高丹草农艺性状与产量的相关和通径分析

石 悦，杨东升，房永雨，柴文娟，刘拴成，贺如彤

（1.集宁师范学院生命科学与技术学院，内蒙古 集宁区 012000；2.河套学院农学系，内蒙古 临河区 015000；3.内蒙古自治区农牧业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010031）

高丹草是高粱与苏丹草通过人工授粉育成的优质杂交牧草，具有高粱和苏丹草的多个优点，如具有苏丹草的分蘖能力强、适口性好、抗旱、耐瘠性强等优点；具有高粱的质量优、产量相对高、叶量丰富、抗逆性和适应性都很强的优点，杂种优势明显。高丹草与传统牧草品种相比，具有动物易于消化和高产的特性，是重要一年生C4草本植物［1-2］，适合内蒙古当地气候特征。

畜牧业作为内蒙古的主导产业之一，其发展水平对内蒙古经济起着决定性作用，目前存在的主要问题是草畜矛盾十分突出，对草的产量和品质需求高，且饲草缺口较大。饲草不足直接制约内蒙古畜牧业的发展。高产优质饲草的大面积种植是缓解饲料不足的重要手段［3］。

国内关于农艺性状与产量相关性和通径分析的报道主要有无芒雀麦［4］、玉米［5］、甘蓝型油菜［6］、番茄［7］和绿豆［8］等。该研究旨在明确对高丹草产量影响较大的关键性状，研究其与高产的相互关系，借助相关性和通径分析明确各农艺性状对产量的影响，从而找到影响产量的主要因素，进而为高丹草的品种选育、优质生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验地概况

试验材料为内蒙古农业大学于卓教授团队多年育成的9个蒙农系列高丹草品种和3个新品系（见表1），试验地位于集宁师范学院植物园（113°10′E，40°01′N）。当地海拔1 417 m，属典型中温带大陆性季风气候，年平均气温4.4℃，年平均降水量384 mm；土壤类型为栗褐土，土壤肥力强，具有灌溉条件。

表1 高丹草材料名称和编号

1.2 试验设计

2020年5月16日将各试验材料种植于集宁师范学院植物园，试验采用穴播，每穴2粒，行距40 cm，株距15 cm，小区面积13.34 m2（长6.67 m，宽2.00 m），随机区组试验，3次重复。播种前施氮磷钾复合肥375 kg/hm2，苗期追施尿素10 kg/hm2，田间统一管理。

1.3 指标测定

每小区在生长后期随机取样10株进行农艺性状调查，考查的性状有株高、分蘖数、茎粗、叶片数、叶长、叶宽、单株干重，参照石悦等［9］的高丹草农艺性状测量方法，对各农艺性状进行相关性和通径分析。

1.4 数据分析

采用Excel进行统计，利用SPSS18软件进行变异、相关性和通径分析。采用线性回归的方法进行分析，具体参考杜家菊等［10］使用SPSS线性回归实现通径分析的方法。设定：X1为株高（cm）；X2为分蘖数（个）；X3为茎粗（cm）；X4为叶片数（个）；X5为叶长（cm）；X6为叶宽（cm）；Y为单株干重（g）。

2 结果与分析

2.1 高丹草主要农艺性状的变异分析

由表2可知，各供试材料的主要农艺性状存在丰富变异，峰度和偏度数值符合正态分布，是典型的数量性状。各农艺性状的变异系数范围为11.61%～54.67%，总分蘖数的变异系数最大，为54.67%；其次是单株干重的变异系数，为49.59%，变异较明显。株高、茎粗、叶片数、叶长和叶宽这5个性状的变异系数小于25%，静态稳定性相对较好，说明这些性状受环境和栽培管理条件影响较小［11］。单株干重和总分蘖变异系数均在25%以上，说明这2个性状受环境影响和栽培条件影响较大［11］，可通过合适的种植方式和管理措施改善农艺性状。

表2 高丹草各农艺性状的表型统计

2.2 高丹草单株产量与农艺性状的相关性分析

由表3可知，各性状存在不同程度的相关性。株高除了与总分蘖相关性未达到显著（P>0.05）水平外，与单株干重、茎粗、叶片数、叶长存在极显著（P<0.01）正相关，与叶宽是显著（P<0.05）正相关。单株干重除了与总分蘖数性状相关性未达到显著（P>0.05）水平外，与其他各性状的相关性为：株高＞茎粗＞叶片数＞叶长＞叶宽，即单株干重与株高的相关系数最大（0.746），与叶宽的相关系数最小（0.349）。

表3 高丹草各农艺性状间的相关分析

在选育高丹草高产优质品种过程中，要考虑性状间的相互影响，重点放在对株高、茎粗和叶片数的选择，放宽对叶长、叶宽和总分蘖的选择，注意各性状间的协调。

2.3 高丹草单株产量与农艺性状的主成分分析

由表4可知，主成分分析中前3个主成分贡献率分别为45.855%、12.924%、11.594%，累计贡献率高达70.373%，各因子在3个主成分中的分布情况见图1。主成分1中各性状特征向量值均为正值，单株干重、株高、茎粗、叶片数和叶长的载荷量较高，表明植株高大、主茎粗、叶片数多且植株叶片较长时，高丹草产量较高；主成分2中总分蘖的荷载最高且为正向特征值，株高、叶片数、叶长和单株干重为负向特征值，说明植株矮小、叶片数少及叶片小时，高丹草产量较低；主成分3中株高、分蘖数、叶片数和叶长特征值为负，说明植株矮小和叶片数少的高丹草干草产量较低。

图1 高丹草主成分分析载荷图

表4 高丹草各农艺性状主成分分析 单位：%

2.4 高丹草单株干重与农艺性状的多元线性逐步回归分析

启动SPSS程序，录入数据并设置变量标签。单株干重为因变量Y，株高、分蘖数、茎粗、叶片数、叶长、叶宽分别为X1、X2、X3、X4、X5、X6。在菜单栏中选择“分析”“线性”，使用系统默认选项完成逐步回归分析。

将不显著性状剔除后的多元线性逐步回归结果见表5。由表5可知，随着自变量被逐步引入回归方程，回归方程的相关系数R和决定系数R2逐渐增大，说明引入的自变量对总产量作用增加。株高、茎粗、叶片数、叶宽4个性状与单株干重的复相关系数R=0.810，决定系数R2=0.672，说明这4个性状可以解释67.2%的高丹草单株产量变异。

表5 高丹草单株干重和农艺性状的多元线性逐步回归模型输出结果

高丹草单株产量和农艺性状的多元线性回归分析系数如表6所示，建立回归系数最优方程Y=-141.988+0.298X1+30.942X3+4.470X4+5.989X6。该方程表明，株高、茎粗、叶片数和叶宽对高丹草单株产量有直接显著影响，其他性状影响不明显。

表6 高丹草单株干重和农艺性状的多元线性回归分析系数

2.5 高丹草单株干重与农艺性状的通径分析

对高丹草各农艺性状对产量的直接和间接影响进行了分析，结果如表7所示。对植株产量直接影响大小为株高（0.444）>茎粗（0.258）>叶片数（0.201）>叶宽（0.136），株高的直接通径系数最大，为0.444，表明株高对单株产量的影响最大，茎粗、叶片数和叶宽通过间接作用对单株产量起作用；茎粗对高丹草单株产量的影响次之，主要以茎粗（0.258）直接作用及株高（0.284）、叶片数（0.092）和叶宽（0.049）3个性状为间接作用，因此，株高和茎粗是直接影响高丹草单株产量的重要性状。

表7 高丹草农艺性状对单株干重的通径分析

3 讨论

选育高产优质高丹草品种是牧草遗传育种的目标，该试验利用不同高丹草品种的7个农艺性状与单株产量的表型、相关性、主成分和通径分析进行深入研究。各农艺性状的变异系数范围为11.61%～54.67%，各供试材料的主要农艺性状存在丰富变异，从峰度和偏度数值可看出，各性状符合正态分布，是典型的数量性状［11-12］。张俊丽等［13］引进饲用高粱、高丹草和青贮玉米等13个优质品种用于宁夏黄灌区麦后复种，复种饲用高丹草、高粱等品种农艺性状相关性表明鲜草产量与茎粗、株高显著正相关，茎粗与叶宽、叶片数、叶面积显著正相关。该研究中各性状存在不同程度的相关性，单株干重与株高的相关系数最大为0.746，在选育高产优质高丹草品种过程中，要考虑性状的相互影响，重点对株高、茎粗和叶片数等农艺性状进行选择，适度放宽对叶长、叶宽和总分蘖的选择，注意各性状的协调。

进行通径分析可以有效反映各农艺性状对产量的影响，包括产量的直接和间接效应，能准确反映其他农艺性状对产量因素的贡献［14-16］。王鹏等［17］通过适当增加株高、茎粗和叶片数等性状可提高向日葵的产量。郑本川等［18］试验表明株高是影响甘白远缘杂交材料单株产量最主要的因素之一。该试验表明直接影响高丹草单株产量的重要性状是株高和茎粗，与以上研究结果一致。

在农艺性状选择上，不仅要注意目标性状的选择，还要注意与之有相互制约关系的其他农艺性状，如株高、茎粗、叶片数、叶宽等农艺性状对最终产量均有影响，应综合利用其他农艺性状对产量的促进和制约作用，以提高高丹草新品种改良的效率。

4 结论

高丹草单株干重与各性状的相关性呈显著或极显著的遗传正相关关系；主成分分析中累计贡献率高达70.37%，主成分1中各性状特征向量值均为正值，单株干重、株高、茎粗、叶片数和叶长的载荷量较高，表明植株高大、主茎粗、叶片数多且植株叶片较长时，高丹草产量较高；通径分析中对植株产量直接影响的大小为株高（0.444）>茎粗（0.258）>叶片数（0.201）>叶宽（0.136），株高和茎粗是直接影响高丹草单株产量的重要性状。