热带作物学报２０１２，３３（８）：１３８９—１３９３ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｒｏｐｓ 四棱豆种质资源农艺性状的主成分及聚类分析 杨 衍，刘维侠，刘昭华，曹振木，詹园凤，党选民 裹璺 冀雾 荔薯蓉饕曩 量墓葬曩篓蠢霎海南儋州５农业部热带作物种质资源利用重点开放实验室 。 ７１７３７ 摘要对２７份四棱豆种质资源的生育期、单株商品荚数、单荚重等２２个主要农艺性状进行主成分和聚类分 析．以探讨四棱豆种质资源的遗传差异性，为四棱豆品种选育和引种栽培提供理论依据。结果表明，２７份四棱 豆种质可以归纳为４大类：１０个数量性状主成分可分为产量、生育期、粒重和品质因子，这４个主要因子对变 异的累积贡献率达８６．３５６％ 关键词 四棱豆：农艺性状：主成分分析：聚类分析 中图分类号 Ｑ９４５ 文献标识码Ａ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｗｉｎｇｅｄ Ｂｅａｎ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ ＹＡＮＧ Ｙａｎ。ＬＩＵ Ｗｅｉｘｉａ，ＬＩＵ Ｚｈａｏｈｕａ，ＣＡ０ Ｚｈｅｎｍｕ ＺＨＡＮ Ｙｕａｎｆｅｎｇ．ＤＡＮＧ Ｘｕａｎｍｉｎ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｒｏｐｓ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＡＴＡＳ／Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｃｒｏｐ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｈｕｒｅ，Ｄａｎｚｈｏｕ，Ｈａｉｎａｎ ５７ｉ７３７，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｇｅｍｐｌａｓｍ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓａｌ ｄａｔａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ａｎｄ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｓｏｐｈｏｃａｒｐｕｓ ｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂｕｓ（Ｌ．）ＤＣ，２７ ｇｅｒｍｐｌａｓｍｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｌｕｓｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ２２ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｔｒａｉｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｄａｔａ，ｔｈｅ ２７ ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ ｇｅｒｍｐｌａｓｍｓ ｗｅｒｅ ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ ｉｎｔｏ ４ ｇｒｏｕｐｓ，ａｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｉｒｂｕｔｅｄ ｖａｒｉａｎｃｅ ｏｆ ｆｉｒｓｔ ｆｏｕｒ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｍｏｕｎｔｅｄ ｔｏ ８６．３５６％，ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｙｉｅｌｄ ｆａｃｔｏｒ，ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ ｆａｃｔｏｒ， ｓｅｅｄ ｗｅｉｇｈｔ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ；Ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒ；Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｄｏｉ １０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１０００—２５６１．２０１２．０８．０１０ 四棱豆 ｏｐｈｏｃａｒｐｕｓ ｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂｕｓ（Ｌ．）ＤＣ１别 １材料与方法 名翼豆、翅豆、杨桃豆、热带大豆。属于豆科四棱 １．１试验材料 豆属的变种。它起源于热带非洲和东南亚．在巴布 供试材料为从国内外收集的２７份四棱豆种质 亚新几内亚和缅甸有较大规模生产．我国主要分布 （表１）。由中国热带农业科学院热带作物品种资源 在热带、亚热带地区如海南、广东、广西和云南Ⅲ 研究所提供 等省（区）。四棱豆属一年生或多年生缠绕性草本植 １．２试验方法 物，富含蛋白质、脂肪、矿物质与维生素。其氨基 试验分别于２００９年８月和２０１０年１Ｏ月直播 酸含量丰富而平衡，具有较高的营养价值、经济价 于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所蔬 值和药用价值，被誉为“热带大豆”、 “绿色金子” 菜种质圃内，采用随机区组设计，３次重复．每小 及“奇迹植物”［２１。在过去的２０多年里．四棱豆主 区种植５Ｏ株，常规栽培管理。农艺性状观察记载 要在引种【３卅、新品种选育【 、栽培技术［８－９］、营养 采用党选民等ｌ１７ 司介绍的四棱豆种质资源描述规范 成分［１０—１２］和功能因子［１３—１６］等方面有较多的研究 本 和四棱豆种质资源数据质量控制规范统一的规范和 研究通过对国内外引进的２７份四棱豆种质资源的 标准，每小区随机选取２０株，观察记载内容见表２。 农艺性状进行观察评价与聚类分析．以了解四棱豆 １．３数据分析方法 资源的遗传差异性．为四棱豆引种栽培、资源有效 对测得的ｌ０个数量性状计算平均数和标准差． 利用和新品种选育提供理论依据 采用ＳＰＳＳＶ１８．０软件进行方差分析．相关分析和主 收稿日期：２０１２—０５—１１ 修回日期：２０１２—０７—０６ ’ 基金项目：级公益性科研院所基本科研业务费专项（Ｎｏ．ＰＺＳ０６５；Ｎｏ．ＰＺＳ０５７）；科技部科技支撑计划项目（Ｎ０．２００９ＢＡＤＡ２Ｂ０２）。 作者简介：杨衍（１９７１年一），男，副研究员。研究方向：蔬菜种质资源和遗传育种。｝通讯作者：党选民，Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ０８８＠１６３．ｃｏｎｌ。 一１３９０－ 热带作物学报 第３３卷 表２四棱豆观测性状和分析编号 说明：Ａ１一Ａ１０是用于方差分析、相关分析、主成分分析和聚类分析的数量性状编号。 成分分析。对２７个四棱豆品种的２２个性状的数据 进行标准化处理。采用ＳＰＳＳ统计软件中的类平均 法、最长距离法、最短距离法进行系统聚类分析。 平以上 单株商品荚数最高的是Ｗ１／１方，平均每 株３８荚：最低为．Ｂ１９和ＳＬＫ一４．平均每株１９荚。 单株干果荚量最高的为Ｗ１／１方．平均每株３６荚： 最低ＳＬＫ一４，平均每株１２荚。桂矮１号的单荚种 子最多。平均每荚１７粒，最少的为ＳＬＫ一３，平均每 荚８粒。Ｗ２单种子的百粒重最大，有５１．４２ ｇ。最 ２结果与分析 ２．１ ２７个四棱豆品种数量性状分析 ２７个四棱豆品种数量性状方差分析表见表３。 结果表明．２７品种各性状之间差异均达到显著水 小的是桂矮１号、２６．８３ ｇ。２７个材料的种子产量 只有ＳＬＫ一３没有达到１ ３００ｋｇ／ｈｍ ．仅１ ２２７ ｋｇ／ｈｍ ， 表３ ２７个四棱豆品种数量性状方差分析表 说明：｝ 代表差异达到极显著水平（ｐ＜０．Ｏ１）， 代表差异达到显著水平（．ｐ＜０．０５）。 第８期 杨衍等：四棱豆种质资源农艺性状的主成分及聚类分析 一１３９１一 其它材料均在２ ０００ ｋｇ／ｈｍ。以上，其中Ｗ１／１方、 表４。从表４可以看出，生育期（Ａ１）和单荚种子数 Ｂ０７、５、Ｂ２０种子产量分别为５ ８５１．５、５ ８４８．５、 （Ａ７）呈显著的负相关（－０．４４０）。单株商品荚数 ４ ７０１、４ ６２４．５ ｋｇ／ｈｍ２ 四棱豆种子粗蛋白含量最高 （Ａ２）和单株干荚果数（Ａ３）（０．９６５），荚果长度（Ａ４） 的为材料５，为４１．０３％，最低为Ｗ１／２扁，含量 （０．６４１），荚果宽度（Ａ５）（０．５２６），单荚重（Ａ６） ２８．５７％。 （０．８０７）和种子产量（Ａ９）（０．８０８）呈极显著正相关。 ２．２ ２７个四棱豆品种１Ｏ个农艺性状相关系数 种子产量（Ａ９）还与单荚种子数（Ａ７）（０．３４８）呈显著 ２７个四棱豆品种ｌ０种农艺性状的相关系数见 正相关关系 表４ ２７个四棱豆品种１０种农艺性状的相关系数 说明： 代表差异达到极显著水平 ＜Ｏ．Ｏ１）， 代表差异达到显著水平 ＜０．０５）。 ２．３ ２７个四棱豆品种１０个农艺性状主成分分析 是由它们几个组成的一个综合指标．可以认为是产 ２７个四棱豆品种１０个农艺性状主成分的特征 量因子。在主成分２中，系数较大的性状是生育 值和贡献率见表５，由表５可以看出．在所有构成 期，故主成分２为生育期生长因子 在主成分３ 的主成分性状中，信息主要集中在前４个主成分 中，系数较大的性状是种子百粒重．可认为是粒重 中，其累积方差贡献率为８６．３５６ 第１主成分贡 因子。在主成分４中，系数较大的性状是种子粗蛋 献率４５．４７９％为最大，其次是主成分２、主成分３ 白含量，可认为品质因子 根据主成分分析结果也 和主成分４，贡献率分别是１６．３７８％．１３．８５６％和 可以有效地选择育种指标。例如．第２主成分是生 １０．６４４％。而从表６可知，单株商品荚数．单株干 育期因子，但是，生育期一方面与单荚种子数呈显 荚果数，荚果长度，荚果宽度，单荚重和种子产量 著负相关（一０．６５４）．另一方面有利于提高种子百粒 是对主成分１影响较大的特征向量．说明主成分１ 重。因此，在育种指标确定中．以单荚种子数作为 表５ ２７个四棱豆品种１０个农艺性状 选择指标需要慎重考虑 主成分的特征值和贡献率 表６主成分的特征向量 —．１３９２—． 热带作物学报 第３３卷 ２．４ ２７个四棱豆品种２２个农艺性状聚类分析 对２７个四棱豆种质的２２个性状的数据进行标 准化处理，采用ＳＰＳＳ统计软件进行系统聚类分 析，根据欧式距离结果。采用类平均法、最长距离 法、最短距离法进行聚类结果基本一致 根据最长 距离聚类分析结果进行系统聚类（图１）。将２７个 四棱豆品种分为４类：第１类为矮生四棱豆．桂矮 １号与２６个蔓生品种有较大的距离．说明它们的 亲缘关系较远：第２类为桂丰４号．其主茎颜色为 紫色；第３类为桂丰１号、Ｂ１９和Ｗ１／２扁，果荚 形状为扁平型：其余品种划分为第四类 这为不同 育种目标的亲本选择提供了选择依据 图ｌ ２７个四棱豆种质聚类分析 ３讨论 在植物生长发育过程中．对农艺性状进行相关 性、主成分和聚类分析研究，对指导植物的生产尤 其是品种选育具有重要意义【 。 陈东明等船的研究表明，鲜豆荚总产量与主蔓长、 主蔓节位数、单株分枝数、豆荚长、单荚重、单株 每６６６．７ ｍ 豆荚重有极显著的相关性 笔者发现２７ 个四棱豆每６６６．７ ｍｚ产量与单株商品荚数．单株干 荚果数，荚果长度，荚果宽度，单荚重和单荚种子 数呈显著正相关关系．这说明与荚果产量相关的性 状很多，有利于遗传种质的获取和改良 形态学方 法对研究植物种内个体间的遗传鉴定、亲缘关系、 遗传多样性评价及植物育种工作中杂交亲本的选择 等有较大的作用［２１。本研究采用形态学分类法将矮 生品种桂矮ｌ号与２６个蔓生品种．将主茎颜色特 殊的桂丰４号与其它品种以及果荚形状为扁平型的 桂丰１号。Ｂ１９和Ｗ１／２扁与其它品种进行有效的 区分．这与前人的结果一致［２１．也证明了这种划分 方法的可靠性 主成分分析将２７个四棱豆品种划 分为产量因子．生育期生长因子．粒重因子和品质 因子。可见产量构成是由多因素决定的，这与相关 分析的结果一致 本研究可为海南省四棱豆引种栽 培、资源有效利用和新品种选育提供理论依据和实 践指导 参考文献 ［１】王佩之，许冠南．一种有待开发的稀有蔬菜——四棱豆［Ｊ】＿中 国蔬菜，１９９１（３１：３０—３２． 【２］陈东明，艾辛，王佩芝，等．四棱豆的主要农艺性状和品种 亲缘关系研究ｆＪ１，湖南农业大学学报（自然科学版），２００５，３１ （５）：５２１—５２３． ｆ３】王佩芝，邓淑芳，胥晓．四棱豆优良品种的引种和良种选育 研究Ⅲ．中国农学通报，２００３，１９（２）：５９—６２． ［４】吴军，卞晓东，徐媛．无锡地区四棱豆引种试验初报 ． 长江蔬菜．２０１０（２３）：４５—４６． ［５】Ａｂｅ Ｊ，Ｎａｋａｍｕｒａ Ｈ，Ｎｏｇｕｃｈｉ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ ｖａｒｉｅｔｙ‘Ｕｒｉｚｕｎ’ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｉｔｓ ｃｕｈｉｖａｔｉｏｎ ｉｎ Ｊａｐａｎ［Ｊ］．Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，１９９３，３７ （３）：２４８—２５０． 『６１龙明华．早熟四棱豆“桂丰一号”主要性状ｆＪＪ．长江蔬菜，１９９３ （４）：４０－４１． 【７】党选民，杨衍，刘维侠，等．０ｕ棱豆新品种“翠绿”叭．园艺 学报，２００８，３５（１１）：１ ７１４． ［８】曲亚英．新特蔬菜四棱豆的特征特性及其栽培技术ｆＪＪ．廿肃农 业科技．２００４．（３）：３７—３９． 【９】任晓霞，裴顺强．四棱豆日光温室高产栽培技术『Ｊ１．上海蔬菜， ２０１０（５）：３７－３８． ［１０】Ｒａｖｉｎｄｒａｎ Ｇ，Ｐａｌｍｅｒ Ｊ Ｋ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｉｅｔａｒｙ ｆｉｂｅｒ ｉｎ ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ ｓｅｅｄｓ［Ｊｌ ＿Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９０，５５（１）：１３７—１４０． 【１ １】Ｍｎｅｍｂｕｋａ Ｂ Ｖ，Ｅｇｇｕｍ Ｂ ０．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｎｕｔｉｒｔｉｖｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ（Ｐｓｏｐｈｏｃａｒｐｕｓ ｔｅｔｒａｇｏｎｏｌｏｂｕｓ（Ｌ）ＤＣ）ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｌｅｇｕｍｅｓ ＿０ｗｎ ｉｎ Ｔａｎｚａｎｉａ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ Ｆｏｏｄｓ Ｈｕｍ Ｎｕｔｒ，１９９５，４７（４）： ３３３—３３９． 第８期 杨 衍等：四棱豆种质资源农艺性状的主成分及聚类分析 一Ｉ３９３一 【１２］蒋立文，郑兵福，廖卢燕，等．四棱豆种子及其发酵物挥发性 ・风味成分变化ｆＪ］．食品科学，２０１０，３１（１４）：２２１—２２４． 【１３１赵则海，肖小琼，邱卓荣，等．四棱豆叶中凝集素的提取及其 凝集活性研究［Ｊ１．现代食品科技，２０１０，２６（１２）：１ ３４１—１ ３４４． ［１４］Ｓａｓｉｄｈａｒａｎ Ｓ，Ｚｕｒａｉｎｉ Ｚ Ｌａｔｈａ Ｌ Ｙｏｇａ，ｅｔ ａ／．Ｆｕｎｇｉｃｉｄａｌ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｏｒａｌ ａｃｕｔｅ ｔｏｘｉｃｉｔｙ ｏｆ ｐｓｏｐｈｏｃａｒｐｕｓ ｔｅｔｒａｇｏｎｏｂｕｓ ｒｏｏｔ ｅｘｔｒａｃｔ［Ｊ［．Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ，２００８，４６（４）：２６１－２６５． ［１５］Ｒ０ｙ Ｓ，Ｄｕｔｔａ ＳＫ．Ｇｅｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｃＤＮＡ ｃｌｏｎｉｎｇ，ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ， ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｈｙｍｏｔｒｙｐｓｉｎ－－ｔｒｙｐｓｉｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｆ＇ｏｍ ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ ｓｅｅｄｓ［Ｊ［．Ｂｉｏｓｃｉ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ，２００９， ７３（１２）：２ ６７１—１ ６７６． ［１６］Ｒｏｙ Ｓ，Ｍａｎｄａｌ Ｃ，Ｄｕｔｔａ Ｓ Ｋ．Ｓｉｔｅ—ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｋｅｙ ｒｅｓｉｄｕｅｓ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｗｉｎｇｅｄ ｂｅａｎ ｅｈｙｍｏｔｒｙｐｓｉｎ—ｔｒｙｐｓｉｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ａｎｄ ３－Ｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｐｅｐｔ Ｌｅｔｔ，２０１１，１８（５）：４７１－９． ［１７］党选民．特种蔬菜种质资源描述规范［Ｍ】．北京：中国农业出版 社．２００５：３０—３７． 【１８］党选民．特种蔬菜种质资源数据质量控制规范［Ｍ］．北京：中国 农业出版社．２００７：３６—４５ ［１９１胡兴雨，陆平，贺建波，等．黍稷农艺性状的主成分分析与 聚类分析［Ｊ］．植物遗传资源学报，２００８，９（４）：４９２—４９６． ｆ２Ｏ１高金锋，张慧成，高小丽，等．苦荞种质资源主要农艺性 状分析【Ｊ］．河北农业大学学报，２００８，３１（２）：１－５，２０． ｆ２１１刘 江，陈兴福，刘 莎，等．基于主成分聚类分析的ＪＩｌ产麦 冬种质资源质量综合评价研究口】．中国中药杂志，２０１０，３５ （５）：５６９—５７３． ｆ２２］李松强，李向东，王石华，等．外引黑米种质资源农艺性状的 主成分及聚类分析ｆＪ］．西南农业学报，２０１０，２３（１）：¨一１５． 『２３］柳唐镜，于海彬，张棵，等．红籽瓜种质资源形态多样性分 析『Ｊ１．中国蔬菜，２０１０（２０）：１９—２６． 责任编辑：叶庆亮
