6个豇豆品种农艺性状的相关性、主成分及聚类分析

张朝明，赵 坤*，唐 胜，黎兆山，陈 梅，周作高，周生茂

(1.广西农业科学院蔬菜研究所，广西 南宁 530007；2.南宁市江南区苏圩镇无公害蔬菜协会，广西 南宁 530228；3.合浦县农业服务中心，广西 合浦 536100)

【研究意义】豇豆[Vignaunguiculata(Linn.)Walp]为1年生草质藤本或近直立草本植物，顶端缠绕状，喜温惧寒[1]，茎有矮生、半蔓生和蔓生3种类型，在我国栽培历史悠久，栽培范围广，品种资源丰富[2]。豇豆以嫩荚供食用，生长适宜温度20～28 ℃，在开花结荚期，温度低于10 ℃植株生长不良，在高温干旱和高温高湿条件下，温度超过30 ℃花粉萌发力减弱，容易引起落荚落花。光照不足或栽培密度过大时，植株下部落花落荚比植株上部明显。目前，投放广西市场的豇豆品种多且杂、抗病性差及枯萎病、锈病和病毒病发生严重，产量不高，需筛选出适合市场需求的优质、高产、抗病良种，以解决生产上存在的问题[3-6]。因此，筛选适宜本地栽培的抗寒、耐热、抗衰豇豆品种，提高早春和秋延豇豆产量，对满足消费者对四季蔬菜的需求具有重要意义。【前人研究进展】刘志刚等[6]开展5个温室豇豆品种比较试验，筛选出生育期、耐热性、抗病性、商品性和丰产性等均优良的豇豆品种。陈凯利等[7]通过对5个豇豆品种进行生育期、荚条性状、早期产量和总产量等测试，筛选出早冠318作为当地生产品种参考。陈海玲等[8]对12个引进豇豆品种的生育进程、植物学特征、主要农艺及经济性状等进行鉴定分析，筛选出适宜当地推广种植的豇豆品种。主成分分析与聚类分析是农业研究中重要的统计分析方法[9]，已广泛运用于进行青花菜[10]、辣椒[11]、南瓜[12]、苦瓜[13]、甜瓜[14]、黄瓜[15]、大白菜[16]、菜心[17]和甘蓝型油菜[18]等种质资源甜瓜等蔬菜种质资源和品种主要农艺性状评价。朱长志等[10]通过相关、主成分和聚类分析方法进行青花菜农艺性状分析和综合评价，以期筛选特异种质，指导青花菜品种选育。余莉等[19]运用描述性分析、相关分析、主成分分析及聚类分析对35个芸豆品种的农艺性状进行综合评价，并揭示供试材料的遗传距离和多样性，结果显示中芸5号等4个品种综合农艺性状表现突出。杨衍等[20]对多种四棱豆种质资源的生育期、单株商品荚数和单荚重等22个主要农艺性状进行主成分和聚类分析，结果表明27份四棱豆种质可归纳为四大类，10个数量性状的主成分可分为产量、生育期、粒重和品质因子，这4个主要因子的贡献率达86.356 %。姜永平等[21]采用主成分和聚类分析方法进行16个南通地方扁豆品种的10个主要农艺性状分析，探讨了影响扁豆产量的主要因子及品种间的遗传距离，以期为扁豆杂交育种过程中合理选配亲本提供理论依据。【本研究切入点】目前，应用相关、主成分和聚类分析方法筛选适宜广西南宁市栽培豇豆品种的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】对本研究课题组收集的6个豇豆品种进行品比试验，观测其主要农艺性状指标并进行相关、主成分和聚类分析，评价各品种的适应性，为桂南地区豇豆生产选择用种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年8-11月在广西南宁市江南区苏圩镇那海村进行。苏圩镇位于东经108.166189°，北纬22.565114°，海拨250～400 m；地处广西首府南宁市西南，东北面与吴圩镇接壤，东南面与延安镇为邻，西面及西南面与广西崇左市扶绥县交界，主要种植作物有水稻、甘蔗、西瓜和蔬菜等。苏圩镇属亚热带季风气候，夏季高温湿润，冬季暖和无极寒，无霜期长，年均气温超过21 ℃，年降水量超过1200 mm，非常适合豇豆生长。

1.2 试验材料

6个供试豇豆品种分别为桂豇一号、赣农超炫、超越708、珍品5号、金豆8号和泰诚前锋。桂豇一号为中熟品种，生长势旺、双荚率高、抗病抗逆性强、产量高和综合性状优良；超越708为中熟品种，植株分枝力中等、采收期长、商品性好及耐贮运；赣农超炫为生长势强、分枝短、耐湿、翻花能力强、采收期长及商品性强品种；金豆8号为早中熟品种，生长势强、分枝少、耐衰老、耐热性好及商品性好；珍品5号为早中熟品种，生长旺盛、前期产量高、耐热、采收期长、商品性好及耐贮运；泰诚前锋为分枝能力一般、翻花能力强、耐热及商品性优品种。桂豇一号由广西农业科学院蔬菜研究所选育提供，其他品种均购自当地市场。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 各品种种子均采用直播方式播种，以泰诚前锋为对照(CK)，每穴播3粒，留苗2株；畦面宽120 cm，沟宽30 cm，株行距80 cm×30 cm，地膜覆盖栽培；每公顷施农家肥22 500 kg、复合肥300 kg、钙镁磷肥450 kg及钾肥75 kg；小区面积40.5 m2，3次重复，随机区组排列。栽培管理按统一标准进行。

1.3.2 测定项目及方法 参照《豇豆种质资源描述规范和数据标准》[18]的方法进行田间观察和测定主要农艺性状。每小区随机抽取10株植株，调查其初荚节位、主茎节数和单株分枝数；于盛荚期每品种分别取10条成熟的豆荚，调查平均荚纵径、荚横径、双荚率、商品荚率、单荚重和单荚粒数。同时，参考刘玉生等[19]的方法，于盛荚期在不同行或不同垄面，每小区取5株植株，每株从上部第1片全展开的复叶开始，往下调查5片复叶，记录病害发生的复叶个数，计算发病率，调查锈病、根腐病、煤霉病和病毒病的发病率。发病率(%)=(病叶数÷总叶数)×100。

1.4 统计分析

试验数据采用Excel 2010 进行整理，以SPSS 17.0进行标准化处理，并进行相关、主成分和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 6个豇豆品种的主要农艺性状比较

由表1可知，桂豇一号豆荚的纵径为62.3 cm，在6个品种中豆荚最长，超越708豆荚的纵径次之，为61.1 cm，其他品种豆荚的纵径排序为赣农超炫(59.7 cm)>珍品5号(58.6 cm)>泰诚前锋(57.9 cm)>金豆8号(56.8 cm)；豆荚横径以超越708最大，为0.81 cm，桂豇一号次之，为0.80 cm，其他品种豆荚的横径排序为赣农超炫(0.79 cm)>金豆8号(0.77 cm)>珍品5号(0.75 cm)>泰诚前锋(0.73 cm)；初荚节位排序为赣农超炫(8.3节)>超越708(7.8节)>泰诚前锋(7.6节)>桂豇一号(7.2节)>金豆8号(6.6节)>珍品5号(6.1节)，即赣农超炫的初荚节位最低，超越708次之，而珍品5号的初荚节位最高，金豆8号次之，桂豇一号和泰诚前锋居中；单荚粒数排序为桂豇一号(19.5粒)>赣农超炫(18.6粒)>超越708(18.3粒)>泰诚前锋(17.7粒)>金豆8号(17.4粒)>珍品5号(16.8粒)；单荚重排序为桂豇一号(25.4 g)>赣农超炫(25.2 g)>超越708(24.8 g)>珍品5号(21.5 g)>泰诚前锋(21.1 g)>金豆8号(20.7 g)；桂豇一号和赣农超炫的4种病害发病率在6个品种中均较低或最低，而泰诚前锋4种病害的发病率均最高。

2.2 6个豇豆品种农艺性状的相关分析

对6个参试豇豆品种农艺性状进行相关分析，结果(表2)表明，单荚粒数与单株分枝数和主茎节数呈极显著正相关(P<0.01，下同)，与单荚重、商品荚率、荚纵径和双荚率呈显著正相关(P<0.05，下同)；单株分枝数与单荚粒数和主茎节数呈极显著正相关，与单荚重和双荚率呈显著正相关；主茎节数与单株分枝数、单荚粒数、双荚率和单荚重呈极显著正相关，与商品荚率和荚纵径呈显著正相关。说明单荚粒数即种子数量的形成与植株的生长旺盛程度密切相关，即蔓生性强、分枝数和主茎节数多的品种能获得更多的单荚粒数。

荚纵径与双荚率呈极显著正相关，与商品荚率、单荚重和主茎节数呈显著正相关；荚横径与商品荚率和单荚重呈显著正相关，与病毒病发病率、煤霉病发病率和锈病发病率呈显著负相关。可见，豇豆品种豆荚的荚纵径和荚横径与商品荚率密切关联，商品荚率高的豇豆品种豆荚较粗长。而商品荚率与单荚重呈极显著正相关，与主茎节数、荚纵径、双荚率、荚横径和单荚粒数呈显著正相关；双荚率与荚纵径、主茎节数呈极显著正相关，与单荚重、商品荚率、单株分枝数、单荚粒数呈显著正相关；单荚重与商品荚率和主茎节数呈极显著正相关，与荚纵径、双荚率、单株分枝数、单荚粒数和荚横径呈显著正相关，与锈病发病率、病毒病发病率和煤霉病发病率呈显著负相关。

商品荚率与其他农艺性状的相关程度排序为单荚重>主茎节数>荚纵径>双荚率>荚横径>单荚粒数；双荚率与其他农艺性状的相关程度排序为荚纵径>主茎节数>单荚重>商品荚率>单株分枝数>单荚粒数；单荚重与其他农艺性状的相关程度排序为商品荚率>主茎节数>荚纵径>双荚率>单株分枝数>单荚粒数>荚横径。可见，商品荚率和主茎节数对单荚重的影响最明显，生产中提高豇豆产量需注重改善商品荚率和主茎节数两个性状。

2.3 6个豇豆品种农艺性状的主成分分析

2.3.1 主成分的选择 对参试品种的13个性状指标进行标准化处理，结果如表3所示。从表4可看出，前2个主成分(第1主成分为PC1，第2主成分为PC2)变量的特征值均大于1.000，且经过最大方差旋转后方差贡献率分别为50.429 %和39.610 %，累积方差贡献率达90.040 %，即占总方差贡献率的比重超过90.000 %，PC1和PC2已能将豇豆13个农艺性状指标的绝大部分信息反映出来，因此可选取这2个主成分作为豇豆品种农艺性状的综合评价指标。

表3 6个豇豆品种13个农艺性状指标数据的标准化处理结果Table 3 Standardized processing results of 13 agronomic character index data of 6 cowpea varieties

2.3.2 正交旋转主成分载荷矩阵 采用方差正交旋转法对主成分载荷矩阵进行旋转，对6个豇豆品种的农艺性状进行主成分分析，由表5可知，PC1载荷较高且为正值的主要指标为商品荚率和荚横径，特征向量分别为0.836和0.810，而PC1的特征根为6.556，方差贡献率为50.429 %(表4)，说明这几个性状存在较强的正相关性，与豇豆产量紧密关联，可概括为产量因子，综合反映豇豆的产量目标；PC2载荷较高且为正值的主要指标为单株分枝数、初荚节位和单荚粒数，特征向量分别为0.905、0.844和0.823，而PC2的特征根为5.149，方差贡献率为39.610 %(表4)，这些性状反映了植株营养生长等情况，可概括为生长因子。

表4 6个豇豆品种主成分的特征根、贡献率和累积贡献率Table 4 Characteristic root，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components of 6 cowpea varieties

表5 6个豇豆品种的正交旋转主成分载荷矩阵Table 5 Orthogonal rotation principal component load matrix of variance of 6 cowpea varieties

2.3.3 公因子得分 用正交旋转法对6个豇豆品种农艺性状的主成分载荷矩阵进行旋转后获得正交旋转主成分得分系数矩阵(表6)，并计算豇豆品种农艺性状各主成分的得分及其综合得分(表7)。从表7可看出，桂豇一号的综合得分为80.37165分，排名第1；赣农超炫的综合得分为57.56157分，排名第2；超越708的综合得分为30.08979分，排名第3；珍品5号的综合得分为-44.20257分，排名第4；金豆8号的综合得分为-50.45963分，排名第5；泰诚前锋的综合得分为-73.36081分，排名第6。

表6 6个豇豆品种农艺性状旋转后主成分的得分系数矩阵Table 6 Score coefficient matrix of principal components of 6 cowpea varieties after rotation of agronomic characters

表7 6个豇豆品种农艺性状的主成分得分、综合得分及其排名Table 7 Principal component score，comprehensive score and ranking of agronomic characters of 6 cowpea varieties

2.4 6个豇豆品种农艺性状的聚类分析

从图1可看出，在欧氏距离为15处，6个豇豆品种可聚为两大类，Ⅰ类包含3个品种，分别为桂豇一号、赣农超炫和超越708，Ⅱ类包含金豆8号、珍品5号和泰诚前锋3个品种。由表8可知，Ⅰ类品种的单荚粒数、荚纵径、荚横径、单株分枝数、主茎节数、商品荚率、单荚重和双荚率均高于Ⅱ类品种，锈病、根腐病、煤霉病和病毒病发病率均低于Ⅱ类品种，即桂豇一号、赣农超炫和超越708在产量和抗病性方面优于其他3个品种，但其初荚节位高，熟性一般；金豆8号、珍品5号和泰诚前锋的产量和对锈病、根腐病、煤霉病和病毒病的抗性均低于桂豇一号、赣农超炫和超越708，但其初荚节位低，熟性早。

表8 Ⅰ和Ⅱ类豇豆品种农艺性状指标的平均值比较Table 8 Average values of agronomic characters of cowpea varieties in the first and second clusters

3 讨 论

本研究相关分析结果表明，豇豆品种的商品荚率与单荚重呈极显著正相关，与主茎节数、荚纵径、双荚率、荚横径和单荚粒数呈显著正相关；双荚率与荚纵径和主茎节数呈极显著正相关，与单荚重、商品荚率、单株分枝数和单荚粒数呈显著正相关；单荚重与商品荚率和主茎节数呈极显著正相关，与荚纵径、双荚率、单株分枝数、单荚粒数和荚横径呈显著正相关，与锈病发病率、病毒病发病率和煤霉病发病率呈显著负相关。可见，相关分析方法可间接用于进行豇豆品种评价与鉴定；豇豆品种的商品荚率和主茎节数对单荚重具有重要影响，提高豇豆产量需改善这两个密切关联的性状，与陈东明等[24]对四棱豆的研究结果相似。

豇豆各农艺性状提供的信息具有一定程度重叠，单个性状指标发挥的作用不尽相同，因此需将多个相关互联的性状通过降维转换为少数几个相互独立的因子进行分析，才能科学合理地进行豇豆品种的综合评价[19]。在豇豆品种评价鉴定过程中需协调2个主成分之间的关系，从而筛选出综合性状优良的豇豆品种。本研究主成分分析结果显示，6个豇豆品种13个农艺性状可归纳为2个主成分，其中，PC1载荷较高的性状包括商品荚率和荚横径，属于产量因子，PC2载荷较高的性状包括初荚节位、单荚粒数和单株分枝数，属于生长因子；PC1和PC2变量的方差贡献率分别为50.429 %和39.610 %，累积方差贡献率达90.040 %，说明商品荚率、荚横径、初荚节位、单荚粒数和单株分枝数能较好地代替豇豆的13个农艺性状用于进行豇豆品种评价，并根据评价得分，筛选出桂豇一号、赣农超炫和超越708为综合表现排名前3位的豇豆品种，金豆8号、珍品5号和泰诚前锋为综合排名后3位的豇豆品种。

聚类分析结果可反映不同品种间的遗传差异和亲缘关系，且与品种选育所在地生态环境有关[25]，同一聚类类群内品种的农艺性状特征差异较小，类群间品种的农艺性状特征差异较明显[26]。本研究聚类分析结果表明，6个豇豆品种可聚为两大类，其中Ⅰ类包含桂豇一号、超越708和赣农超炫3个品种，在两个聚类中其单荚粒数、荚纵径、单株分枝数、商品荚率、单荚重和双荚率最高，锈病、根腐病、煤霉病和病毒病的发病率最低，即产量和抗病性方面的性状优于其他3个品种，但其初荚节位高，熟性一般；Ⅱ类包含珍品5号、金豆8号和泰诚前锋3个品种，其产量和对锈病、根腐病、煤霉病和病毒病的抗性均低于桂豇一号、赣农超炫和超越708，但其初荚节位低，熟性早。可见，在主成分分析基础上进行豇豆主要农艺性状评价与鉴定，可筛选出适宜推广种植的优良豇豆品种。

本研究仅分析和评价在广西南宁市苏圩镇秋季开展品种比较试验豇豆的农艺性状，对其他季节和其他区域栽培豇豆农艺性状有待进一步分析和评价。

4 结 论

豇豆品种桂豇一号、赣农超炫和超越708的丰产性和抗病性等在广西南宁市苏圩镇综合表现良好，适宜在广西南宁市及其周边地区推广种植。