全 文 ：华北农学报 2仪” . 1 9 (S一) : 一 5
Ae一a Ag ri e u ll ua re B oe ra li一 S玉 ni a
主成分分析在油用向日葵
杂交种选育中的应用
李素萍 ,安玉麟 ,李巧枝 ,门果桃 ,于海峰
(内蒙古农业科学院 作物所 ,内蒙古 呼和浩特 01 0 31)
摘要 : 文章应用主成分分析方法 ,对 18 个油葵杂交种的 12 个性状进行分析 ,分析的结果 一与.吊种的
实际表现基本一致。 结果证明 ,山于各遗传性状对品种的重要性不同 ,运用主成分分析法对向日葵
杂文种进行多性状综合评判 ,比单纯依靠产量结果对参试品种进行评判更具有科学性 。 这种方法可
作为 .寻种比较试验中对参试种进行综合评判的一种有效方法 。
关键词 : 向日葵杂交种 ;遗传性状 ;主成分分析
中图分类号 : 55 65 . 535 . 1 文献标识码 : A 文章编号 : l以】)一7 09 1(2 《X)4 ) lS ~ 0( 刃 1一 05
在向日葵育种过程中 ,为了选育具有高产 、抗病 、质优 、株型理想等性状优良的向日葵杂交
种 ,往往要对向日葵杂交种的诸多性状加以研究 ,从中选出理想的向日葵新品种 。 主成分分析
法 , 就是将这些诸多性状进行适当数学处理 , 使之成互不相关的变量 ,并选择其中影响较大的
几个 ,然后逐个地对它们进行分析 ,使育种者能从繁杂的试验数据中透析事物的本质 。
材料和方法
试验材料为 2002 年内蒙古 自治区油用向日葵区域试验的 18 个品种 , 试验在内蒙古农科
院试验地进行 ,试验采用随机区组设计 , 3 次重复 , 小区长 7 . 36 m , 宽 .4 20 m , 行距 .0 70 m , 株距
o
.
23m
,
z】、 区面积为 30 . 9一m Z。 每小区种 6 行 , 每行种 3 2 株 ,共计 一92 株 。 种植密度为 4 14 一株 l
667 m
, 。 试验方法 : 测定株高 、茎粗 、叶片数 、花盘直径 、 单头籽粒重 、百粒重 、单盘粒数 、结实
表 1 品种代号及名称
编号 供试品种 编号
C 17
5 9 8
4S O
5 4 6
C JO I
康地 1 15
KW S 3 0 5
KW S 3 0 !
KW S 3 0 7
N 10
N ! l
N 12
N 13
N 14
N 15
N 16
N 17
N 18
供试品种
巴 葵杂 2号
巴葵杂 4 号
内葵杂 3号
LG Z IX) 2
! 2 2 4 4
F s l
F5 2
G一0 1(C K I )
5 3 1C K Z )
-
,`1ù4à JO,
亨`
O口OùN
收稿日期 : 2X() 4 一 l卜 1
基金项目 :农业部 “ 9 4 8”项 目 (编号 20 3一 r l3 )
作者简介 :李素萍 ( 19 6 3一 ) .女 , 巴彦淖尔人 , 副研究员 , 在读硕士 , 主要从事向日葵遗传育种研究工作 。
华 北 农 学 报 1 9卷
率 、籽仁率 、籽实含油率 、生育期 、产量共 1 2个性状 。 统计分析方法 :首先以各性状小区平均
数进行方差分析 ,经 F 测验后舍去不显著的性状 , 然后应用 D SP 数据处理系统进行主成分分
析 , 建立相关矩阵表 (表 2 ) ,求出公因子对所有变量的公因子的总贡献率 ,从而把一些错综复
杂的多因子归结为几个较少的综合因子 。
2 结果分析
2
.
1 性状的相关矩阵
通过计算 12 个性状间的相关系数得到相关矩阵表 (表 2 ) 。
表 2 相关矩阵
相关系数 x (一) X (2) X (3 ) X (4 ) X (5 ) X (6) X (7 )
0
.
84 6 8 3 0
.
77 5 3 8 0
.
5 8 9 8 3 0
.
3 7 4 8 7 0
.
15 154 0
.
10 35 6
X (8) X (9 ) X ( 10 ) X ( 1 1) X ( 12 )
0
.
5 5 0 5 4 一 0 . 3 8 7 7 3 -()
.
04 9 16 0
.自义巧 9 0 . 15 2 5 3
0
.
84 6 8 3
“ 0 . 8 2 2 2 3 0 64 7 5 2 0
.
3 9 76 0
.
4() 2 0 5 0
.
1 17 5 9 0
.
5 7 9( 抖 一 0 . 3 82 14 一 0 . 0 8 18 8 0 . 13 2 5 9 0 .礴0 2 3 6
育刃高Q勿娜栩cm(
声烬七C l n , 0 . 7 7 5 3 8 ’ ` 0 . 82 22 3 . 1 0 . 3 7 6 7 6 0 . 3 5 16 1 0 . 2 0 6 4 2 0 . 3 8 6 3 5 一 0 . 4 5 9 2 2刁 .肠 26 一 12 7 5 7 0 . 3 5 2 5 9
0
.
5 8 9 8 3
.
0
.
64 7 5 2
. 0
.
37 6 76 1 0
.
0 2 3 6 3 0
.
209 7 8 刁 . 12 7 8 0 . 6 5 3 8 8 一 2 16 8 一 0 564 3 0 . 13 5 6 5 0 . 2 109 3
0
.
3 7 4 8 7 0
.
3 9 7 6 0
.
5 3 2 8 2* 0
.
0 2 36 3 1 刁 . 0 7 16 1 一 0 . 08 肠 0 . 2 4 5 3 7 一 0 . 2 9 6 3 8 0 . 2 5 9 26 一以 3 8 2 刃 .伪卯
0
.
15 15 4 0
.
4() 2 0 5 0
.
3 5 16 1 0
.
209 7 8
一 0 . 0 7 16 1 1 0 . 3《减玲 8 0 . 0 2 464 0 . 2 0 8 5 3 -() . 5 3 0 18 0 . 17 59 3 0 .卯卯 8
0
.
10 3 5 6 0
.
1 17 5 9 0
.
2 064 2
一 0 . 12 7 8 1 一 0 . 0 806 3 0
.
3 0( 为 8 1 一 3 5 4 34 0 . 1 1 16 2 0 2 7 3 8 8 一 0 . 204 05 0 . 3侧刃 8
0
.
5 5 0 5 4
.
0
.
5 7 9( 》4 . 0 . 3 8 6 3 5 0 . 6 5 3 8 8“ 0 . 24 5 37 0 .0 24 64 一 3 54 3 1 一 0 . 4 62 5 一 0 . 2X() 5 2 0 .06 554 0 .0 2 57 9
嘴。撼cl(n)ō脚s()毓摊
结实率
(% )
刁 . 3 8 7 7 3刁 . 3 8 2 14 -() .4 5 9 2 2 一 0 . 2 二6 8 一 0 . 296 38 .0 2 0 8 5 3 0. 1 1 162 一 0 .46 2 5 】 一 0 . 14 194 0. 2 4 1 13 0. 2 094
籽仁率
(% ) 一 04 9 16 一 0
.
0 8 18 8一伪 26 一 0 . 0 564 3 0 . 2 5 9 2 6 一 0 . 5 30 1 8 . 0 . 2 7 38 8 刁 . 2X() 5 2 一 0 . 14 194 1 一 0 . 3 6 896 一 0 . 5 2 9 74
0
.
06 06 9 0
.
1 3 2 59 刁 . 12 7 5 7 0 . 13 5 65 一 0 . 04 3 82 0 . 17 5 9 3 一 204 1 0 . 2 4 1 13 一 0 . 3 6 8 9 6 1 0 . 17 4 5 7
小区产
价位目 0
.
15 25 3 0
.
4 0 2 3 6 0
.
3 5 25 9 0
.
2 109 3
一 0 .肠卯 0 .9 9 8“ 0 . 3 (兀旧8 0 . 0 2 5 7 9 0 . 20 9 4 一0 . 5 2 9 7 4 . 0 . 17 4 5 7
注 :佛 16 叭山 . 二 0 .4 68 , orlD 二.0 590
由表 2 看出 :小区产量与单头籽实重正相关系数最高 ; 株高与生育期 、 叶片数 ,茎粗与株
高 、生育期 、盘径 、单盘粒数与叶片数 、生育期 、 株高也呈较高的正相关 ;籽仁率与单盘籽实重 、
小区产量呈负相关 , 所以 ,生产科研上选用单头籽实重 、生育期长 、茎秆粗壮 ,叶片多 、植株相对
高一些的品种或亲本可以提高油用向日葵的产量 。
.2 2 特征根及特征向t
从遗传相关矩阵的 12 个特征根中选取 5 个较大的 (累计贡献率达 86 .9 63 2% ) 作为主成
分 , 基本上保存了它们的生物信息 。 进一步的分析发现 , 主成分及其变异的大小与它们的信息
李素萍等 : 上成分分析在油葵杂交种选育中的应用
大小相平行 , 因此可望利用主成分分析来研究各性状之间的关系 。 我们把彼此关联并制约的
12 个性状简化为独立无关的主成分 (表 3 ) 。
表 3 特征根与特征向工
入; — 兰一一-— 止匕一 .一一二匕— 一一三一一— 一止二一一累计贡献率 (% )
生育期 (d)
株高 。 m )
苹粗 ( : , n , )
肠l片数 (个 )
盘茎 ( e n 、 )
单头籽实重 ( g )
百粒贡 ( g )
单盘粒数
结实率 (% )
籽仁率 (% )
籽实含油率 (% )
小区产 1孔( k g )
4
.
18 7 6
3 4 8 9 6 9
0
.
4 2 14
0
.
4 6 3 8
0
.
4 20 0
0
.
3 3 9 1
0
.
20 6 5
0
.
22 3 3
0
.
0 2 4 6
0
.
33 3 6
一 0
.
2 19 6
一 0 . ! 04 8
0
.
0 4 7 5
0
.
2 2 3 7
2
.
6 4 9 2
5 6
.
9 7 3 2
一 0
.
12 3 8
一 0刀 14 2
一 0
.
0 6 14
一 0刀 3 ! 6
一 0
.
2 6 12
0
.
5 1 14
0
. 】5 2 3
一 0
.
17 17
0
.
3 5 6 0
一 0
.
3 9 7 !
0
.
2 2 7 3
0
.
5 1 102
1
.
7 5 6 5
7 1
.
6 10 7
0
.
0 3 9 5
0
.
0 564
0
.
2 4 9 5
一 0
.
2 3 2 7
0
.
1606
0
.
13 5 1
0
.
6 2 3 0
一 0
.
3 6 2 4
一 0
.
0 0 5 1
0
.
3 7 0 8
一0 3 9 9 3
0
.
13 55
0
`
9 5 7 0
79
.
5 8 5 3
一 0
.
0 2 29
0
.
0 10 6
0
.
16 7 6
一 0
.
4 5 6 6
0
.
7 0 6 5
0
.
0 0 9 6
一 0
.
2 14 4
一 0
.
18 7 7
0
.
10 3 8
一 0
.
10 0 6
0
.
4 0 19
0
.
0 0 9 7
0 8 8 5 3
8 6
.
9 6 3 2
0
.
2 14 1
0
.
16 5 3
一 0 . 13 8 3
0
.
3 2 2 3
一 0
.
0 2 2 1
一 0 . 15 4 0
0 2 704
一 0
.
1 15 4
0
.
4 3 9 8
0
.
4 0 7 6
0 5 5 6 7
一 0
.
15 3 9
由表 3 可 以看出 , 人选的 5 个主成分对遗传方差 的贡献率分别为 3 .4 89 % 、 2 .0 8% 、
.14 64 %
、
.7 97 %
、
.7 38 %
,依次称为第一 、二 、 三 、 四 、 五主成分 。 第一主成分 入.=4 . 1 876 ,特征向量
中性状组合系数以株高 ( 0 . 4 6 3 5 ) 、生育期 ( 0 . 4 2 14 ) 、 茎粗 ( 0 . 4 2 0 0 ) 、 叶片数 ( 0 . 339一)较大 , 可称之
为生育期和形态因子 ,在选择品种和亲本时 , 该指标应适中 ,太大则生育期延长 , 太小则植株偏
矮 ,茎秆偏细 , 叶片数少 , 光合产物少 , 影响产量 ;第二主成分 入2二 .2 64 9 1 ,性状组合系数中以小
区产量 (0 . 51 10 ) 、单盘籽实重 (0 . 5 1 14 )和结实率 (0 . 3 5 60) 最大 , 因这 3 个性状均为重要的产量
性状 ,故称之为产量因子 , 选择品种或亲本时 ,该主成分值越大越好 ; 入3=l . 7 5 6 5 , 主要分量来源
为百粒重 (0 . 6 2 3 0 ) 、籽仁率 ( .0 3 7 08 ) ,但单盘粒数和籽实含油率的组合系数为较大的负值 ,即是
说 , 百粒重和籽仁率增加到一定程度 ,会引起单盘粒数和籽实含油率下降 , 故此值应适中 ,不宜
过大 ; 入4二 .0 9 5 7 0 , 性状组合因子以盘径 (0 . 7 065 ) 、 籽实含油率 (0 . 4 0 19) 为最大 ,但叶片数为较大
的负值 , 因此 ,此值应适中 ; 入5二 .0 8 85 3 ,性状组合系数为籽实含油率 (0 . 5 567 ) 、结实率 (0 . 4 398 ) 、
籽仁率 (0 .4 0 7 6) ,称之为籽粒品质性状 ,在品种和亲本选育过程中 ,此值越高越好 。
.2 3 品种的主成分评价
由表 4 可以看出 ,参试品种生育期与形态因子主成分 (丫: )值以 C 17 、 5 4 0 、 C0J 1、康地 l ! 5 、
53 1居高 ,说明这 5 个品种的生育期较长 , 植株较高 ,茎秆粗壮 , 单株叶片多 , 具有较好的生育
期与形态因子 ;产量因子主成分 (Y iZ )值以 cl 7 、 12 24 、 Kws 307 、 内葵杂三号 4 个品种较高 , 说
明这些品种的综合产量性状好 , 该主成分可以作为向日葵品种选育中的丰产性指标 ;.0 50 0 )
丫, ) 一 1 . 2 8 9 5 ; 1 . 0X() 0 〕 Y ` ) 一 0 . 5 0 0 0 ; 1 . 0X() ) Y 。 ) 一 0 . 5 0 0 0 。 根据此标准人选的品种有 C 一7 、
KW S3 o 7
、 内葵杂三号 、 一2 24 4 个品种 。
华 北 农 学 报 二9卷
3 讨论
3
.
1对于这 1 8个油用向日葵杂交种而言 , 入. 作为生育期和形态因子 , 在选择品种和亲本时 ,
该指标应适中 ,太大则生育期延长 ,太小则植株偏矮 ,茎秆偏细 , 叶片数少 ,光合产物少 , 影响
产量 ;第二主成分 入: 越大产量将越高 ,并且是通过单盘籽实重和结实率来提高产量 , 故在选择
表 4 18 个品种的主成分值
Y (i
,
1) Y ( i
,
2 ) Y (i
,
3 ) 、 ( i ,4 ) Y( i , 5 )
C 万7
5 9 8
别0
4S 6
C JO I
康地 1 15
K WS 3 0 5
KW S 3 0 1
KW S 3 0 7
巴葵杂二号
巴葵易份四号
内葵杂二号
端20 2
12 24 4
f’5 l
F5 2
G 10 1 (
e k l )
5 3 1(
e k Z )
3
.
5 6 8 9 7
0
.
5 5 6 9 1
4 2 5 170
一 1 .5 7 16
2
.
100 24
1
.
4 0 5 2 3
一 2
.
4 5 6 9 2
0 5 59 6 6
0
.
9 2 5 17
一 2 . 14 7 95
一 0
.
5 6 36 冬
一 2
.
120 1 5
一 1 4 0 3 83
一 1
.
9 77 4 9
一 1 .9 9 3 2 0
一 1
.
0 2 6
一0
.
8 19 8 3
2
一
6 8 9 4 7
3
.
4 8 26 5
0
.
7 69() l 0
一 1 . 8 6 8 10
一 0 7 2 74 3
一 3 3 764 6
一 1 . 0 24 86
一 2 . 3 82 2 3
0
.
7 0 8 3 7
1
.
8 8 0 5 3
一0 . 7 1394
一 .0 8 804
1 2 9 6 5 2
0
.
X() 3 7 0
2
.
2 2 0 3 5
0
.
7 9 7 4 6
一 0 . 0 7 7 8 2
一 0
.
3 9 8 6 8
0
.
2 9 1 34
一 1 2 895 4
0
.
39 6 7 8
一 1 . 796 7 3
一0
.
8 9 5 9 5
1
.
7 8 2 2 2
一 1
.
18 3 2 3
百. 3 8 8 4 2
0
.
5 994 5
3
.
2 8 94 9
一0
.
3 4 5 3 5
0
.
14 5 30
0
.
4 8 3 0 7
一 0
.
8 3 12 0
0
.
15 18 1
一 0
.
7 9 8 0 2
一 8 2 9 2 8
一 1
.
8 1 19 6
1 54 4 7 2
0
.
70 90 1
一 1
.
5 5 0 5 0
一 O3 9 7 9()
一 0
.
3 19 7 2
0
.
4 9 4 05
一 0
.
4 8 6 5 5
一 0
.
2 26 73
0
一
60 7 8 1
一 0 7 6 14 3
一 0
.
6 3 8 2 1
3
.肠 9 12
一 0
.
3 10 2 9
0
.
6 5 17 7
1
.
04 3 2 4
一0
.
5 3 3 4 9
一0 8 5 10 3
一0 3 0 7 9 1
一0
.
19 12 2
一 0 . 7 2 1肠
0
.
7 9 6 7 5
0
.
5 3 4 64
1
.
6 7 9 ! l
一 .0 2 3 9 9 6
0 3 5 5 7 0
一 1
.
4 6 3 4 2
0
.
17 0 5 6
0
.
34以拓
0
.
6 2 6 2 2
0
.
4 9 18 9
一 0
.
0 5 7 8 2
1
.《拓9 80
一 0 . 4 7 13 7
0 6 3 04 6
一 0
.
9 4 3 34
一 2
.
3 96 8
一 0
.
4 07 54
品种或亲本时 ,该主成分值越大越好 ; 入3 与百粒重和籽仁率呈正相关 ,但与单盘粒数和籽实含
油率呈负相关 , 因此 入3应适中 ,不宜过大 ;入4 与盘径和籽实含油率呈正相关 , 但叶片数为较大
的负值 ,故此值以适中为宜 ; 入5与籽实含油率 、 结实率和籽仁率呈正相关 ,在品种和亲本选育
过程中 , 此值越高越好 。
3
.
2 以本文所研究的 18 个油葵杂交种为例 ,选育晚熟和产量 、含油率高的油葵杂交种 ,那么
入, 、 入: 、入5较大 , 入, 、 入; 适中 。 如果选育早熟 、高产 、 优质的油葵杂交种 ,则以 入: 较小 , 入2 、入5较大 ,
入, 、 入; 适中为宜 。
3
.
3 由于主成分值是众多性状生物学信息的凝聚 , 而各主成分之间又互不关联 ,这对于各性
状的选择和简化油用向日葵杂交种的选育程序是有利的 , 随着电子计算机在育种现代化方面
的应用和普及 ,这种方法是可行的 。
51 5
参考文献 :
[I ]卫文星 .竺麻品种主成分分析和遗传距离测定及其在杂交育种中的应用I J ].华北农学报 , 19 4 , 9( 3) : 2 9一 3 ,
12) 李宗仁 .主成分分析和聚类分析在小麦遗传距离上的综合应用[J] .青海大学学报 , 19 95 , 13 (4 ) : 3 8一 .2
3[J 印志同 玉米自交系性状的遗传相关分析和主成分分析 IJ] .扬州大学学报 ,2 0 1, 4( l) : 4 8一 51 .
[’] 曹靖生 .玉米杂交种的主成分分析jIJ .玉米科学 , 19 94 , 2( 1) : 2 1一24 .
l5J 安玉麟 .中国向日葵产业发展的问题与对策 IJ .内蒙古农业科技 , 2 0 4 , ( 4) : 1一
6[J 门果桃 ,安玉麟 , 邻富国 ,等 .油用向日葵部分性状与籽实含油率的相关性研究 IJ] .内蒙古农业科技 , 2 0 ! ,
( 6 )
: 10一 12
.
A P P l i e a t i o n o f P ir n e i P a l C o m P o n e nt A n a ly s i s i n O i l s e e d S u n fl o w e
r
C or s 一b r e e d i n g
L l S u 一P i n g , A N Y u 一 l i n , L l Qi a o 一 z h i
,
M E N G u o 一 t a o , Y U H a i一 fe n g
(C or p I
n s ti tu te In n e r M o n g o l i a A e a d e m y o f A『 i e u t e ar l cS i e n e e s , H u hh o t 0 10 3 1 ,C h i n a )
A b s t ar c t
: P ir n e ip a l e o n 一p o n e n t a n a l y s is w a s e o n d u e t e d t o t e s t 12 i n h e ir t a b l e e ha ar e t e sr i n 18
o i l s e e d s u n fl o w e r e or s s e d v a ir e ti e s
.
T h e er s u l t s h o w e d th a t p ir n e i p a l e o m P o n e n t a n a ly s is w a s a n e -f
fo e t i v e a n d s e i e n t iif e w叮 t o e o m p a er t h e s y s t h e t i e a l i n h e ir t a b le e h a acr t e r s o f e a n d id a t e v a r i e t ie s i n
v a r i e ty 一 e o m p a ir n g t e s t s i n e e th e m e t h o d u s e d to a n a ly z e m u l t i P l e e h a ar e t e r s w a s n l o er s e i e n t iif e
t h a n s i n gl
e y i e ld e h a ar e te r a n a ly s is
.
K e y w o r d s : S u n fl o w e r e r o s s e d v a ir e t y : In h e r i ta b l e e h a ar e t e r : P r i n e i P a l e o m P o n e n t a n a ly s i s