何繼紅，劉天鵬，2，董孔軍，任瑞玉，張 磊，楊天育，3

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院 作物研究所，蘭州 730070；2.西南大學 農(nóng)學與生物科技學院，重慶 400716;3.甘肅農(nóng)業(yè)大學 生命科學技術學院，蘭州 730070)

作物的遺傳改良是受育種方式、種植制度、氣候條件等多因素影響的緩慢進化過程[1-2]，綜合分析多年育種數(shù)據(jù)，對未來育種目標及資源利用具有重要意義[3]。甘肅省中東部黃土高原半干旱雨養(yǎng)區(qū)是中國谷子西北主產(chǎn)區(qū)的重要組成部分[4]，同時谷子作為甘肅省中東部農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的特色作物之一[5]，選育適合于該生態(tài)區(qū)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的谷子新品種對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展起著重要的作用。而依據(jù)多年數(shù)據(jù)對甘肅谷子方面系統(tǒng)研究，僅有曹玲等[6]進行了多年多點氣候因素變化對甘肅省谷子產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)谷子產(chǎn)量隨氣溫增高而提高，氣候暖干化嚴重影響谷子產(chǎn)量，氣候變暖有利于谷子產(chǎn)量增加，提出針對甘肅省未來氣候繼續(xù)暖干化的趨勢，應進一步擴大谷子種植面積、調整谷子種植結構，同時，要根據(jù)不同氣候類型區(qū)域、不同氣候年型選種不同特性的品種，采取不同的栽培措施。但適合于多個氣候類型的谷子品種的選擇育成，由于對選擇指數(shù)、特定性狀遺傳率及不同性狀間的相關性進行系統(tǒng)研究費時費力[7]，育種家根據(jù)育種目標的不同，通常選擇作物的少數(shù)幾個關鍵性狀，決定入選和淘汰狀況。谷子是一種抗逆性強、耐瘠薄、適應性廣的嚴格自花授粉作物[8-9]，經(jīng)過系統(tǒng)選育后，產(chǎn)量低、穩(wěn)定性差、表現(xiàn)型不理想的株系均會被淘汰，但進入多點試驗的株系均是綜合性狀優(yōu)良的品系，經(jīng)過1 a至2 a的全省多點試驗，由于氣候因素的不穩(wěn)定，會使一部分品系的優(yōu)良性狀基因得不到充分表達，而遭到淘汰。本試驗依據(jù)甘肅省半干旱區(qū)7 a的多點試驗產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)結合代表試點的降雨及氣溫變化，分析比較谷子多點試驗參試品系的產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀變化特征，為今后谷子育種提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來自于2011年至2017年甘肅省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所會寧試驗站谷子育種中鑒定和品比試驗產(chǎn)量表現(xiàn)優(yōu)異的穩(wěn)定品系。

1.2 試驗地區(qū)及氣象資料

試驗地區(qū)從甘肅省西部張掖地區(qū)到東部慶陽地區(qū)，跨緯度2°31′，跨經(jīng)度7°28′，其中平?jīng)龅貐^(qū)(崆峒區(qū)、涇川縣、靈臺縣、靜寧縣)布4個點，定西地區(qū)(安定區(qū)、隴西縣、通渭縣)、慶陽地區(qū)(鎮(zhèn)原縣、環(huán)縣、合水縣)各布3個試點點，天水地區(qū)(甘谷縣、秦安縣)布2個試點，張掖地區(qū)(民樂縣)、武威地區(qū)(涼州區(qū))、白銀地區(qū)(會寧)各布1個試點，張掖和武威地區(qū)有灌溉條件，在谷子孕穗期灌水60 m3/667m2，其余地區(qū)均無灌溉措施。其中通渭、會寧和環(huán)縣試點2011-2017年的降雨及氣溫資料詳見圖1。

圖1 谷子多點試驗三點降雨量及氣溫變化Fig.1 Rainfall and temperature changes at three sites in the multi-site experiences of foxtail millet

1.3 試驗設計

各試驗點均采用單因素隨機區(qū)組設計，重復3次，同批材料種植2年，除2015年隴西試點和2016年涇川試點小區(qū)面積分別為13.4、12 m2外，其余各年個點小區(qū)面積均為10 m2，2015、2017年隴西試點和2015年環(huán)縣試點的種植方式為全膜覆蓋穴播，行距30 cm，穴距10 cm，其余試點均采用露地條播，行距30 cm，株距8～10 cm，留苗數(shù)均為2.5萬株/667 m2，3葉期間苗，5葉期定苗，抽穗期搭網(wǎng)防治鳥害。

1.4 性狀測定

成熟后各處理每小區(qū)隨機取樣10株，而后收獲測產(chǎn)，并參照文獻[10]分別對株高、主莖粗、主莖節(jié)數(shù)、主穗長、單株穗質量、單株粒質量、千粒質量7個性狀進行室內(nèi)考種，以3次重復平均值作為各處理性狀指標和產(chǎn)量的代表值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 17.0進行配對分析、方差分析及相關分析，采用最小顯著差數(shù)法(LSD)進行多重比較，采用Pearson法進行相關分析。

2 結果與分析

2.1 谷子多年多點試驗的產(chǎn)量變化特點

表1顯示，甘肅省谷子多點試驗試點布點數(shù)及經(jīng)度、緯度范圍有逐年增多增大的趨勢，有利于鑒定和評價谷子參試品系的穩(wěn)產(chǎn)及廣適性，為全國區(qū)域試驗提供優(yōu)良品系。2011年7個試點中，產(chǎn)量變幅為69.3～375.6 kg/667m2之間，最低產(chǎn)出現(xiàn)在平?jīng)鰶艽?，最高產(chǎn)在武威涼州區(qū)；2012年產(chǎn)量最大值為644.5 kg/667m2，最小值為95.6 kg/667m2，分別出現(xiàn)在天水秦安和定西安定；2013年各參試品系產(chǎn)量變幅為138.2～470.4 kg/667m2，最高產(chǎn)出現(xiàn)在定西通渭，最低產(chǎn)出現(xiàn)在白銀地區(qū)甘谷縣；2014年產(chǎn)量變幅為91.1～414.2 kg/667m2，最高產(chǎn)同樣出現(xiàn)在定西地區(qū)通渭縣，最低產(chǎn)在平?jīng)龅貐^(qū)靈臺縣；2015年產(chǎn)量變幅為146.7～555.6 kg/667m2，最大值出現(xiàn)在武威涼州區(qū)和平?jīng)龊纤h，最小值在慶陽環(huán)縣；2016年產(chǎn)量變幅為104.7～456.5 kg/667m2，最高產(chǎn)在平?jīng)鰶艽?，最低產(chǎn)在定西地區(qū)隴西縣；2017年最高產(chǎn)為593.4 kg/667m2，最低產(chǎn)為84.0 kg/667m2，分別在定西地區(qū)隴西縣和白銀地區(qū)會寧縣。從2011-2017年的產(chǎn)量變幅可以看出，產(chǎn)量最大和最小值在不同試點均有分布，且同一批參試品系在相同試區(qū)，年際間產(chǎn)量變幅較大，說明所選試點年際間氣候因素變化較大，有利于選育出廣適性、穩(wěn)定性谷子品種，亦間接反映出參試品系生態(tài)適應性整體穩(wěn)定性相對較弱。

2.2 谷子參試品系的增產(chǎn)潛力分析

除對照品種外，2011至2017年參試品系有28份，每2年為1個周期。與對照(CK)相比較， 2011年增產(chǎn)地區(qū)超過參試地區(qū)50%的品系為0，有‘ 9725-4-1-1’、‘9527-4-1-1’在白銀試區(qū)產(chǎn)量為215.0 kg/667m2、261.0 kg/667m2，分別增產(chǎn)29.3%、56.9%，‘025-3-1-2’在慶陽試區(qū)產(chǎn)量為229.0 kg/667m2，較對照增產(chǎn)23.3%，其余品系在不同試區(qū)增產(chǎn)均小于10%，且68.0%的品系在不同試點表現(xiàn)減產(chǎn)；2012年63.3%的品系在不同試區(qū)表現(xiàn)增產(chǎn)，其中73.7%的品系增產(chǎn)顯著的高于對照(CK)，‘9725-4-1-1’在5個試區(qū)表現(xiàn)增產(chǎn)，‘9527-4-1-1’‘025-3-1-2’‘9610-1-8-2-2’在4個試區(qū)表現(xiàn)不同程度的增產(chǎn)，‘9201-1-4-6-1-4’僅有3個試區(qū)增產(chǎn)，從2011-2012年一個周期的多點試驗可以看出，2年間不同參試品系的產(chǎn)量變化較大，但增產(chǎn)品系表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性；2013年不同試驗區(qū)59.5%的參試品系與對照相比較表現(xiàn)增產(chǎn)，其中48.0%產(chǎn)量顯著的高于對照；2014年52.4%的參試品系與對照比較增產(chǎn)，其中27.3%產(chǎn)量顯著的高于對照(CK)，且增產(chǎn)品系均出現(xiàn)在不同試區(qū)，2年間，‘9614-6-4-1-1’在2013年6個試區(qū)中均表現(xiàn)出增產(chǎn)，且在50%的試區(qū)產(chǎn)量顯著的高于對照品種，但在2014年僅在2個試區(qū)表現(xiàn)增產(chǎn)，說明該品系對氣候變化較敏感， ‘032-1-1-1’‘9413-13-2-2’‘0410-4-2-1’在2013年的4個試區(qū)表現(xiàn)增產(chǎn)，而在2014年‘032-1-1-1’‘0410-4-2-1’‘9427-2-1-1-1-1-2-2’在4個試區(qū)表現(xiàn)增產(chǎn)，而‘9413-13-2-2’僅有一個試點增產(chǎn)，此外，‘021-3-1-2’在2年間均有3個試區(qū)增產(chǎn)，占參試地區(qū)的50%，‘026-4-1’在2年間增產(chǎn)試區(qū)均未超過50%，說明多數(shù)品系的區(qū)域適應性較弱；2015-2016年，‘9410-4-2-2-1’均有增產(chǎn)試區(qū)占參試試區(qū)的66.7%，有較好的穩(wěn)定性，‘029-5-5-3’增產(chǎn)試區(qū)達50%，亦有較好的生態(tài)適應性，其他參試品系2年間增產(chǎn)試區(qū)變化較大；2017年僅有‘9411-6-2-1’增產(chǎn)試區(qū)達71.4%，占參試區(qū)的50%。綜合2011-2017年的多點試驗，參試品系整體生態(tài)適應性較弱，年際間產(chǎn)量表現(xiàn)一致性較差。

2.3 谷子參試品種(品系)年際間產(chǎn)量對比分析

依據(jù)2年間同一品種(品系)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，經(jīng)配對分析(表3)，2011-2012年，包括對照品種‘隴谷6號’(CK)，均表現(xiàn)出減產(chǎn)，參試品系相對于對照品種表現(xiàn)出更高的減產(chǎn)幅度，但因同一品系年際間在不同試區(qū)產(chǎn)量表現(xiàn)一致性較差，相關系數(shù)及配對分析結果均不顯著；2013-2014年參試7個品系產(chǎn)量一致性較好，‘026-4-1’‘9614-6-4-1-1’‘032-1-1-1’‘9427-2-1-1-1-1-2-2’產(chǎn)量顯著相關，且對照和7個品系配對分析結果顯示，兩年間存在顯著差異，說明2013-2014年7個參試品系年際內(nèi)在不同試區(qū)產(chǎn)量表現(xiàn)較一致。2015-2016年參試6個品系同2011-2012年參試品系表現(xiàn)出相似的結果，說明2011-2012和2015-2016兩輪多點試驗參試品系同一試區(qū)不同年間產(chǎn)量差異較大。

表3 谷子多點試驗兩年間同一品系或品種產(chǎn)量相關分析和t測驗Table 3 Correlation analysis and t test of yield of the same line or cultivar between two years

年際Year品種(品系)Cultivar(line)統(tǒng)計參數(shù) Statistical parametes相關系數(shù)Correlation coefficient差數(shù)平均值Difference mean value標準差Standard deviation差數(shù)標準誤Standard error of differencet值 t value2011-20129725-4-1-1-0.75 -167.6 164.1 73.4 -2.28 025-3-1-2-0.10 -121.6 188.9 84.5 -1.44 9201-1-4-6-1-4-0.32 -149.6 199.4 89.2 -1.68 9527-4-1-1-0.64 -139.4 164.5 73.6 -1.90 9610-1-8-2-2-0.57 -142.1 168.5 75.4 -1.89 隴谷6號 Longgu 6(CK)-0.47 -93.3 200.2 89.5 -1.04 2013-2014026-4-10.83? 83.4 57.7 23.6 3.54? 9614-6-4-1-10.82? 94.7 65.9 26.9 3.52? 032-1-1-10.87? 76.3 49.2 20.1 3.80? 9413-13-2-20.74 98.3 88.1 36.0 2.73? 0410-4-2-10.76 82.1 64.6 26.4 3.11? 021-3-1-20.61 71.9 67.7 27.7 2.60? 9427-2-1-1-1-1-2-20.87? 65.3 51.3 21.0 3.12? 隴谷11號 Longgu 11(CK)0.82? 69.9 62.7 25.6 2.73? 2015-20169410-4-2-2-1-0.21 62.4 161.7 72.3 0.86 0412-1-2-10.03 94.9 145.1 64.9 1.46 0210-1-2-20.49 79.9 132.0 59.0 1.35 0412-4-50.29 76.7 141.5 63.3 1.21 029-5-5-30.32 74.7 128.1 57.3 1.31 0416-2-1-1-10.13 84.8 156.5 70.0 1.21 隴谷11號 Longgu 11(CK)0.44 76.4 126.2 56.5 1.35

注：“*”表示相關性和t測驗在0.05 水平上差異顯著。下同。

Note:“ *” in the table indicate significant difference in correlation analysis andttest at 0.05 level.The same below.

2.4 谷子產(chǎn)量與降雨量及氣溫間的關系

分別選取了甘肅中東部無灌溉條件且以露地條播為種植方式的4個試驗點，進行谷子全生育期(4-9月)月降雨、月平均氣溫與其當年參試谷子材料產(chǎn)量的相關分析。表4結果顯示定西地區(qū)通渭試點，2012年8月份氣溫與谷子產(chǎn)量顯著正相關，在平?jīng)龅貐^(qū)崆峒試驗點表現(xiàn)出同樣的結果，但均與氣溫負相關，說明降雨和氣溫對谷子產(chǎn)量有相反的作用。2013年通渭試點8、9月份降雨與產(chǎn)量顯著正相關，8、9月份降雨均在60 mm左右(圖1)，說明8、9月份適量的降雨極大地促進谷子增產(chǎn)，在2015年9月份會寧試點降雨不足50 mm的情況下(圖1)，谷子產(chǎn)量表現(xiàn)出與降雨量顯著正相關，但與氣溫負相關， 2014年7月份通渭試點產(chǎn)量與氣溫顯著負相關，但與降雨量正相關，而8、9月份產(chǎn)量與氣溫顯著正相關，但與氣溫負相關，這與2017年慶陽地區(qū)環(huán)縣試點表現(xiàn)出相似的結果，在2015、2016、2017年通渭、會寧、崆峒和環(huán)縣試點也表現(xiàn)出類似的結果，進一步說明降雨和氣溫對谷子產(chǎn)量起著相反的作用，特別是不同月份降雨量的劇烈增加或較少，相應地出現(xiàn)氣溫較大幅度的降低或提高，同時表現(xiàn)出試驗區(qū)降雨量分布與谷子生育進度需水要求不相吻合，成為共同影響谷子最終產(chǎn)量形成較大的氣象因素。

2.5 谷子參試品系主要農(nóng)藝性狀變化特征

圖2顯示，2011至2017年參試品系的株高與主穗長、主穗直徑與主莖直徑及單株草質量變化趨勢基本一致，2011至2017年呈“w”式變化特征，單株穗質量、單株粒質量、千粒質量及出谷率4個性狀變化趨勢均呈 “∽”型變化特征，而主莖節(jié)數(shù)變幅為11～13，呈逐年緩慢下降趨勢，原因可能與試區(qū)氣候因素、品系血緣及人為選擇因素相關，但總體上沒有顯著的表型變化特征，說明2011-2017年谷子多點試驗參試材料的表型選擇沒有特異性，缺乏明顯的株型選擇效應，應加強適合高產(chǎn)、機械化育種需求的理想株型種質資源的開發(fā)、利用和創(chuàng)新。

表4 谷子產(chǎn)量與月降雨量及月平均氣溫的相關分析Table 4 Correlation analysis between grain yield and monthly rainfall and monthly average temperature

圖2 多點試驗谷子主要農(nóng)藝性狀變化Fig.2 Changes of the main agronomic traits of foxtail millet in multi-site experiment

3 討 論

3.1 谷子多點試驗產(chǎn)量變化特征

2011-2017年谷子多點試驗產(chǎn)量變幅為 69.3～593.4 kg/667m2，變異極大，最低出現(xiàn)在2011年平?jīng)龅貐^(qū)涇川縣，種植方式為露地條播，最高產(chǎn)出現(xiàn)在2017年定西地區(qū)隴西縣，種植方式為全膜露地穴播，研究者發(fā)現(xiàn)覆膜栽培因其顯著降低了生育期內(nèi)的土壤蒸發(fā)、加強了土壤深層水分的利用和生理性蒸騰，改善了作物生育前期的土壤水熱環(huán)境，調節(jié)了作物不同生育時期的耗水強度，能極大地提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[11-12]，而2017年隴西試點所有參試品系產(chǎn)量變幅為464.5～593.4 kg/667m2，普遍呈現(xiàn)出較高的產(chǎn)量，說明栽培方式極大地影響谷子多點試驗的產(chǎn)量結果，張艾英等[3]在對2005-2015 年西北春谷中晚熟區(qū)谷子育成品種的評價中，同樣指出通過鑒定的品種在產(chǎn)量提高上發(fā)揮的作用不大，而單產(chǎn)提高可能與氣候或者栽培環(huán)境因素關系更大。甘肅省中東部半干旱區(qū)多點試點相對集中，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境差異及氣候因素多樣性不及全國谷子區(qū)域試驗，所選多點試驗品系仍出現(xiàn)產(chǎn)量變幅在年際內(nèi)同一試點不同品系間、年際間不同試點同一品系及年際間同一試點同一品系產(chǎn)量均存在較大差異的現(xiàn)象，這與試點的降雨分布極不均勻相關，如通渭、會寧、環(huán)縣2013年7月分別出現(xiàn)較高的降雨量，但2013年3個試點的產(chǎn)量分別為329.0～444.6 kg/667m2、260.0～313.4 kg/667m2、396.5～470.4 kg/667m2(表1)，非2013年最高試區(qū)，而最高產(chǎn)區(qū)在有灌溉條件的武威涼州試點，參試材料產(chǎn)量為402.2～468.3 kg/667m2，且變幅較小，這也在2017年會寧(84.0～159.8 kg/667m2)、環(huán)縣(138.0～222.0 kg/667m2)試點8月份的極端降雨中得到了驗證，說明試驗點降雨分布與谷子生育進度需水要求吻合度低，是影響產(chǎn)量的主要因素，而3個試點的氣溫變化相對較小，但表現(xiàn)出極端降雨月份氣溫明顯將低，也間接地影響谷子產(chǎn)量。此外，還可能與參試材料所用親本遺傳基礎狹窄、育種方式單一、不同點間管理方式不一致、土壤地力差異較大等因素相關。說明應加強育種親本種質資源的創(chuàng)制和深度研究，豐富親本類型，根據(jù)育種目標采用多方法的育種技術，提高育種水平[13]，同時規(guī)范多點試驗田間管理及制定一定的土壤地力指標。

3.2 谷子多點試驗農(nóng)藝性狀變化特點

數(shù)量性狀是受基因型、環(huán)境因素及基因型和環(huán)境因素互作多重因素的影響[14-15]， 2011-2017年谷子多點試驗考察10個主要農(nóng)藝性狀均為數(shù)量性狀，依據(jù)多個品系的均值變化特征，反映出谷子多數(shù)性狀間有相似變化特征的現(xiàn)象，穗長是谷子營養(yǎng)生長末期葉原基停止分化，莖尖生長錐分化發(fā)育成穗器官[16-17]的重要指標，研究者發(fā)現(xiàn)株高與穗長有一定的同伸關系，而關于單株穗質量、單株草質量在谷子研究中更是密切相關[18-19]，營養(yǎng)生長是生殖生長的基礎，單株草質量作為衡量谷子營養(yǎng)生長的重要指標，與生殖器官單株穗質量指標相關性顯著[20]，在本研究中亦得到相似結論，此外，單株穗質量、單株粒質量變化趨勢相似，但主莖節(jié)數(shù)的逐年緩慢減少與株高的變化沒有明顯相似性，說明所選品系多年來株高變化不明顯，而莖節(jié)數(shù)較少，說明節(jié)間長度變長，不利于品種的抗倒伏性，因此，應加強谷子理想株型育種，注重培育抗非生物脅迫和適應機械化收獲的品種。