载荷矩阵见表5。2.3.2初始因子载荷矩阵方差极大化旋转从表 5 可以看出，有的公因子上多个性状都有较高的载荷值，使得公因子的作用和意义含糊不清，不便于解释，为合理解释公因子，需要进一步采用方差最大法对公因子进行正交旋转，得到方差最大正交因子载荷矩阵，见表6。从表 6 可以看出，经旋转后的载荷矩阵公因子中的载荷值已趋于两极分化，各公因子与有关性状的相关程度比较明确，其生物学意义更加鲜明。在第一公因子中载荷值较大的性状是叶丛快速生长期根冠比（0.823）、叶丛快速生长期鲜重（0.678），它们与含糖率（-0.822）呈负相关，说明含糖率大的品种叶丛快速生长期根冠比小、叶丛快速生长期鲜重小，故可以称为含糖率因子。从80东 北 农 业 科 学48卷中可以看到为了提高含糖率，栽培管理中在叶丛快速生长期应该促进地上部生长，降低根冠比，为糖分积累期积累足够养分。第二公因子中载荷值最大的性状是产糖量（0.964），与产量（0.944）呈正相关，说明产量高的品种产糖量高，故可以称为产糖量因子。可以看出，在生产中为夺取较高的产糖量，高产是必要条件，一定要采取措施保证高产。第三公因子中载荷值较大的性状是叶丛快速生 长 期 株 高（0.903）、叶 丛 快 速 生 长 期 鲜 重（0.622），与叶丛快速生长期叶面积（0.532）呈正相关，说明叶丛快速生长期株高高的品种，叶丛快速生长期鲜重、叶丛快速生长期叶面积更大，故可以称为叶丛快速生长期株高因子。可以看出较大的叶面积可以提高光合产物积累、促进营养生长，为块根膨大提供养分，可以作为甜菜选育时的一个参考因素。第 四 公 因 子 中 载 荷 值 以 叶 丛 快 速 生 长 期SPAD 值(0.757)绝对值最大，与块根快速生长期株高（0.660）呈正相关，说明叶丛快速生长期 SPAD值大的品种，块根快速生长期株高高，故可以称为叶丛快速生长期 SPAD 值因子。SPAD 值反映了叶片叶绿素含量相对值，叶丛快速生长期较高的叶绿素含量，有利于光和性能的提高，光合产物的积累促进了养分向地下部的输送，有利于块根生长，为高产奠定基础。2.4聚类分析为了揭示出性状间深层次的关系，给甜菜新品种的优选提供信息，对参试品种品质性状和产量性状进行聚类分析。基于以上因子载荷矩阵及各性状的相关矩阵，取品种间相似度量为欧氏距离，采用组间连接法，将参试品种聚类，见图1。由图 1 可见，第类有 9、14、5、22、10 号 5 个品种；第类有 4、20、1、11 号 4 个品种；第类有6、19、15 号 3 个品种；第类有 13、18、2、3、17、表 5初始因子载荷矩阵指标叶丛快速生长期株高块根快速生长期株高叶丛快速生长期鲜重叶丛快速生长期叶面积叶丛快速生长期根冠比叶丛快速生长期SPAD值产量含糖率产糖量公因子10.223-0.1500.8440.8010.6130.066-0.095-0.653-0.4642-0.149-0.0580.213-0.2730.3370.2490.970-0.4550.78530.7690.5360.118-0.016-0.4910.6050.065-0.1390.00640.496-0.3930.3030.242-0.210-0.4250.1350.4240.371表 6方差最大正交因子载荷矩阵指标叶丛快速生长期株高块根快速生长期株高叶丛快速生长期鲜重叶丛快速生长期叶面积叶丛快速生长期根冠比叶丛快速生长期SPAD值产量含糖率产糖量公因子1-0.194-0.1600.6780.4890.8230.1400.268-0.822-0.1702-0.007-0.0870.017-0.4310.0090.1140.944-0.0780.96430.9030.0060.6220.532-0.1970.090-0.015-0.048-0.04040.2370.660-0.134-0.258-0.2410.7570.097-0.386-0.094表 4主成分解释比例主成分123456789特征值2.4572.0841.5241.1110.8790.4520.3100.1800.001解释比例（%）27.30323.16116.93612.3489.7725.0283.4451.9970.011累计百分比（%）27.30350.46467.40079.74889.52094.54897.99399.989100.000 图 1参试品种聚类关系1期秦德志等：甜菜品种主要性状间相互影响关系的分析81长期叶面积、SPAD 值、含糖率在类间差异不显著，产糖量类间差异在0.05水平上显著，叶丛快速生长期根冠比、产量类间差异在 0.01 水平上极显著，因此，对叶丛快速生长期根冠比、产量、产糖量进行多重比较，结果见表8。对表 8 各类品种的产量及品质进行分析，第类 3个品种的平均产量 6 156.97 kg/667 m2，产糖量 1 154.89 kg/667 m2均列 6类品种之首，显著高于其他 5 类品种，但含糖率与其他 5 类品种没有显著差异，栽培这类品种，除加强管理提高产量外，应着重提高其含糖率。第类 5 个品种、第类 4 个品种，产量分别为 5 590.72 kg/667 m2、5 829.53 kg/667 m2，产糖量分别为 1 065.80 kg/667 m2、1 078.36 kg/667 m2，均列 6 类品种第二，高于第类品种，显著高于第、第类品种，但含糖率与其他 5类品种没有显著差异，栽培这类品种，在栽培中，与第类品种栽培管理目标相类似。第类7个品种的平均产量5 147.22 kg/667 m2，产糖量 945.01 kg/667 m2，低于第类、第类品种，显著低于第类品种，但含糖率与其他 5类品种没有显著差异，这类品种有待进一步提高栽培管理水平。第类 2 个品种、第类只有一个品种，产量分别为 4 413.73 kg/667 m2、3 635.51 kg/667 m2，产糖量分别为 911.73 kg/667 m2、756.91 kg/667 m2，均列 6 类品种之末，显著低于于其他 4 类品种，但含糖率与其他 5 类品种没有显著差异，这类品种有待进一步提高栽培管理水平。3结论与讨论甜菜生长性状和产量性状较多，且指标间存在错综复杂的相关关系，导致他们提供的信息出现重叠，不易得出简明的规律。本文对甜菜新品种的生长性状和产量性状共 9 个数量性状进行因21、12 号 7 个品种；第类有 7、16 号 2 个品种；第类是8号品种。2.56大类品种的主要品质性状的多元方差分析对以上 6 大类甜菜品种的主要性状进行多元方差分析，多元方差分析采用 Scheffe 方法进行检验，产量和主要品质性状的方差分析结果见表7。由表 7 可见，叶丛快速生长期株高、块根快速生长期株高、叶丛快速生长期鲜重、叶丛快速生表 8不同类别甜菜主要性状的平均值及多重比较分类序号59101422141120615192312131718217168品种HI0661HI1420HI0877MA10-9SX512HI0946HI1177HI0556MA3026HI0554MA3023VF3019HI1455HI1268RG7002MA3021MA3028MA3025SX511HI1409MA096HI0064叶丛快速生长期根冠比0.16b0.21b0.17b0.18b0.15b0.15a产量（kg/667 m2）5 590.72ab5 829.53ab6 156.97a5 147.22bc4 413.73d3 635.51cd产糖量（kg/667 m2）1 065.80ab1 078.36ab1 154.89a945.01bc911.73cd756.91d表 7甜菜主要品质性状的方差分析叶丛快速生长期株高块根快速生长期株高叶丛快速生长期鲜重叶丛快速生长期叶面积叶丛快速生长期根冠比SPAD值产量含糖率产糖量平方和11.05011.7421 062.8543 358.834414.836141.5146 916 427.64615.643153 991.032自由度555555555均方差2.2102.348212.571671.76782.96728.3031 383 285.5293.12930 798.206F值1.0720.1720.7990.9819.4142.3197.4691.1032.746P值0.4010.9700.5660.4590.0000.0840.0010.3910.05082东 北 农 业 科 学48卷子分析，将它们归属于 4个公因子，而且每个公因子都有明确的生物学意义，从专业上得到较为合理的解释，从而将多个性状错综复杂的网络关系降为综合相关性很小的公因子，有利于针对目标性状进行选择，提高选择效率。通过因子分析，可以看到为了提高含糖率，栽培管理中在叶丛快速生长期应该促进地上部生长，降低根冠比，为糖分积累期积累足够养分；为夺取较高的产糖量，高产是必要条件，一定要采取措施保证高产；较大的叶面积可以提高光合产物积累、促进营养生长，为块根膨大提供养分，可以作为甜菜选育时的一个参考因素；叶丛快速生长期较高的叶绿素含量，有利于光合性能的提高，光合产物的积累促进了养分向地下部的输送，有利于块根生长，为高产奠定基础。通过聚类分析将22个甜菜品种聚为6大类，第类3个品种HI0554、MA3023、VF3019平均产量为6 156.97 kg/667 m2，平均产糖量为1 154.89 kg/667 m2均列 6 类品种之首，显著高于其他 5 类品种，但含糖率与其他 5 类品种没有显著差异，可以作为本地区主要栽培品种进行推广，种植这类品种，除加强管理提高产量外，应着重提高其含糖率。第 类 5 个 品 种 HI0661、HI1420、HI0877、MA10-9、SX512，平均产量为 5 590.72 kg/667 m2，平均产糖量为 1 065.80 kg/667 m2，第类 4 个品种 HI0946、HI1177、HI0556、MA3026，平均产量为5 829.53 kg/667 m2，平均产糖量为1 078.36 kg/667 m2，均列 6类品种第二，高于第类品种，显著高于第、第类品种，但含糖率与其他 5类品种没有显著差异，栽培这类品种，在栽培中，与第类品种栽培管理目标相类似。对这 3 类品种应力求保持产量，提高产糖率，并改善各项其他指标，达到高产优质的选育目标。参考文献：1 Ford-Lloyd B V,Williams J T.A revision of Beta section Vulgares(henopodiaceae),with new light on the origin of cultivatedbeetsJ.Botanical Journal of the Linnean Society,1975,71:89-102.2 Beta vulgaris L.Plant 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