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摘要 该试验以48个不同生态型大豆品种为材料，以聚类和GGE双标图，分析供试品种的株高、株质量、主茎荚数、主茎节数、茎粗、株荚数、分枝数、有效分枝数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重等12个农艺性状，研究其产量能力。结果表明：48个供试品种根据聚类分析可分为4大类群，类群Ⅰ为中产型潜力品种，类群Ⅱ为低产品种，类群Ⅲ为高产品种，类群Ⅳ仅有1个品种，较为特殊。主茎节数、茎粗、株高、百粒重对类群Ⅲ的品种效应明显，有效分枝数、分枝数、株荚数、虫食数、株粒数、株粒重、株质量和主茎荚数对类群Ⅳ的品种效应明显。
关键词 大豆品种；产量能力；聚类分析；双标图
中图分类号 S565.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）17-054-03
Abstract Forty.eight different ecotypes of soybean cultivars were taken as materials tested in this paper. Cluster and GGE biplot were used to analyze twelve traits including plant height，weight per plant，mainstem pod number，mainstem node number，mainstem thickness，pods per plant，branch number，valid branch number，100.seed weight，pest.bitten seed number，seeds per plant，and yield per plant，researching yield ability of the cultivars. The results showed that forty.eight cultivars could be classified into four groups. GroupⅠ was medium.yield and potential cultivars，GroupⅡ was low.yield cultivars，Group Ⅲ was high.yield cultivars，and Group Ⅳ only had one cultivar and was special. The traits such as mainstem node number，mainstem thickness，plant height，100.seed weight had obvious effect on Group Ⅲ. The traits including valid branch number，branch number，pods per plant，pest.bitten seed number，seeds per plant，yield per plant，weight per plant，and mainstem pod number had obvious effect on Group Ⅳ.
Key words Soybean cultivars； Yield ability； Cluster analysis； Biplot
在土壤和灌溉条件基本相同的情况下，大豆产量远远低于其他禾谷类作物[1]，因此提高大豆产量成了大豆生产的重中之重。因为如果没有产量作保障，抗性、品质等优良性状的意义将无法凸显。大豆产量的形成基于干物质积累和子粒中定向分配[2]。在大豆生产中，产量是由株荚数、每荚粒数和粒重等不同性状来直接体现的[3]，而大豆的单产水平表现为单位面积株数、株荚数、荚粒数和百粒重的乘积[4]。特定品种的单位种植密度在具体的水肥措施和栽培模式下有其特有的幅度，不会有大的伸缩性。大豆生育期不同阶段遭遇干旱，对其产量性状的影响有所不同。而在生长发育和产量形成过程中，大豆有其特殊的生理特点，如茎节上成荚、局部利用光合物质、不同器官竞争光合物质、营养和生殖期长时间重叠期等，所以株荚数、荚粒数和粒重又受到株高、主茎节数、主茎荚数、分枝数、有效分枝数、结荚高度等性状的影响，这些性状共同作用最终决定产量。
由于大豆产量是受多基因控制的复杂数量性状[5]，涉及基因与基因之间、基因与环境之间的多重互作，受环境条件的影响较大[6-8]。因此对于大豆产量能力的研究应从多个性状综合考虑，并结合特殊生态区域特点，以理想株型为依托，寻求大豆高产的理论和实践依据。该试验以48个不同生态型大豆品种为研究材料，基于各品种株高、株质量、主茎荚数、主茎节数、茎粗、株荚数、分枝数、有效分枝数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重等12个农艺性状，应用聚类分析，将48个材料分为不同类群，并探讨各类群特点，鉴别出高产群体和高潜力群体，最后应用GGE双标图，分析不同性状对各类群的效应，旨在充实高产大豆育种理论、丰富直观鉴定指标体系，并为组配高产杂交组合提供亲本来源。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料包括48个大豆品种，这些品种取自山西农业大学大豆遗传育种室，在生态类型方面有明显差异，各品种编号和名称见表1。
1.2 试验设计
于2013、2014年连续2年在山西农业大学试验田进行该试验。采用随机区组设计，各小区播种2行（行长5.0 m，行、株距分别为0.5 m、 0.2 m），重复3次，依照当地实际进行田间管理，并按时中耕锄草。
1.3 性状值测定
各品种成熟收获时，各小区随机取10株进行考种，被测性状有12个：株高、株质量、主茎荚数、主茎节数、茎粗、株荚数、分枝数、有效分枝数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重，数据取2年的平均值。根据性状特点将性状分为株型性状（株高、主茎节数、茎粗、分枝数、有效分枝数）和产量性状（株质量、主茎荚数、株荚数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重）2大类[9-10]。 1.4 数据分析
主成分分析采用SPSS软件，并根据48个供试品种的性状，计算材料间的欧氏距离，采用WPGMA法进行聚类分析，建立聚类树状图；应用GGEbiplot软件分析各性状对各类材料的产量效应。
2 结果与分析
2.1 各品种聚类分析
图1表明不同大豆品种农艺性状聚类结果。由图1可知，48个大豆品种根据其被测农艺性状可以聚为4个类群（d=9.02），类群Ⅰ由品种6、21、27、22、41、45、48、15、25、17、12、16、44、28、34、31、42、14、19、1、7、4、32、35、39、40组成，共 26个品种；类群Ⅱ有品种3、29、24、38、23、26、46，共7个品种；类群Ⅲ包括品种13、36、18、10、33、9、37、20、5、47、43、11、30、8，共14个品种；类群Ⅳ只有品种2。
2.2 各农艺性状的效应分析
2.2.1 各株型性状的效应。
在GGE 双标图中，以直线连接各类群的标志点，构成一个囊括4类群品种及5个株型性状的四边形，从图中原点（0，0）向各边作垂线，可以将该图划分为4个扇区，从图中可明显看出，各株型性状落于不同区内，每区的顶角数字代表一种类群的品种，处在特定类群区内的，即是对这类群品种效应最明显的株型性状[11]。由图2可看出，主茎节数、茎粗、株高落于类群Ⅲ品种区内，有效分枝数和分枝数落于类群Ⅳ品种区内，在类群Ⅰ、Ⅱ区内没有性状。
2.2.2 各产量性状的效应。
由图3可看出，百粒重落于类群Ⅲ品种区内，株荚数、虫食数、株粒数、株粒重、株质量和主茎荚数均落于类群Ⅳ品种区内，在类群Ⅰ、Ⅱ区内没有性状。
3 讨论
聚类分析将48个供试品种分为4大类群，不同类群的性状特点尤其是产量能力差异较大。类群Ⅰ的品种平均株粒重为26.21 g，在4类群体中排第3，属于中产品种，这类品种约占供试品种的54%，这类品种的株质量、株粒数、株荚数和主茎荚数均较高且趋于平衡，因此是一类具有较高高产潜力的品种，可以作为高产杂交组合配制时亲本来源的考虑对象。这类品种中已有被用为亲本选育品种的材料，如6号材料84×大白眉，作为父本与复61杂交后，最终选育出国审品种晋大70。类群Ⅱ中的7个品种的共同特点是，株质量较小，均在50 g以下，株粒数均不足100，主茎荚数也都在35个以
下，因此这类品种的平均株粒重仅为14.58 g，为低产品种，在4类群体中排在最后。这类品种在作为种质资源时，可利用其某些优势来弥补某一特定性状，如38号品种晋旱125，具有较强的抗旱性，可用作抗旱育种中的亲本选配。类群Ⅲ的14个品种，其平均株粒重为37.12 g，在4类群体中排第2，这类品种的共同特点是植株高大（不低于75 cm）、株重大（不低于60 g）、株荚数均在55个以上，株粒数基本都在150粒以上，所以此类品种的产量较高。最后一类中仅有1个品种：2号品种晋大74，该品种株粒重为50.4 g，为所有品种中最高，同时，其产量性状也具有优势，分枝数、株荚数、株粒数均为所有品种中最多，因此其产量表现也为4类群体中最高，该品种曾于 2006年创下黄淮海地区夏播大豆超高产纪录。通过GGE双标图分析表明，主茎节数、茎粗、株高和百粒重对类群Ⅲ效应明显，而对晋大74则是有效分枝数、分枝数、株荚数、虫食数、株粒数、株粒重、株质量和主茎荚数效应最明显。这一分析与这2类群体的整体产量表现一致，对晋大74效应明显的性状较多，也与其在这些性状上明显高于其他品种的现象一致。
大豆产量能力本质上由品种自身基因型决定，但这种多基因控制的数量性状易受环境影响[12]，不同生态条件产量不同，所以要获得高产，必须是基因和环境协同作用，达到最佳的互作效果。实现大豆高产的首要目标是必须具有优势明显的
基因组合，即优良的品种或杂交组合，其次则需要水分、土壤条件、光照、温度等环境因子的配合，良种的产量能力才可能发挥。由此可见，产量能力的实现需要理想的环境条件，而品种自身基因型所决定的产量能力与品种对特定生境的适应能力共同决定着其产量表现，因此，当品种适应能力（即其主要生态性状）保持稳定时，品种的产量能力与产量表现会以相同的比例提高[13]。选育基因型优异的高适应性品种是获得高产的基本条件，因此既要以产量为目标，又要提高品种对病害、虫害、逆境等胁迫的抗性，寻求相应的抗性性状，不断提高品种对整个生态环境的适应性，创造或寻求基因型与环境互作的最佳方式。
参考文献
[1]宋书宏，赵亚玲，王萍，等.大豆产量相关性状与产量关系的研究进展[J].杂粮作物，2006，26（2）：112-113.
[2] BOARD J E，MARICHERLA D. Explanations for decreased harvest index with increased yield in soybean[J].Crop Science，2008，48：1995-2002.
[3] BOARD J E，KANG M S，BODRERO M L.Yield components as indirect selection criteria for late.planted soybean cultivars[J].Agronomy Journal，2003，95：420-429.
[4] 满为群，杜维广，张桂茹，等.大豆超高产潜力的探讨[J].大豆科学，2001，20（2）：94-97.
[5] 李永春，喻德跃，徐冉，等.大豆异地衍生RIL群体主要数量性状的自然选择效应[J].中国农业科学，2008，41（7）：1917-1926.
[6] 宁海龙，李文滨，李文霞，等.大豆主要农艺性状的遗传分析[J].大豆科学，2004，23（4）：285-288.
[7] 张文慧，李军，杜吉到，等.黑龙江省不同大豆品种的主要农艺性状分析[J].黑龙江八一农垦大学学报，2013（5）：1-4，112.
[8] 王连铮，王金陵.大豆遗传育种学[M].北京：科学出版社，1992.
[9] 韩秉进，潘相文，金剑，等.大豆植株性状相关性与产量回归分析[J].中国生态农业学报，2008，16（6）：1429-1433.
[10] 刘春燕，齐照明，韩冬伟，等.大豆产量相关性状的多年多点QTL分析[J].东北农业大学学报，2010，41（11）：1-9.
[11] YAN W，RAJCAN I.Biplot analysis of test sites and trait relations of soybean in Ontario[J].Crop Sci，2002，42：11-20.
[12] 周蓉，陈海峰，王贤智，等.大豆产量和产量构成因子及倒伏性的 QTL 分析[J].作物学报，2009，35（5）：821-830.
[13] CARPENTER A C，BOARD J E.Branch yield components controlling soybean yield stability across plant populations[J].Crop Sci.，1997，37：885-891.
关键词 大豆品种；产量能力；聚类分析；双标图
中图分类号 S565.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）17-054-03
Abstract Forty.eight different ecotypes of soybean cultivars were taken as materials tested in this paper. Cluster and GGE biplot were used to analyze twelve traits including plant height，weight per plant，mainstem pod number，mainstem node number，mainstem thickness，pods per plant，branch number，valid branch number，100.seed weight，pest.bitten seed number，seeds per plant，and yield per plant，researching yield ability of the cultivars. The results showed that forty.eight cultivars could be classified into four groups. GroupⅠ was medium.yield and potential cultivars，GroupⅡ was low.yield cultivars，Group Ⅲ was high.yield cultivars，and Group Ⅳ only had one cultivar and was special. The traits such as mainstem node number，mainstem thickness，plant height，100.seed weight had obvious effect on Group Ⅲ. The traits including valid branch number，branch number，pods per plant，pest.bitten seed number，seeds per plant，yield per plant，weight per plant，and mainstem pod number had obvious effect on Group Ⅳ.
Key words Soybean cultivars； Yield ability； Cluster analysis； Biplot
在土壤和灌溉条件基本相同的情况下，大豆产量远远低于其他禾谷类作物[1]，因此提高大豆产量成了大豆生产的重中之重。因为如果没有产量作保障，抗性、品质等优良性状的意义将无法凸显。大豆产量的形成基于干物质积累和子粒中定向分配[2]。在大豆生产中，产量是由株荚数、每荚粒数和粒重等不同性状来直接体现的[3]，而大豆的单产水平表现为单位面积株数、株荚数、荚粒数和百粒重的乘积[4]。特定品种的单位种植密度在具体的水肥措施和栽培模式下有其特有的幅度，不会有大的伸缩性。大豆生育期不同阶段遭遇干旱，对其产量性状的影响有所不同。而在生长发育和产量形成过程中，大豆有其特殊的生理特点，如茎节上成荚、局部利用光合物质、不同器官竞争光合物质、营养和生殖期长时间重叠期等，所以株荚数、荚粒数和粒重又受到株高、主茎节数、主茎荚数、分枝数、有效分枝数、结荚高度等性状的影响，这些性状共同作用最终决定产量。
由于大豆产量是受多基因控制的复杂数量性状[5]，涉及基因与基因之间、基因与环境之间的多重互作，受环境条件的影响较大[6-8]。因此对于大豆产量能力的研究应从多个性状综合考虑，并结合特殊生态区域特点，以理想株型为依托，寻求大豆高产的理论和实践依据。该试验以48个不同生态型大豆品种为研究材料，基于各品种株高、株质量、主茎荚数、主茎节数、茎粗、株荚数、分枝数、有效分枝数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重等12个农艺性状，应用聚类分析，将48个材料分为不同类群，并探讨各类群特点，鉴别出高产群体和高潜力群体，最后应用GGE双标图，分析不同性状对各类群的效应，旨在充实高产大豆育种理论、丰富直观鉴定指标体系，并为组配高产杂交组合提供亲本来源。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料包括48个大豆品种，这些品种取自山西农业大学大豆遗传育种室，在生态类型方面有明显差异，各品种编号和名称见表1。
1.2 试验设计
于2013、2014年连续2年在山西农业大学试验田进行该试验。采用随机区组设计，各小区播种2行（行长5.0 m，行、株距分别为0.5 m、 0.2 m），重复3次，依照当地实际进行田间管理，并按时中耕锄草。
1.3 性状值测定
各品种成熟收获时，各小区随机取10株进行考种，被测性状有12个：株高、株质量、主茎荚数、主茎节数、茎粗、株荚数、分枝数、有效分枝数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重，数据取2年的平均值。根据性状特点将性状分为株型性状（株高、主茎节数、茎粗、分枝数、有效分枝数）和产量性状（株质量、主茎荚数、株荚数、百粒重、虫食数、株粒数、株粒重）2大类[9-10]。 1.4 数据分析
主成分分析采用SPSS软件，并根据48个供试品种的性状，计算材料间的欧氏距离，采用WPGMA法进行聚类分析，建立聚类树状图；应用GGEbiplot软件分析各性状对各类材料的产量效应。
2 结果与分析
2.1 各品种聚类分析
图1表明不同大豆品种农艺性状聚类结果。由图1可知，48个大豆品种根据其被测农艺性状可以聚为4个类群（d=9.02），类群Ⅰ由品种6、21、27、22、41、45、48、15、25、17、12、16、44、28、34、31、42、14、19、1、7、4、32、35、39、40组成，共 26个品种；类群Ⅱ有品种3、29、24、38、23、26、46，共7个品种；类群Ⅲ包括品种13、36、18、10、33、9、37、20、5、47、43、11、30、8，共14个品种；类群Ⅳ只有品种2。
2.2 各农艺性状的效应分析
2.2.1 各株型性状的效应。
在GGE 双标图中，以直线连接各类群的标志点，构成一个囊括4类群品种及5个株型性状的四边形，从图中原点（0，0）向各边作垂线，可以将该图划分为4个扇区，从图中可明显看出，各株型性状落于不同区内，每区的顶角数字代表一种类群的品种，处在特定类群区内的，即是对这类群品种效应最明显的株型性状[11]。由图2可看出，主茎节数、茎粗、株高落于类群Ⅲ品种区内，有效分枝数和分枝数落于类群Ⅳ品种区内，在类群Ⅰ、Ⅱ区内没有性状。
2.2.2 各产量性状的效应。
由图3可看出，百粒重落于类群Ⅲ品种区内，株荚数、虫食数、株粒数、株粒重、株质量和主茎荚数均落于类群Ⅳ品种区内，在类群Ⅰ、Ⅱ区内没有性状。
3 讨论
聚类分析将48个供试品种分为4大类群，不同类群的性状特点尤其是产量能力差异较大。类群Ⅰ的品种平均株粒重为26.21 g，在4类群体中排第3，属于中产品种，这类品种约占供试品种的54%，这类品种的株质量、株粒数、株荚数和主茎荚数均较高且趋于平衡，因此是一类具有较高高产潜力的品种，可以作为高产杂交组合配制时亲本来源的考虑对象。这类品种中已有被用为亲本选育品种的材料，如6号材料84×大白眉，作为父本与复61杂交后，最终选育出国审品种晋大70。类群Ⅱ中的7个品种的共同特点是，株质量较小，均在50 g以下，株粒数均不足100，主茎荚数也都在35个以
下，因此这类品种的平均株粒重仅为14.58 g，为低产品种，在4类群体中排在最后。这类品种在作为种质资源时，可利用其某些优势来弥补某一特定性状，如38号品种晋旱125，具有较强的抗旱性，可用作抗旱育种中的亲本选配。类群Ⅲ的14个品种，其平均株粒重为37.12 g，在4类群体中排第2，这类品种的共同特点是植株高大（不低于75 cm）、株重大（不低于60 g）、株荚数均在55个以上，株粒数基本都在150粒以上，所以此类品种的产量较高。最后一类中仅有1个品种：2号品种晋大74，该品种株粒重为50.4 g，为所有品种中最高，同时，其产量性状也具有优势，分枝数、株荚数、株粒数均为所有品种中最多，因此其产量表现也为4类群体中最高，该品种曾于 2006年创下黄淮海地区夏播大豆超高产纪录。通过GGE双标图分析表明，主茎节数、茎粗、株高和百粒重对类群Ⅲ效应明显，而对晋大74则是有效分枝数、分枝数、株荚数、虫食数、株粒数、株粒重、株质量和主茎荚数效应最明显。这一分析与这2类群体的整体产量表现一致，对晋大74效应明显的性状较多，也与其在这些性状上明显高于其他品种的现象一致。
大豆产量能力本质上由品种自身基因型决定，但这种多基因控制的数量性状易受环境影响[12]，不同生态条件产量不同，所以要获得高产，必须是基因和环境协同作用，达到最佳的互作效果。实现大豆高产的首要目标是必须具有优势明显的
基因组合，即优良的品种或杂交组合，其次则需要水分、土壤条件、光照、温度等环境因子的配合，良种的产量能力才可能发挥。由此可见，产量能力的实现需要理想的环境条件，而品种自身基因型所决定的产量能力与品种对特定生境的适应能力共同决定着其产量表现，因此，当品种适应能力（即其主要生态性状）保持稳定时，品种的产量能力与产量表现会以相同的比例提高[13]。选育基因型优异的高适应性品种是获得高产的基本条件，因此既要以产量为目标，又要提高品种对病害、虫害、逆境等胁迫的抗性，寻求相应的抗性性状，不断提高品种对整个生态环境的适应性，创造或寻求基因型与环境互作的最佳方式。
参考文献
[1]宋书宏，赵亚玲，王萍，等.大豆产量相关性状与产量关系的研究进展[J].杂粮作物，2006，26（2）：112-113.
[2] BOARD J E，MARICHERLA D. Explanations for decreased harvest index with increased yield in soybean[J].Crop Science，2008，48：1995-2002.
[3] BOARD J E，KANG M S，BODRERO M L.Yield components as indirect selection criteria for late.planted soybean cultivars[J].Agronomy Journal，2003，95：420-429.
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[5] 李永春，喻德跃，徐冉，等.大豆异地衍生RIL群体主要数量性状的自然选择效应[J].中国农业科学，2008，41（7）：1917-1926.
[6] 宁海龙，李文滨，李文霞，等.大豆主要农艺性状的遗传分析[J].大豆科学，2004，23（4）：285-288.
[7] 张文慧，李军，杜吉到，等.黑龙江省不同大豆品种的主要农艺性状分析[J].黑龙江八一农垦大学学报，2013（5）：1-4，112.
[8] 王连铮，王金陵.大豆遗传育种学[M].北京：科学出版社，1992.
[9] 韩秉进，潘相文，金剑，等.大豆植株性状相关性与产量回归分析[J].中国生态农业学报，2008，16（6）：1429-1433.
[10] 刘春燕，齐照明，韩冬伟，等.大豆产量相关性状的多年多点QTL分析[J].东北农业大学学报，2010，41（11）：1-9.
[11] YAN W，RAJCAN I.Biplot analysis of test sites and trait relations of soybean in Ontario[J].Crop Sci，2002，42：11-20.
[12] 周蓉，陈海峰，王贤智，等.大豆产量和产量构成因子及倒伏性的 QTL 分析[J].作物学报，2009，35（5）：821-830.
[13] CARPENTER A C，BOARD J E.Branch yield components controlling soybean yield stability across plant populations[J].Crop Sci.，1997，37：885-891.