全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2015)03 － 0986 － 05 DOI:10． 16213 / j． cnki． scjas． 2015． 03． 012
收稿日期:2014 － 06 － 10
基金项目:新疆维吾尔自治区财政厅三院专项资金项目“林农
复合种植花生高产栽培技术及模式示范推广”(SY12003);新疆
维吾尔自治区财政林业科技专项资金项目“密植红枣园早期高
效间作模式研究”
作者简介:苗昊翠(1981 －)，女，山东青岛人，助理研究员，研究
方向为农作物品种资源收集与评价，Tel:15199133669，E-mail:
mc09876@ 163． com。
新疆小扁豆种质资源农艺性状的主成分及聚类分析
苗昊翠，李利民，张金波，肖 菁
(新疆农业科学院农作物品种资源研究所，新疆 乌鲁木齐 830091)
摘 要:对资源库中收集保存的 71 份小扁豆种质资源的株高、千粒重、单株分枝数等 8 个农艺性状进行主成分分析和聚类分析。
结果表明:农艺性状前 4 个主成分的累积贡献率为 89． 0917 %;71 份小扁豆种质资源可分成 2 大组群，各个组群都有一定的形态
学特征，其中组群 1 的 25 份种质资源的单株分枝数、单株产量、千粒重等指标都比较大，综合性状表现较好。
关键词:小扁豆;农艺性状;主成分分析;聚类分析
中图分类号:S643． 5 文献标识码:A
Principal Components and Cluster Analysis of Agronomic
Traits of Lentil (Lens culinaris Medik．)in Xinjiang
MIAO Hao-cui，LI Li-min，ZHANG Jin-bo，XIAO Jing
(Institute of Crop Germplasm Ｒesource，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Xinjiang Urumqi 830091，China)
Abstract:The 8 agronomic traits of 71 accessions of Lens culinaris Medik．，including plant height，1000-grain weight，number of primary
branches，etc，were investigated， which were studied with principal components and cluster analysis． The result showed that the cumulative
proportion of the first four of principal components achieved 89． 0917 % ． All these accessions were divided into 2 groups，and each group had
specifically morphological traits． The group 1，including 25 accessions，had more number of primary branches，more yield per plant and
more 1000-grain weight，which indicated that germplasms in group 1 had better morphological traits．
Key words:Lens culinaris Medik．;Agronomic traits;Principal components analysis;Cluster analysis
小扁豆(Lens culinaris Medik．)别名滨豆、兵豆、
洋扁豆、鸡眼豆等，是一年生自花授粉、长日性草本
植物，是世界上第七大食用豆类作物，全世界有 48
个以上的国家种植［1］，它与小麦和大麦同时被驯
化，是种植在北非、西亚、中东、印度次大陆和北美的
重要冷季作物［2］。中国是小扁豆资源比较丰富的
国家，主要分布在西北各省，据初步统计，有 9 个省
区拥有相当数量的小扁豆资源，其中以山西、甘肃、
新疆和内蒙的资源最多，其他地区很少或没有这种
资源［3］。由于小扁豆被种植在相对干旱、瘠薄的土
壤里，受到生物或非生物等因素的限制，并且没有肥
力投入和灌溉等措施，也只是近几年来才被重视和
研究，因此，在食用豆类中小扁豆单产相对较低［4］。
小扁豆既可春播也可秋播，可与禾谷类作物间
作、套种、混种，或用于填闲种植，可作为补救作物。
它能忍受极其恶劣的环境条件，能在连鹰嘴豆都不
能生长的环境中生长并有产量［5］。小扁豆籽粒含
有大量蛋白质、碳水化合物、维生素和矿物质元素，
营养价值较高，其中所含的小扁豆凝集素(LCA)在
医学上也有重要的应用［6］。
目前，新疆虽保存有 70 余份 20 世纪 80 年代收
集的小扁豆资源，但尚未对其进行深入的研究，新疆
小扁豆资源的研究、开发与利用亟待解决。农艺性
状分析具有简单直观、经济有效的优点，至今仍是种
质资源研究的基本途径。本研究拟对保存在新疆农
业科学院农作物品种资源研究所种质库中的小扁豆
种质资源进行农艺性状的主成分与聚类分析，旨在
揭示新疆小扁豆种质资源表型遗传多样性和种质资
源间的遗传关系，为新疆小扁豆种质资源的收集、保
689
西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2015 年 28 卷 3 期
Vol. 28 No. 3
护、研究和利用提供基础依据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
71 份小扁豆地方品种来自新疆农科院农作物
品种资源自然中期保存库，试验材料于 20 世纪 80
年代收集于新疆南北疆各地。
1． 2 试验概况
试验分别于 2010 － 2012 年设在乌鲁木齐近郊
新疆农科院安宁渠综合试验场进行，试验地为灰漠
土，肥力中等偏上(N:64 mg /kg;P2O5:13． 7 mg /kg;
K2O:311． 4 mg /kg)。采用随机区组设计，2 次重复，
每小区长 2 m，宽 1． 2 m，行距 0． 3 m，株距 0． 1 m，每
穴 2 粒，栽培管理措施同大田。农艺性状调查方法
参照《豌豆种质资源描述规范和数据标准》与《绿豆
种质资源描述规范和数据标准》，结合小扁豆育种
目标确定。每小区随机抽取 10 株进行考种，避免取
行头的植株。考察的主要性状包括:株高、单株分枝
数、有效分枝数、单株总荚数、单株粒数、单株粒重、
单株产量、千粒重。
1． 3 数据分析
数据分析采用 DPS6． 5 数据处理系统软件。根
据农艺性状间的遗传相关系数矩阵计算特征根、特
征向量。聚类分析采用欧氏距离法。
2 结果与分析
2． 1 单项性状变异性分析
试验材料 8 个主要农艺性状值及变异情况(表
1 )。从变异系数上可以看出，各性状在遗传上的变
异大小情况，以 8 个主要农艺性状的变异范围及稳
定性进行比较结果，各性状变异系数从小到大依次
为千粒重 ＜株高 ＜单株分枝数 ＜有效分枝数 ＜单株
总荚数 ＜单株粒重 ＜单株粒数 ＜单株产量。试验材
料的变异系数在 6． 52 % ～24． 74 %之间，千粒重的
变异系数最小，为 6． 52 %，而单株产量变异系数最
大，达 27． 74 %，按变异系数将变异程度划分为:较
低 0 ～ 10 %、中等 10 % ～20 %、较高 20 %以上，可
以看出，以千粒重、株高、单株分枝数、有效分枝数的
变异系数较低性状上表现差异不大，稳定性较好;而
单株总荚数、单株粒重、单株粒数、单株产量变异系
数较大，表明材料在这些性状上变异丰富，说明其稳
定性差，因此，选择时标准应适当放宽。
2． 2 主成分分析
从表 2 中可以看出，株高与单株粒重呈负相关，
与单株产量呈显著相关;单株分枝数与有效分枝数、
单株总荚数、单株产量呈极显著正相关;有效分枝数
与单株总荚数、单株产量呈极显著正相关，与单株粒
数呈显著相关;单株总荚数与单株粒数、单株产量呈
极显著正相关，与单株粒重呈显著正相关，因此要获
得较高的产量，首先要提高单株粒重，增加单株分枝
数、有效分枝数、单株总荚数。
对供试材料的 8 个主要农艺性状进行主成分分
析(表 3 ～ 4)，得到 8 个性状遗传相关矩阵的特征根
和对应的特征向量。其中前 4 个特征根在 8 个特征
根中累计贡献率达 89． 0917 %，包含了全部指标的
绝大部分信息。第 1 个主成分的特征值为 3． 5583，
方差贡献率是 44． 4788 %，代表了全部性状信息的
44． 4788 %，是最主要的主成分;第 2 个主成分的特
征值为 1． 581，方差贡献率是，19． 7628 %，是仅次于
第 1 主成分的重要主成分;第 3 个主成分的特征值
是 1． 1348，方差贡献率是 14． 1849 %;第 4 个主成分
的特征值是 0． 8532，方差贡献率是 10． 6653 %;其
他主成分的贡献率逐步减小。前 4 个主成分代表了
全部性状 89． 0917 %的综合信息，因此，可以选取前
4 个主成分为小扁豆性状选择的指标。
由表 3 ～4可知，第 1主成分的特征值是 3． 5583，
表 1 小扁豆品种资源主要农艺性状变异情况
Table 1 Variations of lentil in agronomic traits
平均
Average
最小值
Minimum
最大值
Maximum
极差
Ｒange
标准差
Standard
deviation
变异系数
c． v．(%)
株高 Plant height 50． 0905 36． 1000 66． 8000 30． 7000 6． 3116 12． 60
单株分枝数 Number of primary branches 11． 8284 9． 0000 17． 1000 8． 1000 1． 5485 13． 09
有效分枝数 Effective branch number 11． 0452 8． 2000 16． 4000 8． 2000 1． 4761 13． 36
单株总荚数 Number of pods per plant 248． 8151 117． 0909 407． 2000 290． 1100 52． 4589 21． 08
单株粒重 Seed weight per plant 6． 9871 3． 5900 11． 0000 7． 4100 1． 5470 22． 14
单株粒数 Number of seeds per pod 339． 9924 150． 1818 540． 5000 390． 3200 76． 7758 22． 58
单株产量 Seed weight per plant 30． 4814 12． 5718 60． 4140 47． 8400 7． 5400 24． 74
千粒重 1000-grain weight 24． 3451 20． 3667 27． 5333 7． 1600 1． 5868 6． 52
7893 期 苗昊翠等:新疆小扁豆种质资源农艺性状的主成分及聚类分析
表 2 小扁豆各农艺性状间的相关系数
Table 2 Coefficients of correlation among agronomic traits of lentil
株高
Plant
height，
单株分枝数
Number of
primary
branches
有效分枝数
Effective
branch
number
单株总荚数
Number
of pods
per plant
单株粒重
Seed
weight
per plant
单株粒数
Number of
seeds
per pod
单株产量
Seed
weight
per
plant
千粒重
1000-grain
weight
株高 Plant height 1 0． 14 0． 15 0． 12 － 0． 07 0． 12 0． 24* 0． 16
单株分枝数 Number of primary branches 0． 14 1 0． 95＊＊ 0． 31＊＊ － 0． 07 0． 23 0． 48＊＊ 0． 09
有效分枝数 Effective branch number 0． 15 0． 95＊＊ 1 0． 36＊＊ － 0． 05 0． 28* 0． 51＊＊ 0． 09
单株总荚数 Number of pods per plant 0． 12 0． 31＊＊ 0． 36＊＊ 1 0． 24* 0． 92＊＊ 0． 52＊＊ 0． 03
单株粒重 Seed weight per plant － 0． 07 － 0． 07 － 0． 05 0． 24* 1 0． 25* 0． 06 0． 17
单株粒数 Number of seeds per pod 0． 12 0． 23 0． 28* 0． 92＊＊ 0． 25* 1 0． 56＊＊ 0． 08
单株产量 Seed weight per plant 0． 24* 0． 48＊＊ 0． 51＊＊ 0． 52＊＊ 0． 06 0． 56＊＊ 1 0． 02
千粒重 1000-grain weight 0． 16 0． 09 0． 09 0． 03 0． 17 0． 08 0． 02 1
注:“* ”和“＊＊”分别表示差异达到 0． 05 和 0． 01 的显著水平。
Note:‘* ’and‘＊＊’indicate significant difference at 0． 05 and 0． 01 levels．
贡献率为 44． 4788 %。在第 1 主成分中以单株总荚
数的特征向量值最大，其次是单株粒数。表明单株
总荚数对第 1 主成分的影响最大，其次是单株粒数。
第 2 主成分的特征值是 4． 581，贡献率为 19． 7628
%。第 2 主成分中单株分枝数的特征向量值最大，
其次是有效分枝数。说明单株分枝数对第 2 主成分
影响最大。由第 2 主成分的分向量值可以看出，单
株分枝数、有效分枝数越少则单株总荚数、粒重则会
增加，因此，从产量的角度来考虑第 2 主成分的值不
宜太高，适中即可。第 3 主成分的特征值是 1．
1348，贡献率为 14． 1849 %。第 3 主成分中千粒重
的特征向量值最大，说明千粒重对第 3 主成分的影
响最大。第 4 主成分的特征值是 0． 8532，贡献率为
10． 6653 %，第 4 主成分中株高(负值)的特征向量
值最大，株高增高虽然能够提高单株产量，但将降低
其他产量性状，因此株高不宜过高。
表 3 各性状的特征根与特征向量
Table 3 Characteristic value and characteristic vectors of different traits
性状
Traits
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8
株高 Plant height 0． 164 0． 0173 0． 6047 － 0． 729 0． 2698 0． 0515 － 0． 0164 － 0． 0065
单株分枝数 Number of primary branches 0． 3377 0． 5908 － 0． 0474 0． 0839 0． 1197 － 0． 1174 － 0． 1494 0． 6908
有效分枝数 Effective branch number 0． 3623 0． 5537 － 0． 0502 0． 0816 0． 1029 － 0． 206 0． 0558 － 0． 7048
单株总荚数 Number of pods per plant 0． 4416 － 0． 2702 － 0． 2021 0． 0893 0． 4437 0． 2177 0． 656 0． 0925
单株粒重 Seed weight per plant 0． 3906 － 0． 3803 0． 1325 0． 0199 － 0． 3046 － 0． 7625 0． 0666 0． 0786
单株粒数 Number of seeds per pod 0． 4402 － 0． 352 － 0． 1489 0． 0959 0． 2631 0． 198 － 0． 729 － 0． 1056
单株产量 Seed weight per plant 0． 4224 0． 0492 － 0． 0664 － 0． 1994 － 0． 7359 0． 476 0． 0827 － 0． 0026
千粒重 1000-grain weight 0． 0895 － 0． 0108 0． 738 0． 6306 － 0． 0432 0． 2155 0． 0357 － 0． 0085
表 4 主成分的特征值与累计贡献率
Table 4 Characteristic value and accumulation contribution rate of principal component
编码
No．
特征值
Characteristic values
贡献率(%)
Contribution rate
累计贡献率(%)
Accumulation contribution rate
1 3． 5583 44． 4788 44． 4788
2 1． 581 19． 7628 64． 2416
3 1． 1348 14． 1849 78． 4265
4 0． 8532 10． 6653 89． 0917
5 0． 4768 5． 9605 95． 0523
6 0． 281 3． 5127 98． 565
7 0． 0697 0． 8717 99． 4367
8 0． 0451 0． 5633 100
889 西 南 农 业 学 报 28 卷
表 5 各类型性状的平均值
Table 5 Average of agronomic traits in groups
株高
Plant
height
单株分枝数
Number of
primary
branches
有效分枝数
Effective
branch
number
单株总荚数
Number of
pods
per plant
单株粒重
Seed
weight per
plant
单株粒数
Number of
seeds per
pod
单株产量
Seed
weight
per plant
千粒重
1000-grain
weight
第Ⅰ类群 50． 8804 12． 0532 11． 3676 302． 4030 11． 8454 418． 5203 34． 7192 24． 5746
第Ⅱ类群 50． 3322 11． 4378 10． 5907 213． 6454 8． 0875 292． 9452 26． 0547 24． 5364
0.498 0.996 1.494 1.993 2.4910
1
16
27
3
12
6
22
25
39
41
46
50
49
57
60
63
56
66
61
69
65
32
52
36
40
2
4
8
5
18
19
11
15
13
23
28
34
44
30
48
43
45
67
68
35
51
55
59
70
37
7
9
10
24
26
17
20
21
29
31
42
38
53
47
54
64
58
62
14
33
71
图 1 小扁豆品种(系)性状聚类分析图
Fig． 1 Clustered result of Lens culinaris Medik．
2． 3 小扁豆品种(系)性状聚类分析
聚类结果(图 1)显示，71 份新疆地方小扁豆种
质资源在欧氏距离 d = 0． 498 的水平上，可划分成 2
大类群，说明供试小扁豆种质资源具有一定多样性
的变异。第Ⅰ类群包括 1、16、27、3、12、6、22、25、
39、41 等 25 份材料，占 35 %;第Ⅱ类群包括 2、4、8、
5、18、19、11、15、13 等 46 份材料，占 65 %。各类群
8 个性状的平均值列表 5。由表 5 可知，第Ⅰ类群的
植株表现出株高、单株分枝数、有效分枝数、单株总
荚数、单株粒重、单株粒数、单株产量、千粒重都高于
第Ⅱ类群值。
3 讨论与结论
(1)从小扁豆农艺性状的变异系数来看，单株
产量变异系数最大，千粒重变异系数最小，变异系数
超过 20 %的农艺性状有单株总荚数、单株粒重、单
株粒数、单株产量，表明 71 份材料在这些性状上变
异丰富。从农艺性状的相关性分析来看，要获得小
扁豆的高产需要提高单株总荚数与单株粒数，降低
株高、单株分枝数与有效分枝数。
9893 期 苗昊翠等:新疆小扁豆种质资源农艺性状的主成分及聚类分析
(2)主成分分析是把原有多个性状(或指标)简
化为少数几个新的综合性状(或指标)的一种统计
方法，所得到新的综合性状(或指标)即为主成分。
主成分分析在花生［7 ～ 8］、黍稷［9］等的农艺性状的研
究中都有应用。通过对 71 份小扁豆种质资源的 8
个农艺性状进行主成分分析可以看出，前 4 个主成
分所提供的信息量占全部信息量的 89． 0917 %，单
株粒数是影响第一主成分的关键因子，为提高产量
可以选择单株粒数高、单株分枝数、有效分枝数、株
高较低的品种。在小扁豆育种中应根据不同的育种
目标加强对相应主成分因子的选择，这样有利于更
快选育出新品种(新品系)。
(3)聚类分析的依据是遗传距离，遗传距离大
的品种分在不同的类，遗传距离小的品种分在同一
类［10］。遗传距离的计算依赖于各性状的表现型，而
表现型是受基因型和环境共同影响的。只有严格控
制环境的一致性，才能得到更准确的聚类分析结
果［11］。通过聚类结果可以看出，71 份小扁豆材料
被分成两个类群，第Ⅰ类群各项指标明显优于第Ⅱ
类群。其中来自不同地区的小扁豆品种被划分为同
一类群，说明小扁豆品种的遗传差异与地理位置的
远近并不相关。这与其他学者的研究结果一致［12］。
因此，育种工作者在选配亲本组合时可以在不同类
群间选择，而不必考虑地理位置的情况。聚类分析
的结果对于指导亲本选择，合理搭配组合确实有实
际意义［13］，但是依据农艺性状的聚类分析结果不稳
定，究其原因是田间试验难于控制环境因素。因此，
为更好地进行小扁豆育种可以通过农艺性状聚类分
析的结果与用分子标记方法分类结果结合起来评价
种质资源效果可能会更好。
(4)产量是生产中要追求的最终目的，是各种
因素对作物影响的一个综合表现。小扁豆的产量与
其他的作物相比是非常低的，因此，如何提高小扁豆
的产量及配套栽培技术是生产实践中十分关键的。
小扁豆作为耐干旱、耐瘠薄的冷季作物，更适宜新疆
北疆地区种植，可作为山区恶劣环境下的农业主栽
作物。另外，小扁豆的生育期较短，南疆可以发挥小
扁豆株型丛生、矮秆等优势，充分利用果林间有限空
间进行间作、套作、复播，这即可提高南疆果林间单
位面积利用率，又可提高单位面积产量和产值，提高
少数民族人民收入。
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(责任编辑 陈 虹)
099 西 南 农 业 学 报 28 卷