高产高糖是甘蔗生产主要目标,了解甘蔗产量和品质性状指标之间相互关系对甘蔗育种和生产工 作十分重要。由于甘蔗产量和糖分属数量性状,其 遗传变异由多基因控制,且受环境因素影响较大, 直接对表现型进行选择往往存在着较大误差,且选 择效率不高[1]。通常,甘蔗产量性状指标包括单茎 重、有效茎和公顷蔗径产量,品质性状指标主要有 蔗汁糖分、转光度、锤度、重力纯度、简纯度和还 原糖分。上述众多性状指标之间一方面存在复杂的 网络关系,但另一方面又仅仅是少数几个指标对产 量和品质的影响最大。借助数学分析手段,找出产 量和品质的主要影响指标,对提高选择甘蔗育种效 率具有重要意义。
因子分析是一种多元统计分析方法,它是将大 量相关联的性状综合为少数几个主因子性状群,但 同时又可以再现原来性状与主因子群之间的相关关 系,这可使育种者在选育过程中只需要把握住少数 几个主因子进行选择和改良,从而提高选择效率和 鉴定的准确性[2,3,4,5]。因子分析方法已在水稻、大豆、 小麦、玉米等作物上的应用已有报道,但在甘蔗上 的应用报道甚少。何启钓和林彦铃等在对甘蔗产量 和品质性状进行因子分析的基础上,结合聚类分 析,将各供试品种划分成各具一定产量和品质特征 的类别,为甘蔗杂交育种和种质资源的筛选提供参 考[6]。高三基等用因子分析方法用在蔗汁品质分析 中,用较少个数的公因子的线性函数与特定因子之 和来表达原观察变量,筛选出影响甘蔗品质测定的 主因子,达到了降维的目的[7]。
迄今为止,有关甘蔗产量指标与品质指标之间 的相关性研究还较少。本研究将以湛江地区常见 7 个甘蔗品种为试验材料,利用因子分析法,对株高、 蔗茎、单茎重等产量性状以及蔗汁纯度、蔗汁转光 度、还原糖分、蔗糖分等品质指标之间的进行相关 性分析,这将对当地甘蔗高产高糖生产有一定指导 意义。
粤糖 79-177、ROC10、粤糖 93-159、粤糖 89- 113、粤糖 71-210、粤糖 94-128 和 ROC22 等湛江 地区常见的 7 个品种。
试验于 2011 年 4 月在广东海洋大学甘蔗试验 田进行,小区面积(7×7) m2,采用双芽苗播种,行 距 90 cm,小区间设置 1.5~2.0 m 宽的工作行。每 个品种重复 5 次,共 35 个小区,所有试验小区按 随机区组排列,田间栽培管理按当地蔗农的常规措 施进行。
甘蔗产量指标的测定:甘蔗进入成熟期后,每 小区选 5 株生长正常,无病虫害的甘蔗蔗株,进行 株高、茎径、单茎重、有效茎数的测量,并估算出 公顷蔗产量
糖分及其它品质指标的测定:从早熟品种粤糖 93-159 的成熟前期开始取样,大约 15 天取样一次, 直到晚熟品种粤糖 71-210 成熟后期为止。每次每 个处理小区随机取样 6 株甘蔗测定其蔗糖分。蔗汁 品质指标测定包括蔗汁糖分、转光度、还原糖分、 纯度(包括简纯度、重力纯度及锤度)等指标。
相关性分析和通径分析利用 Microsoft Excell 2003 软件,按参考文献[7]中规定的方法进行。
表 1 分别列出了株高、茎径、单茎重、有效茎 数 4 个产量性状对公顷产量的效应。从表中可以看 出,对公顷产量直接效应的大小依次为有效茎数 (0.8307)、单茎重(0.3674)、株高(0.01386)、茎径 (0.00385)。间接效应却以单茎重通过有效茎数的作 用为最大(0.2313),有效茎数通过株高的作用为最 小(0.00016)。从表中还可看出,茎径、有效茎数 2 者之间对公顷产量的间接效应均为负值,茎径通过 有效茎数对蔗茎公顷产量产生的间接负效应较大(- 0.1559),从相关系数可以看出,单茎重和有效茎数 与公顷产量的正相关系数较大,这意味着有效茎数 和单茎重对产量的贡献是主要的。而株高与公顷产 量也有一定的负相关性,株高适中的品种更有利于 获得高产。这就要求在甘蔗良种选育过程中,应协 调好这 2 者之间的关系,通过合理的栽培手段,以 达到高产的目的。
| 表 1 产量性状与公顷产量的直接和间接作用分析 |
从各品质指标对蔗汁蔗糖分的相关系数可以看 出,这几个品质指标对蔗汁蔗糖分的影响都比较 大。其中还原糖分对蔗汁蔗糖分呈明显的负相关。 通径分析(表 2)结果也表明,蔗汁转光度、蔗汁简 纯度、重力纯度和锤度对甘蔗蔗汁糖分均有正效应,还原糖分对蔗糖分有负效应,剩余通径系数为 0.0225。各项指标效应值的大小依次为:甘蔗转光 度、锤度、重力纯度、简纯度、还原糖分。转光度 对蔗糖分的直接作用最大,达 0.4662,该因子还可 通过除还原糖分之外的其它各项指标对蔗汁蔗糖分 产生间接正效应。还原糖分通过其它四项指标对蔗 汁糖分有间接的负效应, 转光度、重力纯度、简纯 度和锤度分别通过还原糖分均对蔗糖分起作用时则 抵消了一部分正效应。通径分析结果还表明转光 度、重力纯度、锤度与简纯度这四个指标之间的联 系比较大,表现为这 4 个指标中的某一个还可通过 其它指标对蔗糖分起间接作用时,通径系数都比较 大。在测定蔗汁糖分的过程中,纯度有重力纯度与 简纯度之分,影响重力纯度高低的因素是蔗汁糖分 和锤度,影响简纯度高低的因素是转光度和锤度, 决定重力纯度和简纯度高低的因素应是蔗汁糖分和 转光度,这几个指标之间相互作用较为明显,对各 指标之间的相互关系应综合考虑。
| 表 2 蔗汁品质性状与蔗汁蔗糖分的相关和通径分析 |
甘蔗 13 个产量和品质性状的前 4 个主因子特 征值、特征值的累计贡献率和初始因子载荷矩阵列 于表 3。前 4 个主因子特征值的累计贡献率达 96%。 前 4 个主因子所包含的要素信息量可以反映出 13 个产量和品质性状原始特征参数的大部分信息,即 保留了绝大部分信息,又达到降维的目的。表 3 还 列出各性状的共同度。第 I 个性状的共同度是全部 主因子对第 I 个性状的总方差所作的贡献。共同度 愈大,说明所选主因子所代表的性状的效果愈好。 从表中可以看出,这 13 个性状的共同度都比较大, 说明 4 个主因子对这 13 个性状有较好的代表性。
| 表 3 产量和品质性状初始因子载荷矩阵 |
方差极大旋转方法是使因子载荷矩阵中各因子 载荷值的总方差达到最大,并将此作为因子载荷矩 阵简化的准则。4 个主因子的方差极大旋转因子载 荷矩阵见表 4。方差极大旋转因子载荷矩阵与初始 因子载荷矩阵比较,主因子中重要变量的载荷值明 显增大,说明方差极大旋转后的主因子生物学意义 更加明显。
| 表 4 方差极大正交旋转因子载荷矩阵 |
从表 4 可见,因子 1 中起主要作用的性状是糖 分指标,包括锤度、转光度、重力纯度、简纯度、 蔗汁蔗糖分和甘蔗蔗糖分指标,它们的载荷值较 大,因此称为糖分因子。因子 2 载荷值较大的是株 高、茎径、单茎重和公顷蔗茎等产量指标,故称为 产量因子。因子 3 只有公顷有效茎数载荷值较大, 这表明公顷有效茎数与其他性状的联系较少,受相 对较为独立的遗传因素控制。因子 4 载荷值较大是 还原糖分和纤维分,这 2 个指标与蔗茎产量和蔗糖 分呈明显的负相关,故可称为限制因子。
主因子间相关系数的大小可能反映了一个因子 所直接作用的性状与另一个因子所直接作用的性状 间的间接作用的大小。从表 5 可以看出,因子 2 与 因子 3 呈明显的正相关,表明因子 2 与因子 3 的间 接作用较大,这 2 个因子均为产量性状。因子 1 与因子 2 有较大的负相关性,表明糖分性状与产量性 状间接作用存在负的影响。
| 表 5 斜交参考因子相关矩阵 |
相关性分析发现,单茎重和有效茎数与公顷产 量之间的正相关性较强,这表明有效茎数和单茎重 对产量的贡献较大。同时,为提高甘蔗产量,需培 育单茎重较大的品种,并通过改善栽培措施来提高 有效茎数。株高与公顷产量之间存在的负相关性,株高适中的品种更有利于获得高产。根据品质性状 与甘蔗蔗糖分的相关分析和通径分析结果,选择高 糖品种应侧重于提高甘蔗的田间锤度和蔗汁蔗糖 分。
因子分析方法可使甘蔗常用的 13 个产量和品 质性状仅表示为 4 个主因子,即:糖分指标、产量 指标、公顷有效茎数和甘蔗成熟度。主因子相关系 数发现甘蔗品质指标间存在负面间接作用,而品质 与产量指标间也存在负面间接作用,这与实践结果 相一致。
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