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白羊草主要生产性能构成因子分析



全 文 :*通讯作者,E-mail:dongkuanhu@126.com
收稿日期:2013-02-22;修回日期:2013-04-01
基金项目:山西省科技攻关项目(20120311011-1);山西省科技
基础条件平台建设项目(2012091004-0101);教育部高等学校博士学
科点专项科研基金(20101403110002)资助
作者简介:武路广(1988- ),男,山西晋城人,在读硕士研究生,
从事牧草抗逆性研究,E-mail:wluguang@yahoo.com.cn.
文章编号:1673-5021(2013)04-0061-05
白羊草主要生产性能构成因子分析
武路广,霍梅俊,董宽虎*
(山西农业大学动物科技学院,山西 太谷 030801)
摘要:对采自山西省不同地区的10个白羊草居群的10个生产性能指标进行相关性分析和主成分分析,结果表
明:10个指标中干草产量变异系数最大(29.90%),株丛密度最小(11.55%);白羊草不同居群间,除株丛密度外其他
生产性能指标差异均达到极显著水平(P<0.01);干草产量与株丛密度呈负相关,与花序重、小穗数、单株产量、单株
茎重、单株叶重、结实率、茎叶比和千粒重均为正相关,单株产量与单株茎重、单株叶重呈极显著正相关(P<0.01)。
主成分分析表明,前3个主成分因子中特征向量最大的分别为单株叶重、千粒重和小穗数,3个主成分因子累计贡献
率达到78.609%。
关键词:白羊草;生产性能;相关分析;主成分分析
中图分类号:S543.9   文献标识码:A
  白羊草[Bothriochloa ischaemum(L.)Keng]是
禾本科孔颖草属的多年生优良牧草,具有产量高、耐
刈牧、抗逆性强等特点,可作为终年放牧地提供优质
饲草资源[1~6]。目前,有关白羊草的群落生态和生
物学特性等方面都有一些相关研究报道。对白羊草
群落生态的研究表明,水因子是影响白羊草群落类
型分布和生物量的主导因子[3,5],白羊草草地在极
旱年份的生产力累积呈双峰曲线,而在平常年份为
单峰增长曲线[7]。白羊草在群落中占明显的优势地
位,有很强的环境适应能力,在旱生、中旱生环境中
都能生长[3]。对白羊草群落物种多样性研究表明,
组成白羊草群系的植物种类丰富,群系物种多样性
指数的大小受生境和人为活动的综合影响[4]。对山
西白羊草灌草丛草地牧草产量的3年动态研究表
明,白羊草灌丛草地牧草产量的各年度动态曲线均
呈单峰型,季节动态规律较稳定,8月份是该类草地
利用的最佳时期,此时牧草粗蛋白质产量与干草产
量都达到高峰[8]。有关白羊草株丛数量性状的研究
显示,白羊草平均株高基本呈“缓慢增长-快速增长
-缓慢增长”的趋势进行动态变化[9],白羊草种群生
殖分蘖株的株高与花序长度之间呈正相关,与生殖
生长比率呈负相关,白羊草种群生殖株的株高与每
个花序生产的种子数量及其籽粒千粒重之间呈正相
关,与结实率呈负相关[10]。白羊草属于典型的下繁
草,产草量大部分集中在地上部分的下层[9],其根系
发达,有利于保持水分和固持土壤。
我国白羊草种质资源丰富,但现在还处于待开
发状态,鲜有学者对白羊草种质资源进行系统的研
究和筛选,到目前为止尚未有本土育成的优良栽培
品种。为了充分利用山西野生白羊草种质资源,以
采自山西省10个不同地区的野生白羊草为材料,对
其生产性能进行分析和评价进而筛选优良白羊草种
质,为进一步利用白羊草种质资源和培育本土优良
牧草品种提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地位于山西农业大学动物科技试验站内,
地理位置112°23′E、37°25′N,海拔799m。属温暖带
气候,年均气温9.5~10.5℃,年均降水量450~
490mm,初霜期约在10月上旬,终霜期在5月初,无
霜期160~165d,土壤为石灰性褐土。
1.2 试验材料
试验材料为2010年从山西省不同地区分别采
集的10个自然居群野生白羊草,各居群采集地信息
见表1。
1.3 试验设计
试验采用完全随机区组设计,重复3次,共30
个小区,小区面积1.8m×3.6m。2011年6月播种,
播种量为15.43kg/hm2,播深2cm,每小区播种5
行,行距30cm。自播种后不施肥,入冬前冬灌、翌年
—16—
第35卷 第4期
Vol.35 No.4
         
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
         
2013年7月
Jul.2013
表1 10个白羊草居群材料的来源
Table 1 Source of 10 Bothriochloa ischaemumpopulations
居群编号
Code of
population
来源
Origin
经纬度
Longitude and latitude
海拔(m)
Altitude(m)
1 原平市 112°46′03.8″E,38°57′26.4″N  842
2 沁源县 112°40′35.0″E,36°44′47.5″N  1003
3 阳高县1  113°48′32.1″E,40°25′43.9″N  1169
4 太谷县 112°34′41.2″E,37°21′43.9″N  978
5 临汾市 111°38′12.3″E,35°59′31.2″N  1007
6 平定县 113°40′35.3″E,37°43′07.3″N  863
7 方山县 111°20′44.8″E,38°00′14.2″N  1321
8 芮城县 110°36′37.7″E,34°41′28.5″N  518
9 阳高县2  113°38′43.5″E,40°14′46.8″N  1125
10 襄汾县 111°16′09.7″E,35°55′58.0″N  585
返青前春灌各1次,田间不定期人工除杂,小区外围
设置保护围栏。生产性能指标从白羊草播种后第二
年开始测定。
1.4 测定项目及方法
测定项目包括:(1)干草产量;成熟期每小区选
长势均匀地段,取20cm样线,重复5次,齐地面刈
割后65℃烘干至恒重,计算每公顷干草产量。(2)
花序重;成熟期每小区随机采集10株植株的花序,
称其干重后计算平均值。(3)株丛密度;成熟期每小
区选长势均匀地段,取20cm样线测定株丛数,重复
3次,计算每平米株丛数。(4)小穗数;成熟期每小
区随机采集10株植株的花序,测定小穗数后计算平
均值。(5)单株产量;开花期每小区随机采集10株
植株,齐地面刈割后65℃烘干至恒重,称其干重后
计算平均值。(6)单株茎重;开花期每小区随机采集
10株植株,齐地面刈割后分离茎叶,65℃烘干至恒
重,称其茎干重后计算平均值。(7)单株叶重;开花
期每小区随机采集10株植株,齐地面刈割后分离茎
叶,65℃烘干至恒重,称其叶干重后计算平均值。
(8)结实率;成熟期每小区随机采集10株植株的花
序,测定单株饱满种子数。结实率(%)=(单株饱满
种子数/单株小穗数)×100%。(9)茎叶比;开花期
在各小区内随机选取具有代表性的地段5处,每处
选5株,齐地面剪下,迅速分出茎(Sg)、叶(Lg)各部
(分离叶片时不带叶鞘),分别称其鲜重计算茎叶比,
茎叶比(%)=(1∶Lg/Sg)×100%。(10)千粒重;成
熟期每小区随机测定200粒种子重量,重复3次,计
算1000粒种子重量。
1.4 数据处理
数据用Excel 2007统计,SPSS 19.0分析软件
进行方差分析,采用主成分分析和聚类分析来评价
不同居群间产量性状变异程度,并根据生产性能差
异对不同居群白羊草进行分类。
2 结果与分析
2.1 白羊草生产性能指标的变异分析
对10个白羊草居群间生产性能的方差分析
结果可以看出,来自不同生境的白羊草植株都表
现出了很大的差异性,各性状的变异系数从大到
小依次为干草产量>花序重>小穗数>单株叶重
>单株茎重>单株产量>结实率>茎叶比>千粒
重>株丛密度(表2)。其中,干草产量的变异系数
最大,为29.90%,其次为花序重(28.09%),说明
各居群间干草产量和花序重的差异最大。株丛密
度变异系数最小,为11.55%,说明其在各居群间
变异程度最小。方差分析结果表明(表2),不同居
群间生产性能指标及不同区组间差异均达到显著
水平(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。10个
野生白羊草居群的10个生产性能指标,除株丛密度
外其他指标的差异均达到极显著水平(P<0.01)。
2.2 生产性能指标间的相关分析
对性状之间的相关性进行分析可以了解对目
标性状产生影响的其他性状,以便在育种时能够
合理选择性状。对不同居群白羊草的10个生产
性能指标的相关分析表明(表3):单株产量与单株
茎重、单株叶重呈极显著正相关(P<0.01),单株
叶重与单株茎重呈极显著正相关(P<0.01),单株
叶重与结实率呈极显著正相关(P<0.01);花序数
与小穗数、单株产量、单株叶重呈显著正相关(P<
0.05),小穗数与单株叶重、茎叶比呈显著正相关
(P<0.05),结实率与单株产量、单株茎重呈显著
正相关(P<0.05);干草产量与株丛密度呈较弱负
相关(γ=-0.003),与花序重、小穗数、单株产量、
单株茎重、单株叶重、结实率、茎叶比和千粒重均
为正相关。
2.3 生产性能指标的主成分分析
主成分分析表明(表4、表5),前3个主成分特
征值的累积贡献率达78.609%。其中,第1主成分
的特征值为4.491,贡献率为44.909%;第1主成分
中单株叶重的特征向量最大,为0.461,其次是单株
产量(0.421)、单株茎重(0.386);因此,可将第1主
成分称为单株叶重因子。第2主成分的特征值是
—26—
中国草地学报 2013年 第35卷 第4期
表2 10个白羊草居群主要生产性能的变异情况及F值
Table 2 Variation and F value of main performance traits of 10 Bothriochloa ischaemumpopulations
性状 干草产量
花序重 株丛密度 小穗数 单株产量 单株茎重 单株叶重 结实率 茎叶比 千粒重
Traits  Hay yield
Inflorescence
weight
Tiler
density
Spikelets
per plant
Yield per
plant
Stem weight
per plant
Leaf weight
per plant
Seed setting
rate
Stem-leaf
ratio
Thousand-
grain weight
平均值 13.37  1.12  1994  147.40  1.15  0.93  0.23  0.31  24.52  0.70
最大值 20.69  1.84  2180  237.50  1.57  0.91  0.30  0.38  30.46  0.88
最小值 7.83  0.68  1380  100.17  0.78  0.61  0.17  0.21  17.92  0.57
标准差 4.00  0.31  230.30  40.57  0.24  0.20  0.05  0.06  3.71  0.09
极差 12.86  1.17  800.00  137.33  0.79  0.30  0.13  0.17  12.54  0.31
变异系数(%) 29.90  28.09  11.55  27.52  21.23  21.37  24.24  19.82  15.13  13.19
区组间F值 44.255** 26.014** 28.561**11.679** 5.267* 25.751** 17.127** 14.595** 20.719** 33.952**
品种间F值 124.767** 33.091** 2.992* 8.869** 8.320** 20.609** 8.769** 8.467** 9.018** 18.075**
  注:“*”为P<0.05,“**”为P<0.01;下表同。
Note:* mean P<0.05,** mean P<0.01.The same as below.
表3 10个白羊草居群主要生产性能指标间的相关系数
Table 3 Coefficients of correlation among main performance traits of 10 Bothriochloa ischaemumpopulations
性状 干草产量
花序重 株丛密度 小穗数 单株产量 单株茎重 单株叶重 结实率 茎叶比 千粒重
Traits  Hay yield
Inflorescence
weight
Tiler
density
Spikelets
per plant
Yield per
plant
Stem weight
per plant
Leaf weight
per plant
Seed setting
rate
Stem-leaf
ratio
Thousand-
grain weight
干草产量 1
花序重 0.331  1
株丛密度 -0.003 -0.013  1
单株小穗数 0.123  0.707* -0.268  1
单株产量 0.409  0.582* -0.148  0.375  1
单株茎重 0.352  0.521 -0.135  0.255  0.988** 1
单株叶重 0.528  0.654* -0.152  0.676* 0.883** 0.802** 1
结实率 0.368  0.305 -0.356  0.451  0.669* 0.616* 0.731** 1
茎叶比 0.360  0.178 -0.010  0.623* -0.057 -0.203  0.405  0.230  1
千粒重 0.415 -0.064  0.404 -0.008 -0.027 -0.062  0.113 -0.291  0.292  1
1.871,贡献率为18.708%;影响第2主成分的特征
向量主要是千粒重(0.575),其次为茎叶比(0.528);
因此,第2主成分可以称为千粒重因子。第3主成
分的特征值为1.499,贡献率为14.992%;小穗数在
第3主成分中的特征向量最大,为-0.466,其次为
株丛密度(0.442)、茎叶比(-0.430);因此,将第3
主成分称为小穗数因子。
3 讨论
3.1 据方差分析结果可以看出,10个白羊草居群
间生产性能表现出了很大的差异性,变异系数越大
说明供试白羊草品种在该性状上的变异程度越大,
通过育种、驯化和改善栽培条件等措施可以使这类
性状在一定程度上得到改善和提高。另外,10个野
生白羊草居群的生产性能指标(除株丛密度外)差异
均达到极显著水平(P<0.01),表明山西野生白羊
草种质资源遗传多样性丰富,具有从中选育出具有
优良性状白羊草品种的极大潜力。
3.2 对白羊草生产性能指标的相关性分析结果显
表4 10个生产性能指标相关矩阵的特征值、
贡献率和累积贡献率
Table 4 Character value contribution proportion
and cumulative contribution proportion of correlation matrix
of 10main performance traits
主成分 特征值 贡献率
累积贡献率
Principal
component
Character
value
Contribution
proportion(%)
Cumulative
contribution
proportion(%)
1  4.491  44.909  44.909
2  1.871  18.708  63.617
3  1.499  14.992  78.609
4  0.955  9.551  88.160
5  0.553  5.528  93.687
6  0.469  4.693  98.380
7  0.151  1.508  99.889
8  0.009  0.090  99.979
9  0.002  0.021  100.000
10  0.000  0.000  100.000
示,不同性状之间存在着紧密的联系。不同居群间
白羊草的单株茎重和单株叶重作为单株产量的构成
因子随单株产量增加而增加。小穗数、单株产量和
单株叶重随花序重增加,单株叶重、单株产量和单株
—36—
武路广 霍梅俊 董宽虎   白羊草主要生产性能构成因子分析
表5 选取的主成分对应的特征向量
Table 5 Eigenvector of the selected principal components
性状
Traits
第1主成分
The first
principal
component
第2主成分
The second
principal
component
第3主成分
The third
principal
component
干草产量 0.256  0.327  0.247
花序重 0.344  0.060 -0.047
株丛密度 -0.117  0.332  0.442
小穗数 0.325  0.184 -0.466
单株产量 0.421 -0.179  0.279
单株茎重 0.386 -0.251  0.350
单株叶重 0.461  0.081  0.034
结实率 0.367 -0.182 -0.127
茎叶比 0.150  0.528 -0.430
千粒重 -0.003  0.575  0.348
茎重随结实率升高,这都反映了植株的生殖生长对
产量增长有积极影响。株丛密度与干草产量、花序
重、小穗数、单株产量、单株叶重、单株茎重、结实率
和茎叶比都呈负相关关系,即株丛密度过大可能会
限制产量的增长,说明株丛密度是白羊草产量的一
个主要限制因子,在栽培时应注意控制植株密度以
减小其对产量的影响。除株丛密度外其他生产性能
指标与干草产量都为正相关关系,说明这些性状的
改善都可以提升干草产量的表现。
3.3 生产性能指标的主成分分析共提取了累积贡
献率达到78.609%的3个主成分因子,其中第1主
成分特征值为4.491,累积贡献率为44.909%。单
株产量、单株茎重、单株叶重在第1主成分中均有较
高的特征向量,而且单株叶重和单株茎重都是单株
产量的体现,所以第1主成分主要反映的是单株产
量,其值越大对产量提升越有利。另外,在第1主成
分中,株丛密度特征向量为负值,这也间接反映了株
丛密度与产量间存在相互制约的关系。千粒重在第
2主成分中特征向量最高,其次为茎叶比,这两个指
标分别体现了植株种子质量与茎叶比例对第2主成
分的影响,反映了植株的整体品质特性,即第2主成
分值越大植株的品质越优秀。第3主成分中小穗数
的特征向量最大,主要反映了植株种子的生产性能。
另外,株丛密度对第3主成分的影响也较大,且与小
穗数特征向量值符号相异,说明株丛密度增大也会
影响到植株种子的生产性能,因此在选育品种时要
根据需要尽量均衡两者表现。
4 结论
综合以上分析可以发现,山西白羊草种质资源
遗传多样性较为丰富,造成不同居群同种植物表型
和生产性能差异的原因除了遗传因素的作用外[11],
与不同生境环境对其影响也密不可分[12]。白羊草
不同生产性能指标间既存在紧密联系又有相互制
约,在育种过程中要根据育种目标合理地对各指标
进行均衡。主成分分析提取的3个主成分值可以分
别反映有关白羊草单株茎叶产量、整体品质水平和
种子生产性能等方面的大部分信息,可以为目标性
状的选取提供科学依据。因此,在今后的育种过程
中结合以上的分析结果可以对不同居群白羊草的生
产性能进行较为精细地选择,但是要最终确定选育
对象还需结合农艺性状、营养水平和抗逆性等方面
的表现进一步筛选。
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ic diversity analysis of 12 Bromus inermis Leyss populations
based on RAPD markers[J].Chinese Journal of Grassland,
2011,33(2):25-30.
Analysis on the Main Production Performance Components
of Bothriochloa ischaemum (L.)Keng
WU Lu-guang,HUO Mei-jun,DONG Kuan-hu
(College of Animal Science and Veterinary Medicine,Shanxi Agricultural
University,Taigu030801,China)
Abstract:In order to provide theoretic basis to breed a new variety of Bothriochloa ischaemum (L.)
Keng,10production indexes of 10populations of B.ischaemumcolected in different regions of Shanxi
were evaluated by correlation analysis and principal component analysis.The results showed that hay yield
represented the maximum variation coefficient(29.90%),and tiler density had the minimum variation co-
efficient(11.55%).Production indexes among different populations were significantly different(P<0.01)
except tiler density.Inflorescence weight,spikelets per plant,yield per plant,stem weight per plant,leaf
weight per plant,seed setting rate,stem-leaf ratio and thousand-grain weight were positively correlated
with hay yield,while tiler density was negatively correlated with hay yield.The correlations between
stem weight per plant,leaf weight per plant and yield per plant were significantly positive(P<0.01).The
cumulative contribution proportion of 3extracted principal component factors was leaf weight per plant,
thousand-grain weight and spikelets per plant,were up to 78.609%.
Key words:Bothriochloa ischaemum (L.)Keng;Production performance;Correlation analysis;Prin-
cipal component analysis
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武路广 霍梅俊 董宽虎   白羊草主要生产性能构成因子分析