江苏农业学报 (Jiangsu J.of Agr.Sci.),2015,31(6):1211 ~ 1217 h ttp: / / www.jsn y x b.com 1211 李 飞, 王清连, 李成奇. 陆地棉品种 ( 系 ) 资源的主成分分析和聚类分析 [J]. 江苏农业学报,2015,31(6):1211 1217. doi:10.3969 / j.issn.1000 4440.2015.06.004 陆地棉品种 ( 系 ) 资源的主成分分析和聚类分析 李飞, 王清连, 李成奇 ( 现代生物育种河南省协同创新中心, 河南科技学院棉花研究所, 河南新乡 453003) 摘要 : 为了客观评价棉花品种 ( 系 ) 资源, 为棉花早熟 高产育种的亲本选配提供理论依据, 选取近年来育成 的来自黄河流域 长江流域 西北内陆和北部特早熟 4 大棉区以及国外引进的 172 份陆地棉骨干品种 ( 系 ) 为材料, 对棉花 19 个农艺性状进行了主成分分析和聚类分析 主成分分析结果表明,19 个性状可以简化为彼此互不相关 的 5 个主成分, 这 5 个主成分累计贡献率达 80 253%, 第 2 主成分得分值高的材料生育期短 产量高 聚类分析结 果显示, 在遗传距离 5 62 处,172 份材料划分为 10 个类群, 第 Ⅴ 类群材料生育期短 植株矮 产量适中, 第 Ⅶ 类群材 料生育期适中 产量高 关键词 : 陆地棉 ; 品种 ( 系 ) 资源 ; 农艺性状 ; 主成分分析 ; 聚类分析 中图分类号 : S562 024 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 4440(2015)06 1211 07 Principal component and clustering analyses of upland cotton variety ( line) resources LI Fei, WANG Qing lian, LI Cheng qi ( Collaborative Innovation Center of Modern Biological Breeding, Henan Province / Cotton Research Institute, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003,China) Abstract: To objectively evaluate upland cotton varieties ( lines) and provide a reference for parental materials se lection with early maturity and high yield,172 backbone upland cotton varieties ( lines) bred in recent years from four cotton areas,yellow River,Yangtze River,Northwestern inland and Northern extremely early maturation in China and intro duced from abroad,were selected as experimental materials,and 19 agronomic traits were tested for principal component a nalysis and clustering analysis. 19 characters were integrated into 5 principal components with the cumulative contribution of 80 253%. The high scored materials of the second component were characterized by short growth period and high yield. 172 materials were classified into 10 clusters at the genetic distance of 5 62;materials of cluster V had the characters of short growth period,low plant height and moderate yield,and materials of cluster VII was type of middle growth period and high yield. Key words: upland cotton; variety ( line) resource; agronomic trait; principal component; clustering 收稿日期 :2015 08 22 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (31371677); 河南省科学技术研究重点项目 (14A210006); 河南省高校青年骨干教师资助计划项目 (2013GGJS 136) 作者简介 : 李飞 (1990 ), 男, 河南郑州人, 硕士研究生, 主要从事棉花分子育种研究 ( Tel ) 15670566929; ( E mail ) 15670566929@ 163.com 通讯作者 : 李成奇,(E mail) lichq2010@ 126.com 品种 ( 系 ) 资源是棉花育种的重要基础材料, 合理利用品种 ( 系 ) 资源, 选择适宜的亲本进行杂交是育种工作的关键 目前, 中国种植的陆地棉品种均是由美国的岱字棉 斯字棉 金字棉等种质资源衍生而来, 遗传基础较狭窄 [1 3], 限制了亲本材料的有效利用 因此, 对品种 ( 系 ) 资源进行客观评价具有现实意义 主成分分析是一种利用降维的思想, 在损失较少信息的前提下, 把多个指标转化为几个相互
1212 江苏农业学报 2015 年第 31 卷第 6 期 无关的综合指标的多元统计方法 [4 8] 聚类分析是 一种用于生物资源分类和亲缘关系研究的多元统计 方法 [9 10] 近年来, 同时利用主成分分析和聚类分 析研究小麦 [11 12] 水稻 [13] 大豆 [14 15] [16] 黍稷等作 物种质资源的报道较多, 在棉花上也有一些报道 Brown [17] 对美国区域试验棉花品种的农艺和纤维品 质性状进行了主成分和聚类分析, 结果表明, 来自密 西西比河三角洲 中部和德克萨斯高平原地区品种 的遗传基础高于来自东部 墨西哥和圣华金河地区 [18] 的品种 孙长发等调查了河南省春棉区域试验 棉花品种的 17 个数量性状, 用主成分分析法提取了 累计贡献率达 90 10% 的前 4 个主成分, 聚类分析法 [19] 将所有材料分为 5 类 许乃银等利用长江流域 棉花区域试验品种的纤维品质数据进行了主成分和 聚类分析, 从 8 个纤维品质性状中提取了 4 个主成 分, 并将 20 个试点划分为 4 个纤维品质相似亚区 上述研究均是以参加区域试验的少数品种为材料评价种质资源, 对棉花育种实践的指导意义不大 本研究选用中国近年来育成或引进的 172 份陆地棉骨干品种 ( 系 ) 为材料, 对棉花 19 个农艺性状进行主成分分析和聚类分析, 为深入评价陆地棉品种间 ( 系 ) 的遗传多样性和合理选配亲本组合提供理论依据 1 材料与方法 1 1 试验材料供试的 172 份陆地棉品种 ( 系 ) 中,64 份来自黄河流域棉区,25 份来自长江流域棉区,55 份来自西北内陆棉区,18 份来自北部特早熟棉区,10 份为国外引进材料 ( 表 1) 所有材料均经过多代自交 表 1 Table 1 供试材料的来源 数目及名称 Source,number and name of experimental materials 来源数目名称 黄河流域 64 百棉 1 号 百棉 2 号 百棉 5 号 汾无 195 国欣棉 3 号 邯郸 802 邯郸 885 冀棉 1 号 冀棉 7 号 冀棉 12 冀棉 958 晋棉 13 号 晋棉 29 号 晋棉 36 号 晋棉 45 号 鲁棉 1 号 鲁棉 4 号 鲁棉 6 号 鲁棉 10 号 鲁棉研 21 号 鲁棉研 28 号 鲁棉研 29 陕 1155 陕 2365 陕棉 4 号 石远 321 系 9 鑫秋 1 号 豫棉 1 号 豫棉 5 号 豫棉 7 号 豫棉 9 号 豫棉 12 号 豫棉 21 号 中 1707 中棉所 8 号 中棉所 10 号 中棉所 12 中棉所 13 中棉所 14 中棉所 15 中棉所 17 中棉所 18 中棉所 19 中棉所 20 中棉所 22 中棉所 23 中棉所 24 中棉所 25 中棉所 26 中棉所 27 中棉所 30 中棉所 31 中棉所 33 中棉所 34 中棉所 35 中棉所 36 中棉所 37 中棉所 40 中棉所 42 中棉所 50 中棉所 58 中棉所 64 中植棉 2 号 长江流域 25 川棉 56 岱红岱 洞庭 1 号 赣棉 8 号 江苏棉 1 号 荆 8891 钱江 9 号 黔农 465 泗棉 2 泗棉 3 泗棉 4 苏棉 1 号 苏棉 6 号 苏棉 9 号 苏棉 10 号 苏棉 12 号 苏棉 16 湘棉 3 湘棉 10 号 徐州 142 盐棉 48 鄂荆 1 号 鄂棉 3 号 鄂棉 14 鄂沙 28 西北内陆 55 新陆早 1 号 新陆早 2 号 新陆早 3 号 新陆早 4 号 新陆早 5 号 新陆早 6 号 新陆早 7 号 新陆早 8 号 新陆早 9 号 新陆早 10 号 新陆早 11 号 新陆早 12 号 新陆早 13 号 新陆早 15 号 新陆早 16 号 新陆早 17 号 新陆早 18 号 新陆早 19 号 新陆早 20 号 新陆早 21 号 新陆早 22 号 新陆早 23 号 新陆早 24 号 新陆早 25 号 新陆早 26 号 新陆早 27 号 新陆早 28 号 新陆早 29 号 新陆早 30 号 新陆早 31 号 新陆早 32 号 新陆早 33 号 新陆早 34 号 新陆早 35 号 新陆早 36 号 新陆早 37 号 新陆早 38 号 新陆早 39 号 新陆早 40 号 新陆早 41 号 新陆早 42 号 新陆早 45 号 新陆早 46 号 新陆早 47 号 新陆早 48 号 新陆早 49 号 新陆早 51 号 新陆中 36 号 18 3 拉玛干 77 锦棉 1 号 锦棉 2 号 锦棉 4 号 锦棉 5 号 绿早 254 北部特早熟 18 黑山棉 辽棉 4 号 辽棉 5 号 辽棉 7 号 辽棉 8 号 辽棉 10 号 辽棉 16 号 辽棉 18 号 辽棉 19 号 辽棉 23 号 晋中 169 晋中 200 晋棉 5 号 晋棉 6 号 晋棉 8 号 晋棉 9 号 晋棉 14 号 晋棉 24 号 国外引进 10 kk1543 斯字棉 2B 岱字棉 15 岱字棉 16 贝尔斯诺 乌干达 3 号 石选 87 99M4 99M7 99M8 1 2 试验方法分别于 2012 2013 年将 172 份材料种植在河南科技学院棉花育种试验田 随机区组设计, 单行区, 3 次重复 ; 行长 5 m, 行距 1 m, 每行 14 ~ 16 株, 大田 常规管理 对 2 年所有材料, 分别考查株高 主茎长 主茎节数 总果枝数 有效果枝数 果枝长 果枝节数 苗期 ( 出苗期 ~ 现蕾期 ) 蕾期( 现蕾期 ~ 开花期 ) 花铃期( 开花期 ~ 吐絮期 ) 生育期( 出苗期 ~ 吐
李 飞等 : 陆地棉品种 ( 系 ) 资源的主成分分析和聚类分析 1213 絮期 ) 果枝始节 始节高度 单株籽棉产量 单株皮棉产量 单铃质量 衣分 衣指和籽指等 19 个农艺性状 将 2 年 6 次重复各性状的平均值作为该性状的最终表型值 1 3 数据处理利用 Excel 2010 进行数据基本整理 利用 SPSS 19 0 软件将各性状标准化后, 采用降维的方法进行主成分分析, 基于主成分特征向量矩阵和各农艺性状的标准化值, 根据公式 F = Z A 计算各供试材料的主成分得分值, 其中 F Z A 分别为主成分得分值矩阵 标准化矩阵和特征向量矩阵 [18,20] 利用 NTSYSpc 2 10e 软件将数据标准化后, 计算欧式 (Euclid) 遗传距离, 以类平均法 (UPGMA) 对 172 份材料进行聚类 [21] 2 结果与分析 2 1 供试材料农艺性状的描述统计 172 份供试材料 19 个农艺性状的描述统计结果列于表 2 由表 2 可知, 供试材料在 19 个农艺性状上均表现较大差异, 变异系数由大到小依次为皮棉产量 籽棉产量 果枝长 始节高度 有效果枝数 果枝节数 果枝始节 主茎长 株高 衣指 单铃质量 衣分 籽指 主茎节数 苗期 蕾期 花铃期 总果枝数 生育期 其中, 皮棉产量变异系数最大 (29 92%), 其次为籽棉产量 ( 26 37%), 生育期变异系数最小 (5 08%), 说明棉花的产量受基因型和环境影响最大, 生育期受基因型和环境影响最小 2 2 主成分分析对 19 个农艺性状数据标准化后进行主成分分析, 获得 19 阶遗传相关矩阵及其特征值和特征向量 ( 表 3) 前 5 个主成分特征值大于 1, 累计贡献率达到 80 253%, 可反映大部分遗传差异信息 表 4 列出了各主成分中排名前 3 的代表性材料及其主成分得分值 得分值越高, 材料受此主成分的影响越大 由表 3 和表 4 看出, 第 1 主成分的特征值为 5 856, 贡献率为 30 822%; 特征向量除籽指外均为正值, 其中果枝长 生育期和果枝始节的特征向量较大, 分别为 0 759 0 816 和 0 799, 说明第 1 主成分得分值高的材料表现为果枝长 生育期长 果枝始节位高, 代表性材料有荆 8891 鲁棉 21 号和鑫秋 1 号 第 2 主成分的特征值为 3 450, 贡献率为 18 157%; 有效果枝数 籽棉产量 皮棉产量和衣指的特征向量较大 表 2 供试材料 19 个农艺性状的描述统计 Table 2 Descriptive statistics of 19 agronomic traits of experimental materials 性状 最小值 最大值 平均值 标准差 变异系数 株高 (cm) 74 46 131 25 106 41 11 31 10 63 主茎长 (cm) 57 91 103 26 82 62 8 84 10 70 主茎节数 11 70 15 83 13 71 0 92 6 71 总果枝数 12 70 16 83 14 71 0 92 6 25 有效果枝数 7 35 14 40 10 60 1 38 13 02 果枝长 (cm) 24 98 59 24 42 72 7 43 17 39 果枝节数 3 90 7 60 5 34 0 66 12 36 苗期 (d) 30 00 40 75 35 12 2 31 6 58 蕾期 (d) 20 50 28 00 24 01 1 56 6 50 花铃期 (d) 40 00 53 75 45 93 2 90 6 31 生育期 (d) 94 50 118 00 105 08 5 34 5 08 果枝始节 4 40 7 45 5 90 0 71 12 03 始节高度 (cm) 8 99 21 95 15 96 2 70 16 92 籽棉产量 (g) 22 96 119 64 71 45 18 84 26 37 皮棉产量 (g) 11 29 46 97 26 40 7 90 29 92 单铃质量 (g) 3 96 7 42 5 93 0 55 9 27 衣分 (%) 28 70 42 55 36 64 2 90 7 91 衣指 (g) 4 40 8 58 6 60 0 69 10 45 籽指 (g) 9 79 13 79 11 41 0 88 7 71 且为正值, 株高 主茎长 果枝长 果枝节数 苗期 蕾期 花铃期 生育期和始节高度的特征向量为负值, 说明第 2 主成分得分值高的材料产量高 生育期短 株型较好, 代表性材料有百棉 5 号 冀棉 958 和岱字棉 15 第 3 主成分的特征值为 2 607, 贡献率为 13 719%; 株高 主茎长 主茎节数和总果枝数的特征向量较大且为正值, 说明第 3 主成分得分值高的材料植株高, 主茎节数和总果枝数较大, 代表性材料有晋棉 9 号 新陆早 48 号和新陆早 33 号 第 4 主成分的特征值为 1 995, 贡献率为 10 500%; 衣分和籽指的特征向量较大, 其中前者为负值, 后者为正值, 说明第 4 主成分得分值高的材料衣分低而籽指高, 代表性材料有岱红岱 乌干达 3 号和晋棉 14 号 第 5 主成分的特征值为 1 341, 贡献率为 7 056%; 特征向量为正值且较大的性状有株高 主茎长 始节高度 单铃质量 衣指和籽指, 特征向量为负值且绝对值较大的性状有主茎节数 总果枝数 有效果枝数 果枝长和果枝节数, 说明第 5 主成分得分值高的
1214 江苏农业学报 2015 年第 31 卷第 6 期 表 3 19 个农艺性状的主成分分析 Table 3 Principal component analysis of 19 agronomic traits 主成分 项目 1 2 3 4 5 株高 0 558-0 363 0 575-0 233 0 351 主茎长 0 524-0 280 0 649-0 200 0 331 主茎节数 0 233 0 346 0 782 0 311-0 247 总果枝数 0 233 0 346 0 782 0 311-0 247 有效果枝数 0 566 0 578 0 264-0 053-0 210 果枝长 0 759-0 358-0 024 0 000-0 218 果枝节数 0 400-0 566 0 099 0 036-0 343 苗期 0 751-0 211-0 336 0 004-0 146 蕾期 0 531-0 454-0 131 0 059 0 066 花铃期 0 616-0 033-0 284 0 467-0 175 生育期 0 816-0 246-0 344 0 264-0 146 果枝始节 0 799-0 139-0 152 0 131-0 052 始节高度 0 612-0 480 0 167-0 261 0 359 籽棉产量 0 509 0 723-0 083-0 035 0 007 皮棉产量 0 559 0 724-0 096-0 194-0 028 单铃质量 0 439 0 421-0 289 0 429 0 359 衣分 0 439 0 386-0 179-0 681-0 039 衣指 0 495 0 524-0 199-0 248 0 358 籽指 -0 025 0 097 0 019 0 761 0 556 特征值 5 856 3 450 2 607 1 995 1 341 贡献率 (%) 30 822 18 157 13 719 10 500 7 056 累计贡献率 (%) 30 822 48 978 62 697 73 197 80 253 材料植株较高, 铃质量较高, 衣指和籽指较高, 代表性材料有新陆早 28 号 新陆早 11 号和新陆早 27 号 2 3 聚类分析对 172 份陆地棉品种 ( 系 ) 的 19 个性状数据标准化后, 进行了聚类分析 在遗传距离为 5 62 时可将所有材料分为 10 个类群, 不同类群材料农艺性状的平均值见表 5 第 Ⅰ 类群包括 4 个材料 :kk1543 晋棉 6 号 锦棉 2 号和黑山棉, 其中, 晋棉 6 号和黑山棉来自北部特早熟棉区, 锦棉 2 号来自西北内陆棉区,kk1543 为前苏联早期品种 该类群材料植株较矮, 果枝长度短, 单铃质量偏低, 生育期较短, 衣分和衣指较低 第 Ⅱ 类群包括 47 个材料, 分别是新陆早 1 号 新陆早 5 号 新陆早 2 号 新陆早 4 号 新陆早 51 号 新陆早 6 号 新陆早 9 号 新陆早 37 号 新 表 4 各主成分中排名前 3 的代表性材料及其主成分得分值 Table 4 Representative materials and their principal component scores of the top 3 in each principal component 主成分得分值 代表性材料 1 2 3 4 5 荆 8891 13 378-2 106-1 775 2 203 1 375 鲁棉 21 号 11 214 2 355-2 248-1 123 0 195 鑫秋 1 号 10 755 3 342 3 259-1 956 0 450 百棉 5 号 6 084 6 998-0 732 0 621 1 606 冀棉 958 7 237 6 913 0 255 1 941 0 995 岱字棉 15 2 143 6 646-0 517-0 616-0 868 晋棉 9 号 -3 170-3 215 7 052 3 238-0 894 新陆早 48 号 -0 016-2 302 6 256-3 696 0 037 新陆早 33 号 -0 678 5 756 5 445 0 218 0 545 岱红岱 -2 643-4 298-0 988 7 087-0 746 乌干达 3 号 3 588-6 919-2 114 5 168 1 830 晋棉 14 号 -3 968-4 478 4 637 4 823-0 795 新陆早 28 号 -3 834-0 353-2 815-3 040 3 496 新陆早 11 号 0 712-4 236 1 765-0 176 3 322 新陆早 27 号 -7 140-0 307-0 798-2 320 3 002 加粗数字为排名前 3 的主成分得分值 陆早 38 号 新陆早 7 号 晋中 200 新陆早 46 号 拉玛干 77 新陆早 8 号 中棉所 13 18 3 新陆早 42 号 新陆早 10 号 新陆早 40 号 系 9 新陆早 20 号 新陆早 13 号 中棉所 27 岱字棉 16 新陆早 19 号 新陆早 34 号 新陆早 36 号 新陆早 21 号 中棉所 22 新陆早 22 号 新陆早 32 号 新陆早 45 号 新陆早 47 号 新陆早 15 号 新陆早 18 号 新陆早 23 号 新陆早 24 号 新陆早 25 号 苏棉 16 新陆早 35 号 新陆早 27 号 新陆早 28 号 新陆早 39 号 新陆早 31 号 新陆早 11 号 新陆早 26 号 中棉所 19 绝大部分为西北内陆棉区的新陆早系列, 所有性状表现均适中 第 Ⅲ 类群包括 2 个材料, 新陆早 3 号和新陆早 49 号, 表现为植株较高, 果枝长度最长, 果枝节数最多, 籽棉产量和皮棉产量较低 第 Ⅳ 类群仅有 1 个材料新陆早 48 号, 表现为植株最高, 总果枝数最多, 果枝节数较少, 生育期短, 始节高度最高, 单铃质量较低, 衣分最高 第 Ⅴ 类群包括 30 个材料, 来自西北内陆和黄河流域 2 个棉区, 分别是新陆早 12 号 中棉所 31 辽棉 18 号 晋棉 5 号 中棉所 33 中棉所 26 百棉 2 号 豫棉 5 号 辽棉 10 号 辽棉 16
李 飞等 : 陆地棉品种 ( 系 ) 资源的主成分分析和聚类分析 1215 表 5 不同类群材料农艺性状的平均值 Table 5 Averages of agronomic traits of clustered materials 性状 类群 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 株高 (cm) 93 68 112 89 121 54 131 03 90 49 108 45 109 68 107 21 103 58 91 28 主茎长 (cm) 73 96 87 12 94 09 101 88 70 60 86 13 85 55 82 55 76 95 69 06 主茎节数 13 72 13 34 14 44 15 02 13 29 14 89 14 40 13 21 12 72 14 53 总果枝数 14 72 14 34 15 44 16 02 14 29 15 89 15 40 14 21 13 72 15 53 有效果枝数 8 98 9 94 10 30 10 19 10 04 10 66 12 12 10 50 8 00 7 93 果枝长 (cm) 32 51 42 53 52 89 37 39 33 76 37 81 45 76 50 13 47 78 42 32 果枝节数 5 20 5 47 7 39 4 94 4 71 5 08 5 25 5 83 5 65 6 06 苗期 (d) 33 06 34 35 33 25 35 50 33 23 32 83 36 09 37 91 38 75 33 75 蕾期 (d) 23 06 24 31 24 88 22 00 22 54 22 88 24 05 25 33 26 63 25 00 花铃期 (d) 44 06 43 94 44 00 43 00 43 98 45 06 47 49 49 31 45 88 53 75 生育期 (d) 100 19 102 68 102 13 100 50 99 77 100 67 107 61 112 62 111 25 112 50 果枝始节 5 03 5 57 5 44 6 45 5 32 5 48 6 33 6 57 7 38 5 80 始节高度 (cm) 12 75 17 62 16 95 19 87 12 45 14 82 16 31 16 92 18 19 15 67 籽棉产量 (g) 51 30 61 16 53 88 50 69 69 73 61 44 94 89 66 72 45 54 39 77 皮棉产量 (g) 17 01 22 16 19 87 19 87 25 43 20 80 36 42 24 96 15 75 12 48 单铃质量 (g) 4 84 5 62 5 56 4 70 5 93 6 11 6 21 6 20 5 14 5 98 衣分 (%) 30 69 36 35 36 50 39 25 36 46 33 35 38 35 37 28 34 27 29 77 衣指 (g) 4 76 6 40 6 24 6 42 6 57 6 38 7 07 6 72 5 99 6 02 籽指 (g) 10 75 11 18 10 88 9 94 11 47 12 71 11 37 11 32 11 47 13 54 号 中棉所 30 中棉所 64 中棉所 37 辽棉 4 号 辽棉 5 号 豫棉 12 号 锦棉 4 号 辽棉 7 号 新陆早 17 号 新陆早 30 号 中棉所 42 中棉所 50 中棉所 58 中 1707 中棉所 24 中棉所 36 中棉所 10 号 中棉所 20 豫棉 7 号 中棉所 14 表现为植株最矮, 果枝长度较短, 果枝节数最少, 生育期最短 第 Ⅵ 类群由 12 个材料构成, 分别是新陆早 29 号 新陆早 33 号 石选 87 晋棉 24 号 贝尔斯诺 中棉所 18 辽棉 8 号 绿早 254 锦棉 5 号 黔农 465 晋棉 9 号 晋棉 14 号 表现为总果枝数较多, 生育期较短, 单铃质量较高 第 Ⅶ 类群包括 43 个材料, 分别是中棉所 12 石远 321 江苏棉 1 号 鲁棉 1 号 鲁棉研 29 中棉所 23 冀棉 12 鄂棉 3 号 鄂沙 28 陕 1155 PPM8 新陆早 16 号 中棉所 40 新陆中 36 号 泗棉 2 苏棉 9 号 赣棉 8 号 徐州 142 豫棉 21 号 川棉 56 鑫秋 1 号 新陆早 41 号 百棉 5 号 晋棉 45 号 冀棉 958 国欣棉 3 号 邯郸 802 中棉所 35 晋棉 13 号 晋棉 29 陕 2365 邯郸 885 苏棉 1 号 晋棉 36 号 中植棉 2 号 岱字棉 15 辽棉 19 号 百棉 1 号 鲁棉 21 号 鲁棉 28 号 泗棉 4 辽棉 23 号 豫棉 9 号 大部分来自于黄河流域棉区, 表现为有效果枝数最多, 籽棉产量和皮棉产量最高, 单铃质量最高, 衣分和衣指最大 第 Ⅷ 类群包括 30 个材料, 来自中国四大棉区以及国外引进, 区域差异较大, 具有生育期最长, 单铃质量较高的特点, 分别是中棉所 15 湘棉 3 盐棉 48 中棉所 25 苏棉 10 号 中棉所 34 湘棉 10 号 洞庭 1 号 锦棉 1 号 汾无 195 陕棉 4 号 鄂棉 14 中棉所 17 豫棉 1 号 钱江 9 号 泗棉 3 冀棉 7 号 晋棉 8 号 冀棉 1 号 斯字棉 2B 99M7 晋中 169 乌干达 3 号 鄂荆 1 号 荆 8891 鲁棉 4 号 鲁棉 10 号 鲁棉 6 号 中棉所 8 号 苏棉 6 号 第 Ⅸ 类群包括 2 个材料, 苏棉 12 号和美国的 99M4, 表现为总果枝数最少, 生育期长, 果枝始节最高 籽棉产量和皮棉产量较低 第 Ⅹ 类群仅有 1 个材料岱红岱, 表现为植株
1216 江苏农业学报 2015 年第 31 卷第 6 期 较矮, 有效果枝数最少, 生育期长, 籽棉产量和皮棉 产量最低 衣指最高 3 讨论 主成分分析是将多个复杂的原始指标转化为几 个具有代表性的互不相关的综合指标 ( 主成分 ), 每 个主成分都是原始指标的线性组合, 保留了原始指 标的大部分信息, 从而减小分析的复杂性 [4] [22] Panthee 等收集了尼泊尔的 179 份大蒜材料, 调 查 8 个农艺性状, 主成分分析提取的 4 个主成分可 [23] 以解释超过 86% 的总变异 赵德新等对 55 个茄 子种质材料的 18 个形态学性状进行了主成分分析, 将 18 个性状简化为 6 个主成分, 代表 81 071% 的遗 传变异 本研究利用主成分分析将棉花 19 个农艺 性状简化为 5 个主成分, 累计贡献率达 80 253%, 反 映了大部分遗传变异信息 当前, 中国人多地少, 粮 棉争地矛盾日益突出 为协调粮棉发展, 在确保粮 食生产安全的前提下, 培育早熟 高产的棉花品种至 关重要 由本研究主成分分析结果可以看出, 第 2 主成分得分值高的材料生育期短 产量高 因此, 在 进行早熟 高产育种时, 可考虑第 2 主成分得分较高 的材料, 如百棉 5 号 冀棉 958 和岱字棉 15 聚类分析发现, 一些生态区域相同, 亲缘关系较 近的材料被聚在一起 例如来自河南省的百棉 2 号 和豫棉 5 号在遗传距离为 1 91 处被聚在一起, 来自 北部特早熟棉区的辽棉 18 号和晋棉 5 号在遗传距 离为 2 14 处被聚在一起, 新陆早系列的新陆早 15 号 18 号 23 号和 24 号在遗传距离为 2 87 处被聚 在一起 说明本研究利用包括株高在内的 19 个农 艺性状对陆地棉种质资源进行聚类, 具有一定可行 性 同时, 从聚类的 10 个类群中发现, 一些来自不 同生态区的材料被划分在同一类群 如第 Ⅰ 类群的 4 个材料中,2 个来自于北部特早熟棉区,1 个来自 于西北内陆棉区,1 个为前苏联品种 ; 第 Ⅷ 类群包含 了来自中国四大棉区和国外引进的材料 说明陆地 棉材料间的遗传差异与地理来源关系不大, 亲本材 料应从不同的类群中选择, 这与其他学者的研究结 果一致 [11,14,23 24] 聚类的 10 个类群中, 第 Ⅴ 类群生 育期最短 株高最矮 ( 代表性材料有中棉所 50 中棉 所 58 新陆早 17 号 锦棉 5 号 ), 第 Ⅶ 类群籽棉产量 和皮棉产量最高 ( 代表性材料有百棉 1 号 百棉 5 号 冀棉 958 锦棉 1 号 岱字棉 15) 根据主成分分 析结果, 在棉花早熟 高产育种时, 应从第 Ⅴ Ⅶ 类群和第二主成分得分值高的材料中选择优异亲本材料 此外, 结合材料系谱图发现, 同系列的陆地棉材料常选用同一个优异的品种作为亲本材料, 如新陆早 42 号和新陆早 51 号均以新陆早 10 号作为母本, 这可能是导致中国陆地棉遗传基础狭窄的一个重要原因 [25], 因此需不断扩大不同地区不同系列品种间的交流和加强国外引种力度, 提高中国棉花遗传多样性 值得说明的是, 本研究的聚类分析是基于表型数据, 由于表型性状容易受环境因素的影响, 只有严格控制环境因素, 才能得到准确的聚类结果 [11] 结合表型数据与分子标记数据评价种质资源 [26 29], 将更有助于探明种质间的亲缘关系, 提高亲本选配的预见性 参考文献 : [1] 刘文欣, 孔繁玲, 郭志丽, 等. 建国以来我国棉花品种遗传基础的分子标记分析 [J]. 遗传学报,2003,30(6):560 570. [2] CHEN G, DU X M. Genetic diversity of source germplasm of upland cotton in China as determined by SSR marker analysis[j]. Acta Genetica Sinica,2006,33(8): 733 745. [3] 张小娟, 何团结, 陆徐忠, 等. 陆地棉 SSR 核心引物筛选及 95 份骨干种质的遗传多样性分析 [ J]. 棉花学报,2011,23 ( 6): 529 536. [4] 何亮. 主成分分析在 SPSS 中的应用 [ J]. 山西农业大学学报, 2007,6(5):20 22. [5] 娄丽娜, 王辉, 王成, 等. 腌制萝卜种质资源的遗传多样性 [J]. 江苏农业学报, 2013, 29(6):1421 1426. [6] 赵一洲, 李正茂, 刘福才, 等. 粳稻盐粳 188 航天诱变 SP 2 代的性状变异与选择 [J]. 江苏农业科学, 2013, 41(6):58 61. [7] 陈培峰, 王建平, 黄健, 等. 太湖地区香稻品种稻米品质性状相关和聚类分析 [J]. 江苏农业学报, 2013, 29(1):1 7. [8] 孙菲菲, 王夏, 王强, 等. 南京地区白菜种质资源遗传主成分与聚类分析 [J]. 江苏农业科学, 2014, 42(3):106 109. [9] 康美玲, 田忠景, 张倩倩. 利用醇溶蛋白电泳图谱分析不同玉米品种的遗传多样性 [ J]. 江苏农业科学, 2013, 41 ( 10): 70 72. [10] 阮燕晔, 郭瑞, 崔震海, 等. 利用 SSR 技术分析辽宁省 32 个骨干玉米自交系的遗传多样性 [ J]. 江苏农业科学, 2013, 41(11):29 32. [11] 周丽艳, 郭振清, 马玉玲, 等. 春小麦品种农艺性状的主成分分析与聚类分析 [J]. 麦类作物学报,2011,31(6):1057 1062. [12] 王绘艳, 史雨刚, 马昊翔, 等.30 份春小麦品系主要农艺性状的聚类分析 [J]. 中国农学通报,2014,30(18):60 64. [13] 李培富, 杨淑琴, 马宏伟. 宁夏水稻主要农艺性状的主成分及聚类分析 [J]. 中国农学通报,2006,22(12):162 166. [14] 李向华, 常汝镇. 中国春大豆品种聚类分析及主成分分析 [ J].
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