夏大豆种质资源农艺性状与产量的多样性分析

王玲燕，黄金华，张素平，黄中文，董彦琪，朱红彩，唐振海

（1.河南省新乡市农业科学院，河南 新乡 453000；2.河南科技学院，河南 新乡 453000）

大豆作为世界农产品贸易中最重要的油脂产品之一，已经有数千年的种植历史。中国是最早种植大豆的国家，但其产量占比仅为4.41%。据统计，2018 年中国大豆播种面积已达841.23 万hm2，产量达1 596.71 万t［1］，但平均单产仅有1 800 kg/hm2，远低于国际水平3 000 kg/hm2。大豆产量受多个基因控制［2］，通过研究与产量相关的农艺性状，正确评价夏大豆种质资源有助于保证遗传资源的有效利用，为夏大豆品种选育方向提供依据。

主成分分析是把多指标转化为少数几个综合指标（即主成分），每个主成分都能够反映原始变量的大部分信息，且所含信息互不重复［3］，该方法已被广泛应用于作物农艺性状的多样性分析中［4-7］。林文磊等［8］利用该方法将39 份春大豆种质的7 个主要农艺性状归纳为2 个主成分因子。常世豪等［9］从60 份黄淮海区试夏大豆资源中12 个主要农艺性状提取到4 个主成分。覃思思等［10］将27 份大豆材料的13个农艺性状与产量的关系进行分析获得5 个主要成分。符小发等［11］从150 份国内外引进的大豆资源的7 个农艺性状获得3 个主要成分。汪宝卿等［12］对黄淮海地区87 个大豆品种12 个农艺性状进行研究获得4 个主要成分。河南省是中国夏大豆主产区之一，有着丰富的种质资源，目前关于河南省夏大豆产量相关农艺性状的主成分分析报道较少。

本研究对32 份夏大豆种质的9 个农艺性状及产量指标进行了分析，并研究了各个性状之间的相关性，以期为夏大豆新品种选育中相关性状的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试品种（系）共有32 个（表1），于8 个试验点进行，分别为新乡市农业科学院、河南农业职业学院、新乡市锦科棉花研究所、洛阳嘉创农业开发有限公司、通许县农业科学研究所、河南省许科种业有限公司、南阳师范学院、宝丰县农科所。

表1 32 份夏大豆参试品种（系）名称及来源

1.2 试验设计

2019 年6 月中旬播种，试验统一采用间比法排列，设2 次重复，行长4 m，行距0.4 m，小区面积8 m2，株距12 cm，3 粒摆播，单株留苗，普通组密度为21 万株/hm2，播种时留预备苗，田间管理严格按照试验要求进行。收获时去边行，实收中间3 行，计产面积4.8 m2。收获前第一重复参试品种小区中间3 行随机取样10 株以备考种，对照品种郑196 在有代表性的小区内取样。

1.3 项目测定

生长期间进行田间观察记载，大豆成熟后，各材料分别收获有代表性的10 株进行考种，测定指标包括：生育日数（x1）、株高（x2）、底荚高（x3）、主茎节数（x4）、有效分枝数（x5）、单株有效荚数（x6）、单株粒数（x7）、单株粒重（x8）、百粒重（x9）、产量（x10）。

1.4 数据分析

采用Excel 2019 软件进行各主要农艺性状数据处理，使用DPSv9.50 数据处理系统进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 大豆品种（系）农艺性状及产量分析

由表2 可知，32 个参试夏大豆品种（系）之间的农艺性状及产量存在不同程度的差异，其中有效分枝数（x5）的变异系数最大，为30.37%；生育日数（x1）的变异系数最小，为2.19%。决定植株株型的株高（x2）、底荚高（x3）、主茎节数（x4）的变异系数分别为13.46%、15.11%、14.87%；对产量有重要影响因素的有效分枝数（x5）、单株有效荚数（x6）、单株粒数（x7）、单株粒重（x8）、百粒重（x9）的变异系数分别为30.37%、19.21%、18.05%、16.98%、10.58%，表明这些育种材料遗传改良利用潜能较高，具有一定的选育价值。

表2 大豆品种（系）农艺性状及产量变异系数

由图1 可知，生育期为102～108 d 的品种（系）占比最高，为87.5%，小于102 d 的早熟品系有3 个（军农68、天成4 号、潍豆22），大于108 d 的晚熟品系有1 个（尚豆2 号）。株高介于65～85 cm 的品种（系）占比最高，为68.75%，小于65 cm 的有5 个（河豆66、菏育豆10 号、军农68、潍豆22、喜多豆1 号），大于95 cm 的有1 个（国豆2 号）。底荚高介于15～21 cm 的占比最高，为71.88%，低于15 cm 的有5 个（菏育豆10 号、军农68、圣育10 号、天成4 号、中黄321），高于24 cm 的有1 个（驻豆36）。主茎节数介于13～19 节的品种（系）最多，占90.63%，高于19 节的有3 个（洛豆16081、南农1804、五丰豆8 号）。有效分枝数介于1～3 个的品种（系）最多，占84.38%，高于3 个分枝的有5 个（洛豆0906-3、尚豆2 号、许豆11、中豆6301、驻豆35）。单株有效荚数介于35～55 个的居多，占75%，低于35 个的有3 个（潍豆22、豆满仓5 号、河豆66），高于60 个的有3 个（国豆2 号、科豆29、尚豆1号）。单株粒数介于75～120 粒的居多，占75.01%，低于75 粒的有4 个（喜多豆1 号、潍豆22、豆满仓5号、河豆66），高于120 粒的有4 个（尚豆1 号、尚豆2号、豫研豆086、驻豆35）。单株粒重介于15～23 g 的居多，占78.13%，低于15 g 的有2 个（成豆6 号、军农68），高于27 g 的有1 个（驻豆35）。百粒重介于19～25 g 的品种（系）居多，占81.25%，低于17 g 的有2 个（军农68、尚豆2 号）。产量介于3 500～3 900 kg 的品种（系）居多，低于3 300 kg 的有3 个（豆满仓5 号、菏育豆10 号、军农68），高于3 900 kg 的有4 个（周豆46号、中豆6301、永鹏豆6 号、国豆2 号）。

图1 32 个夏大豆品种（系）农艺性状及产量分布

2.2 夏大豆品种（系）农艺性状及产量的相关分析

对32 个夏大豆品种（系）9 个农艺性状及产量进行相关性分析，结果见表3。由表3 可知，产量与株高（相关系数0.24）、有效分枝数（0.46）、单株有效荚数（0.39）、单株粒数（0.40）、单株粒重（0.40）、百粒重（0.17）6 个性状均呈极显著正相关（P＜0.01）；与主茎节数（0.15）呈显著正相关（P＜0.05）；与生育日数（0.08）、底荚高（0.01）相关性不显著。

由表3 可知，生育日数与株高（0.18）、有效分枝数（0.32）、单株粒数（0.21）、单株粒重（0.30）以及百粒重（0.29）均呈极显著正相关，与底荚高（-0.21）呈极显著负相关。除百粒重外，株高与其他性状均呈极显著正相关（P＜0.01）。底荚高与主茎节数（0.22）呈极显著正相关（P＜0.01），与有效分枝数（-0.15）、单株粒重（-0.13）呈显著负相关（P＜0.05）；主茎节数与单株有效荚数（0.23）、单株粒数（0.17）呈极显著正相关（P＜0.01）。有效分枝与单株有效荚数（0.43）、单株粒数（0.49）、单株粒重（0.50）呈极显著正相关（P＜0.01）。单株有效荚数与单株粒数（0.72）、单株粒重（0.63）呈极显著正相关（P＜0.01）。单株粒数与单株粒重（0.84）呈极显著正相关（P＜0.01）。单株粒重与百粒重（0.39）呈极显著正相关（P＜0.01）。

表3 夏大豆品种（系）农艺性状及产量的相关性分析

2.3 夏大豆品种（系）农艺性状的主成分分析

基于32 个品种（系）9 个农艺性状及产量进行主成分分析，结果见表4。由表4 可知，10 个性状的信息主要集中在前3 个主成分（特征值＞1），累积贡献率为63.14%。其中，第1 个主成分贡献率最大，为35.12%，第2 个和第3 个主成分贡献率分别为16.13%和11.89%。在第1 主成分特征向量中，单株粒重的向量值最大（0.47），其次为单株粒数（0.46）和单株有效荚数（0.42），其中底荚高的向量值为负。这表明，第1 主成分大的品种（系）单株产量、粒数和有效荚数高，而植株底荚高比较低。第1 主成分主要包含植株的产量性状，因此第1 主成分可称为产量性状因子。在第2 主成分特征向量中，底荚高（0.52）、主茎节数（0.48）和株高（0.31）向量值较大，生育日数（-0.40）、百粒重（-0.39）、有效分枝数（-0.17）、单株粒重（-0.13）的向量值为负。表明第2主成分大的品种，具有植株高大、底荚结荚高，生育期短、百粒重低、有效分枝少等特点。第2 主成分性状主要包含株型性状，可称为株型性状因子。在第3 主成分的特征向量中，百粒重（0.63）、株高（0.39）、底荚高（0.36）和生育日数（0.32）向量值较大，而单株有效荚数（-0.28）、单株粒数（-0.26）和有效分枝（-0.12）向量值为负。这表明第3 主成分大的品种（系）具有百粒重高、植株高大、生育期长且有效分枝、单株有效荚数和粒数较少的特点。第3 主成分中百粒重性状向量值最高，可称为百粒重性状因子。

表4 夏大豆品种（系）农艺性状及产量的主成分分析

2.4 夏大豆品种（系）主要农艺性状聚类分析

使用DPSv9.50 软件对32 个参试品种（系）的9个农艺性状及产量均值构建聚类图，结果见图2。由图2 可知，在欧式距离D2=8.59 处，32 份种质资源可分为2 个大类，每个大类又分为2 个类群。

图2 夏大豆品种（系）基于农艺性状的聚类分析

第I 类群有成豆6 号、豆满仓5 号、河豆66、华豆26、天成4 号、潍豆22、菏育豆10 号、喜多豆1 号8 个品种（系），占供试种质资源的25%。这一类群株高、有效分枝、单株有效荚数、单株粒数、单株粒重均偏低，百粒重较高。

第II 类仅有1 份种质，即军农68，占供试种质资源的3.12%。该品种（系）各农艺性状均表现较低，与其他品种（系）遗传距离较大。

第III 类有道秋23、粟豆8 号、永鹏豆6 号、周豆46 号、国禾豆1 号、圣育10 号、中黄321、洛豆0906-3、苏豆13、南农1804、尚豆2 号、许豆11、华育11、豫丰豆369、驻豆36、中豆6301、驻豆35 共17 个品种（系），占供试种质资源的53.13%。这一类群品种（系）单株有效荚数多，单株粒重较高，有效分枝较多，结构合理，具有较高的增产潜力。

第IV 类有国豆2 号、科豆29、豫研豆086、尚豆1号、洛豆16081、五丰豆8 号6 个品种（系），占供试种质资源的18.75%。这一类群品种（系）生育期较长，株高较高，主茎节数、单株有效荚数、单株粒数、单株粒重均较高，百粒重适中。该类群种质资源整体表现良好，具有较高选育价值。

3 小结与讨论

优异种质资源精准鉴定与创新利用是作物遗传改良的基础［13］。本研究对32 份夏大豆种质资源农艺性状的调查结果发现，所有材料的9 个农艺性状及产量之间存在明显的遗传差异，其中有效分枝变异系数最大，这与前人研究结果一致［9，12，14］，其次是底荚高。这说明河南夏大豆有效分枝和底荚高性状具有丰富的遗传变异，具有较大改良基础。以供试的夏大豆品种（系）作为育种种质资源，可选育出植株性状好、高产、优质的夏大豆品种。

研究各农艺性状与产量的相关性，可为大豆产量预测评价和高产品种选育提供数据支撑［15］。本研究发现，株高、有效分枝数、单株有效荚数、单株粒数、百粒重与产量均呈极显著正相关，与慈敦伟等［16］研究结果一致，说明这些性状对产量的影响起关键作用。有效分枝与产量的相关性最强，可以将有效分枝作为高产品种选择的依据。主成分分析结果发现，夏大豆植株性状信息主要集中在前3 个主成分，表明这3 个主成分包含的性状信息具有一定的相关性。通过聚类分析发现，第IV 类群具有生育期较长、株高较高，主茎节数、单株有效荚数、单株粒数、单株粒重较高，百粒重适中的特征，可以作为品种选育的优质种质资源。

随着大豆育种资源和育种方法的不断研究和深入，利用先进的生物技术和试验手段等，在大豆品种育种选择时能更大程度实现品种优化创新，最终实现大豆产量和品质的提升。