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        60個小粒花生育成品種農(nóng)藝、產(chǎn)量及品質(zhì)性狀綜合鑒定與評價

        2021-12-11 11:18:28劉衛(wèi)星張楓葉賀群嶺陳雷李可吳繼華
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:果數(shù)小粒棕櫚

        劉衛(wèi)星,張楓葉,賀群嶺,陳雷,李可,吳繼華

        (商丘市農(nóng)林科學(xué)院,河南 商丘 476000)

        我國是世界花生生產(chǎn)大國,種植面積居全球第2位,總產(chǎn)量居世界首位[1]。近10余年來,我國花生生產(chǎn)得到持續(xù)較快發(fā)展,在調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、促進農(nóng)民增收方面發(fā)揮出重要作用[2],也是我國植物蛋白和食用油的重要來源[3]。我國花生主要以春播、麥壟套種和夏直播種植為主,隨著糧油爭地矛盾日益突出,以及花生種植機械化水平的提高,以小粒花生為主的夏直播花生種植模式被廣泛應(yīng)用[4,5]。另外,隨著人民生活水平的不斷提高,對健康飲食的需求日益增加,高油酸、高蛋白低脂肪、高賴氨酸、低棕櫚酸等優(yōu)質(zhì)油用、優(yōu)質(zhì)食用花生市場需求不斷擴大。

        花生區(qū)試參試品種代表了同時期育種的最高水平[6]。建立一套有效的小?;ㄉ善贩N綜合評價體系,可以全面科學(xué)地了解我國當(dāng)前花生育種水平,為小?;ㄉ善贩N的綜合評價及育種目標設(shè)定、種質(zhì)資源創(chuàng)新等提供借鑒。種質(zhì)資源的綜合利用是提高育種成效的關(guān)鍵,而花生的產(chǎn)量性狀等多為復(fù)雜的數(shù)量遺傳性狀,是多個性狀共同作用的結(jié)果[7]。為明確各性狀間的主次關(guān)系,諸多學(xué)者已通過相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析及灰色關(guān)聯(lián)度分析等對花生育成品種及種質(zhì)資源進行研究與綜合評價。陳婷婷等[8]研究表明,花生種質(zhì)的17個性狀指標可綜合為5個主成分,并可將81份花生種質(zhì)聚為4類。陳湘瑜等[9]對11個福建花生高代品系的分析表明,結(jié)果數(shù)、飽果數(shù)與花生產(chǎn)量顯著正相關(guān)。范小玉等[10]對2019年黃淮海中南片小粒花生聯(lián)合體試驗24個品種的分析表明,莢果產(chǎn)量與百仁重、出米率、單株生產(chǎn)力、油酸含量呈正相關(guān)。楊海棠等[11]利用灰色系統(tǒng)理論對2017年全國北方片區(qū)小粒組13個參試花生品種的12個主要性狀進行綜合評價,選出多個適宜該區(qū)域推廣的小?;ㄉ贩N。

        我國黃淮區(qū)域夏直播花生面積逐年擴大,亟需提高小粒花生的育種水平,而前人對小粒花生農(nóng)藝、產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的相關(guān)研究較少,用于綜合評價小?;ㄉ贩N的性狀指標篩選工作尚未見報道。為此,本試驗以60個最新育成小粒花生品種為材料,采用變異系數(shù)、聚類分析、相關(guān)分析、主成分分析和多元回歸分析方法,構(gòu)建綜合評價體系,篩選最優(yōu)評價指標,以期為小?;ㄉN質(zhì)資源挖掘、篩選及科學(xué)利用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        試驗材料為2020年參加國家北方片區(qū)花生多點試驗和河南省花生聯(lián)合體試驗的60個小粒花生品種,其名稱及來源見表1。試驗地點為商丘市農(nóng)林科學(xué)院試驗示范中心(115°42′33″E,34°31′54″N)。試驗田為粘壤土,肥力中等,前茬為花生,冬季休閑。

        表1 供試品種名稱及來源

        1.2 試驗設(shè)計與田間管理

        采用隨機區(qū)組設(shè)計,重復(fù)3次。小區(qū)面積1.6 m×8.34 m。起壟種植,一壟雙行,壟距0.8 m,壟上行距0.25 m,穴距0.15 m,每穴2粒,16.67萬穴/hm2。田間管理同常規(guī)大田。

        1.3 性狀調(diào)查

        花生成熟期每品種隨機選取10株有代表性植株,測量主莖高、側(cè)枝長、總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、單株飽果數(shù)、單株果數(shù)和單株生產(chǎn)力,收獲晾干后統(tǒng)計百果重、百仁重和出仁率。小區(qū)實收計算莢果產(chǎn)量。性狀調(diào)查按照《花生新品種特征特性術(shù)語及區(qū)域試驗的觀察記載標準》執(zhí)行[12]。

        花生籽仁粗蛋白、粗脂肪、油酸、亞油酸、棕櫚酸、賴氨酸及總氨基酸含量用DA7250型近紅外分析儀(瑞典波通)測得,重復(fù)3次取平均。

        1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

        試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進行統(tǒng)計,SPSS 19.0軟件進行方差分析、相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析及回歸分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 60個小?;ㄉ善贩N性狀變化分析

        由表2可以看出,60個小?;ㄉ贩N18個性狀的變異系數(shù)為4.33%~59.24%,平均值為21.47%,性狀間存在較大差異,表明這些性狀受外界環(huán)境的影響大小不一。其中,變異系數(shù)較高的5個性狀為亞油酸、棕櫚酸、單株飽果數(shù)、油酸和主莖高,變異范圍為25.81%~59.24%,表明這5個性狀為不穩(wěn)定性狀,較易被外界環(huán)境調(diào)控;變異系數(shù)較低的5個性狀為出仁率、粗脂肪、粗蛋白、總氨基酸和賴氨酸含量,變異范圍為4.33%~8.54%,表明這5個性狀遺傳特性較為穩(wěn)定,受外界環(huán)境調(diào)控的可能性較小。

        表2 60個小?;ㄉ善贩N性狀統(tǒng)計

        2.2 60個小?;ㄉ善贩N的聚類分析

        18個性狀的調(diào)查數(shù)據(jù)經(jīng)標準化轉(zhuǎn)換后,以歐氏距離為遺傳距離,采用Ward法進行系統(tǒng)聚類分析,結(jié)果(圖1)表明,在歐氏距離為9時可將60個小?;ㄉ贩N分為五大類。第Ⅰ類包括18個品種,表現(xiàn)為總分枝數(shù)和結(jié)果枝數(shù)多,莢果產(chǎn)量低,粗脂肪含量低,賴氨酸含量高,為低脂肪高賴氨酸類品種;第Ⅱ類包括6個品種,表現(xiàn)為株高最低,側(cè)枝最短,單株果數(shù)最多,百果重和百仁重最低,出仁率最高,莢果產(chǎn)量中等,粗蛋白和油酸含量最低,棕櫚酸含量最高,為矮稈高出仁率類品種;第Ⅲ類包括9個品種,表現(xiàn)為單株生產(chǎn)力、百果重、百仁重和莢果產(chǎn)量最高,粗脂肪和油酸含量最高,出仁率和棕櫚酸含量最低,為高脂肪高油酸類品種;第Ⅳ類包括9個品種,表現(xiàn)為株高最高,側(cè)枝最長,總分枝數(shù)和結(jié)果枝數(shù)最少,單株生產(chǎn)力最低,莢果產(chǎn)量中等,為高稈低分枝類品種;第Ⅴ類包括18個品種,表現(xiàn)為單株飽果數(shù)最多,莢果產(chǎn)量最低,粗蛋白和總氨基酸含量最高,油酸含量較高,為高蛋白高油酸類品種。

        圖1 60個小粒花生育成品種的聚類分析結(jié)果

        2.3 60個小?;ㄉ善贩N各性狀的相關(guān)性分析

        11個農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析結(jié)果(表3)表明,總分枝數(shù)與結(jié)果枝數(shù)、單株飽果數(shù)、單株果數(shù)呈極顯著正相關(guān),說明小粒花生品種通過提高分枝數(shù)可以相應(yīng)提高單株果數(shù)與單株飽果數(shù),但總分枝數(shù)與百果重、百仁重呈顯著負相關(guān),與莢果產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān),因此在育種實踐中應(yīng)注意加以協(xié)調(diào);單株生產(chǎn)力與單株飽果數(shù)、單株果數(shù)、百果重、百仁重呈極顯著正相關(guān),說明通過提高單株結(jié)果數(shù),增加果重和仁重可以極顯著提高小?;ㄉ膯沃戤a(chǎn)量;莢果產(chǎn)量與單株生產(chǎn)力、百果重和百仁重呈極顯著正相關(guān),與總分枝數(shù)呈極顯著負相關(guān),說明育種實踐中適當(dāng)控制總分枝數(shù)、增加百果重和百仁重、提高單株生產(chǎn)力,是實現(xiàn)小?;ㄉ弋a(chǎn)的關(guān)鍵。

        表3 60個小?;ㄉ善贩N農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀的相關(guān)系數(shù)

        7個品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析結(jié)果(表4)表明,粗蛋白含量與賴氨酸、總氨基酸含量極顯著正相關(guān),說明通過提高小?;ㄉ鞍踪|(zhì)含量,可以相應(yīng)提高賴氨酸和總氨基酸含量;粗脂肪與油酸含量極顯著正相關(guān),與棕櫚酸含量極顯著負相關(guān);油酸與棕櫚酸含量極顯著負相關(guān)。說明小?;ㄉ走x育出高脂肪、高油酸、低棕櫚酸的品種。

        表4 60個小?;ㄉ善贩N品質(zhì)性狀的相關(guān)系數(shù)

        2.4 60個小粒花生育成品種性狀的主成分分析

        對18個性狀的調(diào)查數(shù)據(jù)標準化后進行主成分分析,結(jié)果(表5)表明,前6個主成分的累計貢獻率達到81.38%,可以用這6個主成分較好地代替18個農(nóng)藝、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀對小?;ㄉ善贩N進行評價與判斷。

        表5 60個小?;ㄉ善贩N性狀的主成分分析

        第Ⅰ主成分貢獻率為23.88%,特征向量絕對值最大的是棕櫚酸(-0.1762),其次是亞油酸(-0.1713)和油酸(0.1682),可歸為油酸、亞油酸、棕櫚酸調(diào)控因子;第Ⅱ主成分貢獻率為17.31%,特征向量絕對值最大的是總氨基酸(0.2604),其次是粗蛋白(0.2414)和賴氨酸(0.2159),可歸為氨基酸與蛋白質(zhì)正向調(diào)控因子;第Ⅲ主成分貢獻率為14.97%,特征向量絕對值最大的是單株飽果數(shù)(0.3003),其次是單株生產(chǎn)力(0.2968)和單株果數(shù)(0.2729),可歸為單株產(chǎn)量提升因子;第Ⅳ主成分貢獻率為12.28%,特征向量絕對值最大的是百果重(0.2748),其次是百仁重(0.2537)和單株果數(shù)(-0.2512),可歸為百果重與單株果數(shù)選擇制約因子;第Ⅴ主成分貢獻率為7.30%,特征向量絕對值最大的是側(cè)枝長(0.4956),其次是主莖高(0.4861)和百仁重(-0.2565),可歸為株高與百仁重選擇制約因子;第Ⅵ主成分貢獻率為5.64%,特征向量絕對值最大的是出仁率(0.5736)和粗脂肪(0.3870),可歸為出仁率與粗脂肪正向調(diào)控因子。

        2.5 60個小?;ㄉ善贩N的綜合評價

        根據(jù)6個主成分的特征值和相應(yīng)的特征向量,計算得出60個小?;ㄉ善贩N18個性狀的6個主成分得分,然后以所選主成分對應(yīng)的特征值占6個特征值總和的比例為權(quán)重,得到各品種的綜合評價得分,得分越高綜合表現(xiàn)就越好。由表6可知,綜合得分排在前5位的是商花228、商花186、豫花185、豫花159和遠雜22號,來自河南的商花228綜合得分最高(1.7135),漯花25號綜合得分最低(-1.9698)。說明商花228綜合性狀最好,其百仁重(96.3 g)、莢果產(chǎn)量(4 026.56 kg/hm2)及油酸含量(86.24%)在全部參試品種中均最高,亞油酸(3.07%)與棕櫚酸含量(0.65%)在全部參試品種中均最低。

        表6 60個小?;ㄉ善贩N的綜合得分及排名

        18個性狀與綜合得分的相關(guān)性分析結(jié)果(表7)顯示,綜合得分與主莖高、側(cè)枝長、單株飽果數(shù)、單株生產(chǎn)力、百果重、百仁重、莢果產(chǎn)量、油酸含量極顯著正相關(guān),與結(jié)果枝數(shù)、粗脂肪含量顯著正相關(guān),與亞油酸、棕櫚酸含量極顯著負相關(guān),說明在小?;ㄉN中選擇正相關(guān)性狀值高、負相關(guān)性狀值低的品種,才能實現(xiàn)品種綜合性狀突出。

        表7 18個調(diào)查性狀與綜合得分的相關(guān)分析

        2.6 小?;ㄉ善贩N綜合評價指標篩選

        以18個性狀調(diào)查值為自變量(X),綜合得分為因變量(Y),通過逐步線性回歸方法構(gòu)建的最優(yōu)方程為Y=-7.6194+0.0223X1+0.0221X2+0.0933X4+0.0467X5+0.0561X7+0.0258X9+0.0002X11+0.0141X14+1.2140X17(R2=0.9907,F(xiàn)=40.1433**),式中X1、X2、X4、X5、X7、X9、X11、X14及X17分別代表主莖高、側(cè)枝長、結(jié)果枝數(shù)、單株飽果數(shù)、單株生產(chǎn)力、百仁重、莢果產(chǎn)量、油酸和賴氨酸,各回歸系數(shù)的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.7414**、0.7801**、0.7998**、0.6673**、0.7440**、0.9470**、0.6576**、0.9468**和0.7839**,Durbin-Watson統(tǒng)計量(d)為2.5345,說明構(gòu)建的方程為最優(yōu)回歸方程。方程中9個性狀對應(yīng)的直接通徑系數(shù)分別為0.2414、0.2804、0.1396、0.1163、0.1509、0.3406、0.0975、0.2920和0.1274,方程決定系數(shù)R2=0.9907,說明這9個性狀共同決定了綜合得分99.07%的變異,即主莖高、側(cè)枝長、結(jié)果枝數(shù)、單株飽果數(shù)、單株生產(chǎn)力、百仁重、莢果產(chǎn)量、油酸和賴氨酸含量可作為小?;ㄉ善贩N綜合表現(xiàn)的評價指標。

        3 討論

        3.1 小?;ㄉ善贩N性狀表現(xiàn)與品質(zhì)改良

        作物性狀變異系數(shù)的大小反映該性狀在不同環(huán)境下對品種產(chǎn)量形成影響的大?。?3],這種差異也是作物改良的基礎(chǔ)[14]。本研究結(jié)果表明,60個小?;ㄉ善贩N的18個性狀中,變異系數(shù)較高的5個性狀為亞油酸(59.24%)、棕櫚酸(55.12%)、單株飽果數(shù)(27.55%)、油酸(27.09%)與主莖高(25.81%),變異系數(shù)較低的5個性狀為出仁率(4.33%)、粗脂肪(6.57%)、粗 蛋 白(6.82%)、總氨基酸(6.98%)和賴氨酸(8.54),與李玉發(fā)[15]、范小玉[16]、陳湘瑜[9]等的結(jié)果基本一致。說明亞油酸、棕櫚酸、單株飽果數(shù)、油酸及主莖高的遺傳基礎(chǔ)較為豐富,人為加以改良的空間大,而出仁率、粗脂肪、粗蛋白、總氨基酸和賴氨酸含量的遺傳基礎(chǔ)較為穩(wěn)定,不易受外界調(diào)控。近年育成品種中高油酸類花生占比較多、高脂肪和高蛋白類花生相對較少的現(xiàn)狀[17,18],也證實了這一結(jié)論。

        我國花生近60%用于生產(chǎn)食用油,影響花生油脂營養(yǎng)和商品品質(zhì)的主要成分是脂肪酸。相關(guān)研究[19,20]表明,多數(shù)花生的脂肪酸中油酸含量最高,其次是亞油酸,棕櫚酸居第三位。油酸和亞油酸均為不飽和脂肪酸,是人體必需脂肪酸[21],而棕櫚酸是飽和脂肪酸,過量食用易增加高血壓、高血脂、動脈粥樣硬化、冠心病、糖尿病等的發(fā)病率[22-25],因此提高花生油酸含量降低棕櫚酸含量已成為花生品質(zhì)改良的重點。研究[26,27]表明,油酸含量和棕櫚酸含量呈負相關(guān),本研究也證實小粒花生油酸與棕櫚酸含量極顯著負相關(guān)。王傳堂等研究認為,高油酸花生棕櫚酸等性狀以小區(qū)或品種(系)重復(fù)平均數(shù)為單位的廣義遺傳力均為高[28];本研究則發(fā)現(xiàn),小?;ㄉ貦八岬淖儺愊禂?shù)高,易于人為改良。姜慧芳等[29]通過遠緣雜交獲得6份油酸含量達到64%以上且棕櫚酸含量在8.5%以下的新種質(zhì)。石素華等[30]利用高油酸種質(zhì)DF12培育出14個油酸含量大于73%且棕櫚酸低于7%的新種質(zhì)。這充分說明通過種質(zhì)利用實現(xiàn)花生品質(zhì)改良是可行的。

        3.2 小粒花生育成品種綜合評價與利用策略

        農(nóng)作物產(chǎn)量是多性狀共同作用的結(jié)果,難以用某一個性狀對品種進行準確評價[31]。本試驗在對60個小?;ㄉ善贩N18個性狀相關(guān)性研究的基礎(chǔ)上,采用主成分分析法將眾多關(guān)聯(lián)性狀轉(zhuǎn)換為6個綜合指標,可歸結(jié)為油酸、亞油酸、棕櫚酸調(diào)控因子、氨基酸與蛋白質(zhì)正向調(diào)控因子、單株產(chǎn)量提升因子、百果重與單株果數(shù)選擇制約因子、株高與百仁重選擇制約因子、出仁率與粗脂肪正向調(diào)控因子,這與殷冬梅[32]、孫東雷[33]、Kumar[34]等的研究結(jié)果基本一致。表明這些主成分因子對小?;ㄉ善贩N性狀差異有較大貢獻,在育種實踐中應(yīng)協(xié)調(diào)好它們之間的關(guān)系,有利于篩選出綜合性狀優(yōu)良的花生品種。

        依據(jù)主成分獲得的品種性狀綜合得分,可以較為直觀地衡量一個品種的優(yōu)劣,綜合得分越高,該品種的綜合表現(xiàn)就越好[35]。本研究通過綜合得分對60個小?;ㄉ善贩N進行排序,排在前5位的是商花228、商花186、豫花185、豫花159和遠雜22號,說明這5個品種的綜合表現(xiàn)較好,是小?;ㄉ贩N應(yīng)用、選育及種質(zhì)創(chuàng)制的重要材料來源。

        本研究通過逐步回歸分析得到小?;ㄉ善贩N最優(yōu)評價指標包括主莖高、側(cè)枝長、結(jié)果枝數(shù)、單株飽果數(shù)、單株生產(chǎn)力、百仁重、莢果產(chǎn)量、油酸和賴氨酸含量,除賴氨酸含量外其它8個性狀與綜合得分的相關(guān)性均達顯著或極顯著水平。主莖高、側(cè)枝長和結(jié)果枝數(shù)代表生長發(fā)育指標,單株飽果數(shù)、單株生產(chǎn)力、百仁重、莢果產(chǎn)量代表增產(chǎn)潛力指標,油酸和賴氨酸含量代表品質(zhì)提升指標,在相同生產(chǎn)條件下,可通過測定這9個性狀,并利用本研究所得最優(yōu)回歸模型來預(yù)測其它小粒花生品種綜合表現(xiàn)[36],從而為小?;ㄉN質(zhì)資源挖掘、篩選及科學(xué)利用提供理論依據(jù)。

        4 結(jié)論

        60個小?;ㄉ善贩N的18個性狀具有較高的遺傳差異,變異系數(shù)為4.33%~59.24%。聚類分析將其劃分為五類,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類分別占參試品種的30.0%、10.0%、15.0%、15.0%和30.0%。通過主成分分析把18個性狀歸為6類因子,累計貢獻率達81.38%,其中油酸、亞油酸與棕櫚酸調(diào)控因子的貢獻率最高。這60個品種中,商花228綜合得分最高,漯花25號綜合得分最低。主莖高、側(cè)枝長、結(jié)果枝數(shù)、單株飽果數(shù)、單株生產(chǎn)力、百仁重、莢果產(chǎn)量、油酸和賴氨酸含量可作為小粒花生品種綜合表現(xiàn)評價的指標。

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