高產(chǎn)谷子張雜谷3號(hào)在晉北地區(qū)的形態(tài)、生理指標(biāo)研究

， ，

(1.山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 山西 大同 037009；2.山西大同大學(xué)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心， 山西 大同 037009)

谷子(Setariaitalica)別稱小米或粟，是一年生草本植物，因含有豐富的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)且具有較高的藥用價(jià)值(如清熱、清渴、滋陰以及瀉火等)備受人們的青睞[2]，在我國(guó)種植已有8 700年的歷史[1]。此外，谷子抗旱能力強(qiáng)，適宜干旱地區(qū)栽培，是有效利用干旱土壤的良好作物[3]，所以在歐亞大陸的溫帶和熱帶也得到了廣泛的栽培[4]。建國(guó)以來(lái)，全國(guó)選育推廣了160多個(gè)谷子優(yōu)良品種，山西晉北地區(qū)引進(jìn)了26個(gè)優(yōu)良品種，這對(duì)谷子的產(chǎn)量提高有重大意義[5]。

張雜谷3號(hào)是河北省農(nóng)科院育成的抗旱、高產(chǎn)谷子優(yōu)良雜交品種[6]，具有抗病、抗倒、抗旱等特征特性，一般產(chǎn)量400～650 kg/667 m2。張雜谷6號(hào)是河北省農(nóng)科院選育而成的早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)谷子雜交種，具有抗病、抗倒、抗旱等特征特性，旱地產(chǎn)量350～500 kg/667 m2。8311是河北省蔚縣巡天種業(yè)新技術(shù)有限責(zé)任公司產(chǎn)的包衣種子，一般產(chǎn)量200～400 kg/667 m2。8311-14與8311來(lái)源一樣，具有抗病、抗倒等特征特性，一般產(chǎn)量500 kg/667 m2以上?？梢?jiàn)，不同谷子其產(chǎn)量、抗性也不同。

目前，有關(guān)高產(chǎn)谷子的研究較多。谷子具有抗旱能力，是通過(guò)自身調(diào)節(jié)和一些性狀來(lái)適應(yīng)干旱環(huán)境，既有內(nèi)在生理影響也有外表特征。張永芳等研究表明，張雜谷3號(hào)適宜在大同地區(qū)種植，且綜合農(nóng)藝性狀較其它參試品種表現(xiàn)突出[7]。蘇旭等研究表明，在降水足夠情況下，雜交谷比普通谷子產(chǎn)量高[8]。苗興芬等研究表明，合理種植可以提高谷子產(chǎn)量[9]。張新仕研究表明，不同品種谷子適應(yīng)環(huán)境不同，如張雜谷3號(hào)可以在貧瘠的土壤中種植，穩(wěn)定性較玉米和常規(guī)谷子好，而張雜谷5號(hào)不適宜[10]。呂建珍等研究表明，谷子充分吸收養(yǎng)料并進(jìn)行充足的光照，產(chǎn)量會(huì)增加，單穗重過(guò)重超株桿承受能力，產(chǎn)量會(huì)下降[11]。劉曉輝等分析了谷子高產(chǎn)性狀，指出穗粒數(shù)對(duì)單株產(chǎn)量影響最大，其次是穗重和千粒重，表明它們都與谷子高產(chǎn)有很重要的相關(guān)性[12]；張文英等指出，保護(hù)性酶活性、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛等滲透勢(shì)調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量變化與谷子內(nèi)部生理有關(guān)[13]。但是目前尚未見(jiàn)有關(guān)谷子形態(tài)生理方面的研究，要進(jìn)一步研究谷子高產(chǎn)的原因，有必要研究影響谷子產(chǎn)量的基本規(guī)律及限制因素，以研究其形態(tài)、生理功能，揭示產(chǎn)量形成的生理實(shí)質(zhì)，使其形態(tài)與生理功能協(xié)調(diào)發(fā)展，從而正確認(rèn)識(shí)高產(chǎn)形成規(guī)律。

表1 4個(gè)不同品種谷子生物性狀比較

品種株高(cm)穗長(zhǎng)(cm)莖節(jié)數(shù)穗型百粒重(g)米色穗質(zhì)量(g)葉面積(cm2)張雜谷3號(hào)154b24b10圓筒型0.297b白黃色68.6a9776.2a張雜谷6號(hào)140c20c10圓筒型0.240b黃色40.7b6985.7b8311164a27a11桿狀0.333a深黃色44.0b6136.4b8311-14170a26a12桿狀0.328a深黃色43.5b8438.7b

注：表中結(jié)果為3次重復(fù)的平均值；同一欄中標(biāo)有相同字母的表示沒(méi)有顯著性差異(p>0.05，LSD多重比較)。下同。

本研究通過(guò)觀察張雜谷3號(hào)的形態(tài)學(xué)特征并測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)，以期明確該品種的高產(chǎn)機(jī)理，進(jìn)一步挖掘該品種的增產(chǎn)潛力，為其推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

張雜谷3號(hào)、張雜谷6號(hào)來(lái)源于張家口市農(nóng)科院選育，8311、8311-14為河北省蔚縣巡天種業(yè)新技術(shù)有限責(zé)任公司提供。中國(guó)復(fù)合肥、底肥有機(jī)肥料。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

SP-754紫外分光光度計(jì)、ST 16 R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)(賽默飛世爾科技有限公司)、BS 223 S型精密電子分析天平(賽多利斯科學(xué)儀器有限公司)、Yaxin-1241葉面積儀(北京雅欣理儀科技有限公司)、卷尺。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年在大同大學(xué)北校區(qū)種植，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。小區(qū)行長(zhǎng)7 m，播種4行，行距50 cm，4行區(qū)，小區(qū)面積為14 m2，株距6 cm。5月初播種，5月10日出苗，6月2日間苗，期間澆水5次，農(nóng)家肥、尿素為基肥，磷肥追肥。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目

播種10 d后，4種不同品種的谷子基本長(zhǎng)全。6月2日定苗，定苗后觀察記錄植株的生長(zhǎng)發(fā)育情況。8月份取樣，測(cè)定谷子的形態(tài)和生理指標(biāo)。

1.5 方 法

1.5.1 外部形態(tài)的測(cè)量

隨機(jī)測(cè)定4個(gè)不同品種植株的株高、穗長(zhǎng)、莖數(shù)、百粒重、穗質(zhì)量、抽穗期第6莖節(jié)葉面積，每個(gè)品種測(cè)定9株，3次重復(fù)，最后取平均值，進(jìn)行差異顯著性分析。

1.5.2 葉綠素含量的測(cè)定

葉綠素含量采用陳福明等[14]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.5.3 可溶性糖、可溶性蛋白的測(cè)定

可溶性糖的測(cè)定采用蒽酮比色，參照李曉旭等[15]的方法?？扇苄缘鞍椎臏y(cè)定采用考馬斯亮蘭染色法[16]。丙二醛含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[17]。

1.5.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理作圖，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析及其差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 4個(gè)不同品種谷子外部形態(tài)的比較

通過(guò)對(duì)張雜谷3號(hào)與對(duì)照組的其余3個(gè)不同品種植株的外觀表現(xiàn)觀察，進(jìn)行株高、穗長(zhǎng)、百粒重、穗質(zhì)量和葉面積的測(cè)定。由表1可知，從株高來(lái)看，8311-14株高最高，為170 cm，其次8311，為164 cm，張雜谷3號(hào)和張雜谷6號(hào)相對(duì)較低，分別是154 cm和140 cm；從穗長(zhǎng)來(lái)看，穗長(zhǎng)變化范圍為20～27 cm，8311穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，為27 cm，8311-14穗長(zhǎng)26 cm，張雜谷6號(hào)最短，為20 cm，張雜谷3號(hào)穗長(zhǎng)居中為24 cm；從穗質(zhì)量來(lái)看，穗質(zhì)量最重的張雜谷3號(hào)，為68.6 g，其從高到低依次為：張雜谷3號(hào)>8311>8311-14>張雜谷6號(hào)，并且張雜谷3號(hào)與其他3種谷子相比差異顯著(p<0.05)；從穗型來(lái)看，張雜谷3號(hào)、張雜谷6號(hào)都是圓筒型，8311、8311-14為桿狀；從百粒重來(lái)看，其變異范圍為0.30～0.36 g；從種子的色澤比較， 8311、8311-14黃色最深，為深黃色，次之張雜谷6號(hào)為黃色，張雜谷3號(hào)米色最淺，為白黃色。

葉片是植株的光合器官，葉面積大小影響谷子的產(chǎn)量，在一定范圍內(nèi)，作物的產(chǎn)量隨葉面積的增大而提高。當(dāng)葉面積增加到一定的限度后，田間郁閉，光照不足，光合效率減弱，產(chǎn)量反而下降，所以研究葉面積對(duì)谷子產(chǎn)量具有重要意義。從表1可知，葉面積變化范圍為6 136.4～9 776.2 cm2，張雜谷3號(hào)葉面積最大，與其他3個(gè)品種均有顯著差異(p<0.05)，8311最小，為6 136.4 cm2。

2.2 4個(gè)不同品種谷子葉綠素含量的比較

光合作用是綠色植物生命活動(dòng)的一個(gè)非常關(guān)鍵性的過(guò)程，而葉綠素有吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能的作用，是植物進(jìn)行光合作用必不可少的一環(huán)，同時(shí)也是研究谷子形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理變化以及變化過(guò)程的重要參考指標(biāo)。

表2 4個(gè)不同品種谷子可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量的比較

品種可溶性糖含量(mg/g)可溶性蛋白含量(%)丙二醛含量(μmol/g)張雜谷3號(hào)0.022±0.0056b0.0041±0.000321a23.556±4.32ab張雜谷6號(hào)0.026±0.0023ab0.0007±0.000751b25.980±6.16a83110.030±0.0061ab0.0019±0.000723b19.017±1.925b8311-140.033±0.0067a0.0018±0.000693b18.297±2.931b

表3 4個(gè)不同品種谷子7個(gè)性狀的相關(guān)性分析

指標(biāo)株高穗長(zhǎng)百粒重穗質(zhì)量葉面積可溶性糖可溶性蛋白穗長(zhǎng)0.944百粒重0.7170.815穗質(zhì)量-0.0470.058-0.413葉面積0.072-0.033-0.6050.802可溶性糖0.6960.5450.709-0.740-0.448可溶性蛋白0.2230.331-0.1890.961*0.762-0.541丙二醛-0.977*-0.937-0.8340.2300.139-0.797-0.046

注：“*”表示在5%水平上顯著。

4個(gè)不同品種的谷子葉綠素含量的比較見(jiàn)圖1。從圖1可看出，葉綠素a在不同品種谷子中的差異不顯著，不同品種葉綠素b含量有顯著差異；張雜谷3號(hào)葉綠素b含量高于8311、8311-14(p<0.05)，分別提高33%、36.1%，與張雜谷6號(hào)差異不顯著；張雜谷3號(hào)的葉綠素總含量高于8311、8311-14，差異顯著(p<0.05)，比8311高17.1%，比8311-14高20.1%，與張雜谷6號(hào)無(wú)顯著差異。

圖1 不同品種谷子的葉綠素含量的比較

2.3 不同品種谷子可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛含量的比較

植物在發(fā)育的不同階段，物質(zhì)代謝也發(fā)生相應(yīng)的變化。蛋白質(zhì)和糖為植物提供養(yǎng)料?？扇苄蕴桥c酸的含量及其配比會(huì)影響果實(shí)的風(fēng)味。丙二醛含量是抗逆性體現(xiàn)，其含量越高，抗逆性越強(qiáng)。如表2所示，張雜谷3號(hào)谷子可溶性糖含量較8311-14低了33.33%，差異極顯著。而與張雜谷6號(hào)、8311沒(méi)有顯著性差異；張雜谷3號(hào)可溶性蛋白含量與其他3種品種谷子均有顯著差異，且比張雜谷6號(hào)高了82.93%，比8311高了53.66%，比8311-14高了56.10%，其他3個(gè)品種可溶性蛋白含量均沒(méi)有顯著性差異；張雜谷6號(hào)丙二醛含量最高，最少的為8311-14，由丙二醛含量測(cè)定可知，張雜谷3號(hào)、6號(hào)抗旱能力強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)量提高有重要意義。

2.4 張雜谷3號(hào)不同形態(tài)、生理指標(biāo)的相關(guān)分析

相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表3，由表3可知：可溶性蛋白含量與株高、穗長(zhǎng)、穗質(zhì)量和葉面積4個(gè)性狀的相關(guān)系數(shù)為正值，其性狀相關(guān)程度大小依次為穗質(zhì)量>葉面積>穗長(zhǎng)>株高，可溶性糖含量與穗質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，與葉面積呈正相關(guān)，與株高、穗長(zhǎng)呈弱正相關(guān)?？扇苄缘鞍着c百粒重、可溶性糖呈負(fù)相關(guān)。

丙二醛含量與株高、穗長(zhǎng)、百粒重、可溶性糖和可溶性蛋白5個(gè)性狀的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值，與株高呈顯著負(fù)相關(guān)，與穗質(zhì)量和葉面積呈正相關(guān)。說(shuō)明谷子株高越高，丙二醛含量越低，谷子抗性弱，產(chǎn)量下降；丙二醛含量越高，穗質(zhì)量和葉面積也隨著增大，光合作用增強(qiáng)，產(chǎn)量提高。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，農(nóng)藝性狀方面：選育的張雜谷3號(hào)明顯優(yōu)于普通谷子8311及8311-4，表現(xiàn)在葉面積大、矮桿、穗型圓筒、穗重等形態(tài)特征，這些特性使其不僅能充分利用光能、抗倒伏，且有利于向各部分輸送養(yǎng)料，積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，果實(shí)飽滿，從而提高產(chǎn)量；從生理方面研究，張雜谷3號(hào)較普通谷子如8311、8311-4具有較高葉綠素含量[18]，高的葉綠素含量其光合作用也強(qiáng)，從而產(chǎn)量也會(huì)增加，這與楊艷君等[19]的研究結(jié)果一致。張雜谷3號(hào)可溶性蛋白含量、丙二醛含量均高于普通谷子，這與盧海博等[20]研究結(jié)果一致，說(shuō)明張雜谷3號(hào)具有強(qiáng)的抗旱、抗倒伏能力，易于維持根的穩(wěn)定，避免地上部分生長(zhǎng)受到抑制，降低了干旱的危害，奠定了植物高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。張雜谷3號(hào)可溶性糖含量與其它品種相比，較其它3個(gè)品種的谷子較低，其米色為白黃色，因?yàn)槠淇扇苄蕴呛康?，使得果?shí)口味不佳，這也進(jìn)一步證實(shí)了張永芳等[7]的研究結(jié)果，即雜交后的谷子產(chǎn)量高、口感不佳，普通谷子雖產(chǎn)量低但口味香。另外通過(guò)相關(guān)分析(表3)可知，可溶性糖含量與穗質(zhì)量呈顯著正相關(guān)，丙二醛含量與株高呈顯著負(fù)相關(guān)，表明其性狀之間存在明顯關(guān)系，只有相互達(dá)到均衡，才能使產(chǎn)量增加[21]。雜交谷子之間差異不顯著。

本研究結(jié)果表明，張雜谷3號(hào)高產(chǎn)是基因和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，非常適宜在晉北地區(qū)推廣。品嘗結(jié)果表明，谷子產(chǎn)量高不一定品質(zhì)好，張雜谷3號(hào)產(chǎn)量高但色味均差于普通谷子8311及8311-4。另外，從相關(guān)分析可知，可溶性蛋白含量和丙二醛含量相關(guān)系數(shù)接近1，可以作為產(chǎn)量的鑒定指標(biāo)。本研究為晉北地區(qū)引進(jìn)優(yōu)良谷子品種提供了理論依據(jù)。

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