全 文 ：收稿日期:2008-05-28
基金项目:四川省教育厅青年科技基金(2006B019)。
作者简介:杨玉霞(1980-),女 ,四川乐山人;在读博士研究生 ,主要从
事特用植物资源的保护与利用研究。
通讯作者:吴　卫 , E-mail:ewuwei@sicau.edu.cn。
苦荞品种(系)主要农艺性状与蛋白质含量的聚类分析
杨玉霞 1, 2 , 　吴　卫 2 , 　郑有良 2 , 　王　俊1 , 　李　建 1 , 　邬昌禄 1
(1.西昌学院 农学系 , 　四川 西昌 615013;　2.四川农业大学 农学院 , 　四川 雅安 625014)
摘要:对来自 5个国家的 55份苦荞的 9个主要农艺性状及蛋白质含量进行了主成分分析和聚类分析。结果表明:供试
材料具有中 、矮秆 , 主茎节数 、有效花序数 、蛋白质含量适中 ,一级分枝数偏多 、总分枝数偏少 , 千粒重 、单株粒重偏低和生
育期较长等特点。主成分分析将 9个主要农艺性状简化为 5个综合指标 , 其累积贡献率达 87.77%。入选材料应是主茎
节数 、一级分枝数 、总分枝数适中 ,有效花序数和千粒重偏高 ,中矮秆的材料。 据此标准 , 筛选到九江苦荞和苦刺荞 2份
综合农艺性状优异的材料。基于性状表现 ,供试材料可分为低产晚熟型 、多分枝高蛋白型 、早熟粒重型等 3类 ,但聚类结
果与地理来源并不完全一致。
关键词:　苦荞;农艺性状;蛋白质含量;主成分分析;聚类分析
中图分类号:　S517　　　文献标志码:　A　　　文章编号:　1001-4705(2008)10-0030-05
ClusterAnalysisoftheMainlyAgronomicCharactersandtheProtein
ContentonTartaryBuckwheat(Fagopyrumtataricum)
YANGYu-xia1, 2 , WUWei2 , ZHENGYou-liang2 , WANGJun1 , LIJian1 , WUChang-lu1
(1.DepartmentofAgronomy, XichangColege, Xichang615013, China;
2.AgronomyColege, SichuanAgriculturalUniversity, Ya an625014, China)
Abstract:Basedonclusteranalysisandprincipalcomponentsanalysis, 9 mainlyagronomiccharactersandthe
proteincontentof55varieties(lines)oftartarybuckwheatcamefrom5 countrywerestudiedinthispaper.It
hasshownthatthematerialshadmid-lowstalk, moderatenumberofmainstemnodes, numberofefectivein-
florescencesandgrainproteincontent, morenumberofprimarybranches, shortertotalnumberofbranches,
lower1 000-seedyieldandseedyieldperplant, longergrowthperiod.9 mainlyagronomiccharacterswere
changedinto5 indexesthroughprincipalcomponentsanalysis, andtheprincipalfactorswerefoundtocontrib-
ute87.77% toyield.Theoptimaltypewerethattotalnumberofbranches, numberofprimarybranches, num-
berofmainstemnodesandplantheightweremoderateorlower, numberofefectiveinflorescencesand
1 000-seedyieldwerehigher.Jiujiangkuqiaoandpricklybuckwheatwerepickedoutfortheirgoodagronomic
charactersaccordingtothecriteria.Basedontheagronomiccharactersandtheproteincontent, 55 varieties
(lines)werealsodividedinto3groups, namelylow-yieldandlate-maturingtype, multi-branchandhigh-protein
type, early-matureandhigh-seedweighttype, andthevariationofclusteranalysiswerenotmuchassociated
withitsgeographicaldistribution.
Keywords:　tartarybuckwheat(Fagopyrumtataricum);agronomiccharacters;grainproteincontent;
　　　　　　principalcomponentsanalysis;clusteranalysis
　　苦荞 (Fagopyrumtataritum)集营养 、保健 、医疗
于一体 ,被誉为 21世纪最风行的绿色食品[ 1, 2] 。不仅
蛋白质含量较高 ,富含所有人体必需的各种氨基酸 ,且
其组成合理 、配比适宜 ,接近于标准蛋白 ,营养十分平
衡 ,其营养明显高于其他谷物类作物[ 3 ～ 6] 。经研究发
现 ,荞麦蛋白具有独特的生理功能 ,对一些慢性疾病具
有治疗作用 [ 7, 8] 。近年来 ,苦荞的开发应用在我国医
药界 、食品科技界兴起了新的高潮。
中国是荞麦生产大国 ,凉山州是中国苦荞麦分布
最集中 ,种植面积最大的产区 ,亦是苦荞麦起源地之
一 [ 9, 10] 。但由于苦荞育种工作滞后 ,目前生产上使用
的主要还是农家品种 ,单位面积产量偏低 ,严重制约着
苦荞的生产和开发利用 。本研究对来自国内外的 55
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第 27卷　第 10期　2008年 10月　　　　　　 　　　　　种　子　(Seed)　　　 　　　　　　　Vol.27　No.10　Oct.　2008
份苦荞品种(系)的 9个主要农艺性状与蛋白质含量
进行主成分分析和聚类分析 ,旨在筛选出高蛋白 、综合
表现好 、适宜四川种植的荞麦资源 ,为培育高蛋白的荞
麦新品种及开发利用荞麦提供更多理论依据和参考 。
1　材料和方法
1.1　供试材料
供试材料为来自 5个国家的 55份苦荞品种(系)
(表 1)。其中 39份由美国种质资源库(GRIN)Dr.Cr-
oston惠赠。米瑞苦荞由西藏农科所刘仁建提供 ,圆子
荞 、川荞 1号 、西荞 1号等 15份材料由西昌学院科技
处王安虎老师提供。
表 1　供试材料编号及来源
序号 材料编号 原产地 序号 材料编号 原产地
1 PI427237 尼泊尔 29 PI481668 不丹
2 PI427238 尼泊尔 30 PI481669 不丹
3 PI427239 尼泊尔 31 PI481671 不丹
4 PI427240 尼泊尔 32 PI481672 不丹
5 PI427235 尼泊尔 33 PI481673 不丹
6 PI481644 不丹 34 PI481674 不丹
7 PI481645 不丹 35 PI481675 不丹
8 PI481646 不丹 36 应黑苦荞 中国
9 PI481647 不丹 37 早荞 中国
10 PI481648 不丹 38 细圆粒荞 中国
11 PI481649 不丹 39 圆粒荞 中国
12 PI481650 不丹 40 圆子荞 中国
13 PI481651 不丹 41 川荞 1号 中国
14 PI481652 不丹 42 川荞 2号 中国
15 PI481653 不丹 43 西荞 1号 中国
16 PI481654 不丹 44 九江苦荞 中国
17 PI481655 不丹 45 苦刺荞 中国
18 PI481656 不丹 46 冕宁苦荞 中国
19 PI481658 不丹 47 米瑞苦荞 中国
20 PI481659 不丹 48 汶川苦荞 中国
21 PI481660 不丹 49 康定苦荞 中国
22 PI481661 不丹 50 会理苦荞 1 中国
23 PI481662 不丹 51 会理苦荞 2 中国
24 PI481663 不丹 52 PI199769 美国
25 PI481664 不丹 53 PI476852 美国
26 PI481665 不丹 54 PI503879 美国
27 PI481666 不丹 55 PI451723 墨西哥
28 PI481667 不丹
1.2　试验方法
试验于 2007年 3月在西昌市西宁镇马平坝进行。
试验地前作玉米 ,土壤为砂质中壤 。随机区组设计 , 3
次重复 ,宽窄行单粒点播 ,宽行 60cm,窄行 20cm,穴
距 20cm,行长 2m。田间管理同大田 。每小区随机选
10株考察株高 、茎粗 、主茎节数 、一级分枝数 、总分枝
数 、有效花序数等性状 ,混合脱粒后测定千粒重和单株
粒重 ,半微量凯氏定氮仪测定籽粒蛋白质含量。数据
分析采用 Excel和 DPS软件[ 11]进行。
2　结果与分析
2.1　性状表现
供试材料各农艺性状和蛋白质含量表现见表 2,
可以看出各性状存在丰富的变异。根据杨克理[ 12]的
划分标准 ,供试材料表现为:(1)中 、矮秆 。矮秆 32份
(58.18%);中秆 23份(41.82%)。 (2)茎较粗。 (3)
主茎节数和花簇数中等 。 (4)一级分枝数偏多 、总分
枝数偏少。一级分枝数大于 7个的有 46份 , 占
83.64%。总分枝数小于 20个有 26份 ,占 47.27%。
但也有 PI481644等 5份材料总分枝数在 30个以上。
(5)中晚熟。中熟的有 24份(占 43.64%)、晚熟的有
26份 (占 47.27%),但也有圆子荞等 5份早熟型材
料 。(6)千粒重和单株粒重偏低 。小粒型 31份 , 占
56.36%,中粒型 21份 , 占 38.18%。但也有冕宁苦
荞 、会理苦荞 1和汶川苦荞等(特)大粒型 。单株粒重
不足 3g的有 38份(占 56.36%), 3 ～ 7g的有 11份
(占 11.00%),但早荞等 7份材料单株粒重在 7 g以
上 。(7)蛋白质含量中等。蛋白质含量在 12.00%以
上的有 18份(占32.73%)。
　　在所有的供试品种中九江苦荞和苦刺荞表现最为
优异 ,其株高 、茎粗 、一级分枝数和生育期适中 ,有效花
序数多 ,千粒重 、单株粒重和蛋白质含量均很高 。米瑞
苦荞最矮 、茎最细 ,主茎节数 、一级分枝数和有效花序
数均最少 , 单株粒重和蛋白质含量很低 , 综合表现
最差。
表 2　农艺性状及蛋白质含量
性状 最大值 最小值 变幅 均值 变异系数(%)
株高(cm) 99 32.2 32.2 ～ 99.0 77.4 14.75
茎粗(mm) 9.7 2.5 2.5 ～ 9.7 6.8 16.86
主茎节数(节) 22 6 6.0 ～ 22.2 15.8 18.77
一级分枝数(个) 12 3 3.0 ～ 12.4 8.7 19.95
总分枝数(个) 35 9 9.0 ～ 35.2 21 30.86
有效花序数(个) 146 8 8.4 ～ 145.5 65.4 46.94
生育期(d) 106 56 56.0 ～ 106.0 88.2 10.87
千粒重(g) 25.33 8.19 8.19 ～ 25.33 14.5 24.69
单株粒重(g) 11.25 0.4 0.40 ～ 11.25 2.98 65.02
蛋白质含量(%) 14.33 7.55 7.55 ～ 14.33 11.4 11.18
　　进一步分析表明 ,变异系数大小顺序:单株粒重 >
有效花序数 >总分枝数 >千粒重 >一级分枝数 >主茎
节数 >茎粗 >株高 >蛋白质含量 >生育期 。表明苦荞
在株高 、茎粗 、生育期 、蛋白质含量等性状上差异相对
较小 ,选择范围小 ,而单株粒重 、有效花序数 、总分枝数
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研究报告　　杨玉霞 等:苦荞品种(系)主要农艺性状与蛋白质含量的聚类分析
表 4　各类群主要农艺性状与蛋白质含量的平均值和变幅
性状 　　　Ⅰ类(n=4)　　　 　　　Ⅱ类(n=39)　　　 　　　Ⅲ类(n=12)　　　平均值 变幅 平均值 变幅 平均值 变幅
株高(cm) 54.8 32.3～ 67.7 78.7 56.8 ～ 96.9 80.7 71.5～ 99.0
茎粗(mm) 5.1 2.5～ 6.2 7.0 4.4 ～ 9.7 7.0 5.7～ 9.0
主茎节数(节) 14.7 6～ 20 16.0 9 ～ 22 16.3 12～ 21
一级分枝数(个) 7.8 3～ 11 8.8 5 ～ 12 8.6 7～ 10
总分枝数(个) 15.5 9～ 21 22.3 12 ～ 35 18.4 10～ 29
有效花序数(个) 13.6 8～ 16 56.0 27 ～ 81 113.1 88～ 146
生育期(d) 94.5 90～ 97 89.6 65 ～ 106 81.3 56～ 100
千粒重(g) 15.63 12.86～ 18.80 13.38 8.19 ～ 20.65 17.82 13.03～ 25.33
单株粒重(g) 0.82 0.26～ 1.20 2.11 0.20 ～ 9.58 6.49 1.11～ 11.25
蛋白质含
量(%) 10.74 8.23～ 12.60 11.74 10.00 ～ 14.33 10.53 7.55～ 12.36
等的变异程度较大 ,选择范围较宽。
2.2　主成分分析
为了能更充分地反映出各因素中起主导作用的综
合指标 ,对苦荞 9个主要农艺性状进行主成分分析 ,并
计算出相关矩阵的特征根和相应的特征向量 ,以及特
征根的累计贡献率(表 3)。根据累积贡献率≥85%的
标准 ,共有 5个主成分入选 ,其累积贡献率为 87.77%,
已概括绝大部分相关信息 。
表 3　9个主要农艺性状的主成分分析
名 第一主成分
第二
主成分
第三
主成分
第四
主成分
第五
主成分
称 分枝因子 产量构成因子 株型因子 株高因子 粒重因子
特征值 3.6 2.45 0.75 0.6 0.5
贡献率(%) 40.02 27.2 8.33 6.68 5.55
累积贡献
率(%) 40.02 67.22 75.55 82.23 87.77
株高(cm) 0.26 0.43 -0.11 -0.55 -0.11
茎粗(mm) 0.3 0.42 -0.08 -0.35 -0.14
主茎节
数(节) 0.33 0.15 -0.68 0.46 -0.09
一级分枝
数(个) 0.38 0.18 0.57 0.27 -0.24
总分枝
数(个) 0.41 0.1 0.18 0.28 0.55
有效花序
数(个) -0.16 0.54 -0.05 0.3 0.25
生育期
(d) 0.37 -0.23 0.18 -0.22 0.42
千粒重
(g) -0.39 0.26 -0.06 -0.17 0.56
单株粒
重(g) -0.32 0.4 0.35 0.19 -0.21
　　第一主成分特征值为 3.60,贡献率为 40.02%,对
应的特征向量以总分枝数的最大 ,一级分枝数次之 ,因
此把第一主成分称为分枝因子。株高 、茎粗 、主茎节
数 、生育期的特征向量均为正
值 ,有效花序数 、千粒重和单株
粒重则为负值 ,因此若增加总
分枝数和一级分枝数 ,株高 、茎
粗 、主茎节数会增高 ,生育期延
长 ,千粒重和单株粒重会降低 ,
而主茎节数 、总分枝数和生育
期均和单株粒重呈极显著负相
关 ,所以第一主成分应适中偏
低为好 。
第二主 成分特征值为
2.45,贡献率为 27.20%,主要
反映有效花序数 、株高 、单株粒重和千粒重的影响 ,因
此把第二主成分称为产量构成因子。可以看出 ,株高
越高 ,有效花序数越多 ,生育期会缩短 ,而其他因子则
会相应增加 ,但根据矮化育种要求株高不应太高 ,因此
第二主成分适中偏高较好 。
第三主成分特征值为 0.75,贡献率为 8.33%,特
征向量以主茎节数为最大 ,一级分枝数次之 ,因此把第
三主成分称为株型因子。可以看出 ,若该成分增大 ,一
级分枝数和单株粒重会降低 ,株高会相应增加 ,生育期
相应缩短。所以 ,第三主成分选择以适中偏低为宜 。
第四主成分特征值为 0.60,贡献率为 6.68%,以
株高的特征向量最大 。而随着株高的增加 ,主茎节数 、
一级分枝数 、总分枝数 、有效花序数和单株粒重均相应
减少或降低 ,而生育期会延长 ,所以第四主成分应偏低
为好。
第五主成分特征值为 0.50,贡献率为 5.55%,主
要反映千粒重和总分枝数的影响 ,因此把第五主成分
称为粒重因子。可以看出 ,若该成分增大 ,则株高降
低 ,茎变细 ,主茎节数 、一级分枝数和单株粒重减少 ,总
分枝数和有效花序数增加 ,生育期延长 ,这不利于产量
的提高 。因此该成分适中偏低为好。
综上所述 ,入选材料应是第一 、三 、五主成分应适
中偏低 、第二主成分偏高 、第四主成分偏低者。即选择
主茎节数 、一级分枝数 、总分枝数适中偏少 ,有效花序
数和千粒重偏高 ,中矮秆的材料 。据此标准 ,从供试材
料中筛选到九江苦荞和苦刺荞等 2份综合农艺性状优
异的材料。
2.3　聚类分析
以入选的 5个主成分因子得分与各主成分贡献率
乘积为值计算遗传距离 [ 11, 13]并采用类平均法进行聚
类分析 。 55个品种(系)被聚为 3类(图 1),各类的平
均值和变幅列于表 4。
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第 27卷　第 10期　2008年 10月　　　　　　 　　　　　种　子　(Seed)　　　 　　　　　　　Vol.27　No.10　Oct.　2008
类 Ⅰ包括 4份材料 ,其中 3份来自尼泊尔 , 1份来
自中国;类Ⅱ共有 39份材料 ,来自不丹的 30份材料中
除 PI481650和 PI481658外均归于此类 ,来自中国的
7份 ,其余 4份分别来自尼泊尔 、墨西哥和美国;而类
Ⅲ包括 12份材料 ,来自中国的有 8份 ,不丹 2份 ,美国
2份 。可以看出 ,基于主成分分析的聚类结果与材料
地理来源并不完全一致 ,来自不丹的材料表现出一定
的遗传特异性。
分别考察了各类群 9个农艺性状及蛋白质含量的
表现(表 4),可以看出类群 Ⅰ植株最矮 ,茎最细 ,主茎
节数 、一级分枝数 、总分枝数 、花簇数最少 ,生育期最
长 ,单株粒重最低 ,千粒重和蛋白质含量居中 ,为矮秆
低产晚熟型;类群 Ⅱ一级分枝数 、总分枝数最多 ,株高 、
花簇数和单株粒重适中 ,千粒重最小 ,蛋白质含量最
高 ,为多分枝 、高蛋白型;类群 Ⅲ的千粒重和单株粒重
表现突出 ,生育期最短 ,主茎节数和花簇数最多 ,蛋白
含量最低 ,为早熟粒重型 。因此 ,在育种中 ,应根据利
用目标性状的不同在不同的类群中筛选材料 ,同一类
群中的材料表现较为相近 。
3　结论与讨论
总体来看 ,供试材料各性状变幅较大 ,表现为中 、
矮秆 ,主茎节数和有效花序数适中 ,一级分枝数偏多 ,
而总分枝数偏少 ,千粒重 、单株粒重偏低 、生育期较长。
可见中矮秆 、一级分枝多是供试材料最有利用价值的
农艺性状 ,而总分枝数 、千粒重和生育期成限制因素。
即便如此 ,也可从中筛选个别性状表现突出的材料 ,如
PI481644等 5份总分枝多的材料 ,圆子荞等 5份早熟
材料 ,冕宁苦荞 、会理苦荞 1和汶川苦荞等 3份粒重型
材料。
图 1　主要农艺性状与蛋白质含量聚类图
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研究报告　　杨玉霞 等:苦荞品种(系)主要农艺性状与蛋白质含量的聚类分析
　　采用主成分分析方法 ,将供试苦荞的 9个主要农
艺性状简化为相对独立的 5个综合指标 (主成分)。
这 5个主成分所提供的信息量占全部信息量的
87.77%,其中以分枝因子的贡献率最高 ,为 40.02%,
表明对该主成分对苦荞影响最为重要 。入选材料应是
第一 、三 、五主成分应适中偏低 、第二主成分偏高 、第四
主成分偏低为好 。即选择总分枝数 、一级分枝数 、主茎
节数适中偏少 ,有效花序数和千粒重较高 ,中矮秆的材
料 。根据此选择标准 ,从供试材料中筛选到九江苦荞
和苦刺荞 2份具有较好综合农艺性状的材料。
采用聚类分析 ,将 55份供试苦荞材料划分为各具
特征的 3类 。类Ⅰ为矮秆低产晚熟型;类 Ⅱ为多分枝 、
高蛋白型;类 Ⅲ为早熟粒重型。说明供试材料表现出
多样性和遗传分歧的多向性 ,为苦荞育种 、亲本选配提
供科学的理论依据。因此 ,以高产育种为目标进行亲
本选择时 ,应从类 Ⅲ的材料中进行筛选;为矮杆育种选
择亲本 ,应从类Ⅰ的材料中进行筛选;而要利用苦荞多
分枝 、高蛋白的特点时 ,则应从类 Ⅱ的材料中进行筛
选 。另外也注意到聚类结果与其地理来源并不完全一
致 ,来自不丹的材料表现出一定的遗传特异性 ,因此在
苦荞育种中可根据聚类所划分的类群并结合来源地 ,
选择一些具所需目标类型的少数材料来构建核心种质
资源库 ,节约成本 。
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(上接第 29页)
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第 27卷　第 10期　2008年 10月　　　　　　 　　　　　种　子　(Seed)　　　 　　　　　　　Vol.27　No.10　Oct.　2008