基于主成分分析和聚类分析的大白菜耐抽薹种质资源评价

摘    要：为了促进大白菜优良品种的选育，对50份合抱型大白菜种质资源的开展度、株高、毛质量等10个农艺性状进行了变异分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果表明，中心柱纵径的变异系数为45.39%，净质量变异系数为29.88%，球叶数变异系数为28.71%，表明这50份大白菜种质资源在产量、叶片数和耐抽薹性等方面差异较大，有利于种质资源的比较和筛选。相关性分析结果表明，农艺性状指标间相关性较强，指标信息间存在重叠，适合采用主成分分析法提取少数指标对大白菜种质资源进行综合评价。通过提取前3个主成分，特征值均大于1，同时累计方差贡献率达75.793 9%，包含了主要农艺性状的绝大部分信息。通过聚类分析将50份大白菜种质资源分为4类，利用主成分分析与聚类分析对大白菜种质资源农艺性状进行考察和评价，筛选出不同用途的优良亲本材料。其中，从德高秋美、天正秋白×春福皇、太太菜、五月美皇中选育出的自交系分别为4个类群中表现最优异的材料，研究结果为育种工作提供了理论基础。

关键词：大白菜；种质资源；相关性分析；主成分分析；聚类分析

中图分类号：S634.1 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）05-037-07

Evaluation of bolting tolerant germplasm resources of Chinese cabbage based on principal component analysis and cluster analysis

XIAO Yan ZHANG Qianqian YUAN Ranghua CHANG Huaicheng WANG Xiaoling YUAN Jingyun XU Shijing LIU Xuesheng

（1. Henan Xinxiang Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang 453000， Henan， China; 2. Henan Jinlei Seedling Co.， Ltd.， Xinxiang 453000， Henan， China）

Abstract： In order to promote the breeding of Chinese cabbage varieties， the variation， correlation， principal component analysis and cluster analysis of 10 agronomic traits， such as development degree， plant height and gross weight， were carried out in 50 germplasm resources of Chinese cabbage. The results showed that the coefficient of variation of central column longitudinal diameter， net weight and head number were 45.39%， 29.88% and 28.71%， respectively， the results showed that there were significant differences in yield， leaf number and bolting tolerance among the 50 Chinese cabbage germplasm resources， which was beneficial to the comparison and screening of germplasm resources. The results of correlation analysis showed that there was a strong correlation among the agronomic traits and the information of the traits overlapped， so the principal component analysis was suitable to extract a few indexes for comprehensive evaluation of Chinese cabbage germplasm resources. By extracting the first three principal components， the eigenvalues were all greater than 1， and the cumulative contribution rate was 75.793 9%， which contained most of the information of the main agronomic traits. Through cluster analysis， 50 Chinese cabbage germplasm resources were divided into 4 categories， and the agronomic characters of Chinese cabbage germplasm resources were investigated and evaluated by principal component analysis and cluster analysis， and the good parent materials for different purposes were screened out， Degaoqiumei，Tianzhengqiubai×Chunfuhuang， Taiaicai and Wuyuemeihuang are the best materials among the four groups.

Key words： Chinese cabbage; Germplasm resource; Correlation analysis; Principal component analysis; Cluster analysis

大白菜（Brassica pekinensis Rupr.）原产我国，栽培历史悠久，在长期的栽培中通过自然选择和广大科研人员的不懈努力，培育形成了适应不同地区、不同生态类型的地方品种，种质资源十分丰富[1]。大白菜产业模式的变革使春播及高寒地区的大白菜栽培面积不断扩大。目前，我国在耐抽薹品种选育方面起步较晚，生产上种植的这些品种多依赖日本、韩国进口，成为大白菜种业的“卡脖子”问题，突破的关键在于品种创新，而品种创新的关键在于实施种质资源的精准鉴定评价。

农艺性状具有直观、经济、便于观察及与作物的生产直接关联等特点，是重要的作物评价指标。刘来福[2]于1979年在国内首次提出利用主成分遗传距离度量亲本间遗传差异。针对表型性状利用主成分分析和聚类分析进行评价，在水稻[3-4]、玉米[5]、马铃薯[6]、辣椒[7]、西葫芦[8]、芸豆[9]、甘蓝[10]等作物种质资源研究中得到应用。而在大白菜上的报道较少，刘永莉等[11]、范伟强等[12]利用数量性状主成分分析和聚类分析研究大白菜品种间的遗传差异。

笔者以新乡市农业科学院白菜研究所通过多年自交选育和游离小孢子培养获得的50份合抱型大白菜种质资源为材料，调查农艺性状，分析各农艺性状的变异系数、相关关系，采用主成分分析和聚类分析对大白菜种质资源进行综合评价，最终筛选出优异种质资源，该项工作对提高选育效率和育种水平具有重要的理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料50份，均为新乡市农业科学院白菜研究所经过多年自交选育获得的合抱型大白菜自交系，材料来源见表1。

1.2 方法

2020年春季进行田间鉴定，试验地点位于河南省新乡市农业科学院研发中心基地。2月13日，于日光温室内穴盘育苗，每盘50穴，每个材料育苗1盘，3月15日田间定植。田间小区试验设计为3次重复，随机区组排列，小区面积6 m2。每份材料每个重复定植12株；采用起垄覆膜栽培，膜上定植，每垄定植双行，株行距50 cm×50 cm，设保护行。在生长期间，及时防治病虫危害。

5月15日统一调查株高、开展度、毛质量、净质量、球高、球宽、外叶数、球叶数、中心柱横径、中心柱纵径10个农艺性状。农艺性状调查标准根据GB/T 19557.5－2017《植物品种特异性、一致性和稳定性测试指南 大白菜》，每个材料每次重复调查3株，取平均值进行数据统计分析。

1.3 数据统计与分析

应用Excel2016对源数据进行统计与整理，得出各农艺性状的平均值、标准差和变异系数等；再把数据导入DPS©数据处理系统第3版软件，对10个农艺性状进行相关性分析和主成分分析，提取特征值大于1的因子作为主成分，得到原始数据相关矩阵的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率等，最后根据性状的差异进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 50份大白菜种质资源主要农艺性状变异分析

由表2可知，在50份大白菜种质资源中，不同大白菜种质资源的10个农艺性状表现出不同程度的差异，变异系数在9.83%～45.39%，变异幅度较大。其中，中心柱纵径的变异系数最大，为45.39%，变异幅度为4.17～19.00 cm，极差是14.83 cm；其次是净质量，变异系数为29.88%，变异幅度为0.57～1.88 kg，极差是1.31 kg；其他性状的变异系数从大到小依次为球叶数＞外叶数＞毛质量＞中心柱横径＞球宽＞开展度＞球高＞株高。结果显示，除了株高，其他性状的变异系数均大于10%，表明这50份大白菜种质资源在产量、叶片数和耐抽薹性等方面差异较大，有利于种质资源的比较和筛选。

2.2 50份大白菜种质资源主要农艺性状指标的相关性分析

从表3可知，在50份大白菜种质资源的10个农艺性状指标中，大白菜的开展度与株高、毛质量、球高、球宽和外叶数呈极显著正相关；株高与毛质量、球高、球宽和外叶数呈极显著正相关；毛质量与净质量、球宽、球叶数和中心柱横径呈极显著正相关，与球高呈显著相关；净质量与球宽、球叶数和中心柱横径均呈极显著正相关；球高与球宽、外叶数呈极显著正相关；球宽与球叶数呈显著正相关；球叶数与中心柱横径呈极显著正相关，与中心柱纵径呈极显著负相关。这表明各农艺性状指标间相关性较强，指标信息间存在重叠，适合采用主成分分析法提取少数指标对大白菜种质资源进行综合评价。

2.3 50份大白菜种质资源主要农艺性状指标的主成分分析

在主成分分析的降维过程中，认为特征值≥1的主成分具有一定代表性。由表4可知，前3个主成分的特征值分别为3.714 6、2.150 6和1.714 3，均大于1，同时累计方差贡献率达75.793 9%，包含了主要农艺性状的绝大部分信息，因此选取前3个主成分进行分析比较可靠，而其他成分的特征值均小于1，且方差贡献率趋于平缓（图1），代表性不强，不提取为主成分。

由表4、5可知，第一主成分的特征值为3.714 6，贡献率为37.145 6%，以毛质量（0.440 0）、球宽（0.412 6）、开展度（0.384 5）和株高（0.348 5）的荷载较高，其特征值均为正值，说明第一主成分综合反映了大白菜整体植株的信息。

第二主成分的特征值为2.150 6，贡献率为21.505 5%，以中心柱横径（0.483 1）、球叶数（0.376 2）和净质量（0.366 6）的荷载较高，说明第二主成分反映的是大白菜的产量和球叶数信息。