趙 云,馮國郡,胡相偉,李翠梅,李鵬兵,阿克博塔·木合亞提,柏 玲

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091;2.疏勒縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,新疆疏勒 844200;3.新疆農(nóng)業(yè)科學院微生物應用研究所,烏魯木齊 830091;4.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】谷子(Setariaitalica),耐旱、耐瘠薄、極具抗逆性、適應性強,在我國被廣泛種植,主要分布于東北、華北和西北地區(qū)[1,2]。谷子(去殼后稱小米,含蛋白質(zhì)11.7%,脂肪4.5%,碳水化合物72.8%),還含有人體所必需的氨基酸和鈣、磷、鐵及VA、VB1、胡蘿卜素等,小米還可以釀酒、制糖[3]。谷子是糧草兼用作物,含粗蛋白質(zhì)8%,超過一般牧草含量的1.5～2倍,纖維素少。谷糠亦是畜禽的精飼料。新疆喀什地區(qū)干旱缺水,熱量資源豐富,但土壤瘠薄,主要為林果套種冬小麥+復播玉米模式。近年來,新疆地區(qū)復播谷子種植面積持續(xù)增加,種植收益明顯高于其他作物。2019年新疆喀什地區(qū)復播谷子種植面積500 hm2,2020年復播面積達1 400 hm2,到2021年復播面積增加到5 000 hm2。分析新疆復播谷子品種主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量成因的相關性,對篩選適宜新疆南疆喀什地區(qū)種植的復播谷子新品種有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來,我國在高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗谷子品種的選育有較多研究,但有關新疆喀什地區(qū)復播品種的選育及綜合評價卻鮮有報道[4-6]。通過不同的分析方法揭示不同谷子品種的農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量關系,對改良和優(yōu)化品種,提升產(chǎn)量及品質(zhì),具有重要意義[7,8]。段宏凱等[9]對山西14個主栽品種在不同區(qū)域的農(nóng)藝性狀變化進行分析,地域是影響谷子生育期、主莖高、留苗密度和穗粒重以及產(chǎn)量的主要因素,但千粒重和穗長主要由品種間差異引起。楊慧卿等[10]研究了8個谷子品種的10個農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關系,穗粒重是獲得高產(chǎn)的關鍵,但必須兼顧其他農(nóng)藝性狀,首選單穗重較高、株高偏低、生育期、穗長和出谷率適中的材料。任芹勇等[11]對來自我國不同生態(tài)區(qū)65個谷子品種為材料,對其農(nóng)藝性狀進行聚類和相關性分析,單穗粒重與穗長、穗粗、千粒重、單穗重及穗松緊度呈極顯著正相關。XM Chen[12]對52個谷子品種的9個農(nóng)藝性狀指標進行聚類分析和主成分分析,結果表明,葉片數(shù)的變異系數(shù)最低,穗粒數(shù)的變異系數(shù)最高,田間有變異勢。R Wang等[13]研究表明,產(chǎn)量、株高、穗粒重和穗重的變異系數(shù)較大,穗重與產(chǎn)量、穗粒重呈顯著正相關,株高與產(chǎn)量呈負相關,谷子的高產(chǎn)栽培技術應注意穗重、穗粒重、出谷率和株高,以及穗粒重、出谷率與其他農(nóng)藝性狀的相關性,從而適當調(diào)節(jié)株高的增加,獲得較高的產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c】選育適合復播的早熟高產(chǎn)谷子品種是改善新疆喀什地區(qū)種植結構、保證產(chǎn)量的有效途徑。雖然前人對不同谷子品種適應性進行了相關研究報道,但對新疆喀什地區(qū)復播品種的綜合評價分析鮮見報道。需研究新疆喀什地區(qū)復播谷子主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構成因素的相關性和變異程度。【擬解決的關鍵問題】應用相關性、主成分分析等方法,分析新疆喀什地區(qū)“冬小麥+復播谷子”模式下谷子農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量相關性,為復播谷子品種篩選提供依據(jù)及參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在新疆喀什地區(qū)疏勒縣庫木西力克村進行(E 76°37′,N 39°23′)。試驗于2021年6月28日播種,試供谷子品種7份,來自4個育種單位提供,其中以豫谷18作為對照(CK)。該地區(qū)屬溫帶大陸性干旱型氣候,年平均氣溫11.8℃,平均日照時間總數(shù)為2 822 h,平均降水64 mm,歷年平均無霜期為215 d。試驗田土壤基礎理化性質(zhì)為沙壤土,0～20 cm表層土壤全磷、有效磷、全鉀和有效鉀平均含量分別為(0.50±0.14) g/kg、(2.69±1.61) mg/kg、(14.84±0.59) g/kg和(151.03±117.57) mg/kg。表1

表1 參試谷子品種名稱及來源

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

隨機區(qū)組設計,3次重復,膜寬2.1 m2,采用1膜6行種植,行距配置(20+70+20+70+10) cm,株距10 cm,小區(qū)面積30 m2,采用膜下滴灌干播濕出技術,于2021年6月28日進行膜上點播。試驗地四周邊設置2 m寬保護行。前茬冬小麥,整地時施磷酸二銨300 kg/hm2做基肥,每穴播3～5粒,播深2～3 cm,覆土厚度0.5～1.0 cm。谷子出苗后灌水5次,分別是播種后、拔節(jié)期、抽穗期、孕穗期、灌漿期,整個生育期隨水追尿素450 kg/hm2。10月3日進行相關指標測定并且收獲。

1.2.2 指標測定

記錄物候期;谷子成熟收獲時,每小區(qū)隨機選擇10株進行室內(nèi)考種,參照《谷子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》進行,包括株高、穗長、穗型、節(jié)數(shù)、穗粗、穗重、穗粒重、千粒重和產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各項指標分別采用Microsoft Excel 2020 和SPSS 19.0軟件進行方差和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同復播谷子品種的物候期

研究表明,7個品種的生育期在83.0～115.6 d范圍內(nèi),其中冀雜金苗生育期最短,為83.0 d,中谷989生育期最長,為115.6 d。各品種均在播種后5～7 d出苗,在拔節(jié)期之前,各品種生長時間基本一致,但各品種生長時間從抽穗期開始逐漸出現(xiàn)差異,表現(xiàn)為各品種抽穗至成熟階段天數(shù)不一致,特別是中谷19、中谷989與CK間,抽穗期至成熟期天數(shù)差異明顯。不同谷子品種生育期天數(shù)存在較大變異,變異系數(shù)幅度為1.74%～13.70%,由小到大依次為播種-出苗<出苗-抽穗<抽穗-成熟。抽穗-成熟變異系數(shù)最大,表明不同復播谷子品種的抽穗-成熟天數(shù)變異較豐富,選擇潛力較大;播種-出苗階段天數(shù)變異系數(shù)最小,該階段的選擇潛力有限。圖1,表2

圖1 不同復播谷子品種生育期階段天數(shù)

表2 生育期階段變異系數(shù)

2.2 不同復播谷子品種的成穗率及產(chǎn)量差異

研究表明,各品種成穗率處于71.15～85.90%,豫谷18成穗率最高,為85.90%,金苗K2最低,僅為71.15%;金苗K2成穗率與其他各品種間對照(豫谷18)差異顯著,其余各品種間無顯著性差異。

不同復播谷子品種的產(chǎn)量均處于3 331.00～5 812.35 kg/hm2,且彼此間存在差異。豫谷32產(chǎn)量最高,為5 812.35 kg/hm2,相比CK顯著增產(chǎn),增產(chǎn)21.68%。冀谷168以5 229.90 kg/hm2的產(chǎn)量位居第二,相比CK亦顯著增產(chǎn),增產(chǎn)9.49%;中谷989與中谷19產(chǎn)量略高于CK,但相比CK無顯著性差異。豫谷32與其他6個品種均存在顯著差異,冀谷168與其它品種間存在顯著差異;中谷989、中谷19、豫谷18品種間無顯著性差異,但與其他4個品種差異顯著;金苗K2產(chǎn)量最低,與除冀雜金苗外5個品種存在顯著差異。圖2

圖2 不同復播谷子品種的成穗率及產(chǎn)量差異

2.3 不同復播品種谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量相關因素

研究表明,不同品種的株高差異變化不大,集中在108.13～138.88 cm,中谷989株高最高,為138.88 cm;冀雜金苗最矮,為108.13 cm;莖粗處在6.56～9.24 mm,節(jié)數(shù)處于10.59～13.10節(jié)。豫谷18、豫谷32及冀谷168出谷率較高,金苗K2的出谷率最低。不同品種谷子間的產(chǎn)量相關因素差異不大,穗長在17.99～22.56 cm;穗粗在17.72～23.43 mm;單穗重在12.16～17.59 g;穗粒重在8.81～13.67 g;千粒重在2.76～2.84 g。

各品種間性狀變異程度較豐富。不同性狀變異系數(shù)的變幅為6.12%～27.02%,由大及小依次為株數(shù)>穗粒數(shù)>穗數(shù)>單穗重>莖基粗>穗粗>穗長>千粒重>株高>節(jié)數(shù)>出谷率。株數(shù)、穗粒數(shù)、穗數(shù)及單穗重變異系數(shù)較大,各品種間這些指標變異較豐富,選擇潛力較大;出谷率和節(jié)數(shù)變異系數(shù)最小。表3,表4

表3 不同復播谷子品種農(nóng)藝性狀

表4 不同復播谷子品種產(chǎn)量相關因素

2.4 不同復播品種谷子主要性狀的相關性

研究表明,株高與出苗-抽穗天數(shù)呈極顯著相關(0.833**),而產(chǎn)量則與出苗-抽穗天數(shù)關系不顯著(0.375),但產(chǎn)量與抽穗-成熟天數(shù)呈顯著相關(0.805*),產(chǎn)量主要取決于抽穗后的灌漿時間長短,灌漿時間越長,產(chǎn)量越高;株高與千粒重正相關(0.596),與產(chǎn)量呈負相關(-0.598),但關系均未達到顯著水平;株數(shù)有利于保證穗數(shù)(0.431),但與產(chǎn)量指標均呈負相關,株數(shù)與穗長、穗粗、單穗重、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量的相關系數(shù)分別為-0.372、-0.702、-0.755*、-0.708、-0.732、-0.459,其中株數(shù)與單穗重的負相關系數(shù)達到顯著水平(-0.755*);穗數(shù)與株數(shù)正相關(0.241)但未達到顯著水平,穗數(shù)和株數(shù)對產(chǎn)量性狀的影響基本一致;對產(chǎn)量有促進作用的是穗粒重(0.897*)、穗粗(0.872*)、單穗重(0.852*)、穗長(0.821*)和抽穗-成熟天數(shù)(0.805*)。表5

表5 不同復播谷子品種主要農(nóng)藝性狀的相關性

2.5 不同復播品種谷子主要性狀的主成分

研究表明,11個農(nóng)藝性狀可綜合歸納為3個主成分因子,累計貢獻率為89.484%。第1主成分貢獻率為53.784%,對谷子總遺傳信息貢獻最大,其中單穗重、單穗粒重和千粒重的特征向量值分別為0.631、0.651、0.451,屬于產(chǎn)量構成因素,可稱為產(chǎn)量構成要素因子,決定第1主成分大小的主要是產(chǎn)量三要素,3種性狀對于產(chǎn)量的影響較大,是谷子綜合評價的首要指標。第2主成分中株高、莖粗、穗長、節(jié)數(shù)具有較高正向特征向量值,是長勢因子,貢獻率為23.311%;第3主成分中生育期的特征向量最大,為0.580,稱生育期因子,貢獻率為12.398%。表6

表6 不同復播谷子品種數(shù)量性狀主成分變化

3 討 論

3.1優(yōu)質(zhì)谷子品種的選擇不能僅關注產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因子,合理的株型、優(yōu)異的農(nóng)藝性狀也相當重要[15]。谷子農(nóng)藝和產(chǎn)量性狀是典型的數(shù)量性狀[16]。研究試驗品種來源于不同單位、不同生態(tài)區(qū),包括夏谷和春谷,各品種農(nóng)藝性狀的變異幅度為 6.12%～27.02%,變異系數(shù)相對豐富,可以通過改變育種手段或者栽培措施對某些性狀進行改良從而獲得理想性狀,與潘裕平等[17]的研究結果相似。研究發(fā)現(xiàn)株數(shù)、穗數(shù)、單穗重和穗粒重變異系數(shù)最大,播種～出苗天數(shù)和出谷率變異系數(shù)最小,與呂建珍等[18]對18份谷子品種9個數(shù)量性狀的變異分析中穗粒重及單穗重的變異系數(shù)較大,出谷率的變異系數(shù)較小研究結果基本一致,但不同的是呂建珍[18]等的研究表明抽穗-成熟天數(shù)變異系數(shù)最小,主要是所選用的試驗材料不同或品種的生態(tài)適應性不同。合理規(guī)劃種植密度、控制株高可以提高谷子產(chǎn)量。白玉婷等[19]闡明,產(chǎn)量與穗重、株高、莖粗正相關,但僅有穗重達到顯著,與穗長呈負相關,但相關性不顯著。試驗相關性分析顯示,生育期、出谷率、穗長、穗粗、單穗重、穗粒重6個性狀指標與產(chǎn)量呈正相關,與劉鵬等[20]的單穗重、單穗粒重、單株生物量、生育期對產(chǎn)量貢獻最大的結果一致。同時試驗表明新疆喀什復播谷子產(chǎn)量與株高存在負相關,與王瑞等[21]研究結果一致,結合實際生產(chǎn),植株過高生殖生長過旺,易倒伏而造成作物減產(chǎn)[22]。單穗重與穗粗相關系數(shù)正顯著,與解云等[23]的研究結果一致。

3.2主成分分析可以將多個農(nóng)藝性狀歸納幾個綜合因子,而綜合反映參試品種的性狀表現(xiàn)。方路斌等[24]將11份谷子品種(系)的農(nóng)藝性狀歸納為4個主成分因子,其累計貢獻率為85.69%。而研究中,農(nóng)藝性狀歸納為產(chǎn)量構成要素因子、長勢因子和生育期因子,3個主成分因子的累計貢獻率達到89.48%,在第1主成分中,穗粒重、單穗重、千粒重對于產(chǎn)量的影響較大,而在第2、3主成分中,生育期、株高、莖基粗、節(jié)數(shù)、穗長對于產(chǎn)量的影響較大。在篩選谷子品種時,應傾向于穗粒重和千粒重高、穗長較長、株高適中、生育期適宜的品種。

4 結 論

新疆喀什地區(qū)主要為“冬小麥+復播谷子”一年兩熟種植模式,谷子品種選擇生育期尤為關鍵(應≤90 d),有4個品種生育期≤90 d,在谷子引種、選育中應兼顧主要因素和次要因素,選擇單穗重和穗粒重較大、株高和穗長適中、生育期短的品種。豫谷18、豫谷32、冀谷168、冀雜金苗產(chǎn)量穩(wěn)定且綜合農(nóng)藝性狀優(yōu)異,適合在新疆喀什地區(qū)推廣種植。