王玉斌　平俊愛(ài)　李慧明　牛皓　呂鑫　楚建強(qiáng)

摘要 針對(duì)過(guò)量施肥造成的土壤退化和污染以及高粱在貧瘠土壤生產(chǎn)的現(xiàn)狀，開(kāi)展高粱材料耐瘠薄鑒定篩選對(duì)高粱耐瘠育種十分必要。采用90份高粱材料（46份農(nóng)家種和44份親本系），分別在瘠薄試驗(yàn)地和正常施肥地開(kāi)展田間耐瘠鑒定試驗(yàn)，調(diào)查了株高、穗長(zhǎng)、千粒重和籽粒產(chǎn)量。結(jié)果顯示，除個(gè)別材料株高、穗長(zhǎng)和千粒重沒(méi)有下降以外，4個(gè)性狀總體出現(xiàn)下降，對(duì)土壤瘠薄的敏感程度由高到低依次為籽粒產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、千粒重、株高。綜合耐瘠指數(shù)并采用5級(jí)分類方法，鑒定出1級(jí)材料15份，2級(jí)材料18份，3級(jí)材料28份，4級(jí)材料9份，5級(jí)材料20份，驗(yàn)證了高粱農(nóng)家種耐瘠資源豐富。

關(guān)鍵詞 高粱;耐瘠薄;鑒定;評(píng)價(jià);農(nóng)家種

中圖分類號(hào) S 514文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2020）23-0061-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.015

Identification and Classification of Sorghum Infertile Varieties

WANG Yu-bin1，2， PING Jun-ai1，2， LI Hui-ming1，2 et al

（1. Sorghum Research Institute， Shanxi Agricultural University/Shanxi Key Laboratory of Sorghum Genetics and Germplasm Innovation， Jinzhong， Shanxi 030600; 2.Key Laboratory of Crop Genetic Resources and Germplasm Development on Loess Plateau， Ministry of Agriculture， Taiyuan， Shanxi 030031）

Abstract Due to the soil degradation and pollution caused by excessive fertilization and the present situation of sorghum production in barren soil， it is necessary to carry out the identification and screening of sorghum breeding materials for barren resistance breeding. 90 sorghum materials， including 46 farm species and 44 parent lines， were used to carry out the field barren resistance identification test in barren test land and normal fertilization land respectively. The experiment investigated plant height， spike length， 1 000-grain weight and grain yield， respectively. The results showed that except the plant height， spike length and 1 000-grain weight of some materials did not decline， the four traits generally declined， and the sensitivity degree to soil barren from high to low was grain yield， spike length， 1 000-grain weight， plant height. According to the comprehensive barren resistance index， 15 first-class materials， 18 second-class materials， 28 third-class materials， 9 fourth-class materials and 20 fifth-class materials were identified by the five-class classification method， which verified the rich barren tolerance resources of sorghum farm species.

Key words Sorghum;Resistance to barrenness;Identification;Evaluation;Peasant species

土壤養(yǎng)分虧缺是限制我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素[1]，近年來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)量使用肥料造成土壤退化和環(huán)境破壞問(wèn)題十分嚴(yán)重[2]。如何實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效利用及作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)且環(huán)境友好已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要研究課題。在諸多的提高作物養(yǎng)分利用效率的方法和途徑中，充分利用作物自身的遺傳特性[3]、挖掘自身利用養(yǎng)分的潛力、選育養(yǎng)分高效利用的基因型品種是緩解養(yǎng)分不足和提高作物產(chǎn)量的有效途徑[4]。高粱是世界第五大作物，在不良環(huán)境下具有較高的產(chǎn)量[5]。但隨著高粱主糧地位的下降，其主要種植區(qū)域向土壤更加貧瘠地區(qū)轉(zhuǎn)移，單純篩選高粱對(duì)某一種養(yǎng)分的利用對(duì)育種和生產(chǎn)實(shí)踐的意義有限[6]，而在瘠薄土壤中篩選耐瘠高粱育種材料對(duì)高抗新品種選育具有重要現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，筆者選用90份高粱材料，分別在瘠薄試驗(yàn)地和正常施肥地種植，調(diào)查了株高、穗長(zhǎng)、千粒重和籽粒產(chǎn)量，利用綜合耐瘠系數(shù)和耐瘠指數(shù)評(píng)價(jià)篩選出耐瘠薄材料，旨在為今后開(kāi)展耐瘠薄品種選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用供試材料90份，分別由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所和遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新中心提供，其中農(nóng)家種46份、親本系44份（表1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018—2019年4—10月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所（榆次、東白）試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置常規(guī)試驗(yàn)田和養(yǎng)分（瘠?。┟{迫試驗(yàn)田2個(gè)處理，常規(guī)試驗(yàn)田養(yǎng)分含量為全氮1 052.00 mg/kg、有效磷4.82 mg/kg、速效鉀241.23 mg/kg;養(yǎng)分（瘠?。┰囼?yàn)田養(yǎng)分含量為全氮589.00 mg/kg、有效磷2.32 mg/kg、速效鉀111.67 mg/kg。試驗(yàn)采用隨機(jī)排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積6 m2，兩行區(qū)種植。留苗密度8 000株/hm2。田間管理同大田。成熟前選5株取樣，測(cè)量株高、穗長(zhǎng)，取平均值，成熟后收獲測(cè)產(chǎn)，計(jì)5株籽粒產(chǎn)量，考測(cè)千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);采用Spass 19.0軟件開(kāi)展聚類等相關(guān)分析。采用綜合耐瘠系數(shù)（CTC）、耐瘠指數(shù)（TI）的評(píng)價(jià)方法對(duì)供試材料耐瘠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下：

耐瘠指數(shù)：TI = CTC×瘠薄脅迫產(chǎn)量/瘠薄脅迫產(chǎn)量的平均值（3）

耐瘠分級(jí)方法：參照張桂香1997年高粱耐瘠5級(jí)分類方法[7]（表2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤瘠薄脅迫對(duì)高粱性狀的影響

從表3可以看出，供試材料的株高、穗長(zhǎng)、千粒重和籽粒產(chǎn)量在對(duì)照和瘠薄處理的變異系數(shù)均較大，說(shuō)明所選高粱品種群體較豐富，試驗(yàn)具有一定的代表性。根據(jù)平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，在土壤瘠薄脅迫下，高粱4個(gè)性狀（株高、穗長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量）的平均值下降，說(shuō)明土壤瘠薄會(huì)影響株高、穗長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量。從瘠薄地與對(duì)照的差值可以看出，各品種的穗長(zhǎng)和千粒重對(duì)土壤瘠薄脅迫的表現(xiàn)不一，有些品種的株高、穗長(zhǎng)和千粒重在脅迫下會(huì)增加，而所有品種的籽粒產(chǎn)量均下降。高粱在土壤瘠薄脅迫處理與正常土壤肥力處理的各項(xiàng)指標(biāo)比值為各項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)值及耐瘠系數(shù)。相對(duì)值與變異系數(shù)的比值越小，說(shuō)明性狀指標(biāo)對(duì)土壤瘠薄脅迫敏感程度越大。從表3可以看出，4個(gè)性狀對(duì)土壤瘠薄的敏感程度由高到低依次為籽粒產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、千粒重、株高。

2.2 高粱耐瘠系數(shù)和耐瘠指數(shù)分析

由公式（1）計(jì)算所有單個(gè)性狀的耐瘠系數(shù)，由公式（2）計(jì)算綜合耐瘠系數(shù)，由公式（3）計(jì)算耐瘠指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，在4個(gè)性狀的耐瘠系數(shù)中，株高、穗長(zhǎng)和千粒重的最大值均大于1，說(shuō)明這3個(gè)性狀存在CK≤瘠薄脅迫的材料。株高耐瘠系數(shù)的變異系數(shù)最小，說(shuō)明高粱株高對(duì)土壤瘠薄脅迫最不敏感，籽粒產(chǎn)量耐瘠系數(shù)的變異系數(shù)最大，說(shuō)明該性狀對(duì)瘠薄脅迫較敏感。綜合來(lái)看，耐瘠指數(shù)的變異系數(shù)明顯大于綜合耐瘠系數(shù)，說(shuō)明在土壤瘠薄脅迫下產(chǎn)量性狀差異最顯著。

2.3 高粱耐瘠分類

參照張桂香1997年高粱耐瘠5級(jí)分類方法對(duì)高粱品種進(jìn)行分類。依據(jù)耐瘠指數(shù)，將90份材料劃分為5類（表5）：1級(jí)材料TI≥1.0，為15份;2級(jí)材料0.8≤TI<1.0，為18份;3級(jí)材料0.6≤TI<0.8，為28份;4級(jí)材料0.5≤TI<0.6，為9份;5級(jí)材料0.5

3 結(jié)論與討論

3.1 產(chǎn)量性狀為耐瘠篩選的主要指標(biāo)

中國(guó)高粱品種的耐瘠能力有較大差異，早在1984年山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所牛天堂對(duì)1 009份高粱材料開(kāi)展了耐瘠性鑒定，按照延遲開(kāi)花天數(shù)、籽粒結(jié)實(shí)、花序退化及植株是否突然枯死開(kāi)展了5級(jí)耐瘠鑒定[2]，張桂香等[7]在1997年以耐瘠指數(shù)和延遲天數(shù)為評(píng)價(jià)方法，調(diào)查了出苗、開(kāi)花、成熟、株高、莖粗、千粒重、穗粒重指標(biāo)，并進(jìn)行了5級(jí)耐瘠鑒定。這些早期的研究供試材料較多，但評(píng)價(jià)方法過(guò)于單一且沒(méi)有育種直接需要的產(chǎn)量性狀。此后開(kāi)展的相關(guān)研究多以高粱養(yǎng)分利用效率為主，例如錢曉剛等[8]在1997年開(kāi)展的貴州酒用高粱對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收規(guī)律研究;楊苞梅等[9]在2008年開(kāi)展的不同養(yǎng)分組合對(duì)高粱吸收氮、磷、鉀養(yǎng)分的影響;王勁松等[10]在2017年開(kāi)展的土壤肥力、施肥及其互作對(duì)高粱產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用的影響。后期的研究主要集中于單一養(yǎng)分利用率，且存在供試材料較少、在生產(chǎn)和育種實(shí)踐中土壤多養(yǎng)分虧缺的問(wèn)題。該研究利用連續(xù)多年培育的耐瘠鑒定圃，對(duì)90份高粱材料采用綜合耐瘠系數(shù)和綜合耐瘠指數(shù)評(píng)價(jià)方法來(lái)開(kāi)展高粱耐瘠研究。材料共分為5類，其中1級(jí)材料15份、2級(jí)材料18份、3級(jí)材料28份、4級(jí)材料9份、5級(jí)材料20份，結(jié)果顯示高粱株高對(duì)土壤瘠薄最不敏感，產(chǎn)量對(duì)土壤瘠薄最敏感，這有可能是因?yàn)樵谕寥礼け∶{迫下高粱更多地將養(yǎng)分用于營(yíng)養(yǎng)生殖階段。產(chǎn)量性狀可以作為高粱耐瘠評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，其結(jié)果對(duì)于高粱耐瘠育種具有指導(dǎo)意義。

3.2 高粱農(nóng)家種耐瘠資源豐富

前人對(duì)高粱材料的研究主要集中在育種材料和育成雜交種的抗旱、抗病和耐鹽堿等，如陳冰嬬等[11]開(kāi)展的高粱親本系萌發(fā)期抗旱性鑒定所用材料為主要親本系材料;姜鈺[12]開(kāi)展的高粱絲黑穗病菌致病性分化與品種抗病基因標(biāo)記研究所用材料為育成品種;范娜等[13]開(kāi)展的粒用高粱耐鹽種質(zhì)資源鑒選與評(píng)價(jià)所用材料為親本系;只有寶力格等[14]在中國(guó)高粱地方種質(zhì)芽期苗期耐鹽性篩選及鑒定研究中所用材料為農(nóng)家種，但沒(méi)有解釋農(nóng)家種和目前親本材料耐鹽間的區(qū)別。親本系和育成品種都是育種家根據(jù)育種目標(biāo)，培育出用于培育優(yōu)良品種而開(kāi)展的工作[15]。在育種實(shí)踐中由于農(nóng)家種產(chǎn)量低且改良困難沒(méi)有被育種家大量使用，但農(nóng)家種是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇和人工種植形成的品種，其遺傳多樣性更豐富，開(kāi)展抗逆性鑒定更有意義[16]。該研究結(jié)果1級(jí)材料中除NJ28號(hào)和NJ81號(hào)為改良系以外，其余13個(gè)均為農(nóng)家種。而5級(jí)材料中除NJ30、NJ33和NJ68為農(nóng)家種外，其余均為育種所用保持系和恢復(fù)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，供試材料中高粱農(nóng)家種耐瘠性明顯優(yōu)于親本系材料，高粱耐瘠育種應(yīng)注重對(duì)農(nóng)家種的改良，也進(jìn)一步驗(yàn)證了農(nóng)家種開(kāi)展抗逆性鑒定，尤其是耐瘠性鑒定更有意義。

3.3 高粱耐瘠材料的分類評(píng)價(jià)

該研究選用綜合耐瘠系數(shù)和耐瘠指數(shù)對(duì)供試材料進(jìn)行分類，雖然能區(qū)分供試材料的耐瘠性，但仍存在一些問(wèn)題。因此，應(yīng)結(jié)合生理、分子研究來(lái)綜合評(píng)價(jià)耐瘠性，該研究為進(jìn)一步研究耐瘠基因標(biāo)記、克隆提供了理論依據(jù)。

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基金項(xiàng)目 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-06）;國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFD1001000）;釀造專用高粱育種及利用山西省科技創(chuàng)新重點(diǎn)團(tuán)隊(duì)運(yùn)行補(bǔ)助（201805D131012-6）;山西省科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)項(xiàng)目（201605D121018）;山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)勢(shì)課題組項(xiàng)目（YCX2018D2YS11）;山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研究課題（YCX2020YQ38）;高粱遺傳育種與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青年基金課題（2019Q-3）。

作者簡(jiǎn)介 王玉斌（1986—），男，山西平順人，助理研究員，碩士，從事高粱遺傳育種工作。*通信作者，研究員，碩士，從事高粱遺傳育種工作。

收稿日期 2020-04-07