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(jí)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(gè)百分點(diǎn),脂肪含量也高2~5個(gè)百分點(diǎn),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(shí),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(bào)道,如李毓等報(bào)道薏苡仁酯對(duì)人鼻咽癌細(xì)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(dá)到血糖水平降低的目的;趙揚(yáng)景等研究不同產(chǎn)地薏苡經(jīng)濟(jì)性狀和質(zhì)量的比較及氮、磷、鉀對(duì)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(bào)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(bào)道較少。云南是我國(guó)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(fù)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(zhǎng)期以來(lái),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(duì)薏苡生長(zhǎng)危害極大;加上生產(chǎn)上長(zhǎng)期沿用一些老的地方品種,這些品種因使用年限過(guò)長(zhǎng),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(yán)重地影響了薏苡生產(chǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)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(yàn)基地開(kāi)展其形態(tài)特征和經(jīng)濟(jì)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(hào)碼試驗(yàn)材料為云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院和云南文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)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(hào)進(jìn)行編號(hào)。1.2測(cè)試地點(diǎn)和時(shí)間試驗(yàn)于2011年5—11月在云南文山州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行。海拔1260m,土地平整向陽(yáng),地力均勻,肥力中等略有梯度。1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)按薏苡的序號(hào)直播于旱地,兩列區(qū),每列10塘,每個(gè)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(jì)性狀。1.4播種與施肥前作收獲后,及時(shí)翻犁耙地,并人工分墑,細(xì)碎平整,墑面整潔,干凈無(wú)雜草;在當(dāng)?shù)剞曹舆m宜播種期播種,以雨水來(lái)臨時(shí)搶墑播種較好,于5月11日播種,播種量以每個(gè)塘4~5粒,采用人工打塘點(diǎn)播方式;結(jié)合當(dāng)?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(shí)進(jìn)行間苗和定苗,對(duì)出苗較差的地塊進(jìn)行補(bǔ)種,保證全苗,并進(jìn)行薅鋤和培土,及時(shí)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(jiān)果變黃變硬時(shí)進(jìn)行收獲。1.5觀察記錄項(xiàng)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(jì)狀況評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性狀包括:主莖節(jié)數(shù)、單株總分蘗數(shù)、有效分蘗數(shù)、無(wú)效分蘗數(shù)、有效分蘗率、單株總果粒數(shù)、實(shí)果粒數(shù)、空果粒數(shù)、實(shí)果粒率。1.6試驗(yàn)分析對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel,DPS,SAS等計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件進(jìn)行整理、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1形態(tài)因子prin2的提出在計(jì)算機(jī)上用SAS程序?qū)φ{(diào)查所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,通過(guò)SAS計(jì)算特征根、貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率。根據(jù)累積貢獻(xiàn)率大于等于96%可選取前5個(gè)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(dú)說(shuō)明總變異(整個(gè)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變異)的39.44%;第2主成分方差為2.6100,單獨(dú)說(shuō)明總變異的21.75%;第3主成分方差為2.2674,單獨(dú)說(shuō)明總變異的18.9%;第4主成分的方差為1.0740,單獨(dú)說(shuō)明總變異的8.95%;第5主成分的方差0.7580,單獨(dú)說(shuō)明總變異的6.32%,這5個(gè)成分幾乎反映了方差的全貌,因此只需討論這5個(gè)主成分。根據(jù)表3可以得到5個(gè)主成分的表達(dá)式。第1主成分的表達(dá)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(shí)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(dá)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(shí)果粒數(shù),表明第2主成分有效分蘗數(shù)、總果粒數(shù)、實(shí)果粒數(shù),其他的資源組合系數(shù)都很小,說(shuō)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(dá)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(shí)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(dá)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(shí)果粒率,第4主成分大時(shí)實(shí)果粒率也較大,故稱第4主成分為實(shí)果率因子。第5主成分的表達(dá)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(shuō)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(jì)算出25個(gè)材料的各綜合指標(biāo)的5個(gè)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(jìn)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(shí)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(duì)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(duì)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(xué)法檢測(cè)供試薏苡種質(zhì)的每個(gè)主成分值可組成一個(gè)主成分向量,兩個(gè)種質(zhì)間的主成分向量距離平方和為兩個(gè)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(jì)算材料間的歐式距離,以遺傳距離75.6劃分,將供試的25個(gè)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(jiàn)表4)進(jìn)行分析,可明顯看出不同的類群具有不同的特點(diǎn)。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(wèn)題的多指標(biāo)分析中,指標(biāo)的個(gè)數(shù)多,又有相互關(guān)聯(lián),分析工作比較困難。多元統(tǒng)計(jì)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(lái)個(gè)數(shù)較多而且彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換為新的個(gè)數(shù)少而彼此獨(dú)立或不相關(guān)的綜合指標(biāo),從而簡(jiǎn)化多指標(biāo)分析。很多研究表明,主成分分析方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是一種有效的方法。本文采用主成分分析方法,將25個(gè)薏苡種質(zhì)資源的12個(gè)性狀簡(jiǎn)化為彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo)(主成分):即形態(tài)因子、產(chǎn)量因子、有效分蘗率因子、實(shí)果率因子和總分蘗數(shù)因子,這5個(gè)主成分對(duì)總變異的累積貢獻(xiàn)率約達(dá)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(shí)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(shí)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(shí)本文研究表明,主成分分析往往會(huì)提供相互矛盾的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)一個(gè)材料優(yōu)劣時(shí),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(shí)注意擴(kuò)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(jìn)行材料分類其結(jié)果會(huì)有較大誤差。本文研究通過(guò)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(shí)果粒數(shù)等形狀表現(xiàn)值,并進(jìn)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(yàn)存在環(huán)境的差異,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性狀與理論值不一;②病害較嚴(yán)重,對(duì)其形狀影響較大。所以,如果想要更加準(zhǔn)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(biāo)記技術(shù)(RAPD技術(shù))進(jìn)行聚類并結(jié)合材料遺傳背景的差異來(lái)進(jìn)行分類,其結(jié)果更精確更具說(shuō)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(jià)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(jìn)一步研究。(3)根據(jù)種質(zhì)的形態(tài)特征之間的差異進(jìn)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