红小豆主要数量性状的主成分与聚类分析_申慧芳

山西农业科学2012，40（4）：310-313，385doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2012.04.04

JournalofShanxiAgriculturalSciences

红小豆主要数量性状的主成分与聚类分析

申慧芳，李国柱

（山西农业大学文理学院，山西太谷030801）

摘要：对13个红小豆品种的10个主要数量性状进行了相关性、主成分及聚类分析。结果表明，10个数量

性状的变异系数为33.56%～2.37%，其中，最大的为分枝数，最小的为生育期。相关分析表明，单株荚数与单株产量显著正相关。主成分分析结果表明，前4个主成分（荚型因子、单荚粒数因子、生育期因子和产量因子）对变异的贡献率达86.48%。聚类分析把13个红小豆品种分为4类，各类之间单株产量差异明显，占主研究发现，在红小豆的辐射诱变高产突变体的导地位的因子各不相同，在育种中应根据育种目标综合考虑。选择中，首先应该把单株荚数作为选育的重点标识性状，同时把不同性状综合考虑进去，才能够真正选择出性状优良的突变体。

关键词：红小豆；数量性状；相关分析；主成分分析；聚类分析中图分类号：S521.032

文献标识码：A

文章编号：1002-2481（2012）04-0310-05

PrincipalComponentsandClusteringAnalysisfor

MajorQuantitativeTraitsofAdzukiBean

SHENHui-fang，LIGuo-zhu

ShanxiAgriculturalUniversity，Taigu030801，China（CollegeofArts＆Science，）

Abstract：Thecorrelationcharacteristics,principalcomponentanalysisandclusteranalysisof10majorquantitativetraitsof13adzukibeansvarietieswereanalyzed.Theresultsshowedthevariantcoefficientof10majorquantitativetraitswas33.56%～2.37%,thebiggestvariantcoefficientwasbranchesnumberperplantandtheleastvaluewasgrowthperiod.Theresultsofcorrelationanalysisshowedsignificantlypositiverelationshipbetweenbranchesnumberperplantandyieldperplant.Theresultsofprincipalcomponentanalysisshowedthatthecumulativecontributionratioofthefourprincipalcomponents,includingfactorsofpodtype,seedsnumberperpod,growthperiodandyield,tothetotalvariationreached86.48%.The13adzukibeanvarietieswereclassifiedinto4groupsusingclusteranalysis,andtherewasasignificantdifferencebetweenthevariousgroupforyieldperplant,andthereweredifferencebetweenpredominantfactors,soitshouldcomprehensivelyconsiderthequantitativetraitsaccordingtothebreedingpurposes.Itshouldtakethebranchesnumberperplantaskeytraitforselectingmutantsofhighyieldduringadzukibeanmutationbreeding,andthenonlybytakingdifferentcharacterscomprehensivelyintoconsideration,couldwesuccessfullyselectthemutantswithfinecharacters.

Keywords：adzukibean;quantitativetraits;correlationanalysis;principalcomponentanalysis;clusteranalysis

红小豆作为实用豆类的一种，用途极广，除

具有重要的食用价值外，还具有重要的药用价

[1]

值，被誉为粮食中的“红珍珠”。但生产上品种混杂，优良品种较少，种性退化，极大地限制了红小豆产量和品质的提高[2]。目前，选育高产、稳产、优质的新品种是育种工作者的重要任务。

辐射诱变育种能够有效地诱发基因突变，引起各个性状的变异，从而创造出很多新类型。红小豆是自花授粉作物，利用辐射诱变技术能够对

其性状进行有效改良，培育出新品种。对红小豆

农艺性状和数量性状的了解是其资源利用和品种选育的基础，目前，一些研究者对红小豆数量性状之间的相互关系只进行了简单的遗传分析和灰色相关分析[3-9]，多个数量性状的多元遗传分析报道较少。

本研究通过对13个红小豆品种的10个主要数量性状进行相关性、主成分和聚类分析，试图探索出各遗传性状之间的相互关系，以期为红

收稿日期：2012-03-13

基金项目：山西省青年科技研究基金项目（2009021030-1）

作者简介：申慧芳（1976-），男，山西长治人，副教授，博士，主要从事杂粮辐射育种研究工作。

··310

申慧芳等：红小豆主要数量性状的主成分与聚类分析

小豆辐射诱变育种中高产突变体的筛选与鉴定，提供有价值的理论参考。

留苗200株。收获时，每小区除去边株，随机选取10株进行田间及室内考种，调查的主要数量性状为：株高、分枝数、主茎节数、单株荚数、荚长、荚宽、单荚粒数、百粒质量、生育期和单株产量。1.3

统计分析方法

1

1.1

材料和方法

供试材料

13个红小豆材料来自山西省农业科学院小晋红1号、B4974、晋小豆3号和杂粮室（B4795、TY9）、河北省农林科学院（冀红4号、冀红9218、冀红352）、北京农学院（京农5号、京农6号、京农7号和京农8号）和山西农业大学菜市场（太。谷县农家品种）1.2

试验方法

利用DPS7.05数据处理系统对13个红小相关性和豆的主要农艺性状分别进行遗传变异、主成分分析。聚类分析用DPS7.05按欧氏距离最短距离法进行系统聚类[10]。

2

2.1

结果与分析

不同红小豆品种主要数量性状的平均表现

试验设在山西省太谷县桃园堡村农民田地，2009年5月17日播种，随机区组设计，3次重复，株距25cm，行距33.3cm，小区小区面积15m2，

表1

品种株高/cm

冀红4号58.42冀红921848.56B479551.25TY962.26京农6号53.21

54.24B4974

42.79京农5号

54.66冀红352

43.33京农7号

49.75京农8号

太谷农家品种55.35

57.79晋红1号

62.63晋小豆3号

53.40平均数

6.26标准差

11.71变异系数%

分枝数

2.22.31.72.52.62.73.22.92.72.01.92.75.32.70.9033.56

与变异

13个红小豆品种的10个主要数量性状的标准差和变异系数列于表1。平均值、

不同红小豆品种主要数量性状的平均值及变异系数

荚宽/cm

0.610.640.720.580.640.700.540.620.740.670.680.570.580.640.069.69

单株荚数单荚粒数百粒质量/g32.97.910.8127.58.514.4130.99.216.6629.08.012.1630.87.013.8937.67.816.0844.18.211.1329.97.912.4637.98.418.0128.67.211.5639.17.314.8531.69.011.7627.89.417.1832.98.114.005.160.752.3915.679.2417.04

生育期/d

91919295899388889090929094912.162.37

单株产量/g26.6317.6820.8217.4517.1423.5429.7126.8432.9316.6118.3219.3022.3022.255.3223.91

主茎节数荚长/cm14.58.213.98.812.611.617.98.214.18.313.810.315.88.814.48.312.810.714.98.211.49.212.88.620.98.614.69.12.491.1017.0412.18

从表1可以看出，不同红小豆品种各数量性状的平均值和变异系数存在明显差异。其中，变异系数最大的性状为分枝数，平均值为2.7个，变幅为1.7～5.3个，变异系数达33.56%。分枝数最多的为晋小豆3号，最少的为B4795。单株产量变异系数次之，为23.91%，平均值为22.25g，变幅为16.61～32.93g。单株产量最多的品种是京农7号，最少的是京农8号，说明单株产量受栽培环境的影响较大。变异系数最小的为生育期，为2.37%，变幅为88～95d。生育期最长的品种为TY9，京农5号和冀红352的生育期相同，最短。

变异系数从大到小依次为：分枝数＞单株产量＞主茎节数（百粒质量）＞单株荚数＞荚

长＞株高＞荚宽＞单荚粒数＞生育期。变异系数是衡量各性状表现差异程度、变异范围的量。从表1可以看出，分枝数、单株产量、主茎节数、百粒质量和单株荚数具有较大的变异系数，说明这些性状选择的潜力大，具有较大的改进余地，可以作为红小豆突变体选择的性状，从诱变群体后代中通过间接选择这些性状达到筛选出红小豆预期突变体目标的可能性较大。

所有红小豆品种中，生育期的变异系数最小，表明期望通过育种手段获得理想目标性状的难度较大。其他主要数量性状的变异系数也较低，表明这些性状选择的几率有限，虽有一定的改进余地，但在突变体的选择过程中需扩大选择群体来提高选择效果。

··311

山西农业科学2012年第40卷第4期

2.2

关系

不同红小豆品种主要数量性状之间的相关

荚长呈正相关，但相关性著正相关，与分枝数、

不显著。由此可见，对高产红小豆突变体的筛选，应先把单株荚数作为首要性状进行选择，这与灰色关联分析所得的结论一致[3]。因为株高和生育期与单株产量呈负相关，虽然相关性并不显著，但是在红小豆高产突变体的选择中应选择株高和生育期适中的突变株系。所以，在对红小豆高产突变株系进行筛选时，应把单株荚数较多、株高和生育期适当的突变株系作为基础材料进行初步选择，然后再综合考虑荚型等其他性状，这样才可能筛选出符合育种目标的高产红小豆突变体。

为了了解红小豆不同数量性状之间的相关性，对所选13个红小豆品种的10个主要数量性状之间的相互关系进行了分析（表2）。从表2可以看出，株高与生育期呈显著正相关，相关系数为0.6312；分枝数与主茎节数呈极显著正相关，相关系数为0.7858；荚宽与主茎节数和荚长的相关系数分别为0.5800和0.7325，呈显著和极显著相关；百粒质量与荚长、荚宽的相关系数分别为0.7295和0.6554，均呈极显著正相关；单株产量与单株荚数的相关系数为0.5762，呈显

表2

相关系数株高分枝数主茎节数荚长荚宽单株荚数单荚粒数百粒质量生育期单株产量

株高1.00000.29390.4493-0.3923-0.3594-0.51090.1258-0.08400.6312*-0.4350

分枝数1.00000.7858**-0.2313-0.4771-0.09130.45080.24190.17230.2521

不同红小豆品种主要数量性状之间的相关系数

荚长

荚宽

单株荚数单荚粒数

百粒质量

生育期

单株产量

主茎节数

1.0000-0.4293-0.5800*-0.34880.2886-0.03950.4125-0.0212

1.00000.7325**0.32470.36910.7295**0.16070.2998

1.00000.0816-0.16640.6554**0.07490.0575

1.0000-0.18780.0312-0.27760.5762*

1.00000.37480.27690.2106

1.00000.38770.1861

1.0000-0.3613

1.0000

注：**表示0.01极显著水平；*表示0.05显著水平。

2.3不同红小豆品种主要数量性状主成分分析看出，前4个主成分的累积贡献率达86.48%，根据累积贡献率≥85%的标准，可以概括红小豆

10个数量性状绝大部分的信息量。

为了更充分地反映出红小豆各数量性状间起主导作用的综合指标，对10个主要数量性状进行主成分分析，结果如表3所示。从表3可以

表3

主成分

特征值贡献率/%累积贡献率/%株高分枝数主茎节数荚长荚宽单株荚数单荚粒数百粒质量生育期单株产量

Ⅰ3.448234.4834.48-0.4045-0.2633-0.40300.42560.40850.3084-0.03420.2412-0.18430.2398

不同红小豆品种主要数量性状的主成分分析

Ⅱ2.485824.8659.340.07220.38000.26130.28370.0063-0.03740.48980.37940.23940.1794

Ⅲ1.955119.5578.890.2889-0.2616-0.11720.19420.3892-0.3369-0.03880.29640.4659-0.4377

Ⅳ0.75897.5986.480.14730.25680.2561-0.04680.12440.4642-0.41540.25840.33770.3390

由表3可知，第1主成分特征值为3.4482，贡献率为34.48%，其对应的特征向量中，载荷较高且符号为正的数量性状是荚长、荚宽和单株荚数这3个性状，可称为荚型因子。载荷较高且符号为负的数量性状为株高和主茎节数，表明在追

求高的荚长、荚宽和单株荚数的同时，株高会缩短，因此，在红小豆高产突变体的选择中第1主成分应偏高为好，同时也说明选择高产矮秆突变

申慧芳等：红小豆主要数量性状的主成分与聚类分析

体的可能性较大。

第2主成分的特征值为2.4858，贡献率为24.86%，对应的特征向量中，主要以单荚粒数、分枝数和百粒质量为较大，称为单荚粒数因子。单株荚数的特征向量值虽然为负，但是值很小，表明在突变株系的选择中，如果单纯追求单荚粒数，有可能会造成单株荚数适当地减少，但影响程度不大。

第3主成分的特征值为1.9551，贡献率为19.55%，对应的特征向量中，载荷较高且符号为正的数量性状有生育期和荚宽，相应的特征向量值为0.4659和0.3892，称为生育期因子，表明生育期越长，籽粒越饱满。但单株产量的特征向量为负的最大值，表明所选株系的生育期越长，相应地会降低单株产量，所以，在红小豆高产优良突变体的选择中，应选生育期适中的突变株系。第4主成分的特征值为0.7589，贡献率为7.59%，对应的特征向量中，以单株荚数为最大，其次为单株产量，因此，可以把第4主成分称为产量因子。载荷最高且符号为负的数量性状为单荚粒数，说明过分追求单株荚数有可能引起单荚粒数的减少，在红小豆高产突变株系的选择中过分追求单株荚数有可能引起单荚粒数的减少，但不会影响产量。2.4

不同红小豆品种主要数量性状的聚类分析

3结论

红小豆不同数量性状的差异是由于各品种

基因型的差异所导致的，变异系数反映了各性状差异的大小。本试验结果表明，分枝数、单株产量、主茎节数、百粒质量和单株荚数具有较大的变异系数，对这些性状进行优先选择，比较容易获得优良突变体。

不同数量性状相关分析结果表明，红小豆单株产量与单株荚数的关联度和相关性最为密切，因此，在红小豆辐射诱变高产育种实践中，首先应把单株荚数作为选育的重点标识性状，注重把单株荚数和分枝数较多，株高、生育期和百粒质量适当的突变株系作为基础材料进行初步选择。

主成分分析是指在不损失或很少损失原有信息的前提下，将原来个数较多而且彼此相关的指标转换为新的个数较少而且彼此独立的综合指标，从而达到简化多指标分析目的的一种方法。由于所选择的群体和研究的性状不同，用主成分构造的综合性状也是有区别的[11]。本试验中，13个红小豆材料的10个性状简化成荚型因子、单荚粒数因子、生育期因子和产量因子4个相互独立的主成分，这4个主成分对变异的累积贡献率高

在高产红小豆达86.48%。主成分分析结果表明，

突变体的选择中，第1主成分应偏高为好，在考虑单株荚数选择的同时应适当考虑其他性状。

聚类分析表明，根据遗传距离远近将供试红小豆材料划分为4个类型。从聚类结果看，荚型

和产量因子在产量构成中占主要地位，表明高产红小豆突变株系选择时单株荚数选择的重要性。

综上所述，在红小豆辐射诱变育种高产突变体的选择中，应首先考虑单株荚数，

然后综合考

（下转第385页）

对13个红小豆10个主要数量性状用欧氏

距离最短距离法进行系统聚类，结果如图1所示。遗传距离为8.93时可以分为4类，京农7号为一类，京农5号为一类，TY9和晋小豆3号距离相近聚为一类，剩余的材料距离相近聚为一类。其中，第1类京农7号株高低，分枝数居中，主茎节数少，荚长且宽，单株荚数较多，百粒质量最大，单株产量最大，说明第1主成分（荚型因子）和第4主成分（产量因子）为主导因子，充分表明高产红小豆突变株系选择时单株荚数选择的重要性。第2类京农5号，株高最低，单株荚数最多，生育期最短，百粒质量较小，但单株产量较高，在这一类中产量因子和生育期因子占主导地位，说明选择矮秆早熟高产突变体的可能性较大，但有可能造成百粒质量降低。第3类为TY9和晋小豆3号，其中，2个材料的株高较高，主茎节数较多，单株荚数较少，单株产量较低，说明高产突变体选择时不应选择株高较高的材料，同时也说明单株荚数在高产突变体选择中的重要性。

弓玉红等：萃取-紫外分光光度法测定土壤中3，4-苯并芘含量

2.5实际样品测定

参考文献：

［1］郭晓利.浅谈土壤污染与防治[J].内蒙古农业科技，2008

（5）：128.

［2］杜锦华.浅议土壤环境污染[J].内蒙古农业科技，2010（6）：

13-14.

［3］王春梅，张朝霞.陕北地区土壤环境污染现状及对策[J].内

蒙古农业科技，2011（5）：17-18.

［4］权桂芝.土壤的农药污染及修复技术[J].天津农业科学，

2007，13（1）：35-38.

［5］夏来坤，郭天财，康国章，等.土壤重金属污染与修复技术研

2005（5）：88-92.究进展[J].河南农业科学，

［6］MillerKP，RamosKS.Impactofcellularmetabolismonthebi-ologicaleffectsofbenzo[a]pyreneandrelatedhydrocarbons[J].2001，33（1）：1-35.DrugMetabRev，

［7］齐邦峰，张会成，陈立仁，等.萃取-紫外分光光度法测定微

4-苯并芘含量[J].分析测试技术与仪器，2003晶蜡中3，（3）：169-172.

［8］吴丹.食品中苯并芘污染的危害性及其预防措施[J].食品工

2008（5）：309-311.业科技，

［9］BlairGMcDonald，PeterMChapman.PAHphototoxxxicity，

anecologicallyirrelevantphenomenon[J].MarinePollutionBul-letin，2002，44（12）：1321-1326.

［10］侯祥麟.中国炼油技术[M].北京：中国石化出版社，1991：

318.

［11］StephanieK.Screeningmethodforpolycyclicaromatichydro-carbonsinsoilusinghollowfibermembranesolventmicroex-traction[J].JournalofChromatographyA，2002（2）：201-208.［12］张忠信，汤丰收，张新友，等.河南省花生产区土壤重金属

含量分析[J].河南农业科学，2011，40（12）：91-92，97.［13］马涛.农药残留检测中现代前处理技术的应用[J].山西农

2007，35（2）：80-82.业科学，

［14］陈明昌，张强，杨晋玲.土壤硝态氮含量测定方法的选择和

1995，23（1）：31-36.验证[J].山西农业科学，

［15］王崇效，李俊国，董克虞.土壤中3，4-苯并芘的测定方法

[J].分析化学，1979（3）：197-200.

按试验方法要求，对采集的4份土壤样品进行了测定，结果列于表2。由表2可知，4份土壤样品中3，4-苯并芘含量的平均值为191mg/kg。

表2

土壤样品中3，4-苯并芘的含量

3，4-苯并芘含量（/mg/kg）

183204178199

样品土壤样品1土壤样品2土壤样品3土壤样品4

3结论与讨论

3，4-苯并芘二氯甲烷溶液在300nm处有

最大吸收峰，因此，本试验选择300nm作为测定土壤中3，4-苯并芘的波长。

标准溶液的3，4-苯并芘含量在1.0～3.0mg/L的范围内，其含量与吸光度呈良好的线性关系，相关系数为0.9876。样品的吸光度随抽提次数的增加而增大，但抽提3次后再增加抽提次数吸光度值基本保持不变，因此，本试验选择的溶剂萃取次数为3次。

国内外检测3，4-苯并芘常用的方法有气相色谱-质谱法[15]，但该法存在前处理步骤多、回流时间长、操作繁琐、成本高等不足之处。采用二甲亚砜萃取-紫外分光光度法能够较好地测定土壤中3，4-苯并芘的含量，且该方法灵敏度高、选择性好、实用性强，重复性较好，相对标准偏差为6.0%，可用于土壤中3，4-苯并芘含量的分析。

（上接第313页）

［5］田静，范保杰.河北省小豆品种资源主要农艺性状的遗传变

异分析[J].河北农业大学学报，2002，2（2）：17-20.

［6］金文林，陈学珍，贾靓琨，等.小豆农艺性状遗传参数估计值

2002，28（5）：670-674.的波动程度分析[J].作物学报，

［7］濮绍京，金文林，赵波，等.我国北方小豆地方品种资源研究

[J].北京农学院学报，2003，18（4）：245-248.

［8］曾玲玲，崔秀辉，李清泉，等.红小豆主要农艺性状的遗传参

数分析[J].黑龙江农业科学，2010（9）：115-117.

［9］刁金男.出口红小豆辐射抑制发芽创新技术[J].天津农业科

学，2007，13（4）：42-43.

［10］唐启义，冯明光.DPS数据处理系统[M].北京：中国农业出

版社，1998：286-293.

［11］李向华，常汝镇.中国春大豆品种聚类分析及主成分分析

[J].作物学报，1998，24（3）：326-331.

虑其他性状，这样才能够真正选择出性状优良的红小豆突变体。

参考文献：

［1］龙静宜.实用豆类作物[M].北京：科学出版社，1987：

137-159.

［2］黄桂莲，杨富，冯高.山西大同、朔州地区红小豆优质高产

栽培技术[J].内蒙古农业科技，2010（6）：123-124.

［3］刘振兴，周桂梅.红小豆产量与农艺性状的灰色关联熵分析

[J].河北农业科学，2007，11（5）：7-9.

［4］张亚芝.小豆产量与主要产量性状关系的研究[J].干旱地区

农业研究，2004，22（1）：94-96.