中国农业科学｜河南省农业科学院高桐梅课题组基于主成分-聚类分析芝麻盛花期耐高温评价及品种筛选

近年来，随着高温事件频繁发生，短暂或持续高温显著影响作物的生长发育。芝麻作为我国的特色油料作物，其经济价值较高，种植面积不断扩大。高温是芝麻生产上经常遇到的自然灾害现象，芝麻在盛花期主要进行营养生长和生殖生长，此时期受高温胁迫后减产最为严重。因此，在芝麻盛花期进行高温胁迫研究，可为芝麻抗逆品种的选育提供理论支撑。

近期，河南省农业科学院芝麻研究中心/河南省特色油料作物基因组学重点实验室高桐梅课题组完成的题为“基于主成分-聚类分析芝麻盛花期耐高温评价及品种筛选”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷20期正式发表。

该研究以24份芝麻品种作为试验材料，设置常温对照（CK）和盛花期高温胁迫（H）2个处理，盛花期高温处理7 d，于成熟期取样进行考种，测定株高、始蒴部位、单株蒴果数、每蒴粒数、千粒重、单株产量等农艺性状指标，并测定其含水量、含油量和蛋白质含量等品质指标。运用主成分分析和聚类分析方法，综合分析评价不同芝麻品种盛花期的耐热性。

2022年和2023年高温处理和对照处理的温度变化

结果显示，不同的品种、温度处理及互作对芝麻的各项指标均具有显著影响。盛花期高温胁迫后，芝麻的单株产量、千粒重、单株蒴果数、每蒴粒数、始蒴部位、果轴长度和株高分别较对照（CK）下降了33.47%、13.62%、7.76%、5.75%、2.61%、1.64%和1.40%，其中，千粒重和单株产量下降幅度最大，差异均达显著水平；黄稍尖和蛋白质含量分别较对照（CK）下降了13.43%和1.55%，差异不显著。

含水量和含油量分别较对照（CK）增加了0.90%和0.17%，差异不显著。

不同品种和各项指标的耐高温系数之间存在着一定的相关性，将农艺性状及籽粒品质等11个指标的耐高温系数进行主成分分析，建立5个相互独立的综合指标，贡献率分别为30.74%、25.82%、13.18%、10.12%和8.33%，反映了88.19%的原始信息。

通过成分矩阵和特征值计算各指标的权重，构建出高温胁迫生理综合指标模型（HTSPCI）。根据各单项指标的耐高温系数进行聚类热图分析，将24个品种划分为4个等级，分别为耐高温型、中度耐高温型、中度热敏感型和热敏感型；6个耐高温型品种单株产量损失率X6≤9.50%；6个中度耐高温型品种的单株产量损失率为9.50%<X6≤30%；10个中度热敏感型品种的单株产量损失率为30%<X6≤70%；2个热敏感型品种的单株产量损失率X6>70%。

不同芝麻品种及各单项指标的聚类分析

综上，盛花期高温胁迫显著影响芝麻的生长发育。采用主成分-聚类分析将植株的农艺性状指标与品质指标相结合，构建高温胁迫综合指标模型，筛选出6个耐高温品种，可用于评价不同芝麻品种耐高温程度。

该研究获得国家现代农业产业技术体系项目（CARS-14-1-14）、国家青年基金（32301952）、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）（242102110173）、河南省农业科学院优秀青年科技基金（2022YQ01）、河南省重点研发专项项目（221111520400-3）、河南省农业科学院自主创新项目（2023ZC082，2024ZC039）的资助。

论文链接：

《基于主成分-聚类分析芝麻盛花期耐高温评价及品种筛选》

引用本文：

戎亚思, 李丰, 张鹏钰, 王东勇, 苏小雨, 田媛, 高桐梅. 基于主成分-聚类分析芝麻盛花期耐高温评价及品种筛选[J]. 中国农业科学, 2024, 57(20): 3957-3973.

RONG YaSi, LI Feng, ZHANG PengYu, WANG DongYong, SU XiaoYu, TIAN Yuan, GAO TongMei. Evaluation of High Temperature Tolerance and Selection of Sesame (Sesamum indicum L.) Cultivars at Full Flowering Stage Based on Principal Components-Cluster Analysis[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(20): 3957-3973.