賈鴻昌，韓德志，閆洪睿，張雷，梁吉利，閆曉飛，朱海芳，鹿文成

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院黑河分院，國家 大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系東北特早熟大豆育種崗，黑龍 江黑河， 164399）

生育期分類是栽培大豆品種分類的主要方法[1]，但是簡單的根據(jù)生育期長短進行分類，只適用于各自區(qū)域的大豆生產(chǎn)情況，地域間缺乏統(tǒng)一的比較標準[2]，很難反映不同品種的生育期差異[3]。大豆生育期組（Maturity group，MG）是國際通用的生育期分類方法，為不同區(qū)域間大豆生育期的比較提供了統(tǒng)一標準。Hartwig 等根據(jù)各大豆品種在區(qū)域試驗、引種試驗中表現(xiàn)出的生育期差異，將北美大豆品種劃分為MG000-X 共13 個生育期組[4]。該方法以其簡便、準確等優(yōu)點被各大豆主產(chǎn)國廣泛應用，尤其適用于一熟制大豆產(chǎn)區(qū)[3,5]，這種統(tǒng)一標準的生育期分組方法可對新品種的應用前景準確判斷，提高品種的推廣效率[6～8]；Zhang 等篩選1998-2003 年北美各州生育期組分組數(shù)據(jù)，基于GIS 軟件對北美以往生育期組地理分布圖進行了修訂，使品種的地理分布更確切[7]；其他大豆主產(chǎn)區(qū)在應用大豆生育期組的過程中，應用了不同的鑒定方法。Alliprandini 等根據(jù)從北美引進的大豆品種在巴西南部和中西部的生育期和生育期組值分別建立回歸方程，對巴西大豆品種進行生育期分組，對當?shù)卮蠖蛊贩N的布局發(fā)揮重要指導作用[9]。蓋鈞鎰等[2]以北美生育期組標準品種為參照，依據(jù)北美生育期組組間距離10～15 d 的標準，將中國各地256 份代表品種分為000-Ⅸ12 個生育期組，初步建立了中國生育期組劃分體系，奠定了中國生育期分組的研究基礎。國內(nèi)較早關(guān)于大豆生育期分組的研究也借鑒了該分組方法[10,11]；吳存祥等以北美標準品種相鄰生育期組生育日數(shù)平均數(shù)差值的1/2為界,確定不同地點生育期組的參考范圍，對中國國家區(qū)域試驗對照品種進行了生育期組劃分，建立了一套代表性強的中國標準品種，并據(jù)此對國家區(qū)域試驗點設置提出建議[8]。國內(nèi)后續(xù)關(guān)于生育期組的研究[12～18]均參考吳存祥的方法，對當?shù)氐拇蠖蛊贩N進行分組；Jia 等廣泛搜集了中國、俄羅斯、北美、瑞典等高寒地區(qū)不同熟期類型的大豆品種，根據(jù)參試品種的全生育期通過聚類分析，對供試品種進行生育期組分類，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一批比MG000 組早熟的大豆品種，并建立了新的生育期組MG0000 組，將供試品種分為MG0000、MG000、MG00、MG0這4個生育期組，為當?shù)卮蠖蛊贩N布局、異地引種等工作提供可靠依據(jù)[19]。上述生育期組研究中有代表性的分組方法可分為三類，第一類是根據(jù)選用的標準品種的生育期劃定生育期組的區(qū)間[8]，第二類是根據(jù)供試材料的生育期性狀進行聚類分析[19]，第三類是根據(jù)標準品種的生育期與其生育期組值建立回歸方程，再利用方程對鑒定品種進行分組[7,20]。本文利用這三種方法對相同材料進行分組研究，旨在分析不同方法的優(yōu)缺點，以期為各地生育期組劃分提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

中國東北北部高寒地區(qū)的主栽品種60份；俄羅斯阿穆爾州推廣的品種17 份；北美大豆熟期組MG000、MG00、MG0、MGⅠ組標準品種13 份，共計90份。

1.2 方法

1.2.1 種植方法及調(diào)查項目 試驗于2018-2020

年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院黑河分院試驗田（北緯50°15′，東經(jīng)127°27′，海拔168.5 m）進行。3年均于5 月9 號播種，行長2 m，株距5 cm，行距60 cm，人工雙行點播，材料按照熟期由早到晚的順序排列。不設重復，出苗后定苗30 株，按照Fehr 和Carviness 的標 準[21]，記 錄 出 苗 期（VE）、開 花 期(R1)、成 熟期（R7）。

1.2.2 生育期分組方法 生育期分組分別用線性回歸分析法、系統(tǒng)聚類分析法[19]和區(qū)間法[8]?；貧w分析法利用北美引進品種生育期日數(shù)和生育期組值建立線性回歸方程，按照北美習慣標記方法MG000-0 組品種的生育期組值分別記為000.0-000.9、00.0-00.9和0.0-0.9，為使各組的生育期組值符合數(shù)學計算規(guī)則，在回歸分析之前，參照以往研究的方法[7]，應將MG000 至MG0 組值分別轉(zhuǎn)換為1.0-1.9、2.0-2.9和3.0-3.9。系統(tǒng)聚類分析法，以供試品種3 年全生育期日數(shù)為指標，采用離均差平方和法聚類。區(qū)間法以北美標準品種相鄰生育期組生育日數(shù)平均數(shù)差值的1/2 為界，確定不同地點生育期組的參考范圍。所有數(shù)據(jù)處理采用DPS7.05軟件完成[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試材料的霜前成熟情況

在3 年的試驗中，北美生育期組MG0 組晚熟標準品種MN0901，MGⅠ組標準品種Surge、Harlon、Haroson、NE1900，中國生育期組MG0 組對照品種吉林30、九農(nóng)21、東農(nóng)47D、東農(nóng)434、嫩豐11、東農(nóng)163、北豆21 等12 份材料未成熟，在初霜時只達到R4～R5。

2.2 北美生育期組標準品種的生育期表現(xiàn)

北美大豆生育期組MG000～Ⅰ組標準品種名稱及生育期表現(xiàn)見表1。從表1 中可以看出MG0 組晚熟標準品種和MGⅠ組標準品種均未成熟，初步判斷中國北部高寒地區(qū)大豆品種生育期組歸屬范圍為MG000至MG0組，說明在該地區(qū)對這些生育期組鑒定是可行而有效的。從表1還可以看出，各組標準品種生育期年際間有較大差異。由于3年試驗是在同一天播種，大豆生育期間光照條件基本一致，所以各標準品種年際生長期的差異主要是由各年的溫度不同所致，各生育期組的分組標準也因溫度條件不同而相應變化，供試品種的生育期組歸屬應以當年的標準品種生育期的表現(xiàn)為參照進一步劃分。

2.3 供試品種生育期性狀表現(xiàn)

中國東北北部和俄羅斯阿穆爾州大豆品種的生育期性狀方面表現(xiàn)出了廣泛遺傳變異，三年的生育期極差都超過45 d，最晚熟的品種生育期介于MG0 組標準品種MN0901 和Surge 之間，即最晚熟品種沒有達到MG0 組的上限，預示當?shù)厣诮M范圍為MG0 組到更早組。最早熟的品種生育期比北美生育期組MG000 組標準品種更短（表2），例如2019年MG000組標準品種Maple Presto 和OAC Vision 的平均生育期分別為88.5d和93.8d，而俄羅斯早熟品種Star4/75 生育期只有78.2d，中國早熟品系呼交07-2479 生育期78.9d，比MG000 組標準品種早熟10 d 左右，達到了Hartwig[4]描述的北美生育期組組間變異10～15 d的標準。

表1 北美大豆生育期組標準品種在黑河的生育日數(shù)Table 1 Days to maturity of North American soybean MG standard varieties in Heihe,China

表2 比MG000組對照早熟品種的名稱及生育期表現(xiàn)Table 2 Days from emergence to maturity of earlier varieties than MG000 group standard varieties

2.4 供試品種生育期組的劃分

2.4.1 聚類分析法對供試品種進行生育期分組通過對比供試品種與北美標準品種各年的生育期表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)年際溫度差異對標準品種和供試品種具有相同影響趨勢。在分組過程中發(fā)現(xiàn)一批早熟品種的生育期比MG000 組標準品種早熟幅度達到了北美生育期組定義的組間距離，意味著這些品種可能構(gòu)成一個更早的生育期組，國際通用的生育期組可以向早熟方向進一步擴展。以供試品種3年全生育期日數(shù)為指標進行系統(tǒng)聚類分析，計算品種間歐氏距離，建立樹形圖（圖1）。根據(jù)供試品種生育期與標準品種的比較結(jié)果，當閾值為232.1 時可將供試品種分為4 個生育期組，比MG000 組標準品種生育期更短的一部分品種間歐氏距離較近，整體與其他品種較遠且自成一組，按照北美生育期組命名習慣命名為MG0000 組。從圖中還可看出，MG000-0組都包含北美標準品種，除MG00 組早熟標準品種Canatto被聚類在MG000組外，所處的生育期組及生育期相對差異都與北美標準品種原來情況吻合。從表1 中可以看出，2018 年Canatto 的生育期表現(xiàn)比MG000 組標準品種Maple Presto、OAC Vision 的生育期都早，可能是由于Canatto 對光溫變化比較敏感致使其生育期組的歸屬與原來有所不同。按照聚類分析的結(jié)果結(jié)合各組標準品種的生育期表現(xiàn)設定各年的分組標準（表3），將供試品種分為MG0000、MG000、MG00、MG0等4組。

圖1 中國東北北部和俄羅斯阿穆爾州大豆品種全生育期聚類分析Fig.1 Cluster analysis of the varieties from northeast high latitudes region in China and far-east Russia

表3 利用聚類分析法對中國北部高寒地區(qū)和俄羅斯阿穆爾州大豆品種進行生育期組劃分Table 3 Criteria for classification of MG classification of soybean varieties in northern cold area of China and fareast Russia

2.4.2 回歸分析法對供試品種進行生育期分組

按照Alliprandini 等[9]的方法，根據(jù)北美標準品種的生育期組值和生育期表現(xiàn)建立線性回歸方程，本研究中供試品種生育期組分布范圍為MG000-0組，按照北美生育期組習慣標記方法[7]，MG000-0 組品種的生育期組值分別記為000.0-000.9、00.0-00.9、0.0-0.9，為使數(shù)值符合數(shù)學計算規(guī)則，對生育期組值作相應的轉(zhuǎn)換（表4）。

表4 北美引進品種的生育期及生育期組值Table 4 Growth period and group value of introduced varieties in North America

根據(jù)不同年份標準品種的生育期表現(xiàn)，分別進行回歸分析得出相應的回歸方程，2018 年所得方程為：y=0.0467x-2.2629，決定系數(shù)為0.9381；2019 年的回歸方程為：y=0.0509x-2.3317，決定系數(shù)為0.7036。兩年生育期平均值回歸方程為：y=0.0526x-2.6835，決定系數(shù)為0.8917。

根據(jù)各年的回歸方程計算得出的數(shù)值是轉(zhuǎn)換后的生育期組值，按照表5 的對應關(guān)系即可得到待鑒定品種的生育期組值，進而明確其生育期組歸屬。按照該方法計算各年供試品種的生育期組值，得到各年的劃分標準（表5）。

表5 利用回歸分析法對中國北部高寒地區(qū)和俄羅斯阿穆爾州大豆品種進行生育期組劃分Table 5 Criteria for classification of MG classification of soybean varieties in northern cold area of China and far-east Russia

2.4.3 區(qū)間法對供試品種進行分組 區(qū)間分組法是以北美標準品種相鄰生育期組生育日數(shù)平均數(shù)差值的1/2 為界，確定不同地點生育期組的參考范圍[8]。按照該方法，可得出各組的臨界值（表6），可根據(jù)各組區(qū)間判定供試品種生育期組。

表6 中國北部高寒地區(qū)大豆生育期組劃分標準（區(qū)間法）Table 6 Criteria for MG classification of soybean varieties in northern cold area of China

2.4.4 中國東北北部高寒地區(qū)大豆品種的生育期分組 將以上3種分組方法對供試品種生育期組劃分的結(jié)果列于表7。可以看出，聚類分析法和區(qū)間法對MG0000 和MG0 組的分組結(jié)果一致，只是對MG000 組和MG00 組的界限有一定差異，導致這兩組的分組結(jié)果有所不同。區(qū)間法劃分MG000 的生育期變幅只有7 d，與北美生育期組定義標準不符，而聚類分析方法所得結(jié)果符合定義標準。產(chǎn)生這種差異的原因可能是MG000 組的標準品種Canatto對溫度比較敏感，生育期年際差異較大，對MG000組中間值的判斷產(chǎn)生干擾，影響了該組生育期變幅的判別。聚類分析法則可以避免單一品種的干擾，比區(qū)間法更為可靠。

表7 三種分組方法分組結(jié)果對照表Table 7 Comparison table of grouping results of three grouping methods

回歸分析法對各組的劃分與上述兩種方法有較大不同，根據(jù)回歸方程，供試材料沒有屬于MG0000 組品種，MG00 組生育期變幅達到19 d，MG0 組生育期變幅達到了17 d，生育期變幅超出了生育期組定義范圍，導致這種現(xiàn)象的原因可能是標準品種間光溫反應敏感程度有很大差異，這種差異導致標準品種生育期與在原產(chǎn)地有一定差異，甚至使其生育期組歸屬發(fā)生變化，據(jù)此建立的回歸方程對供試品種生育期組值的判斷可靠性較低。

通過上述比較可知，區(qū)間法和回歸分析法為生育期組鑒定提供了更直接的量化分組方法，但對建立方程的標準品種的生育期穩(wěn)定性要求很高。聚類分析法則是以所有供試品種為研究對象，可以避免少數(shù)生育期不穩(wěn)定的標準品種的干擾，標準品種主要用來判斷分組結(jié)果的準確性，對其在各自生育期組位置要求相對較寬泛，但聚類分析與生育期組的定義標準并沒有直接聯(lián)系，所以，對聚類分析分組的結(jié)果需要結(jié)合生育期組定義進一步判斷。綜上所述，3 種方法的分組結(jié)果都需要根據(jù)Hartwig 描述的北美生育期組定義的標準進行修正，對供試材料分組結(jié)果進行綜合判斷。

根據(jù)綜合調(diào)整后的分組標準（表7），將供試材料歸入MG0000-0 組（表8），從表8 中可以看出，除了MG0000 組外，每個組中都有當?shù)貐^(qū)域試驗的對照品種，這些品種在當?shù)厣a(chǎn)和試驗中被廣泛應用，其生育期表現(xiàn)和適宜推廣的地點都非常明確，當?shù)卮蠖蛊贩N布局都是以這些品種為參照，這些品種可以作為黑河及附近地區(qū)生育期組鑒定的標準品種。

表8 供試品種及其生育期組歸類Table 8 The name and MGs of the tested variety

3 討論

3.1 不同分組方法的選擇

本文分別用聚類分析法[19]、區(qū)間法[8]和回歸分析法[7,20]對供試品種進行了生育期組劃分。對比三類分組方法，區(qū)間法主要是基于對所用北美生育期組標準品種的生育期在各自組內(nèi)呈一早一晚對稱關(guān)系，通過加權(quán)平均來算出每個生育組的中間值，再取相鄰兩個組的中間值的中點作為這兩個組的臨界值[8]?；貧w分析法是根據(jù)標準品種的生育期和生育期組值關(guān)系建立回歸方程，用方程計算待鑒定品種的生育期組值，從而實現(xiàn)對供試大豆品種的分組。這兩種方法均對生育期組標準品種的生育期穩(wěn)定性要求較高，少數(shù)標準品種生育期變化對分組結(jié)果有較大影響。由于北美生育期組標準品種在中國直接種植,生育期常常發(fā)生較大變化，所以能在中國正常生長的標準品種的數(shù)量較少，限制了該方法的應用[23]。所以，所選用的標準品種應對光照、溫度的變化相對鈍感，在不同生態(tài)條件下生育期變化較小，且各品種之間的變化趨勢相似，才能有利于形成穩(wěn)定的分組方案。本研究中標準品種數(shù)量相對較少，據(jù)此建立的回歸方程和區(qū)間分組方案，受少數(shù)標準品種生育期變異的影響較大，所以，該類方法應在對標準品種的廣泛收集和精確鑒定基礎上，篩選組裝一套在鑒定地點生育期穩(wěn)定可靠的標準品種，是進行科學分組的前提條件。這類方法適用于標準品種數(shù)量較多，生育期歸屬精確的情況。其中回歸分析法可以對品種生育期組進行精確的計算，生育期組值可以精確到小數(shù)點后一位數(shù),這種方法與北美的分組方法可以較好銜接[20]。隨著北美標準品種引進數(shù)的量增加和鑒定的深入，我國生育期組研究將與國際生育期組銜接得更好，為國際間引種和交流提供可靠依據(jù)。

聚類分析法以供試材料的生育期性狀進行整體分類，該方法只說明供試品種生育期相對關(guān)系的遠近，與生育期組的定義標準沒有直接聯(lián)系。需要根據(jù)標準品種生育期表現(xiàn)，對鑒定區(qū)域的生育期組大體分布范圍進行判斷，再結(jié)合標準品種的聚類情況，確定聚類與生育期分組的聯(lián)系。該方法中標準品種的主要作用是對聚類類別進行標識，標準品種生育期對分組結(jié)果影響較小。本研究中90 份供試材料三年生育期變異均在46～50 d,按照生育期組每組距離10～15 d 的定義標準，供試品種生育期變異大于3個生育期組的組間距離。而且MG0組晚熟標準品種未能成熟，表明黑河地區(qū)生育期組范圍未達到MG0 組晚熟上限，根據(jù)標準品種的生育期可推斷當?shù)刈钔砥贩N可達MG0.5 左右。說明黑河地區(qū)大豆品種有MG0000 組是符合生育期組定義要求的。同時供試材料包含當?shù)厮惺炱陬愋?，且每個熟期類型數(shù)量相對均衡，標準品種的生育期差異適宜，為聚類分析提供了較好的條件。實際通過聚類分析得到的分組結(jié)果也與大豆生育期組定義的組間距離，黑河地區(qū)大豆品種生育期覆蓋生育期組范圍比較符合，說明這種情況比較適合應用聚類分析法。

綜上所述，三種方法適用于不同的情況，在大豆生育期組鑒定的初期，可以采用聚類分析法，然后通過逐漸豐富標準品種，建立完善標準品種體系后，可以采用回歸分析法進行精確地分組。無論用哪種方法其結(jié)果都需要根據(jù)生育期組間距離10～15 d的定義進行修正，使其符合生育期組定義要求。

3.2 生育期組鑒定應基于標準鑒定地點

生育期組是基于大豆生育期的品種分類方法，大豆生育期受其內(nèi)在基因和外部環(huán)境的共同影響，所以，談到某個品種的生育期都是相對于某特定區(qū)域而言的。生育期組鑒定的實質(zhì)是確定待鑒定品種與標準品種生育期相對關(guān)系，但這種相對關(guān)系在不同生態(tài)條件下是有較大差異的。所以，生育期組的鑒定應是在建立標準鑒定地點基礎上[2,4]。北美生育期組鑒定通過確立標準鑒定地點，使其鑒定結(jié)果相互銜接形成整體，對當?shù)卮蠖蛊贩N布局發(fā)揮重要指導作用。吳存祥等[8]根據(jù)國家區(qū)域試驗對照品種的生育期組歸屬和地理分布，建議黑河作為MG0組的標準鑒定地點。傅蒙蒙等提出一批我國東北地區(qū)生育期組標準鑒定地點，對東北地區(qū)不同區(qū)域生育期組的銜接具有較大促進作用[15]。但是該方案中緯度最高的鑒定地點為北緯48 度。而目前我國東北大豆主產(chǎn)區(qū)在北緯48度以北地區(qū)，該地區(qū)也是早熟、極早熟、超早熟類型大豆品種主要種植區(qū)域，所以，在北緯48度以北地區(qū)建立生育期組標準鑒定地點才具有生態(tài)條件的代表性。根據(jù)各組標準品種在黑河的生育期差異[19]，建議黑河作為MG000組、MG00組和MG0.5組以內(nèi)的生育期組鑒定地點。MG0.5 組以上的晚熟品種可與綏化等鑒定點交叉鑒定。這樣與以往研究[8，15]提出的生育期組標準鑒定地點一起，構(gòu)成比較完善的生育期組鑒定體系，對國內(nèi)的跨區(qū)引種、參試、救災等工作都有重要的指導意義。

4 結(jié)論

聚類分析法、區(qū)間法和回歸分析法在以往生育期組研究中，都較好地對供試材料進行生育期組鑒定。聚類分析法適用于待分組材料熟期類型豐富、數(shù)量均衡，但標準品種的數(shù)量較少，生育期組值不精確的情況，生育期組的臨界值需要根據(jù)生育期組間距離進行校正。區(qū)間法是以各組內(nèi)早熟和晚熟標準品種以生育期組中值對稱分布為假設的方法，只要標準品種選擇準確，可以較準確地確定生育期組的臨界值?；貧w分析法適用于生育期組值較精確，可用于建立回歸方程的標準品種較多的情況，可以精準地鑒定供試品種的生育期組，是生育期組鑒定發(fā)展較成熟的階段。無論用哪種方法，其鑒定結(jié)果應該符合生育期組組間距離10～15 d 的要求。生育期組鑒定應該以建立標準鑒定地點為前提，各地的鑒定結(jié)果才能相互銜接，成為國內(nèi)統(tǒng)一、與國際接軌的分組標準。