統計學(xué)在植物品種改良中的應用研究論文
摘要：本文通過(guò)在植物品種改良中應用統計學(xué)部分原理，以雙因素方差分析計算區分出影響植物品種特征特性的遺傳與非遺傳因素，以累計貢獻率、主成分分析、通徑分析確定影響植物品種的主要性狀指標，對育成的優(yōu)勢組合采取聚類(lèi)分析，篩選優(yōu)勢組合群體，為加快育種進(jìn)程降低育種成本提供借鑒參考。
關(guān)鍵詞：統計學(xué)；植物育種；應用研究
統計學(xué)是數學(xué)的一個(gè)重要組成部分，統計學(xué)的英文名稱(chēng)為statistics，其重點(diǎn)在與對數據的收集、處理和分析，并最終從數據分析中發(fā)現科學(xué)的規律或結論。一般認為其源于對社會(huì )經(jīng)濟問(wèn)題的研究，歷經(jīng)“城邦政情”、“政治算數”和“統計分析科學(xué)”三個(gè)階段。發(fā)展至今已經(jīng)成為社會(huì )政治、經(jīng)濟、金融等眾多領(lǐng)域的重要工具。
而在農業(yè)科學(xué)研究方面，統計學(xué)的應用還主要存在于農業(yè)經(jīng)濟類(lèi)社會(huì )學(xué)科的應用上，在農業(yè)自然科學(xué)應用方面還相對較少、應用相對簡(jiǎn)單，主要以差異性檢驗、相關(guān)性分析為主。
統計學(xué)能不能更深入一步的應用于植物新品種的培育與資源創(chuàng )新工作呢？通過(guò)與相關(guān)科研人員接觸，參與科研活動(dòng)，筆者認為統計學(xué)完全可以更深入、更廣泛的應用于植物品種改良、資源創(chuàng )新科研工作中，為降低品種改良盲目性、提高品種改良效率、降低品種改良成本有重要意義。
1當前農業(yè)科研中植物品種改良的現狀
當前的植物品種改良過(guò)程主要包括兩個(gè)階段：一是種質(zhì)資源的創(chuàng )新與改造，二是雜交組合的配制。其中資源的創(chuàng )新與改造是品種改良的重點(diǎn)，存在的問(wèn)題有以下兩點(diǎn)：
1.1資源性狀控制因素認知不清，資源創(chuàng )新盲目性較大
由于多年來(lái)我國高等教育中高度精細的專(zhuān)業(yè)設置，從事品種改良的育種工作者專(zhuān)業(yè)性極強，知識面相對狹窄，品種選育中對資源某一性狀的掌握以縱向為主，缺乏橫向比對，對控制某一性狀的因素屬于遺傳或非遺傳類(lèi)型認識不清，存在很大的選育盲目性。例如，當前熱炒的富硒抗癌植物品種選育，問(wèn)題在于硒在該農作物中的高含量是品種因素還是栽培因素造成的，存在著(zhù)認知不清的問(wèn)題，如不加厘清，盲目上馬選擇富硒資源，工作就存在很大的不確定性。
1.2科研投入精力與物力過(guò)大
為確定植物品種性狀為遺傳性狀，當前開(kāi)展了大量的基因工程研究，重點(diǎn)通過(guò)分子標記的手段來(lái)確定遺傳性狀。而通過(guò)分子進(jìn)行標記的前提是該性狀必須為遺傳性狀，因此前期的性狀遺傳性認定工作量非常巨大，篩選的過(guò)程不僅周期長(cháng)、而且設備昂貴、藥品毒性高，導致科研上的投入不僅科研人員精力增多、而且財力物力的投入也十分大，在一定程度上影響了育種工作的進(jìn)程。
2以統計學(xué)中幾個(gè)計算方法對植物品種選育的促進(jìn)作用
在上述1中存在的兩點(diǎn)問(wèn)題是當前在植物品種改良過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，其實(shí)通過(guò)精細的試驗設計，對種質(zhì)資源的'相關(guān)指標進(jìn)行檢測并進(jìn)行統計分析，就能很好的助力新品種的選育工作。具體包含以雙因素方差分析：鑒別種質(zhì)資源中性狀的遺傳與非遺傳特性；以主成分分析、通徑分析：確定影響品種特性的主要性狀；以聚類(lèi)分析：對配制的雜交組合進(jìn)行規劃分類(lèi)，篩選優(yōu)良品種。
2.1以雙因素方差分析鑒定種質(zhì)資源的遺傳與非遺傳性狀
仍以富硒食品中硒的含量為例，能否開(kāi)發(fā)富硒的植物品種首先要鑒定硒在植物中的含量是否受遺傳控制，即品種間有顯著(zhù)差異，這就需要排除栽培管理因素、氣候因素、人為誤差等各種因素的影響，這可總稱(chēng)為非遺傳因素，因此在設計試驗時(shí)，以相同的品種群體在不同的地區間進(jìn)行生產(chǎn)繁殖，統一檢驗檢測標準，并獲得檢測結果進(jìn)行分析。例如對10個(gè)品種分別在10個(gè)不同地區種植，取樣后檢驗硒的含量，其中品種之間的差異代表遺傳性影響，而不同地區間的差異代表非遺傳性影響。
遺傳與非遺傳因素對品種的影響，包括在品質(zhì)、抗性、產(chǎn)量等眾多方面，均可以不同品種不同地區間相同指標的雙因素方差分析來(lái)鑒別，因試驗設計與檢驗檢測手段均為成熟的技術(shù)手段，所以投入的精力與財力物力會(huì )很低。對于受遺傳因素影響的性狀指標，就可作為品種改良的重要指標，而受非遺傳因素影響的性狀指標，可避免徒勞的選育工作，通過(guò)栽培管理手段來(lái)實(shí)現。
2.2以主成分分析、累計貢獻率、載荷和通徑分析確定品種改良的主要性狀
在植物品種改良過(guò)程中，某一方面性狀會(huì )含有很多類(lèi)詳細指標，如品質(zhì)方面含有蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、纖維素、維生素、礦物質(zhì)、水分等等；在抗性方面含有脯胺酸、丙二醛、POD、SOD等等；在產(chǎn)量方面含有株高、單株重、單果重、密度、結果數等等。在對影響特定性狀的指標選擇時(shí)，對一些影響較小、微乎其微的指標就可忽略不計，重點(diǎn)對主要指標進(jìn)行選擇。
因此，需要對所有指標進(jìn)行一下主成分分析，每一項指標的特征值，計算各自在整體的貢獻率、從貢獻率最大指標開(kāi)始依次累加各指標的貢獻率，獲得累計貢獻率，超過(guò)85%為止，這幾項指標就可作為影響該品種相關(guān)性狀的主要指標。
需要注意的是，影響某品種的某方面性狀的相關(guān)指標有正向相關(guān)的，同時(shí)也有負向相關(guān)的。如可溶性糖含量高品質(zhì)就好，脯胺酸含量高耐寒性就好，這呈現的就是正相關(guān)；而苦味素含量增高品種口感品質(zhì)變差，丙二醛含量高耐寒性變差，這呈現的就是負相關(guān)。
因此，獲得影響性狀的主要指標后，還要對各指標進(jìn)行一個(gè)相關(guān)性分析，確定每一項指標間的正負性，在綜合考量的基礎上，做出最終的品種選育決定。
以谷子高品質(zhì)品種選育為例，選擇含量最高的五個(gè)指標粗蛋白、脂肪、總碳水化合物、粗纖維、水分為分析對象。通過(guò)主成分分析，確定粗蛋白、脂肪、總碳水化合物、粗纖維這4個(gè)指標為影響谷子品質(zhì)的主要指標；相關(guān)性分析顯示粗蛋白與粗纖維與品質(zhì)呈負相關(guān)性，脂肪與總碳水化合物與品質(zhì)呈正相關(guān)性，通徑分析各指標對品質(zhì)影響的直接或間接作用，因此高品質(zhì)品種的選育需要在低世代時(shí)選擇正相關(guān)的指標，在高世代時(shí)再選擇負相關(guān)的指標。據此就能選出營(yíng)養豐富、口感良好的谷子新雜交組合群體，通過(guò)最終選擇確定一個(gè)最佳品種。
2.3聚類(lèi)分析在雜交組合篩選中的應用
在完成種質(zhì)資源創(chuàng )新的基礎上，利用含優(yōu)良目標性狀種質(zhì)資源配制一系列的雜交組合群體，在雜交組合群體中要優(yōu)中選優(yōu)，簡(jiǎn)單直接的直接感官測定，存在隨意性大、誤差明顯的缺點(diǎn)�？茖W(xué)的研究應以數據來(lái)說(shuō)話(huà)，因此需要對雜交組合群體進(jìn)行一次聚類(lèi)分析，將群體中組合分為優(yōu)、良、一般、差等不同等級，再在優(yōu)良的等級里選擇最優(yōu)的組合作為新品種。
聚類(lèi)分析的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以對聚類(lèi)后的同類(lèi)群體進(jìn)行不用用途品種的開(kāi)發(fā)。以不同季節黃瓜栽培品種選育為例，首先對配制的雜交組合進(jìn)行耐寒性聚類(lèi)分析，選擇出其中耐寒性?xún)?yōu)良的一類(lèi)，耐寒性一般、差的組合直接淘汰；耐寒性?xún)?yōu)良的一類(lèi)中根據所耐低溫度程度與耐性時(shí)間長(cháng)短，可將組合分成冬季溫室專(zhuān)用品種、早春大棚專(zhuān)用品種等不同的類(lèi)型。
當然聚類(lèi)分析的缺點(diǎn)也是所有統計學(xué)的短板，就是無(wú)法對植物品種的描述性指標進(jìn)行分析，因此對性狀指標檢測時(shí)盡可能多的以數據形式進(jìn)行。如刺、毛、瘤、粒、體積等指標，應以單位面積或個(gè)體內的具體數據體現，避免出現多、少、深、淺、大、小等模糊性描述性文字。
3結論與探討
綜上所述，以成熟簡(jiǎn)單的理化指標檢測手段可以較低的成本與精力投入促進(jìn)植物新品種改良研究的進(jìn)程。統計分析不僅僅局限于某一個(gè)數據指標的顯著(zhù)性差異分析、相關(guān)性分析，綜合利用起來(lái)，在合理試驗設計的條件下，可建立一套完成的品種選育流程。其中以主成分分析、貢獻率、累計貢獻率、載荷來(lái)確定種質(zhì)資源的主要性狀指標，以相關(guān)性分析確定選擇的正負方向；對未知的有特殊價(jià)值的性狀指標，先進(jìn)行遺傳與非遺傳因素的雙因素方差分析，確定為遺傳因素后再進(jìn)行定向的選擇，獲取或高或低的優(yōu)異種質(zhì)資源；利用已選出的優(yōu)異資源配制雜交組合，通過(guò)生產(chǎn)性試驗采集數據后進(jìn)行聚類(lèi)分析，選出適宜不同生產(chǎn)方式使用的植物新品種。
本研究重點(diǎn)解決的是品種選育中的盲目性，并非指生物工程、基因工程等不應該進(jìn)行，只是在開(kāi)展生物工程、基因工程之前，對相關(guān)的性狀進(jìn)行一下初步篩選，避免盲目上馬造成的精力、物力、財力的浪費，對確定的遺傳性性狀進(jìn)行分子標記能讓資源改良的目的性更強、精準性更高。
參考文獻：
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