基于多元統計分析的甘蔗新品系適應性評價

郭強　莫建文　江清梅　何洪良　馬文清　莫勇武　唐利球

關鍵詞：甘蔗；新品系；主成分分析；聚類分析；適應性

中圖分類號：S566.1 文獻標識碼：A

甘蔗品種或品系的綜合評價是育種工作的重要環節[1]。廣西作為我國最大的糖料蔗生產基地，蔗糖產量占全國蔗糖總產量的68%以上[2]；主栽品種以桂糖42 號和柳城05136 為主，品種結構相對單一，經過多年的栽培種植，桂糖42 號和柳城05136 均出現了種性退化的現象，黑穗病發病率高、宿根發株率低、缺株斷壟、產量下降等缺點逐漸顯現出來[3]，這將嚴重威脅到廣西蔗糖產業的發展。為解決甘蔗品種更新換代問題，需不斷地選育出高產高糖、抗逆性強、宿根性好的甘蔗新品種，并進行適應性評價，篩選出適應不同種植區域的甘蔗優良品種，逐步取代種性退化的主栽品種。

近年來，國內自育的甘蔗新品種越來越多，為及時篩選出適應性較好的甘蔗新品種，專家學者進行了大量的區域試驗，同時也篩選出了一些綜合表現較好的甘蔗新品種。梁強等[4] 于2012—2013 年選取13 個甘蔗新品系進行廣西區域試驗，發現桂糖04-1545、柳糖07-95、桂糖05-1141 和桂糖04-1045 等4 個品系綜合表現較好。李佳慧等[5]于2016—2017 年在廣西防城港對9 個甘蔗新品系進行區域比較試驗，初步表明桂熱2 號、柳城05136 和桂糖46 號在防城港蔗區表現良好。郭強等[6]于2017—2020 年在崇左蔗區引進10 個甘蔗品系進行區域試驗，結果發現桂糖09-563、桂糖08-591、SP80-3280、桂糖09-3990 和桂糖08-1045 等5 個品系綜合表現較好。王小明等[7]在來賓蔗區對5 個優良新品種采取小區試驗與大田示范相結合的評價方法，篩選出了桂柳05136、福農41 號和桂糖49 號等3 個表現優良的甘蔗新品種。孫玉勇等[8] 利用DTOOSIS 法對9 個甘蔗新品種進行綜合評價，結果發現福農1110、柳城03-1137、粵甘39 號、桂糖32 號、云蔗05-49、粵甘42 號和桂糖31 號等7 個新品種綜合表現優良，可在桂北地區進一步示范推廣。

作物優良品種綜合評價方法很多，研究人員利用主成分分析和聚類分析等多元統計分析方法對多種作物[9-11]進行了綜合評價，應用于甘蔗綜合評價方面也有相關報道。趙勇等[12]利用主成分分析和聚類分析對86 份甘蔗種質資源工藝性狀進行了評價；周會等[13]利用主成分分析和聚類分析對桂糖系列甘蔗種質資源數量性狀進行了評價；蔣洪濤等[14]利用主成分分析和聚類分析等多元統計分析方法對甘蔗新品系的抗旱性進行了評價。本研究利用主成分分析和聚類分析等多元統計分析方法對29 個甘蔗新品系的株高、莖徑、有效莖數、單莖重、蔗莖產量、黑穗病率、蔗糖分、蔗汁重力純度、纖維份和產糖量等10 個性狀指標進行綜合評價，以期篩選出綜合性狀表現優良的甘蔗新品系，為下一步進行區域試驗和大田示范提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

參試甘蔗品系共29 個，其中廣西壯族自治區農業科學院甘蔗研究所選育品系22 個（桂糖13-1154、桂糖12-228、桂糖13-1044、桂糖12-284、桂糖16-1136、桂糖17-234、桂糖16-151、桂糖16-384、桂糖17-634、桂糖16-5331、桂糖15-496、桂糖17-910、桂糖15-516、桂糖15-1074、桂糖17-929、桂糖17-1259、桂糖14-818、桂糖15-1131、桂糖17-232、桂糖16-5274、桂糖16-1232、桂糖16-354）；柳州市農業科學研究所選育品系1 個（柳糖16-276）；河池市農業科學研究所選育品系3個（河糖14-4、河糖14-8、河糖15-5）；百色市農業科學研究所選育品系2 個（百蔗15-704、百蔗15-869）；廣西南亞熱帶農業科學研究所選育品系1 個（桂南蔗151505）。以桂糖42 號和新臺糖22 號為對照。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計試驗采用隨機區組設計，3 次重復，6 行小區，行距1.2 m，行長8 m，小區面積57.6 m2，四周設保護行，重復間走道寬1.5 m，下種量為100 000 芽/hm2，雙芽段蔗種，雙行“品”

字形擺放。試驗于2021 年3 月種植，田間管理按當地種植管理方法進行。

1.2.2 測定項目病害調查：2021 年10 月進行黑穗病的調查，每小區選取第3 行調查全部植株數和發病植株數；農藝性狀測定：甘蔗成熟期每個小區選取連續15 株甘蔗進行單莖重、株高和莖徑的測量，調查小區有效莖數和產量；工藝性狀測定：2021 年11 月至次年1 月取樣化驗分析糖分，每個品系選取6 株健康甘蔗，采用二次旋光法測定甘蔗糖分、重力純度和纖維分。

1.3 數據處理

采用 Excel 2010 軟件進行原始數據整理，利用SSPS 20.0 軟件進行相關性分析、主成分分析、聚類分析和判別分析。

2 結果與分析

2.1 參試材料性狀的變異情況及相關性分析

調查表明（表1），31 個甘蔗品種（系）的性狀差異明顯，變異系數在3.52%～184.52%之間，其中黑穗病率變異系數最大，達到184.52%，說明黑穗病率變異程度非常大；其次是蔗莖產量、產糖量、有效莖數和單莖重，變異系數分別為19.92%、19.55%、17.89%、14.49%，變異程度也比較大；其他5 個性狀變異系數均小于10%，說明這5 個性狀變異程度較低。

10個性狀的相關性分析結果（表2）表明，株高與單莖重和產糖量呈顯著正相關，與蔗莖產量呈極顯著正相關，說明株高越長，大多數甘蔗品種（系）單莖重、產糖量和蔗莖產量越高；莖徑與單莖重呈極顯著正相關，與蔗莖產量呈顯著正相關，說明莖徑越大，大多數甘蔗品種（系）單莖重和蔗莖產量越高；有效莖數與莖徑、單莖重呈極顯著負相關，說明有效莖數多的甘蔗品種，大多數莖徑偏小，單莖重偏低；產糖量與蔗莖產量呈極顯著正相關，與蔗糖分呈正相關，說明產糖量與蔗莖產量的相關性比與蔗糖分密切；黑穗病率與蔗莖產量、株高、莖徑呈正相關，但不顯著，說明黑穗病發病率對蔗莖產量、株高和莖徑影響不大，與蔗糖分和蔗汁重力純度呈極顯著負相關，說明黑穗病發病率越高，大多數甘蔗品種（系）蔗糖分和蔗汁重力純度明顯下降，說明黑穗病發病程度嚴重影響到甘蔗的品質；蔗糖分與蔗汁重力純度呈極顯著正相關，說明蔗糖分越高，蔗汁重力純度也越高。

2.2 參試材料性狀的主成分分析

以特征值大于1.0 為標準提取主成分結果表明（表3），10 個性狀指標的主要信息集中在前4個主成分中，累計貢獻率達到85.019%，說明這4個主成分基本可以代表原始變量的大部分信息。第1 主成分的特征值為3.212，方差貢獻率為32.118%，作用較大的性狀包括蔗莖產量（0.698）、莖徑（0.685）、單莖重（0.681）、株高（0.657）、蔗汁重力純度（-0.623）、蔗糖分（-0.607）和黑穗病率（0.569），主要反映產量-品質-病害性狀，其中蔗糖分和蔗汁重力純度的特征向量值為負值，說明植株高大、產量較高、黑穗病發病較嚴重的品種，甘蔗品質往往較差，蔗糖分和蔗汁重力純度偏低；第2 主成分的特征值為2.209，方差貢獻率為22.092%，作用較大的性狀包括產糖量（0.872）、蔗莖產量（0.682）、有效莖數（0.640），主要反映產糖量-產量性狀；第3 主成分的特征值為1.875，方差貢獻率為18.746%，作用較大的性狀包括蔗糖分（ 0.628 ）、蔗汁重力純度（0.595）、單莖重（0.556）和莖徑（0.550），主要反映品質-莖徑性狀；第4 主成分的特征值為1.206，方差貢獻率為12.063%，作用較大的性狀是纖維分（0.915），主要反映纖維分性狀。

2.3 參試材料性狀的聚類與判別分析

依據主成分分析結果采用歐氏距離、離差平方和法進行系統聚類，歐氏距離為8 處可將31 個甘蔗品種（系）劃分為5 個類群（圖1），同時計算各類群各性狀的平均值（表4）。第Ⅰ類群包括6 個甘蔗品系，該類群屬于矮小品種，農藝性狀表現較差，蔗莖產量較低，黑穗病發病率較低，蔗糖分、蔗汁重力純度和纖維分最高，品質性狀最好，產糖量較高。第Ⅱ類群包括10 個甘蔗品系，屬于矮小品種，農藝性狀表現最差，蔗莖產量中等，黑穗病發病率中等，蔗糖分較低，品質性狀較差，產糖量較低。第Ⅲ類群包括5 個甘蔗品系，屬于中大莖品種，蔗莖產量最高，農藝性狀較好，黑穗病發病率最低，蔗糖分較高，品質性狀較好，產糖量最高。第Ⅳ類群包括4 個甘蔗品系，屬于中大莖品種，農藝性狀表現較好，蔗莖產量較高，但黑穗病發病率最高，蔗糖分最低，品質性狀最差，產糖量中等。第Ⅴ類群包括6 個甘蔗品系，屬于中大莖品種，農藝性狀表現較好，蔗莖產量最低，黑穗病發病率中等，蔗糖分中等，品質性狀中等，產糖量最低。

為了鑒別聚類結果可靠性，采用多類逐步判別法對其進行判別。結果表明（表5），各類群判對概率均為100%，證明聚類結果正確。

3 討論

本研究采用多元統計分析方法對29 個甘蔗新品系進行適應性綜合評價。通過分析各指標的變異程度發現，黑穗病的變異系數最大，據郭強等[3]研究報道表明，大多數甘蔗品種新植蔗黑穗病發病率比較低，但也有少部分高感黑穗病的甘蔗品種新植蔗發病同樣非常嚴重[15]，本研究中大部分品系黑穗病發病率均比較低，有7 個品系不發病，但也有少數幾個品系發病率在30%以上，最高的甚至達到42.53%，證明黑穗病變化的多樣性來源于品種間的差異，導致了黑穗病發病率的變異程度比較大；其次是蔗莖產量、產糖量、有效莖數和單莖重變異程度也比較大。相關性分析結果表明，蔗莖產量與株高、產糖量呈極顯著正相關；黑穗病率與蔗莖產量、株高、莖徑呈正相關，與蔗糖分和蔗汁重力純度呈極顯著負相關，據楊榮仲等[16]研究結果表明，黑穗病的發生與甘蔗株高、莖徑、單莖重、蔗莖產量等無顯著相關性，對甘蔗產量無顯著影響，這與本研究結果一致，造成這一結果主要是由于黑穗病發病集中于下半年，此時甘蔗逐步開始進入工藝成熟階段，而且大多數黑穗病鞭從側芽長出，這對甘蔗株高、莖徑、產量影響不大，但會對蔗糖分的轉化造成嚴重影響，因此黑穗病發病嚴重的甘蔗品種，蔗糖分和蔗汁重力純度比較低。主成分分析法是通過降維的方式，將作物各性狀間復雜的關系轉化為較少的幾個主成分，既能排除原指標間相關關系的干擾，又能把握其綜合性狀的表現，更具科學性[17]。本研究將10 個性狀指標進行主成分分析，得出前4 個主成分累計貢獻率達到85.019%，其中第 1 主成分與產量-品質-病害性狀有關，第2主成分與產糖量-產量性狀有關，第3 主成分與品質-莖徑性狀有關，第4 主成分與纖維份有關。最后通過系統聚類分析法將31 個甘蔗品系分為5個類群，第Ⅰ類群黑穗病發病率較低，蔗糖分、蔗汁重力純度和纖維分最高，品質性狀最好，產糖量較高；第Ⅱ類群農藝性狀表現最差，蔗糖分較低，品質性狀較差，產糖量較低；第Ⅲ類群蔗莖產量最高，農藝性狀較好，黑穗病發病率最低，蔗糖分較高，品質性狀較好，產糖量最高；第Ⅳ類群農藝性狀表現較好，蔗莖產量較高，但黑穗病發病率最高，蔗糖分最低，品質性狀最差，產糖量中等；第Ⅴ類群農藝性狀表現較好，蔗莖產量最低，黑穗病發病率中等，蔗糖分中等，品質性狀中等，產糖量最低。甘蔗選育種的重要目標是要選育出具有高產、高糖、抗逆性強等特征的新品種，但在實際生產中，很少有甘蔗品種同時具備高產高糖、抗逆性強的特征[4]。因此，根據聚類分析結果初步篩選出綜合表現優良的第Ⅲ類群中的5 個品系，包括桂南蔗151505、桂糖17-232、桂糖13-1154、桂糖17-929、桂糖16-151，為下一步進行區域試驗和大田示范做準備。針對第Ⅰ類群中的6 個品系，包括河糖15-5、桂糖15-1074、桂糖15-1131、桂糖13-1044、桂糖12-284和桂糖17-910 等，蔗糖分最高，黑穗病發病率低，但蔗莖產量較低，不利于推廣種植，因此可作為高糖、抗黑穗病親本加以利用。