張盼盼，任志元，李 鑫，王冰磊，郭亞寧，張 雄

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，陜西 榆林719000)

小豆(Vigna angularis)，別名赤豆、紅豆、紅小豆等，是豇豆屬的一個(gè)栽培種。小豆起源于我國(guó)，其種植面積、總產(chǎn)量均居世界第一位。我國(guó)小豆種質(zhì)資源極為豐富，在國(guó)家種質(zhì)資源庫(kù)保存的種質(zhì)約5000份[1]，并且地區(qū)間有明顯差異，這些寶貴的資源材料在小豆育種工作中有著廣闊的利用前景[2-5]。小豆作為小宗作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活中有著獨(dú)特的作用。它生育期短、耐瘠耐陰、適應(yīng)性廣，具有固氮養(yǎng)地能力，是良好的間作套種作物，也是谷類、薯類的良好前茬；小豆又因其有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，成為陜北地區(qū)傳統(tǒng)的出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民致富的一大支柱[6]。

榆林地區(qū)處于我國(guó)北方小豆的主產(chǎn)區(qū)，榆林市常年小豆種植面積在18萬(wàn)畝以上，占全市小雜糧種植面積的7%，總產(chǎn)量在4000～6000t。但隨著全國(guó)小豆生產(chǎn)面積的擴(kuò)大，榆林小豆的競(jìng)爭(zhēng)力越來越小，榆林小豆多數(shù)長(zhǎng)期沿用老品種，育成的品種少，新品種推廣緩慢，對(duì)于長(zhǎng)期栽培的優(yōu)良品種，不重視提純復(fù)壯，品種老化、混雜、退化嚴(yán)重[7]，缺乏適合榆林地區(qū)的優(yōu)良品種一直是影響該區(qū)小豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題。鑒于此，本研究選用了20份優(yōu)質(zhì)小豆種質(zhì)進(jìn)行農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量綜合評(píng)價(jià)，旨在篩選出農(nóng)藝性狀優(yōu)良、高產(chǎn)的品種，供榆林地區(qū)在生產(chǎn)上直接利用或作為育種親本利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所采用的20份小豆種質(zhì)資源均由榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院提供，試驗(yàn)材料名稱及編號(hào)見表1。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在榆林市國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園，地處北緯36°57′～39°35′、東經(jīng)107°28′～111°15′之間，氣候?qū)倥瘻貛Ш蜏貛О敫稍绱箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，日差較大，無霜期短。日照充足、光能資源豐富，年日照時(shí)數(shù)2739～2914h，日照百分率為62%～66%，年輻射總量135.6～144.3kcal/cm，是我國(guó)高值區(qū)之一，光能利用的潛力大。年平均氣溫7.9～8.5℃，≥5℃的積溫平均為3397℃，持續(xù)天數(shù)154～176d。無霜期134～153d。年降水量316.4～513.3mm，平均為412.4mm，69%～76%集中在6～9月份。氣象災(zāi)害較多，幾乎每年都有不同程度的干旱、霜凍、暴雨、大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害發(fā)生，尤以干旱、冰雹和霜凍危害嚴(yán)重。

表1 20份小豆種質(zhì)資源編號(hào)及材料名

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)20個(gè)處理，每個(gè)品種為一個(gè)處理，兩次重復(fù)，小區(qū)面積5m2，長(zhǎng)5m，寬1m，行距50cm，行長(zhǎng)5m。2019年6月人工點(diǎn)播，每穴3～5粒，10月收獲，期間記錄生育期。田間管理按照一般大田的管理方式，各項(xiàng)栽培管理措施保持一致。成熟后每個(gè)小區(qū)取均勻一致的植株5株進(jìn)行考種，測(cè)量各個(gè)小豆品種的株高、分枝數(shù)、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀指標(biāo)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及其方法

(1)生育期的測(cè)定：其播種到成熟所需的日期即為生育時(shí)期。

(2)株高的測(cè)定：用卷尺測(cè)量從子葉節(jié)起直至主莖頂端的長(zhǎng)度。

(3)分枝數(shù)的測(cè)定：主莖上的有效分枝數(shù)之和，有效分枝指的是每個(gè)分枝上至少有兩個(gè)節(jié)并有一節(jié)結(jié)著莢的分枝。

(4)莖粗的測(cè)定：用游標(biāo)卡尺測(cè)量子葉痕處直徑。

(5)主莖節(jié)數(shù)的測(cè)定：主莖第一真葉節(jié)到頂端節(jié)的節(jié)數(shù)，不包括子葉節(jié)和頂端花序。

(6)單株莢數(shù)的測(cè)定：植株上的所有莢之和，即有效莢數(shù)和無效莢數(shù)之和。

(7)百粒重的測(cè)定：隨機(jī)選取完整成熟風(fēng)干的籽粒3份，每份一百粒，稱重取平均值。

(8)單株產(chǎn)量的測(cè)定：待植株豆莢干燥后脫粒，稱量其單株產(chǎn)量后取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入、計(jì)算和作圖。運(yùn)用SPSS對(duì)8個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行方差分析、聚類分析和因子分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種生育期比較

各個(gè)參與試驗(yàn)的種質(zhì)資源均能在榆林地區(qū)正常成熟，由圖1可知，XD20成熟最晚，生育期最長(zhǎng)為118d，屬于晚熟品種。XD06、XD15和XD16成熟最早，生育期最短為99d，屬于早熟品種。由表2可以看出，不同品種之間的生育期差異較小，生育時(shí)期變幅在99～118d，變異系數(shù)為4.7%。

圖1 小豆生育期統(tǒng)計(jì)

2.2 不同品種農(nóng)藝性狀比較及其方差分析

通過對(duì)20個(gè)小豆品種的7個(gè)性狀進(jìn)行分析表明(見表2)，根據(jù)7個(gè)農(nóng)藝性狀變化情況可以分為兩類，第一類包括株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重和單株產(chǎn)量5個(gè)性狀，其變幅相對(duì)較大，變異系數(shù)在23.78%～36.31%之間；第二類包括主莖節(jié)數(shù)、莖粗，其變異系數(shù)相對(duì)較小，依次為11.55%、11.75%，說明株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重、單產(chǎn)量是引起小豆農(nóng)藝性狀差異的主要因素，通過對(duì)這些性狀的選擇來提高產(chǎn)量具較大的可行性。

通過對(duì)20份小豆種質(zhì)資源的8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行方差分析表明(表3)，在株高方面，各品系的差異性大多都比較大，其中XD10和XD06存在顯著差異，其平均株高依次為46.8cm，15cm。在單株莢數(shù)方面XD05、XD10、XD12、XD20之間差異不顯著，其平均單株莢數(shù)依次為67.4、51.6、52.8、52。在主莖節(jié)數(shù)方面XD06與其他品系之間都存在顯著差異，其平均主莖節(jié)數(shù)為7.8個(gè)，較XD20減少了5.8個(gè)節(jié)。在百粒重方面XD08百粒重最大，其平均百粒重為19.46g，且XD08與其他品系百粒重都存在顯著差異。在單株產(chǎn)量方面XD07單株產(chǎn)量最高，達(dá)到了41.17g，較XD06增加了291%。由以上分析可知各供試小豆之間各農(nóng)藝性狀都具有較大的差異性。

表2 小豆農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)

表3 小豆主要農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果

2.3 不同品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素比較

對(duì)小豆的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進(jìn)行比較可知(表3)，小豆單株產(chǎn)量最高的品種編號(hào)為XD07，其單株產(chǎn)量平均為41.17g，而單株產(chǎn)量最低的品種編號(hào)為XD06，其單株產(chǎn)量平均為10.53g。百粒重最重的品種編號(hào)為XD08，其百粒重平均為19.46g，而百粒重最輕的品種編號(hào)為XD02，其百粒重平均只有8.52g。大粒資源(百粒重>15g)有XD03、XD04、XD06、XD07、XD08、XD13、XD14等6份，高產(chǎn)資源(單株產(chǎn)量>30g)有XD02、XD04、XD05、XD07、XD10、XD12、XD15等7份。

2.4 不同品種農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的影響

2.4.1 相關(guān)性分析

對(duì)小豆的農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析可知(見表4)，分枝數(shù)和單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系較為顯著，其中單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.757，呈極顯著正相關(guān)；分枝數(shù)與單株產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.478，呈顯著正相關(guān)；株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)、莖粗、單株莢數(shù)間極大部分呈極顯著正相關(guān)，株高與百粒重和莖粗與百粒重及單株莢數(shù)與百粒重都呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為：-0.721、-0.589、-0.578。株高與生育期和分枝數(shù)與主莖節(jié)數(shù)及分枝數(shù)與單株產(chǎn)量都呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為：0.515、0.556、0.478。百粒重和單株產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)為-0.034，呈負(fù)正相關(guān)。主莖節(jié)數(shù)與百粒重呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.555。由此看出，百粒重與單株產(chǎn)量無顯著聯(lián)系，分枝數(shù)和單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量顯著相關(guān)，其他性狀和單株產(chǎn)量相關(guān)性不顯著，所以篩選多莢、多分枝的品系有利于提高產(chǎn)量。

表4 小豆農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

2.4.2 因子分析

通過spss軟件對(duì)20份小豆種質(zhì)資源的8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行因子分析，其KMO為0.629(大于0.5)，說明該數(shù)據(jù)適合做因子分析，經(jīng)因子分析得到特征值、因子載荷矩陣、因子得分。根據(jù)因子分析原理，提取主因子遵循累計(jì)貢獻(xiàn)大于80%的原則，因子分析結(jié)果見表5。由表5可知F1的方差貢獻(xiàn)率為33.631% ，F(xiàn)2的方差貢獻(xiàn)率為28.764%，F(xiàn)3的方差貢獻(xiàn)率為24.676%，前三個(gè)主因子累計(jì)貢獻(xiàn)率高達(dá)87.071%，因此選取前三個(gè)公因子已經(jīng)基本能反咉8個(gè)指標(biāo)所包含的信息。為了個(gè)進(jìn)一步的解釋三個(gè)公因子的含義，對(duì)初始因子載荷矩陣做方差最大旋轉(zhuǎn)(見表6)。由表6可知，F(xiàn)1主要是體現(xiàn)生育期、莖粗、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)大小的指標(biāo),載荷因子分別為0.959、0.752、0.696、0.661，由于在F1中生育期的載荷系數(shù)最大(0.959)，所以稱F1為生育期因子。F1與莖粗(0.752)、分枝數(shù)(0.696)及主莖節(jié)數(shù)(0.661)呈正相關(guān)，與百粒重(-0.208)呈負(fù)相關(guān)，說明生育期越長(zhǎng)的品種，其莖粗、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)越大，百粒重越小。F2主要是體現(xiàn)百粒重、株高大小的指標(biāo)，載荷因子分別為-0.940、0.739，因?yàn)镕2中百粒重的載荷系數(shù)最大(-0.940)，所以稱F2為粒重因子。F1與株高(0.739)呈負(fù)相關(guān)，說明百粒重越重的品種，其株高越低。F3主要是體現(xiàn)單株產(chǎn)量、單株莢數(shù)大小的指標(biāo)，載荷因子分別為0.984、0.754，由于F3中單株產(chǎn)量的載荷系數(shù)最大(0.984)，所以稱F3為產(chǎn)量因子。F3與單株莢數(shù)呈正相關(guān)，說明單株莢數(shù)越多的品種，其單株產(chǎn)量越高。綜合分析上述結(jié)果表明，對(duì)小豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀貢獻(xiàn)的主因子由大到小分別為：生育期因子>粒重因子>產(chǎn)量因子。生育期與莖粗、分枝數(shù)及主莖節(jié)數(shù)呈正相關(guān)，單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量呈正相關(guān)。

表5 主因子特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率

表6 初始及方差最大正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷系數(shù)

2.5 不同品種聚類分析

對(duì)20份小豆種質(zhì)資源的7個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析(見圖2)，可將其劃分為3個(gè)類群，各類群農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表7。第Ι類群包括10份種質(zhì)資源，該類群百粒重最小，其他性狀表現(xiàn)均一般；該類群又可以分為兩個(gè)亞類，第一亞類包括8份種質(zhì)資源，第二亞類包括2份種質(zhì)資源，其株高、主莖節(jié)數(shù)、生育期在各亞類中都處于最大值，但其百粒重在各類群中表現(xiàn)最差。第Ⅱ類群包括1份種質(zhì)資源，其株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、莖粗、單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量、生育期在各類群中表現(xiàn)最差，但其百粒重在各類群中表現(xiàn)較好，在實(shí)際生產(chǎn)中作為大粒矮桿品種的選育親本。第Ⅲ類群包括9份種質(zhì)資源，其株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、莖粗、單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量、生育期在各類群中表現(xiàn)較好，但其百粒重表現(xiàn)較差，在實(shí)際生產(chǎn)中可作為高單株產(chǎn)量晚熟品種的選育親本，或直接作為高產(chǎn)晚熟品種種植；該類群又可以分為兩個(gè)亞類，第一亞類包括2份種質(zhì)資源，其單株產(chǎn)量在各亞類中處于最大值，第二亞類包括7份種質(zhì)資源，其分枝數(shù)、莖粗、單株莢數(shù)在各亞類中處于最大值。

表7 小豆種質(zhì)資源各類群主要農(nóng)藝性狀分析

3 討論與結(jié)論

目前，評(píng)價(jià)小豆農(nóng)藝性狀的方法主要有相關(guān)分析、聚類分析、方差分析、因子分析等。多年來，學(xué)者們對(duì)小豆的單株產(chǎn)量和其他農(nóng)藝性狀之間的聯(lián)系進(jìn)行了大量的研究，取得了較為豐富的成果[8-19]。本研究通過對(duì)20份小豆種質(zhì)資源的8個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)進(jìn)行分析表明，株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重和單株變異系數(shù)較大，說明小豆農(nóng)藝性狀的差異主要是由株高、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量引起的，通過對(duì)這些性狀的選擇來提高產(chǎn)量具較大的可行性。這與劉振興等[20]的研究結(jié)果有所不同，可能是因?yàn)樾《罐r(nóng)藝性狀的差異水平受品種的影響較大。本研究通過方差分析表明，小豆不同的農(nóng)藝性狀變幅不盡相同，具有較大的差異性，這與韓粉霞等[21]的研究結(jié)果相似。

圖2 小豆樹狀聚類分析

由前人研究可知，主莖粗與單株莢數(shù)對(duì)供試小豆資源單株產(chǎn)量影響大于株高、莢長(zhǎng)、單莢粒數(shù)、粒長(zhǎng)，合理提高小豆單株莢數(shù)、主莖粗可增加小豆單株產(chǎn)量[22]。而本研究發(fā)現(xiàn)，分枝數(shù)和單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量相顯著相關(guān)，其他性狀和單株產(chǎn)量相關(guān)性不顯著，說明篩選多莢、多分枝的品系有利于提高產(chǎn)量。這與前人研究的結(jié)果有所不同，這可能是因?yàn)樾《沟膯沃戤a(chǎn)量受品種、地理環(huán)境等多種因素的共同影響。佘躍輝等[23]通過小豆試驗(yàn)得出百粒重與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，大粒型品種是提高單株產(chǎn)量的有效途徑之一。而本研究結(jié)果表明百粒重和產(chǎn)量無顯著聯(lián)系。因此，百粒重對(duì)單株產(chǎn)量的影響，可能存在著品種和播期上的區(qū)別。

本研究通過因子分析可知對(duì)小豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀貢獻(xiàn)的主因子由大到小分別為：生育期因子>粒重因子>產(chǎn)量因子，生育期與莖粗、分枝數(shù)及主莖節(jié)數(shù)呈正相關(guān)，單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量呈正相關(guān)，這與周桂梅等[24]的研究結(jié)果有所不同，可能是因?yàn)楣┰嚥牧系钠贩N、試驗(yàn)地的生態(tài)氣候不同所導(dǎo)致的。

本研究表明供試的20份小豆品種生育期變化幅度為99～118d，變異系數(shù)為4.7%，說明不同品種之間的生育期差異較??；相關(guān)性分析結(jié)合因子分析可知，百粒重與單株產(chǎn)量無顯著聯(lián)系，而單株莢數(shù)與單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，所以篩選多莢的品種有助于單株產(chǎn)量的提高；聚類分析將供試材料分為3大類群，第Ι類群百粒重最小，其他性狀表現(xiàn)均一般，第Ⅱ類群植株較矮、百粒重較重，第Ⅲ類群除百粒重外各性狀表現(xiàn)均最好。綜合分析認(rèn)為，品種編號(hào)XD07其單株產(chǎn)量最高，為41.7g，且其他農(nóng)藝性狀相對(duì)于供試材料表現(xiàn)均較好，最適合在榆林地區(qū)種植。