全 文 ：第２１卷　第３期
　Vol．２１　 No．３
草　地　学　报
ACTA AGRESTIA SINICA
　　　　　２０１３年 ５月
　 May　２０１３
doi:１０．１１７３３/j．issn．１００７Ｇ０４３５．２０１３．０３．０３３
山西不同居群白羊草主要农艺性状评价
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:为筛选和合理利用白羊草(Bothriochloaischaemum (L．)Keng)种质资源提供理论依据,利用主成分分析和
聚类分析对采自山西省不同地区的１０个白羊草居群的１３个主要农艺性状进行分析和评价.结果表明:白羊草各
居群间除小穗数外其他农艺性状差异均达极显著水平(P＜０．０１).主成分分析得到累计贡献率为８６．９２７％的４个
主成分,根据主成分分析结果对不同居群白羊草进行聚类分析,共得到４个类群,其中第１类群即临汾、芮城和太
谷这３个白羊草居群综合表现最好.
关键词:白羊草;农艺性状;主成分分析;聚类分析
中图分类号:S５４３．９　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:１００７Ｇ０４３５(２０１３)０３Ｇ０６２６Ｇ０５
EvaluationofMainAgronomicTraitsfromtheDifferentPopulations
ofBothriochloaischaemum (L．)KenginShanxi
WULuＧguang,HUOMeiＧjun,DONGKuanＧhu∗
(ColegeofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,ShanxiProvince０３０８０１,China)
Abstract:Inordertoprovidetheoreticalbasisforreasonablyselectingandutilizingthegeneticresourcesof
Bothriochloaischaemum (L．)Keng,thirteenagronomictraitsfromtenpopulationsofB．ischaemumwere
evaluatedbyprincipalcomponentandclusteranalysis．Resultsshowedthatagronomictraitsexceptfor
spikeletsweresignificantlydifferentamongpopulations(P＜０．０１)．Thecumulativecontributionrateof
fourextractedprincipalcomponentfactorswas８６．９２７％inprincipalcomponentanalysis．DifferentpopulaＧ
tionsofB．ischaemumwereclusteredinto４groupsbasedontheresultsofprincipalcomponentanalysis．
Thegeneralperformanceofgroup１includingthepopulationsofLinfen,RuichengandTaiguwasthebest．
Keywords:Bothriochloaischaemum (L．)Keng;Agronomictraits;Principalcomponentanalysis;Clusteranalysis
　　在生产过程中,由于种植目的不同,经常对牧草
的农艺性状提出不同的要求.例如,防风固沙、保持
水土时需要牧草茎秆粗壮,根系发达,而作为放牧饲
草时,又需要牧草性状以叶量丰富,产量充足为主.
牧草的形态特征变化是其对环境变异的一种直接表
现,也是影响其生存的主要因素之一[１].因此有必
要对牧草,特别是区域性的主要牧草农艺性状进行
有效准确地评价,以便合理有效利用牧草资源.白
羊草(Bothriochloaischaemum (L．)Keng)为禾本
科孔颖草属多年生暖季型牧草,丛生,具匍匐茎,具
有高产、耐牧、抗侵蚀、适口性好、生活力强等特
点[２Ｇ３].白羊草是山西暖性灌草丛草地的建群种,白
羊草草地是山西中南部低山丘陵区的主要草地类
型,也是山西省草地资源最重要的组成部分[４].目
前,对白羊草的研究主要在生态[５]、抗逆性[６Ｇ７]、光
合[８]、营养[９Ｇ１０]和组织培养[１１Ｇ１２]等方面,而对白羊
草种质资源的农艺性状研究甚少.要对农艺性状
进行评价,通常需要选取尽可能多的农艺性状指
标进行观测,但是这些农艺性状指标之间信息往
往相互重叠,难于分析.因此,为了对众多农艺性
状指标间的关系进行有效准确地分析,需要借助
主成分分析和聚类分析方法.本研究通过对来自
山西１０个不同居群白羊草的１３个农艺性状进行
主成分分析和聚类分析,旨在对白羊草种质资源
进行客观评价,为今后选育驯化高产白羊草种质
资源提供科学依据.
收稿日期:２０１２Ｇ１１Ｇ１９;修回日期:２０１３Ｇ０３Ｇ０８
基金项目:山西省科技攻关项目(２０１２０３１１０１１Ｇ１);山西省科技基础条件平台建设项目(２０１２０９１００４Ｇ０１０１)资助
作者简介:武路广(１９８８Ｇ),男,山西晋城人,硕士研究生,研究方向为牧草抗逆性研究,EＧmail:wluguang＠yahoo．com．cn;∗通信作者 AuＧ
thorforcorrespondence,EＧmail:dongkuanhu＠１２６．com
第３期 武路广等:山西不同居群白羊草主要农艺性状评价
１　材料与方法
１．１　试验地概况
试验地设在山西农业大学草业科学试验地,地
理位置E１１２°２３′,N３７°２５′,海拔７９９m,属温暖带
气候.年均温９．５~１０．５℃,最热月均温２３．５~
２４􀆰０℃,最冷月均温－６．５~－５．０℃,年均降水量４５０
~４９０mm,初霜期在１０月上旬,终霜期在５月初,无
霜期１６０~１６５d,土壤为石灰性褐土[１３].
１．２　试验材料
２０１０年１０月１５日－１１月７日从山西省不同
地区分别采集了１０个自然居群的白羊草,各居群采
集地信息如表１所示.
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.２０１１年６月２４日播种,播种前深翻土地
并耙平,人工开沟条播,播种量为１５．４３kg􀅰hm－２,
播种深度为２cm,小区面积１．８m×３．６m,每小区
播种５行,行距３０cm,播种前３d灌水１次,播种前
后均不施肥.入冬前冬灌一次,翌年返青前春灌一
次,田间不定期人工除杂,小区外围设置保护围栏.
表１　材料来源及生境条件
Table１　Sourceandhabitatofmaterial
居群编号
PopulationNo．
来源
Locations
经纬度
Longitude&latitude
海拔
Altitude/m
年降水量
Annualrainfal/mm
年均温
Annualtemperature/℃
无霜期
FrostＧfreeperiod/d
Pop１ 原平市 Yuanpingcity E１１２°４６′N３８°５７′ ８４２ ４２９ ８．４ １５０
Pop２ 沁源县 Qinyuancounty E１１２°４０′N３６°４４′ １００３ ６５６ ８．７ １８０
Pop３ 阳高县(Ⅰ)YanggaocountyⅠ E１１３°４８′N４０°２５′ １１６９ ４００ ７．１ １３６
Pop４ 太谷县 Taigucounty E１１２°３４′N３７°２１′ ９７８ ４５０ １０．０ １６０
Pop５ 临汾市 Linfencity E１１１°３８′N３５°５９′ １００７ ５００ １２．７ １９０
Pop６ 平定县Pingdingcounty E１１３°４０′N３７°４３′ ８６３ ５３７ １１．０ １８０
Pop７ 方山县Fangshancounty E１１１°２０′N３８°００′ １３２１ ４００ ８．４ １４０
Pop８ 芮城县 Ruichengcounty E１１０°３６′N３４°４１′ ５１８ ５１３ １２．８ ２３０
Pop９ 阳高县(Ⅱ)YanggaocountyⅡ E１１３°３８′N４０°１４′ １１２５ ４００ ７．１ １３６
Pop１０ 襄汾县 Xiangfencounty E１１１°１６′N３５°５５′ ５８５ ５２９ １２．５ ２０５
１．４　测定项目
２０１２年开始观测记录,进入生育期后在各小区
内随机选取１０株测定各指标,长度、宽度用钢卷尺
测量,秆粗用游标卡尺测量,各指标均取平均值进行
计算.株高(X１):成熟期测定植株拉直高度(cm).
秆分枝数(X２):成熟期测定单株茎秆结节处分生出
的枝条数量.总状花序长(X３):成熟期测定植株单
株花序轴上分枝的单个总状花序的长度(cm).小
穗数(X４):成熟期测定植株单株花序轴上分枝的单
个总状花序的小穗数.总花序长(X５):成熟期测定
植株总花序基部结节处至花序顶端的长度(cm).
总状花序数(X６):成熟期测定植株单株花序轴上分
枝的总状花序的数量.节间长(X７):成熟期测定植
株从基部至顶端各节间长(cm).节数(X８):成熟期
测定植株从基部至顶端的总节数.秆粗(X９):开花
期用游标卡尺测量植株基部第 ３ 节间处直径
(mm).叶片数(X１０):成熟期测定植株叶片数.叶
长(X１１):开花期测定穗下第２片叶长度(cm).叶
宽(X１２):开花期测定叶长时取该叶片最宽处测定叶
宽(cm).叶片长宽比(X１３):开花期测定叶长、叶宽
后,计算叶片长宽比.下文表中各指标代码同此.
１．５　数据处理
数据用Excel２００７和SPSS１９．０进行单因素
方差分析、主成分分析和聚类分析,以评价不同居群
间农艺性状的变异程度,分析影响不同居群表型变
化的主要性状,并根据农艺性状分化差异对不同居
群白羊草进行分类.
２　结果与分析
２．１　不同居群白羊草农艺性状的差异
对１０个白羊草居群１３个农艺性状变异系数进
行比较(表２),其中总状花序数的变异系数最大,其
次为株高,说明各居群间总状花序数和株高的差异
最大.变异系数最小的为小穗数,说明其在各居群
间变异程度最小.对１３个农艺性状分别进行方差
分析(表２),结果表明,除小穗数无显著差异外,不
同居群间其他农艺性状及不同区组间差异均达到极
显著水平(P＜０．０１).
７２６
草　地　学　报 第２１卷
２．２　农艺性状间的相关分析
不同居群间白羊草总花序长与总状花序数、节
数、叶长成极显著正相关(P＜０．０１)(表３).株高与
总状花序长、秆粗,总花序长与总状花序长,节数与
总状花序数,叶片数与秆分支数、总花序长,叶长与
小穗数、总状花序数、节间长、叶片数,叶宽与总状花
序长、节间长、秆粗、叶长均成显著正相关关系(P＜
０􀆰０５).
表２　１０个白羊草居群主要农艺性状的变异情况及F值
Table２　VariationsandFvaluesofmainagronomictraitsof１０Bothriochloaischaemumpopulations
性状Traits X１ X２ X３ X４ X５ X６ X７ X８ X９ X１０ X１１ X１２ X１３
平均值 Mean ９４．４１ ４．３１ ６．１６ ２０．３２ ９．３７ ７．３５ ７．３９ １４．４１ ２．０７ ２７．８５ １４．３０ ０．４７ ３１．４０
最大值 Max． １２４．７６ ５．４０ ７．９４ ２１．６７ １１．０６ １０．９３ ８．３７ １６．６７ ２．２５ ３３．６７ １６．８８ ０．５３ ３６．９５
最小值 Min． ７５．８５ ３．６０ ５．５１ １９．０２ ８．２５ ５．７３ ５．６４ １２．４０ １．７０ ２３．２７ １０．６５ ０．４２ ２４．８６
标准差SD １７．８３ ０．６５ ０．６８ ０．７５ ０．９５ １．５４ ０．９１ １．４２ ０．１８ ３．２４ １．８９ ０．０４ ３．７２
极差Range ４８．９１ １．８０ ２．４３ ２．６５ ２．８１ ５．２０ ２．７３ ４．２７ ０．５５ １０．４０ ６．２３ ０．１１ １２．０９
变异系数/％
Variationcoefficients
１８．８９ １５．０６ １０．９９ ３．６７ １０．１８ ２０．９０ １２．３８ ９．８５ ８．９２ １１．６３ １３．２０ ７．７８ １１．８４
区组间F值
Fbetweenblocks １７．６７７
∗∗３９．１８３∗∗ ８．０１７∗∗ １３．７３０∗∗２１．２１３∗∗ １２．５０３∗∗ ２５．１４１∗∗ １８．４３０∗∗１３．６９９∗∗ ２９．７１５∗∗ ２１．２９９∗∗２１．０８８∗∗ ２７．６００∗∗
居群间F值
Famongpopulations
１０６．７６３∗∗ ６．４８２∗∗ ９．４１８∗∗ １．２５６ ４２．５４９∗∗ ３６．３２９∗∗ １９．７０８∗∗ １４．０２７∗∗ ３．７７６∗∗ ４．０９５∗∗ ９．０４６∗∗ ３．９１２∗∗ ２４．４８３∗∗
　　注:∗表示在０．０５水平下显著相关;∗∗表示在０．０１水平下显著相关,下同
Notes:∗indicatessignificantdifferenceatthe０．０５level;∗∗indicatessignificantdifferenceatthe０．０１level,thesameasbelow
表３　１０个白羊草居群主要农艺性状间的相关系数
Table３　Correlationcoefficientsoftheagronomictraitsof１０Bothriochloaischaemumpopulations
性状 Traits X１ X２ X３ X４ X５ X６ X７ X８ X９ X１０ X１１ X１２ X１３
X１ １
X２ －０．１０１ １
X３ ０．６９７∗ －０．０９３ １
X４ ０．００９ －０．３１２ ０．０９２ １
X５ ０．４９０ ０．１０６ ０．５６９∗ ０．４０２ １
X６ ０．１５６ －０．３４１ ０．３８６ ０．５４１ ０．７４９∗∗ １
X７ ０．４５４ ０．２８４ ０．４３９ －０．１１３ ０．２７６ ０．０５７ １
X８ ０．３７３ －０．１７３ ０．１９０ ０．２７４ ０．７４５∗∗ ０．５９５∗ －０．２９２ １
X９ ０．５５５∗ －０．２５０ ０．３９８ ０．５０３ ０．３４１ ０．３２８ ０．５４７ ０．０３２ １
X１０ －０．１１２ ０．５７２∗ ０．３３０ ０．１４７ ０．５６３∗ ０．２９４ ０．０６０ ０．２０８ －０．２７８ １
X１１ ０．２６５ ０．２８３ ０．５０３ ０．５５４∗ ０．７３３∗∗ ０．６０７∗ ０．５５５∗ ０．１５８ ０．４７１ ０．６１９∗ １
X１２ ０．２５７ ０．０１５ ０．５５７∗ ０．２１９ ０．３０８ ０．３１１ ０．６７９∗ －０．２７０ ０．７０５∗ ０．１７８ ０．５９１∗ １
X１３ ０．００７ ０．４１５ ０．１６３ ０．５７３∗ ０．６０１∗ ０．４６６ ０．１８１ ０．２４６ ０．０７４ ０．７００∗ ０．８４０∗∗ ０．０９４ １
２．３　主成分分析
主成分分析表明(表４和表５),特征值大于１
的前４个主成分特征值的累积贡献率达８６．９２７％.
其中第１主成分的特征值为５．０８５,贡献率为
３９􀆰１１２％,其中叶长(０．４１０)、总花序长(０．３９４)和总
状花序数(０．３２２)对应的特征向量均较高,说明第１
主成分主要反映了生殖生长的特点.第２主成分的
特征值是２．５３８,贡献率为１９．５２２％,特征向量较大
的有秆粗(－０．４１２)、叶片数(０．４０２),反映了营养生
长的特点.第３主成分的特征值为２．２１６,贡献率
为１７．０４９％,秆分枝数在第３主成分中的特征向量
(０．５５０)最大,其次为节数(－０．４２９)和节间长
(０􀆰３６１).第４主成分的特征值为１．４６２,贡献率为
１１．２４３％,特征向量最大的是小穗数(－０􀆰５１４),其
次是株高(０．４７１),由此可知,第３和４主成分反映
的是生产性能特点,包括牧草产量和种子产量２个
方面.在第２、第３和第４主成分中性状的特征向
量为异号,这可能是各主成分的异号性状间为不同
的分化特征,进行异向分化导致的,因而特征向量为
异号的性状之间可能存在相互制约的关系.
２．４　聚类分析
将求得的主成分特征向量值和原始数据的标准
化值代入各主成分的综合表达式得到各主成分的综
８２６
第３期 武路广等:山西不同居群白羊草主要农艺性状评价
表４　１３个农艺性状相关矩阵的特征值、贡献率和累计贡献率
Table４　Charactervaluecontributionproportionandcumulativecontributionproportionofthe
correlationmatrixof１３agronomictraits
主成分
Principalcomponent
特征值
Charactervalue
贡献率
Contributionproportion/％
累积贡献率
Cumulativecontributionproportion/％
１ ５．０８５ ３９．１１２ ３９．１１２
２ ２．５３８ １９．５２２ ５８．６３５
３ ２．２１６ １７．０４９ ７５．６８４
４ １．４６２ １１．２４３ ８６．９２７
５ ０．７４８ ５．７５３ ９２．６８０
６ ０．４８６ ３．７４０ ９６．４１９
７ ０．３３２ ２．５５７ ９８．９７７
８ ０．０９６ ０．７３５ ９９．７１１
９ ０．０３８ ０．２８９ １００．０００
１０ ２．４２０EＧ１６ １．８６０EＧ１５ １００．０００
１１ １．０３０EＧ１６ ７．９１０EＧ１６ １００．０００
１２ －６．５００EＧ１７ －５．０００EＧ１６ １００．０００
１３ －１．０１０EＧ１６ －７．７６９EＧ１６ １００．０００
表５　选取的主成分对应的特征向量
Table５　Eigenvectorsofselectedprincipalcomponents
性状
Traits
第１主成分
Firstprincipalcomponent
第２主成分
Secondprincipalcomponent
第３主成分
Thirdprincipalcomponent
第４主成分
Fourthprincipalcomponent
X１ ０．２２６ －０．３０９ －０．１１５ ０．４７１
X２ ０．０３６ ０．２２８ ０．５５０ ０．１７５
X３ ０．３０５ －０．２０９ ０．０１３ ０．３２８
X４ ０．２４５ ０．１０７ －０．２６９ －０．５１４
X５ ０．３９４ ０．１５０ －０．１１８ ０．２３６
X６ ０．３２２ ０．１１９ －０．３１０ －０．１０３
X７ ０．２２４ －０．３４２ ０．３６１ ０．０４４
X８ ０．１８２ ０．２４７ －０．４２９ ０．３６３
X９ ０．２６２ －０．４１２ －０．１０５ －０．２３２
X１０ ０．２３０ ０．４０２ ０．２８５ ０．１０５
X１１ ０．４１０ ０．０８０ ０．１７７ －０．１７５
X１２ ０．２７０ －０．３４０ ０．２０７ －０．２１６
X１３ ０．３０１ ０．３５８ ０．１４８ －０．１８４
合指标值,用上述４个主成分的综合指标值对１０个
居群白羊草进行系统聚类分析,当欧氏距离为１０时
可划分成４大类群(图１).第１类群包括临汾、芮
城和太谷３个居群,其主要特点为株高、秆分枝数、
总状花序长、总花序长、节间长、秆粗、叶片数和叶宽
均表现最好,叶长较长,叶片长宽比较大;小穗数和
节数表现一般.第２类群包括阳高(Ⅰ)和襄汾２个
居群,其中小穗数、总状花序数、叶长和叶片长宽比
表现最好,其他性状表现较好或一般.第３类群包
括原平和平定２个居群,其主要特点为节数最多,表
现较差的性状有节间长、叶长、秆分枝数、叶片数、叶
宽和叶片长宽比等,其余性状表现较好或一般.第
４类群包括沁源、方山和阳高(Ⅱ)３个居群,其各性
状表现均一般或较差(表６).
表６　４个白羊草类群主要农艺性状平均值
Table６　Meanvaluesofthemainagronomictraitsof
４Bothriochloaischaemumgroups
性状
Traits
第１类群
Group１
第２类群
Group２
第３类群
Group３
第４类群
Group４
X１ １１１．２６ ８４．８１ ９８．２０ ８１．４４
X２ ４．６４ ３．９０ ３．８３ ４．５６
X３ ６．８９ ５．９４ ５．９３ ５．７３
X４ ２０．１４ ２１．４９ ２０．３０ １９．７４
X５ １０．０４ ９．９６ ９．０４ ８．５４
X６ ７．５２ ９．０５ ７．１５ ６．１７
X７ ８．３０ ７．１０ ６．３０ ７．３８
X８ １４．４４ １５．０７ １５．４３ １３．２７
X９ ２．２１ ２．１７ ２．０６ １．８８
X１０ ２９．２９ ２９．０７ ２４．５３ ２７．８２
X１１ １５．５７ １５．９０ １２．１７ １３．３７
X１２ ０．５０ ０．４８ ０．４３ ０．４４
X１３ ３１．７０ ３４．７２ ２８．３３ ３０．９４
９２６
草　地　学　报 第２１卷
图１　１０个居群白羊草聚类分析树状图
Fig．１　Dendrogramof１０Bothriochloaischaemumpopulations
３　讨论与结论
根据对１０个白羊草居群间的１３个农艺性状的
方差分析结果可以看出来自不同生境的白羊草植株
在形态上表现出了很大的差异性,表明不同生境条
件对白羊草农艺性状产生的影响不同.相关性分析
则表明居群内不同性状之间存在着紧密的联系.
主成分分析中前４个主成分代表了１０个不同
居群白羊草１３个农艺性状８６．９３％的信息.对４
个主成分作用较大的性状主要有叶长、总花序长、总
状花序数、秆粗、叶片数、秆分枝数、节数、节间长、小
穗数和株高,表明这１０个性状可能是影响白羊草形
态分化的主要性状.第１主成分主要反映了生殖生
长的特点,第２主成分反映了营养生长的特点,第３
和第４主成分则主要反映了生产性能的特点.
根据主成分分析得到的综合评价指标对不同居
群白羊草进行聚类分析共得到４个类群,其中第１
和第２类群表现较好,第３和第４类群表现较差.
第１类群即临汾、芮城和太谷共３个白羊草居群综
合表现最好,其１３个农艺性状中仅小穗数表现相对
较差,其余性状如株高、秆分枝数、总花序长、秆粗、
叶片数等与其他类群相比均为最好.因此,第１类
群中的３个白羊草居群可作为今后育种工作的重点
选育对象.当欧式距离增大到１５时,白羊草居群可
被分为晋南和晋北２个类群,即以临汾、芮城、太谷、
襄汾为代表的晋南类群和以原平、平定、方山、阳高
(Ⅱ)为代表的晋北类群,这说明生境相似的居群农
艺性状也相近,因而倾向于被分入同一类群.虽然
生境对居群间的性状变异有很大的作用,但是遗传
因素在决定表型变异方面的作用也是不可忽视的.
沁源居群地理上属于晋南类群但是其农艺性状与晋
北居群相近,阳高(Ⅰ)居群与阳高(Ⅱ)的生境最为
相似但是其农艺性状却相差较大,这都说明不同居
群间农艺性状的差异不单是某一个因素的作用,而
是多种因素共同作用的结果,需要从多个方面运用
多种手段来共同研究.
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(责任编辑　李美娟)
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