东方系百合品种主要性状的相关分析及主成分分析

东方系百合品种主要性状的相关分析及主成分分析
作者：张克,王树栋,王文和,杨凯,赵祥云,魏祎
来源：《天津农业科学》2010年第05期
摘要:以东方系(Orientalhybrids)的28个引种百合品种为试验材料,观测构成百合品质的18个主要数量性状,并借助SPSS统计分析软件进行了相关分析和主成分分析,研究了各性状间的相互关系,探讨了它们之间的量化关系,并对各品种进行评价。

研究结果表明:各相关性状之间存在着错综复杂的相关关系,百合引种栽培生产育种中应注意株高、地径、花蕾数等的选择。

主成分分析将原l8个性状所有信息归纳为4个主成分,前4个成分的累计方差的贡献率为
74.155%。

两种分析共同揭示了百合各因子的性状组成,为筛选和培育适合本地区的优良品种提供理论依据。

关键词:百合;引种试验;数量性状;相关分析;主成分分析
中图分类号:S682.2文献标识码:A DOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.05.009
Correlation Analysis and Principal Component Analysis on the Traits of Lily Varieties
ZHANG Ke, WANG Shu-dong, WANG Wen-he, YANG Kai, ZHAO Xiang-yun, WEI Yi
(Department of Landscape Design and Forestry,Beijing University of Agriculture,Beijing 102206,China)
Abstract:In this research, eighteen major quantitative traits constitute a lily-quality from 28 lily cultivars of Oriental sections were observed, and the methods of correlation and the principal component analysis were applied by the statistic software SPSS. The interaction and the quantitative relationship between traits were explored, and the comprehensive evaluation of all varieties was showed. The results indicated that there was a complex relationship between the relevant traits, the choice of the plant height, diameter, and number of flower bud should be particularly considered in the lily cultivation of production and breeding. Four principal component factors affecting lily quality were selected, the percent of cumulative variance of four principal components came up to 74.155%. Two kinds of analysis revealed the trait composition of each factor, and offered the theoretical foundation for the lily breeding and fine varieties choosing.
Key words: lily;introduction experiment;quantitative traits;correlation analysis;principal component analysis
百合(Lilium spp)是多年生鳞茎植物,广义上指百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)所有种类的总称,狭义上指百合属内的各个种,是世界著名的球根类花卉。

百合市场需求量很大,其鲜切花的生产与消费直追世界四大切花品种成为世界第五大切花品种。

在花卉市场竞争日益激烈的情况下,培育出观赏效果好且适应性强的百合品种成为目前百合鲜切花领域的重要问题。

为了减少百合切花生产中的盲目性,降低进口种球造成的经济损失,进行适应性栽培研究,了解百合生物学特性,进行杂交培育新品种,对本地区引进适应生长且有较高观赏价值的百合品种有着重要的意义。

很早就有一些科研单位开展过百合种质资源及引种驯化等方面的研究,但百合切花生产还是近些年才开始发展的,目前对于百合品种生物学特性和遗传特性的研究探讨较少。

在育种实践中,相关性作为间接选择的理论依据,在很多作物中已有应用[1-5]。

但对百合的相关研究还不是很多,仅见于新铁炮百合品种[6]。

本试验通过对北京农学院东大地引种的东方系和麝香系百合品种的18个主要数量性状进行相关分析及主成分分析,试图找出性状间的量化关系以及具有较大影响力的因子成分,寻求适应北京立地条件且具有较高经济效益、生态效益和观赏价值的栽培品种,积累百合育种的基础资料,以便更好的应用于百合品种的育种栽培,为选育和推广优质百合新品种提供科学的理论参考依据。

1材料和方法
1.1试验材料
供试百合是从荷兰引种的东方系品种。

分别是Alessie(阿莱西)、AnaisAnais(黄丝带) 、Ariosto(阿里奥斯托)、Ascari(阿斯卡瑞)、Barletta(巴列塔)、Caldeira(卡德拉)、Carmina(卡蜜娜)、 CocarD'Or(古柯)、Crystal Blanca(水晶布兰卡)、Freetown(弗里敦)、Giacometti(贾科梅蒂)、Giacondo(吉尔肯多)、Gisborn(基斯波恩)、Lake Winnipeg(温尼泊湖)、Lido(丽都百合)、1 Limpopo(林波波)、Modriaan(梦德丽安)、Pink Expression(粉红印象)、Pomorol(柏美洛)、Poetovenere(波特温妮)、Rain Dance(雨中漫步)、Ribera(里伯拉)、Rimini(瑞米尼)、Santander(桑坦德)、Topstar(福星高照)、Tropical(热情)、Valparaiso(瓦尔帕莱索)、Veranda(走廊)。

1.2试验设计
试验在北京农学院东大地温室进行。

各品种采取随机区组设计,株行距均为10 cm×15 cm,每品种栽植4行,每行栽5个种球,每小区20个种球,重复5次。

种植时选择保存完好、大小中等的百合种球,分别栽于大棚,栽后浇透水。

栽植前施入100 g/m2复合肥作基肥。

生长期内,进行松土除草等日常管理。

1.3观察记录
每星期测量1次,各小区于产品器官成熟时,以品种为单位,每个品种随机抽取5株,调查并记录观察的18个主要性状有:株高(X1)/(cm)、地径(X2)/(cm)、花蕾(X3)/(个)、叶长(X4)/(cm)、叶宽(X5)/(cm)、花冠直径(X6)/(cm)、花药长(X7)/(cm)、花药直径(X8)/(cm)、花丝长(X9)/(cm)、花丝直径(X10)/(cm)、花柱长(X11)/(cm)、花柱直径(X12)/(cm)、子房长(X13)/(cm)、子房直径(X14)/(cm)、外轮花被片长(X15)/(cm)、外轮花被片宽(X16)/(cm)、内轮花被片长(X17)/(cm)、内轮花被片宽(X18)/(cm)。

利用相关分析、主成分分析及聚类分析方法进行统计分析,数据处理用SPSS软件完成[7]。

2结果与分析
2.1百合品种各性状的相关分析
表l给出了观测变量之间的相关系数矩阵,在双侧检验下,相关系数矩阵(Correlation)绝对值越大,相关性越高。

从表1中相关矩阵可以看出,所测百合28个品种的18个表型性状中,主要考察生殖性状之间、营养性状之间、生殖性状和营养性状之间的相关性。

株高、地径、叶长等是百合营养性状的重要指标。

从表1可以看出,株高与地径、叶长分别呈显著、极显著正相关,其相关系数分别为0.393、0.719;与花蕾数相关系数为0.332,与花直径、花药长、花药直径、子房直径、内外轮花被片长、内外轮花被片宽等大部分生殖性状呈显著或极显著正相关。

由此说明,作为百合切花品质的一个评价标准[8],通过改进植株管理措施,追加一定的肥料和生长素,适当增加株高,对提高百合花质量是有利的。

试验也证明,通过施加一定比例的NAA、保利农等生长素,可以有效促进百合根系的生长和植株的健壮,有效提高了百合花的质量。

地径跟花蕾数、叶长相关系数分别为0.324、0.353,有一定的相关性;与叶宽、花丝长、花柱长呈负相关,说明地径与这些器官相关程度不大。

由此可以知道,要培育花头数多的品系,地径可以作为间接选择指标之一,有一定效果。

但是,茎太粗不利于切花运输,会影响到切花质量和运输成本,因此,在花蕾数与地径之间应该找到一个平衡点。

叶长与花药长、花药直径、子房长、子房直径、内外轮花被片宽、内外轮花被片长呈显著正相关。

因此,要选育花大的切花品系,可通过叶长进行间接选择。

花冠直径和花蕾数是反映百合优良鲜切花的重要指标性状,是影响观赏性和经济性的重要指标,是品种选育的重要目标。

从表1中可以看出,花蕾数与叶宽以及花冠直径、花药长、花丝长、花丝直径、花柱长、花柱直径、子房长、子房直径、内外轮花被片长、内外轮花被片宽等大部分生殖器官性状呈负相关,说明花头数的增加对其它生殖性状的影响比较小,这进一步说明
了,花多则花小的传统观念不是完全正确的,但是呈负相关,也说明传统观念有一定的道理。

花冠直径与株高、叶长、花柱长、花药长、花丝长、花丝直径、花柱长、花柱直径、子房长、子房直径,内外轮花被片长、内外轮花被片宽等绝大多数生殖器官性状呈极显著或显著正相关,说明要培育大花品系,需要对株高、叶长与花器官性状加以选择。

花丝长、子房长、花柱长与花的大部分生殖器官呈极显著或显著正相关。

花丝直径与各器官相关性不大。

花药直径与株高、叶长、子房长、子房直径、内外轮花被片宽呈显著或极显著正相关,与花柱直径、花丝直径呈负相关。

子房直径与株高、叶长、花冠直径等呈显著或极显
著正相关。

由此说明百合花器官中的各个性状的长度及宽度之间存在着相互促进的关系。

在选育百合优良花品种时,可以通过相互比较,对其中之一性状加以选择。

2.2百合品种各性状的主成分分析
从所选性状的相关系数矩阵出发进行主成分分析,Bartlett球度检验给出的相伴概率为0.000,小于显著性水平0.05,因此认为不适合Bartlett球度检验的零假度,适合于因子分析。

表2是对考察的18个观测性状进行的主成分分析。

因子变量的方差贡献(特征值),是衡量因子重要程度的指标。

由统计分析得出18个特征值和特征向量。

从表2看出,第一主成分的特征值很高,能解释原有变量总方差18的8.192,第一个主成分描述的方差占原有变量总方差的比例是45.513%。

根据主成分个数提取的一般原则(所提取的主成分的累积方差贡献率要大于等
于85%),前4个主成分可解释原有变量总方差的74.155%的信息,虽未达到85%的临界值,但从第5个主成分到第18个主成分的特征值低于1,其所含信息比较凌乱,可以忽略不计。

因此,提取前4个主成分从总体上看,原有变量的信息丢失较少,比较理想。

表2是按照设定的最大方差法对初始因子载荷矩阵旋转后的结果。

未经过旋转的载荷矩阵中,成分变量在许多变量上都有较高的载荷。

经过旋转后,可以看出第1个主成分得分高的变量,花丝长所占权重最大,其次是花柱长、子房长、外轮花被长、子房直径、内轮花被长、花冠直径。

第2个主成分变量中叶长和株高得分最高,其次就是内外轮花被片长宽。

第3个主成分得
分高的变量,叶宽最大,其次是内轮花被宽,花冠直径。

第4个主成分得分较高的变量为花丝长,其次是内轮花被片长片宽。

通过表2的观察分析可以看出,因子1中占权重比较大的几个成分,载荷值相差不大,因此说明花器官这几个性状之间存在相互促进关系。

另外可以看出,花柱、子房的比例系数比较大,在百合杂交试验研究中,子房横切片可以培养带有胎座的胚珠培养获得杂种植株。

所以因子1值
的大小也可作为百合杂交栽培中一个重要指标。

株高位于因子2中, 和叶长的载荷值最大,因此因子2值的大小可以作为百合切花品质的一个评价标准,但植株不能过高,否则易倒伏。

比较各因子的载荷值,对性状花蕾数,在因子1、3、4中都呈负值,而且在各因子中所占的权重都很小,说明花蕾数在4个因子中影响不大。

花冠直径在因子3中载荷值为0.171,相对较大,可以推断因子3得分较高的品种可能是大花品系。

2.3对各品种的评价
构造函数:Fac1=0.597X1+0.216X2-
0.244X3+0.583X4+0.215X5+0.828X6+0.763X7+0.533X8+0.671X9+0.350X10+0.696X11+0.498X1 2+0.763 X13+0.806X14+0.929 X15+0.864 X16+0.921X17+0.891X18
Fac2=0.552X1+0.520X2+0.721X3+0.589X4-
0.180X5-0.149X6+0.290X7+0.549X8-0.449X9-
0.305X10-0.406X11-0.466X12+0.033 X13+0.010X14-
0.110X15+0.198 X16-0.080 X17-0.074 X18
Fac3=0.197X1+0.527X2+0.298X3-0.024X4-0.615X5+0.013X6-0.255X7-
0.362X8+0.165X9+0.435X10-0.022X11+0.424 X12-0.046X13-0.062 X14+0.051X15-0.076 X16+
0.069 X17-0.061 X18
Fac4=0.257X1+0.014X2-0.216X3+0.223X4+0.393X5+0.047X6-0.183X7-0.229X8-
0.375X9+0.467X10-0.176X11-
0.095X12-0.409X13-0.231X14+0.072X1+0.204 X16+0.137 X17+0.209X18
利用各品种主要产量性状及品质性状标准化值,代入上述4个主成分中,求得每个品种相应于4个主成分的得分(表3) [9]。

由表3可以看出,因子1中得分高的品种分别是'Crystal Blanca'、'Poetovenere'、
'CocarD'Or'、'Giacometti'、'Giacondo'、'Alessie'、'Caldeira'、'Veranda',得分很低的品种有
'Ribera'、'Lake Winnipeg'、'Pink Expression'、'AnaisAnais'、'Rimini '。

因子2中得分高的品种有'Veranda '、'Lido'、'Caldeira '、'Barletta '、'Giacondo',得分很低的品种有'Crystal Blanca'、
'Carmina'、'Limpopo'、'Gisborn'、'Valparaiso'。

因子3中得分相对较高的品种有'Poetovenere '、'CocarD'Or '、'Rimini '、'Veranda',得分较低的品种是'Caldeira'。

因子4中得分相对较高的品种有'Ascari '、'Ariosto'、'Veranda'、'Alessie',得分较低的品种是'Poetovenere'、'CocarD'Or'。

由此可以分析出,'Veranda' 品种在因子1、因子2、因子3、因子4中得分都比较高,是所有引种东方百合的一个优良品种。

'Crystal Blanca'、'Poetovenere'等品种在花丝长、花柱长、子房长、子房直径上表现为较好的性状,可以作为杂交材料的选择。

'Veranda'、'Lido'、'Caldeira'、'Barletta'、'Giacondo'等品种的切花品质相对较好,株高比较高。

可见因子1的值较大为好,但是由前面的性状相关性可知,也不能过大,否则会影响其它性状的选择。

'Poetovenere'、
'CocarD'Or'、'Rimini'、'Veranda'品种在因子3中得分比较高,说明这些品种花冠可能比较大。

'Crystal Blanca'品种在因子1中得分很高,但在因子2中得分很低,在因子1中得分很低的'Rimini'品种在因子3中得分却很高,对这些品种可以根据不同的性状表现据不同的作用来加以选择。

3小结与讨论
由相关性分析可以看出,株高作为与百合绝大部分生殖性状呈显著或极显著相关的营养性状,几乎对所有生殖性状都有影响,可以在选择和培育切花百合品种时,考虑增加植株高度。

作为百合切花品质的一个评价标准,选育过程中可以淘汰掉株高太矮的品种,选择株高适中、株型好的品种,但植株不能过高,否则易倒伏。

花蕾数与花器官的多数性状呈负相关,在培育多花百合品种时,就需要对生殖器官的有关性状给与适当的控制。

不同部位的器官影响也会不一样,要考虑到性状之间的促进或制约关系,弄清花蕾数、地径与各性状之间的相关性,在地径与花蕾数等相关花器官性状间找到一个平衡点,可以有效的实现切花的观赏性和经济性。

因为生殖性状内部或营养性状内部的相关性远大于营养性状与生殖性状间的相关性,因此,株高、地径、叶长作为较好的间接选择生殖性状的指标会对百合育种十分有利,有一定的效果,而不能作为直接的选择指标。

百合主成分分析,能把许多性状简化为少数几个公因子,使分析变得简单明了,而且公因子能有效保持绝大部分性状的相关信息贡献量。

主成分分析指出,本试验前4个主成分方差累积贡献率达74.155%,因此,百合主成分分析能很好地反映百合主要性状间的相互关系。

内轮花被片长、片宽和外轮花被片长\片宽分别位于第二因子和第四因子中,在品种选育时就要考虑跟花被大小显著相关的有关性状的选择,否则会影响到有关切花品质。

根据主成分分析可以看
出,'Veranda'、'CocarD'Or'、'Poetovenere'等品质优良,可以作为很好的切花材料。

参考文献:
[1] 冯永祥,刘沐江.寒地水稻产量性状相关及聚类分析[J].安徽农业科学,2008,36(23):9925-9928.
[2] 赵祥,岳文斌.不同秋眠级苜蓿品种数量性状的相关分析[J].草地学报,2005,13(4):282-286.
[3] 沈锦根,王玉娟.粳稻数量性状遗传距离与杂种优势的关系[J].农艺科学,2007,23(12):213-216.
[4] 莫长明,马小军.罗汉果遗传性状变异、相关及通径分析[J].北京林业大学学
报,2008,30(4):121-125.
[5] 张帆,宫国义.西瓜品质构成分析[J].果树学报,2006,23(2):266-269.
[6] 周焱,周厚高.新铁炮百合主要性状的主成分分析[J].仲恺农业技术学院学
报,2001,14(1) :7-12.
[7] 卢纹岱.spss for windows统计分析[M].北京:电子工业出版社,2009.
[8] 孟承安,陈黎.百合引种栽培的初步研究[J].林业科学研究,2004,17(6):815-818.
[9] 林海明,张文霖.主成分分析与因子分析的异同和SPSS软件[J].统计研究,2005(3):65-69.。