焦雄飛, 于晉, 馮樂勇, 郭耀東, 樊麗生

（山西農(nóng)業(yè)大學玉米研究所, 山西忻州 03400）

谷子（Setaria italica L.）是起源于中國的古老農(nóng)作物之一, 在我國已有7 000多年的栽培歷史, 是我國北方丘陵地區(qū)的主栽作物, 具有抗逆性強、生育期短等特點, 被譽為“旱地農(nóng)業(yè)的綠洲”[1]。谷子營養(yǎng)價值非常豐富, 隨著人們生活水平的提高, 膳食結(jié)構(gòu)也在不斷的發(fā)生變化, 對谷子的需求量也逐年提高。我國谷子遺傳多樣性豐富, 保存在國家種質(zhì)資源庫中的谷子資源有2.7萬份[2-4]。豐富的種質(zhì)資源為谷子優(yōu)良品種選育提供了基礎, 隨著育種技術(shù)的不斷發(fā)展, 谷子品種層出不窮, 為了更好地進行市場推廣, 對谷子新品種權(quán)的保護也成為了迫切需要完善的工作。

我國于1997年3月頒布實施《中華人民共和國植物新品種保護條例》, 1999年4月23日開始接受植物新品種權(quán)的申請[5], 規(guī)定授權(quán)品種必需具備新穎性、特異性、一致性、穩(wěn)定性和適當?shù)拿?。對植物新品種進行特異性（distinctness）、一致性（uniformity）和穩(wěn)定性（stability）評價（簡稱DUS測試）是我國植物新品種授予品種權(quán)的必要條件和重要依據(jù)。在DUS測試過程中, 由于測試性狀是由1個特定的基因型或基因型組合決定的, 在特定環(huán)境條件下應表現(xiàn)出足夠的一致性和重復性, 對于測試性狀的描述是由基因型表達和環(huán)境條件相互作用的結(jié)果。在其他的作物中已經(jīng)進行了大量的試驗, DUS標準也很完善, 因此為了統(tǒng)一谷子的DUS測試標準, 需要通過不同的種植對比試驗為測試性狀狀態(tài)和描述提供示例和校正的依據(jù)[6]。目前, 前人對谷子的研究多集中于品種選育[7]、抗性鑒定[8-10]和品質(zhì)分析[11-12], 通過種植對比試驗來探究谷子DUS測試性狀變化的研究較少, 并且由于谷子的生長受環(huán)境影響較大, 這會給谷子的DUS測試帶來一定的問題, 因此, 通過播期試驗可以適當減小此類問題, 大大提高DUS測試的速度和準確性。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試忻州分中心是承擔谷子DUS測試的主要機構(gòu)之一, 在多年的谷子性狀測試中, 發(fā)現(xiàn)在技術(shù)規(guī)程、測試水平、體系建設等方面還存在一些影響測試準確性、高效性的因素, 如同一谷子品種在不同時間種植, 其DUS測試結(jié)果可能不同, 為了保證DUS測試的高效性, 需要通過一系列試驗對測試結(jié)果進行適當?shù)男? 以更加符合實際的結(jié)果, 適應谷子育種技術(shù)創(chuàng)新和種業(yè)發(fā)展需求, 更好地為我國谷子種業(yè)發(fā)展保駕護航。因此, 本研究在忻州設置3個不同播期, 研究播期對谷子DUS測試性狀的影響, 明確各個性狀的差異, 旨在為不同測試區(qū)科學地篩選合適的標準品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗設計

供試谷子品種15份（表1）, 其中來源于山西的春谷材料5份, 來源于山東的夏谷材料5份, 來源于河北的雜交谷材料5份。測試周期為1個獨立的生長周期, 設3個播期處理, 分別為5月10日、5月20日、5月30日。按照品種、播期進行裂區(qū)試驗設計（播期為主區(qū), 品種為副區(qū)）, 采取隨機區(qū)組設計。小區(qū)行距為40 cm, 株距夏谷為3~5 cm, 春谷為5~7 cm, 雜交谷為10~12 cm。每個試驗均設3次重復, 每個小區(qū)植株不少于300株。田間管理按當?shù)卮筇锷a(chǎn)管理的方式進行, 各小區(qū)田間管理措施嚴格一致。

表1 試驗材料Table 1 Materials of this study

常規(guī)種和雜交種由于分蘗不同等原因, 采取不同的種植密度。為了降低不同密度對性狀的影響, 將春谷（雜交種）和春谷（常規(guī)種）分成獨立的2組進行觀測和分析。

1.2 觀測性狀及方法

性狀考察按照NY/T 2425—2013《植物品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南谷子》[13]的要求, 在谷子苗期、開花期和成熟期等階段對31個表型性狀（表2）進行測試。對于質(zhì)量性狀、假質(zhì)量性狀（性狀狀態(tài)的范圍部分是連續(xù)的）及目測型數(shù)量性狀, 通過群體觀測給予相應指標值；對于測量型數(shù)量性狀, 隨機選取20個具代表性植株進行測量, 取其平均值。

表2 試驗中觀測的性狀Table 2 Observed character in this experiment 續(xù)表Continued

表2 試驗中觀測的性狀Table 2 Observed character in this experiment

1.3 統(tǒng)計分析

利用Excel 2018軟件進行數(shù)據(jù)整理；采用SPSS 22.0軟件對測量型數(shù)量性狀的觀測結(jié)果進行變異系數(shù)的計算和單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對谷子質(zhì)量性狀和假質(zhì)量性狀的影響

由圖1可知, 在不同播期條件下, 其僅有的1個質(zhì)量性狀（胚乳類型）保持不變, 表明播期對谷子的質(zhì)量性狀的表達無影響。

在不同播期條件下, 有5個假質(zhì)量性狀保持不變（圖1）, 幼苗葉姿、花藥顏色、植株顏色、籽粒顏色和穎果顏色在14個品種中的表達結(jié)果保持不變, 貓耳葉頂端形狀、剛毛長度、穗頸姿態(tài)和穗形狀在13個品種上的表達結(jié)果保持不變。僅1個性狀的差異, 且有2個播期的性狀可再現(xiàn)。

圖1 不同播期下質(zhì)量性狀及假質(zhì)量性狀變異的品種占比Fig.1 Proportion of varieties with variant of qualitative and pseudo-qualitative characteristics at different sowing dates

由于某些假質(zhì)量性狀在測試指南規(guī)定的觀測時期內(nèi)表達尚不充分, 如幼苗葉姿的差異體現(xiàn)為該品種幼苗出苗不齊；剛毛顏色、花藥顏色觀測時期為1/2穗開花期, 該階段一般維持3~5 d, 有些品種剛開花時顏色為黃色, 但是隨著光照時間的累加, 到全穗開花時剛毛全部變?yōu)樽仙玔6]；籽粒顏色、穎果顏色也隨著光照有變化。當前谷子測試指南品種類型未將雜交種與常規(guī)種區(qū)分, 如幼苗貓耳葉頂端形狀的差異體現(xiàn)為幼苗中夾雜著不育系母本, 雜交種穗頸姿態(tài)、穗形狀在田間實際觀察中存在一致性問題, 綜合上述因素判定為無顯著影響。由此可見, 播期對谷子假質(zhì)量性狀無顯著影響。

2.2 播期對谷子目測數(shù)量性狀的影響

在幼苗葉枕花青甙顯色性狀中, 所有品種在3個播期內(nèi)都沒有發(fā)生變化；對于穗碼密度, 有3個品種播期間性狀發(fā)生了變化, 且都出現(xiàn)了重現(xiàn)；對于剛毛長度, 有5個品種發(fā)生了變化, 其中濟糯谷2號的剛毛長度在3個播期內(nèi)都發(fā)生了變化, 張雜3號的剛毛長度在不同播期間相差為4 mm（圖2）。因此, 播期對目測數(shù)量性狀的影響程度不同, 其影響程度從大到小分別為剛毛長度＞穗碼密度＞幼苗葉枕花青甙顯色。

圖2 不同播期下15個品種目測型數(shù)量性狀的變化Fig.2 Variation of visual observation characteristics of 15 varieties under different sowing dates

2.3 不同播期對谷子測量型數(shù)量性狀的影響

從圖3可知, 谷子不同播期間各性狀的變異系數(shù)呈現(xiàn)很大差異?？傮w來看, 各性狀平均變異系數(shù)由大到小分別為成穗莖數(shù)＞出谷率＞單碼籽粒數(shù)＞單穗重＞穗頸長度＞穗粗度＞莖稈粗度＞穗長度＞倒2葉寬度＞抽穗期＞伸長節(jié)節(jié)間數(shù)＞倒2葉長度＞莖稈長度。其中, 成穗莖數(shù)的平均變異系數(shù)最大, 為45.38%, 有2個品種（濟糯谷2號和濟谷20）的變異系數(shù)甚至超過了50%, 說明這2個品種受環(huán)境影響較大。單碼籽粒數(shù)的變異系數(shù)在品種間的波動最大, 表明該性狀受品種及環(huán)境的互作效應較大, 表現(xiàn)不穩(wěn)定。而倒2葉長度的變異系數(shù)在品種間的波動最小。在所有品種中, 春谷的長農(nóng)39號和雜交谷的張雜13號在穗頸長度、穗粗度、穗粗度、穗碼籽粒數(shù)、單穗重和出谷率的變異系數(shù)都大于平均數(shù), 說明這2個品種的穗部性狀易受環(huán)境影響。

圖3 不同播期下15個品種測量型數(shù)量性狀的變異系數(shù)Fig.3 Coefficient of variation of the quantitative traits of 15 varieties under different sowing dates

2.3.1 不同播期對谷子葉部數(shù)量性狀的影響 由圖4可知, 在倒2葉長度這一性狀中, 春谷品種晉谷35號、夏谷品種濟谷19和雜交谷品種張雜13號在3個播期下無顯著差異, 其余12個品種均存在顯著差異（P＜0.05）, 并且雜交谷中的張雜3號和張雜5號在不同播期下存在極顯著差異（P＜0.01）；在倒2葉寬度中, 春谷公矮2號和雜交谷張雜5號在不同播期下的差異不明顯, 但其余13個品種均存在顯著性差異（P＜0.05）, 且春谷和雜交谷中各有1個品種差異極顯著（P＜0.01）, 分別是農(nóng)大8號和張雜6號。此外, 春谷中的晉谷21號、長農(nóng)39號和農(nóng)大8號, 夏谷中的濟糯谷2號、濟谷17、濟谷20和濟谷21, 雜交谷中的張雜3號、張雜5號和張雜6號在2個葉部性狀中均存在顯著差異（P＜0.05）, 說明這些品種在葉部性狀上受環(huán)境影響較大。

圖4 播期對谷子葉部數(shù)量性狀的影響Fig.4 Effects of sowing dates on the quantitative characteristics of the leaves of the millet

2.3.2 不同播期對谷子莖部數(shù)量性狀的影響 從圖5可以看出, 有14個品種的莖稈長度和伸長節(jié)節(jié)間存在顯著差異（P＜0.05）；只有夏谷品種濟糯谷2號的莖稈長度在不同播期下差異不明顯, 而春谷品種晉谷35號、長農(nóng)39號和農(nóng)大8號在不同播期下的差異極顯著（P＜0.01）；有13個品種在莖稈粗度上存在顯著差異；有12個品種的成穗莖數(shù)存在顯著差異（P＜0.05）。在伸長節(jié)節(jié)間數(shù)上, 只有雜交谷的張雜3號在不同播期下無顯著差異（P＜0.05）, 而春谷品種的晉谷21號、晉谷35號和公矮2號、夏谷品種的濟糯谷2號和雜交谷中的張雜10號在不同播期下存在極顯著差異（P＜0.01）；在莖稈粗度上, 夏谷品種濟谷19和張雜5號在不同播期下差異不明顯, 而春谷品種晉谷21號、長農(nóng)39號、農(nóng)大8號和公矮2號, 夏谷中濟谷21, 雜交谷中張雜10號和張雜13號在不同播期下差異極顯著（P＜0.01）；在成穗莖數(shù)上, 夏谷中濟谷17和濟谷19, 雜交谷中張雜13號在不同播期下無顯著差異, 其余品種都存在顯著性差異（P＜0.05）。除此之外, 夏谷濟谷20和濟谷21, 雜交谷品種張雜6號、張雜10號和全部春谷品種在莖部的4個性狀中都有顯著差異（P＜0.05）, 說明這些品種在莖部性狀中受環(huán)境影響較大。

圖5 播期對谷子莖部數(shù)量性狀的影響Fig.5 Effects of sowing dates on the quantitative traits of the grain stems

2.3.3不同播期對谷子穗部數(shù)量性狀的影響 從圖6可以看出, 15個品種中, 在穗粗度和穗單碼籽粒數(shù)上均有13個品種在不同播期下差異顯著（P＜0.05）, 而在穗頸長度中所有品種在不同播期下差異顯著（P＜0.05）, 在穗長度上有14個品種在不同播期下差異顯著（P＜0.05）, 出谷率和單穗重中均有12個品種在不同播期下差異顯著（P＜0.05）。在穗頸姿態(tài)上, 春谷品種晉谷35號, 夏谷品種濟谷17和濟谷20, 雜交谷品種張雜3號和張雜6號在不同播期下差異極顯著（P＜0.01）；在穗長度上, 春谷品種晉谷35號、長農(nóng)39號、農(nóng)大8號和公矮2號, 雜交谷品種張雜3號和張雜10號在不同播期下差異極顯著（P＜0.01）, 只有春谷品種晉谷21號和和夏谷品種濟谷17無明顯差異；在穗粗度上, 春谷的長農(nóng)39號和晉谷35號在不同播期下無顯著差異, 而夏谷的公矮2號、濟谷17和濟谷20, 雜交谷的張雜6號在不同播期下差異極顯著（P＜0.01）；在單碼籽粒數(shù)上, 只有夏谷濟谷17和濟谷1 9在不同播期下差異不顯著（P＞0.0 5）, 而春谷中的農(nóng)大8號, 夏谷中的公矮2號和濟谷2 0、雜交谷的張雜3號、張雜5號、張雜1 0號和張雜1 3號在不同播期下差異極顯著（P＜0.0 1）；在單穗重上, 春谷的公矮2號和夏谷的濟谷2 1在不同播期下差異不顯著, 而春谷的晉谷3 5號、夏谷的農(nóng)大8號和濟糯谷2號, 雜交谷的張雜谷3號在不同播期下差異極顯著（P＜0.0 1）；在出谷率上, 春谷、夏谷和雜交谷各有1個品種在不同播期下差異不顯著（P＞0.0 5）, 分別是晉谷2 1號、濟谷1 9和張雜6號。而春谷的晉谷3 5號和農(nóng)大8號還有夏谷中的濟糯谷2號在不同播期下差異極顯著（P＜0.0 1）。除此之外, 春谷中的農(nóng)大8號, 夏谷中的濟糯谷2號和濟谷2 0, 雜交谷中的張雜3號、張雜5號、張雜1 0號和張雜1 3號在6個穗部性狀中都差異顯著（P＜0.0 5）, 說明這7個品種在谷子穗部形狀上受環(huán)境影響較大。

圖6 播期對谷子穗部性狀的影響Fig.6 Effects of sowing dates on the characteristics of grain spikes

3 討論

本研究表明, 播期對谷子的質(zhì)量性狀、假質(zhì)量性狀和目測數(shù)量性狀均無顯著影響（圖1~2）。這與劉迪發(fā)等[14]和陳海榮等[15]研究結(jié)果一致。由于質(zhì)量性狀、假質(zhì)量性狀和目測型數(shù)量性狀是由單基因或少數(shù)基因控制的, 所以其受環(huán)境影響較小, 因此在進行谷子DUS測試時, 可以將質(zhì)量性狀、假質(zhì)量性狀以及目測型數(shù)量性狀作為測試的一項重要指標。

本研究對谷子DUS測試性狀的13個數(shù)量性狀的變異系數(shù)進行了分析, 發(fā)現(xiàn)播期對谷子成穗莖數(shù)的影響最大, 對莖稈長度這一性狀的影響最?。▓D3）。故推測成穗莖數(shù)在進行DUS測試時易受外界環(huán)境影響, 此時就有必要使用標準品種說明或者是調(diào)減成穗莖數(shù)所占DUS測試中的比例權(quán)重。而莖稈長度所受外界環(huán)境影響最小, 可能不需要提供標準品種, 其所占DUS測試中的比例也應該適當提升。在進行DUS測試時應根據(jù)此類實驗來調(diào)整各個性狀的比例權(quán)重或是對標準品種進行增刪, 可以極大地提高DUS測試的準確性以及減少測試量。

通過進一步分析得知, 播期對不同品種谷子數(shù)量性狀的影響程度也是不同的, 在同一性狀中, 有些品種存在極顯著差異, 而另一些品種都不存在顯著性差異, 此類現(xiàn)象存在于所有測量型數(shù)量性狀中（圖3~5）, 在對谷子的測量型數(shù)據(jù)進行分析時發(fā)現(xiàn), 同一性狀中, 無論是播期試驗指標數(shù)據(jù)的變化差異還是不同品種在播期后差異顯著個數(shù), 春谷受到的播期影響都是最小的, 其次是夏谷, 受播期影響最大的是雜交谷。測量型數(shù)量性狀是由多基因控制的性狀, 所以其在DUS測試中很容易受到外界環(huán)境的影響, 并且由于各生態(tài)區(qū)的谷子經(jīng)過長時間的自然選擇, 其基因型發(fā)生了較大變化, 所以播期對不同品種的谷子影響程度是不同的。在之后的DUS測試中, 如果測試品種的一些性狀需要用標準品種進行說明的話, 標準品種的選用應該盡量選擇同一生態(tài)區(qū)或相鄰生態(tài)區(qū)的谷子品種, 以此來增加DUS測試的可行性和可信性。

國際植物新品種保護聯(lián)盟（International Union for the Protection of New Varieties of Plants, UPOV）對測試性狀選擇的基本要求是在品種間表現(xiàn)出足夠的差異, 能夠用于判定特異性, 且性狀表達相對穩(wěn)定[16]。通過不同播期對谷子品種DUS測試性狀的研究, 表明播期是影響谷子品種DUS測試性狀的重要因素。在本研究中, 不同播期條件下, 表型性狀的觀察結(jié)果出現(xiàn)減少或增加, 變化規(guī)律不穩(wěn)定, 這可能和當?shù)丨h(huán)境變化有一定的關(guān)系, 需進一步加以驗證。試驗結(jié)果顯示, 不同品種對播期變化的反應強度也各不相同, 為不同類型谷子品種的合理種植、管理和測試帶來一定的困難。因此, 對于不同播期下谷子DUS測試數(shù)量性狀結(jié)果的校正有待進一步試驗、統(tǒng)一和規(guī)范。