25份薏苡種質(zhì)資源主要性狀的聚類分析

25份薏苡種質(zhì)資源主要性狀的聚類分析

coxlac-i類是水稻科的一種一級植物，用于谷物和藥物。薏苡的蛋白質(zhì)含量平均比稻、麥、玉米、小麥、高粱等作物高5~8個百分點,脂肪含量也高2~5個百分點,多數(shù)氨基酸和不飽和脂肪酸也比其他糧食作物稍高,其莖稈是家畜良好的飼料作物,薏苡脫殼后的糠殼副產(chǎn)品,富含維生素E,可用于釀造產(chǎn)品。薏苡的莖、葉、糠殼及釀造副產(chǎn)品又是良好的菇類培養(yǎng)料。同時,薏苡仁又具有健脾利濕、除疲、止瀉、清熱解毒等藥理作用。薏苡作為傳統(tǒng)的保健食品和中藥,在藥用成分和栽培方面的研究有一些報道,如李毓等報道薏苡仁酯對人鼻咽癌細胞裸鼠移植瘤具有放射增敏作用;徐梓輝等研究發(fā)現(xiàn)薏苡仁多糖可能有抑制肝糖原分解、肌糖原酵解,抑制糖異生作用,從而達到血糖水平降低的目的;趙揚景等研究不同產(chǎn)地薏苡經(jīng)濟性狀和質(zhì)量的比較及氮、磷、鉀對薏苡干物質(zhì)積累和養(yǎng)分含量的影響,薏苡屬不同種質(zhì)之間在薏苡仁脂和多糖的含量上存在著顯著差異。呂峰等報道不同產(chǎn)地薏苡仁的功能成分含量差異明顯,而關(guān)于薏苡品種選育報道較少。云南是我國重要的薏苡起源初生中心地區(qū)之一,由于山區(qū)“立體氣候”和復雜的地形條件,生態(tài)環(huán)境變化多樣,薏苡種質(zhì)資源非常豐富。薏苡在我省主要分布在文山州、曲靖地區(qū)、德宏州、西雙版納州等地。由于長期以來,薏苡傳統(tǒng)種植于山區(qū)邊角地塊、房前屋后、稀疏林地等土壤,耕作、栽培十分粗放,栽培技術(shù)落后,病蟲危害較重,對薏苡生長危害極大;加上生產(chǎn)上長期沿用一些老的地方品種,這些品種因使用年限過長,已表現(xiàn)出顯著的混雜、衰老和退化,喪失了優(yōu)良的種性,嚴重地影響了薏苡生產(chǎn)的社會經(jīng)濟效益。本試驗通過對從云南、貴州、廣西、老撾和越南等不同地方采集的25份薏苡種質(zhì)資源于2011年5—11月在文山農(nóng)科所試驗基地開展其形態(tài)特征和經(jīng)濟性狀的比較鑒定研究,為云南薏苡品種選育提供理論基礎(chǔ),以提高優(yōu)良薏苡品種的選育效率。1材料和方法1.1特性資源和號碼試驗材料為云南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院和云南文山州農(nóng)業(yè)科學研究所共同在2008—2010年采集和征集于云南文山、廣南、瑞麗、普洱、梁河、師宗、貴州、廣西、老撾和越南等地的25份薏苡種質(zhì)資源,分別以薏苡1~25號進行編號。1.2測試地點和時間試驗于2011年5—11月在云南文山州農(nóng)業(yè)科學研究所試驗基地進行。海拔1260m,土地平整向陽,地力均勻,肥力中等略有梯度。1.3試驗設(shè)計田間試驗按薏苡的序號直播于旱地,兩列區(qū),每列10塘,每個塘保留雙株。每份種質(zhì)資源選5株掛牌,觀察其農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟性狀。1.4播種與施肥前作收獲后,及時翻犁耙地,并人工分墑,細碎平整,墑面整潔,干凈無雜草;在當?shù)剞曹舆m宜播種期播種,以雨水來臨時搶墑播種較好,于5月11日播種,播種量以每個塘4~5粒,采用人工打塘點播方式;結(jié)合當?shù)厣a(chǎn)情況,按每畝施農(nóng)家肥500~1000kg,拌著普鈣30~50kg作種肥施用;苗齊后及時進行間苗和定苗,對出苗較差的地塊進行補種,保證全苗,并進行薅鋤和培土,及時觀察病蟲害并記錄;薏苡品種成熟期有不一致特性,有80%以上的堅果變黃變硬時進行收獲。1.5觀察記錄項目1.5.1關(guān)于形態(tài)特征的觀察形態(tài)特征包括:株高、莖粗、葉片數(shù)、株型、葉色、整齊度。1.5.2經(jīng)濟狀況評價經(jīng)濟性狀包括:主莖節(jié)數(shù)、單株總分蘗數(shù)、有效分蘗數(shù)、無效分蘗數(shù)、有效分蘗率、單株總果粒數(shù)、實果粒數(shù)、空果粒數(shù)、實果粒率。1.6試驗分析對所得試驗數(shù)據(jù)用Excel,DPS,SAS等計算機應(yīng)用軟件進行整理、計算和統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1形態(tài)因子prin2的提出在計算機上用SAS程序?qū)φ{(diào)查所得的數(shù)據(jù)進行主成分分析,通過SAS計算特征根、貢獻率及累積貢獻率。根據(jù)累積貢獻率大于等于96%可選取前5個特征根和相應(yīng)的特征向量作為主成分(表2)。從表2分析可得出:第1主成分方差為4.7330,單獨說明總變異(整個原始數(shù)據(jù)標準變異)的39.44%;第2主成分方差為2.6100,單獨說明總變異的21.75%;第3主成分方差為2.2674,單獨說明總變異的18.9%;第4主成分的方差為1.0740,單獨說明總變異的8.95%;第5主成分的方差0.7580,單獨說明總變異的6.32%,這5個成分幾乎反映了方差的全貌,因此只需討論這5個主成分。根據(jù)表3可以得到5個主成分的表達式。第1主成分的表達式為:PRIN1=0.3451χ1+0.3979χ2+0.3921χ3+0.3980χ4-0.2833χ5-0.1900χ6-0.2348χ7+0.0980χ8+0.1807χ9+0.1062χ10+0.3094χ11-0.3000χ12權(quán)重系數(shù)以χ1,χ2,χ3,χ4,χ11最大,其他的資源形狀都很小。因此,決定第1成分PRIN1大小的主要是株高、主莖節(jié)數(shù)、莖節(jié)、主莖葉片數(shù)、空果粒數(shù),表明第1主成分大時株高、主莖節(jié)數(shù)、莖節(jié)、主莖葉片數(shù)、空果粒數(shù)的值也較大,因此可以稱第1主成分為形態(tài)因子。第2主成分的表達式為:PRIN2=-0.1663χ1+0.0521χ2-0.1706χ3+0.0521χ4+0.3699χ5+0.4231χ6-0.1121χ7+0.2845χ8+0.4650χ9+0.4745χ10+0.2927χ11+0.0371χ12權(quán)重系數(shù)以χ6,χ9,χ10最大。因此,決定第2成分PRIN2值的大小主要是有效分蘗數(shù)、總果粒數(shù)、實果粒數(shù),表明第2主成分有效分蘗數(shù)、總果粒數(shù)、實果粒數(shù),其他的資源組合系數(shù)都很小,說明第2主成分的是資源的產(chǎn)量特征,故稱其為產(chǎn)量因子。第3主成分的表達式為:PRIN3=0.2112χ1+0.0726χ2+0.0357χ3+0.0726χ4+0.1426χ5+0.3431χ6-0.4738χ7+0.5451χ8-0.3286χ9-0.3190χ10-0.2476χ11+0.1131χ12其中只有χ8的權(quán)重系數(shù)最大,因此,決定PRIN3的只有有效分蘗率,表明第3主成分大時有效分蘗率值也較大,因此可以稱第3主成分為有效分蘗率因子。第4主成分的表達式為:PRIN4=0.2285χ1+0.3696χ2-0.0246χ3+0.3696χ4+0.0815χ5-0.0063χ6+0.2135χ7-0.1637χ8+0.0512χ9+0.2188χ10-0.3849χ11+0.6295χ12其中只有χ12的權(quán)重系數(shù)最大,因此,決定第4主成分的值的只有實果粒率,第4主成分大時實果粒率也較大,故稱第4主成分為實果率因子。第5主成分的表達式為:PRIN5=0.0287χ1+0.2023χ2+0.2478χ3+0.2023χ4+0.5182χ5+0.3463χ6+0.4328χ7-0.2182χ8-0.1857χ9-0.2726χ10+0.0912χ11-0.3398χ12其中χ5的權(quán)重系數(shù)最大,其次是χ7,說明第5主成分反映的主要是總分蘗數(shù),故稱第5主成分為總分蘗數(shù)因子。由入選的特征值和特征向量計算出25個材料的各綜合指標的5個主成分值PRIN1,PRIN2,PRIN3,PRIN4,PRIN5(表4)。并以此作為選擇的參考依據(jù),進行選育優(yōu)良品種的選擇。第1主成分值越大,株高、主莖節(jié)數(shù)、莖節(jié)、主莖葉片數(shù)、空果粒數(shù)值越高隨著增大。因此,在選育種質(zhì)時要特別注意株高、主莖節(jié)數(shù)、莖節(jié)、主莖葉片數(shù)、空果粒數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。以單株抗倒伏考慮,第一株成分值相對低為好;以單株產(chǎn)量考慮,第2主成分值或第3主成分值或第4主成分值相對較大為好;以單株分蘗能力考慮,第5主成分值較大為好。2.2巖石化學法檢測供試薏苡種質(zhì)的每個主成分值可組成一個主成分向量,兩個種質(zhì)間的主成分向量距離平方和為兩個種質(zhì)間有關(guān)性狀的遺傳距離。依據(jù)主成分向量(表5)用DPS數(shù)據(jù)處理軟件下的最短距離法計算材料間的歐式距離,以遺傳距離75.6劃分,將供試的25個薏苡資源分為4類(圖1)。根據(jù)聚類結(jié)果和各類群性狀平均值(見表4)進行分析,可明顯看出不同的類群具有不同的特點。第I類為1,11,15,20,8,12,2,5,7,3,9,16,17,23,4,19,22,21,24,25,13;第II類為6;第III類為14和18;第IV類為10。3主成分分析與聚類分析(1)在各種問題的多指標分析中,指標的個數(shù)多,又有相互關(guān)聯(lián),分析工作比較困難。多元統(tǒng)計的主成分分析是指在不損失或很少損失原有信息的前提下,將原來個數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標轉(zhuǎn)換為新的個數(shù)少而彼此獨立或不相關(guān)的綜合指標,從而簡化多指標分析。很多研究表明,主成分分析方法進行綜合評價是一種有效的方法。本文采用主成分分析方法,將25個薏苡種質(zhì)資源的12個性狀簡化為彼此不相關(guān)的綜合指標(主成分):即形態(tài)因子、產(chǎn)量因子、有效分蘗率因子、實果率因子和總分蘗數(shù)因子,這5個主成分對總變異的累積貢獻率約達96%以上。第1主成分反映株高、主莖節(jié)數(shù)、主莖葉片數(shù)、空果粒數(shù)的影響,第2主成分反映有效分蘗數(shù)、總果粒數(shù)、實果粒數(shù)的影響,第3主成分反映有效分蘗率值的影響,第4主成分分析反映只有實果果粒的影響,第5主成分分析反映是總分蘗數(shù)的影響。同時本文研究表明,主成分分析往往會提供相互矛盾的評價信息。例如,在第1主成分中的總分蘗數(shù)隨株高的增高而增加,而在第2主成分中總分蘗數(shù)隨株高的增高而減少。所以用主成分分析評價一個材料優(yōu)劣時,還需要結(jié)合原始數(shù)據(jù),采用辯證的思維及分析方法,去除表觀現(xiàn)象。因此在育種工作中,要利用主成分等信息抓住主要因子,同時注意擴大育種材料性狀的差異,這樣有利于更快選育出新品種。(2)農(nóng)藝性狀容易受環(huán)境條件的影響,單憑農(nóng)藝性狀的差異進行材料分類其結(jié)果會有較大誤差。本文研究通過調(diào)查薏苡資源的株高、主莖葉數(shù)、莖粗、主莖葉片數(shù)、總分枝數(shù)、有效分枝數(shù)、總果粒數(shù)、實果粒數(shù)等形狀表現(xiàn)值,并進行形狀的聚類,聚類結(jié)果在很大程度上可能只反映資源處理間的形態(tài)差異。其原因可歸結(jié)為:①試驗存在環(huán)境的差異,導致經(jīng)濟性狀與理論值不一;②病害較嚴重,對其形狀影響較大。所以,如果想要更加準確、客觀地區(qū)分自交系間的基因型差異及其血緣關(guān)系,可利用分子標記技術(shù)(RAPD技術(shù))進行聚類并結(jié)合材料遺傳背景的差異來進行分類,其結(jié)果更精確更具說服力。薏苡品種的優(yōu)劣及分類依據(jù),除農(nóng)藝性狀外,薏苡仁酯、多糖含量、藥用價值也是十分必要的,所以從分子水平及薏苡仁成分分析也是十分重要的,有待進一步研究。(3)根據(jù)種質(zhì)的形態(tài)特征之間的差異進行類聚劃分,雖然不能很好地反映各種質(zhì)的親緣關(guān)系,但它最終反映了作物品種的遺傳特性,在一定程度上反映