青海省東部不同燕麥種質(zhì)資源產(chǎn)量性狀評價

趙繼秀，馬 祥，琚澤亮，劉凱強，何紀(jì)桐，馬小龍，賈志鋒

（青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院 / 青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點實驗室, 青海 西寧 810016）

燕麥(Avena sativa)是禾本科燕麥屬一年生草本植物[1]，是青藏高原最主要的飼草作物，按其外稃性狀分為帶稃型和裸粒型兩大類[2]，即皮燕麥(A.sativa)和裸燕麥(A. nuda)。燕麥喜涼耐寒[3-4]，對土壤有較強的適應(yīng)性[5]。青海省大部分地域海拔高、氣候涼，無霜期比較短，獨特的地理氣候環(huán)境是燕麥天然的生長地，加上其在青海地區(qū)種植歷史悠久，使其成為青海種植面積最大的飼草作物[6]。

種質(zhì)資源是作物生物資源的重要組成部分，也是作物遺傳改良的物質(zhì)基礎(chǔ)，其蘊含大量的抗病、耐逆、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等優(yōu)良基因，燕麥育種的進(jìn)展和突破與優(yōu)異種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)和正確利用密切相關(guān)[7]。我國燕麥種質(zhì)資源豐富，目前已編入目錄的燕麥種質(zhì)資源共計2 978 份，其中裸燕麥1 699 份，皮燕麥1 278 份，野燕麥1 份，還有1 400 余份資源未編入目錄[8-9]。目前，針對燕麥種質(zhì)資源的研究主要集中在遺傳多樣性上，研究層面包括基因水平和表型鑒定兩方面。Munkhtuya[10]研究表明286 份燕麥種質(zhì)SSR 標(biāo)記的平均基因多樣性為0.67，將286 份燕麥種質(zhì)分為了6 個集群；白曉雷等[11]通過SSR 和SPAP標(biāo)記對35 份燕麥種質(zhì)進(jìn)行遺傳多樣性分析，燕麥種質(zhì)SSR 標(biāo)記的平均基因多樣性為0.60，SPAP 標(biāo)記的平均基因多樣性為0.56，并將35 份燕麥材料在遺傳相似系數(shù)0.70 處分成了4 組?；蛩降难芯侩m已進(jìn)入燕麥種質(zhì)資源的鑒定和評價，但表型的鑒定依然是種質(zhì)資源最基礎(chǔ)和最重要的方法之一。張琦等[12]對141 份燕麥種質(zhì)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了遺傳多樣性的鑒定和評價，結(jié)果表明供試燕麥種質(zhì)的遺傳多樣性指數(shù)較高，并通過對14 個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類分析將所有燕麥種質(zhì)劃分為三大種質(zhì)群；南銘等[13]對燕麥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的研究表明，54 份種質(zhì)農(nóng)藝性狀間存在廣泛的遺傳多樣性，聚類分析將供試種質(zhì)資源分為四大類群。

雖然種質(zhì)資源學(xué)家在燕麥農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性、基因定位以及國外引種上取得了一些成績，但這些研究大多只關(guān)注籽粒性狀，對其飼草性狀方面的研究較少。我國優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)飼用燕麥品種缺乏，飼草產(chǎn)量不能滿足市場需求，在高海拔地區(qū)冬季缺草情況尤為嚴(yán)峻[14-15]，仍需大量進(jìn)口燕麥草，據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，2021 年我國進(jìn)口燕麥干草累計21.22 萬t。隨著國家實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)和糧改飼等政策的實施，飼用燕麥具有良好的應(yīng)用前景[16]。因此本研究以不同來源的燕麥種質(zhì)資源作為研究對象，測定各種質(zhì)飼草產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀，對比分析21 份燕麥種質(zhì)資源飼草產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀的差別，并分別通過聚類分析和隸屬函數(shù)分析將供試燕麥種質(zhì)分類，明晰每個類群的性狀特點，篩選產(chǎn)量性狀優(yōu)異的燕麥種質(zhì)資源，為培育適宜青海東部種植的高產(chǎn)優(yōu)異燕麥提供種質(zhì)材料，為今后燕麥種質(zhì)資源的進(jìn)一步挖掘和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，為我國燕麥種質(zhì)資源的鑒定與評價提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于青海省西寧市湟中縣土門關(guān)鄉(xiāng)加汝爾村(101°41′30″ E，36°26′51″ N)，海拔2 661 m，年平均氣溫5.3 ℃，年均降水量490 mm，氣候寒冷潮濕，無絕對無霜期。試驗地前茬為中藥材。試驗地耕作層土壤全氮含量為2.20 g·kg-1，全磷含量為2.46 g·kg-1，全鉀含量為24.43 g·kg-1，堿解氮含量為120.00 mg·kg-1，速效磷含量為27.57 mg·kg-1，速效鉀含量為290.00 mg·kg-1，有機質(zhì)含量為34.39 g·kg-1，pH 8.18。

1.2 試驗材料與方法

1.2.1 試驗材料

2020 年種植來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的196 份燕麥種質(zhì)資源，通過對考種指標(biāo)的篩選和聚類分析，初步得出了21 份表現(xiàn)較好的材料，其中包括9 份裸燕麥和12 份皮燕麥(表1)。

表1 試驗燕麥材料及來源Table 1 Oat germplasm sources

1.2.2 試驗方法

田間試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，每份種質(zhì)3 次重復(fù)，小區(qū)面積10 m2(2 m × 5 m)，行距25 cm，各小區(qū)間距0.8 m，區(qū)組間距1 m，每個小區(qū)種8 行。裸燕麥播量為94 kg·hm-2，每行11.75 g，皮燕麥播量為184.8 kg·hm-2，每行23.1 g，播深3～4 cm。皮燕麥四周以‘青引2 號’設(shè)保護(hù)行，裸燕麥以‘青莜3 號’設(shè)保護(hù)行。根據(jù)青海當(dāng)?shù)厥┓是闆r，播前施75 kg·hm-2尿素(總氮 ≥ 46.0%)和150 kg·hm-2磷酸二銨(總養(yǎng)分≥ 64.0%，其中N ≥ 18.0%，P2O5≥ 46.0%)作基肥。于2020 年5 月1 日采用人工條播方式進(jìn)行播種。

1.2.3 測定指標(biāo)與方法

主要農(nóng)藝性狀觀測標(biāo)準(zhǔn)參考《燕麥種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[17]，所有指標(biāo)均在燕麥乳熟期測定。

1)單株性狀：各小區(qū)選取10 株長勢一致的單株用直尺測株高、旗葉最大葉長和葉寬，用游標(biāo)卡尺測主莖第2 莖節(jié)莖粗(直徑)，同時統(tǒng)計其分蘗數(shù)。

2)莖葉比：每個小區(qū)選取5 株長勢一致的燕麥植株，進(jìn)行莖、葉、穗分離，于105 ℃烘箱中殺青30 min，65 ℃下烘干至恒重，稱重，計算莖葉比。

3)干草產(chǎn)量：各小區(qū)選取長勢均勻的1 m × 1 m樣方，齊地面刈割，然后將鮮草裝入透風(fēng)透氣網(wǎng)袋陰干，稱取干草產(chǎn)量。

1.3 分析方法

1)變異系數(shù)：種質(zhì)間性狀值的離散性特征用變異系數(shù)表示[18]，計算公式為變異系數(shù) = (標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值) × 100%。

式中：U(Xij)為i品種j性狀的隸屬值，Xij為某一材料某指標(biāo)的實測值，Xjmax為該指標(biāo)的最大值，Xjmin為該指標(biāo)的最小值。Xi為i品種的平均隸屬函數(shù)值，n為測定值標(biāo)數(shù)[21]。平均隸屬函數(shù)值劃分標(biāo)準(zhǔn)：0.6～0.7 屬優(yōu)，定為Ⅰ級；0.4～0.6 屬較優(yōu)，定為Ⅱ級；0.3～0.4 屬較差，定為Ⅲ級；0.3 以下屬差，定為Ⅳ級。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2020 對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及相關(guān)數(shù)據(jù)的初步計算；用SPSS 21.0 進(jìn)行方差分析和Duncan法多重比較分析；通過Pearson 相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析；使用SPSS 系統(tǒng)聚類分析法繪制樹狀圖；使用Origin 2018 繪制柱狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥資源飼草產(chǎn)量分析

不同燕麥種質(zhì)資源間干草產(chǎn)量差異明顯(圖1)。21 份燕麥種質(zhì)的干草產(chǎn)量在11 820～16 400 kg·hm-2，ZY003178 和ZY004067 的干草產(chǎn)量分別達(dá)16 230 和16 400 kg·hm-2，顯著高于其他種質(zhì)(P＜ 0.05)。ZY000519、ZY004101、ZY004105、ZY004106 和ZY004108 干草產(chǎn)量較高，均超過15 000 kg·hm-2，種質(zhì)之間差異不顯 著(P＜ 0.05)。ZY000090 的 干 草 產(chǎn) 量 最 低，為11 820 kg·hm-2。

圖1 燕麥種質(zhì)資源的干草產(chǎn)量Figure 1 Hay yield of oat germplasm resources

2.2 不同燕麥的飼草產(chǎn)量性狀分析

通過對21 份燕麥種質(zhì)飼草產(chǎn)量性狀的分析，供試燕麥產(chǎn)量性狀間存在較大變異(表2)。除了株高，其余性狀變異系數(shù)均超過10%，旗葉長變異系數(shù)最大，為22.24%，分蘗數(shù)次之，為19.95%。各性狀多樣性指數(shù)均較高，介于1.60～1.88，其中莖葉比的多樣性指數(shù)最高，為1.88，其次為莖粗和旗葉寬，兩者均為1.82。

表2 燕麥資源飼草產(chǎn)量性狀多樣性分析Table 2 Analysis of forage yield trait diversity of oats resources

方差分析結(jié)果(表3)顯示，各性狀不同種質(zhì)間存在顯著差異(P＜ 0.05)。7 份高產(chǎn)資源ZY003178、ZY004067、ZY000519 、ZY004101 、ZY004105、ZY004106、ZY004108 的莖粗和莖葉比較其他種質(zhì)表現(xiàn)更佳。ZY000519 的株高最高，為159.80 cm，而ZY004076 的株高最低。ZY004067 的莖粗最大，為5.25 mm，其次為ZY003178、ZY004105、ZY004106和ZY004071，ZY004070 的莖粗最小。各種質(zhì)的旗葉長和寬也存在顯著差異，其中種質(zhì)ZY004067、ZY000519、ZY000090 、ZY000304 和ZY000150 旗葉較大，ZY004070 和ZY004076 的旗葉較小。此外，ZY004067 的分蘗數(shù)最多，為5.00，其次依次為ZY004076、ZY000519、ZY004080、ZY004101，且相互之間差異不顯著(P＞ 0.05)。各資源的莖葉比表現(xiàn)各異，其中ZY004106 的莖葉比為5.32，顯著高于其他材料(P＜ 0.05)，而ZY004067 的莖葉比最小，僅為2.96。

表3 燕麥資源飼草產(chǎn)量性狀的方差分析Table 3 Variance analysis of forage yield and yield traits of different oat resources

2.3 燕麥種質(zhì)資源綜合評價

2.3.1 聚類分析

基于21 份燕麥飼草產(chǎn)量性狀的聚類分析樹狀圖(圖2)，可以看出，按表型差異較小和干草產(chǎn)量相近將21 份燕麥種質(zhì)聚為3 個類群。依據(jù)樹狀圖和各類群表型性狀平均值(表4) 可知，類群Ⅰ包含ZY004080、ZY004101 、ZY004108 、ZY000519、ZY004071、ZY003178、ZY004105 和ZY004106 共8份種質(zhì)，其干草產(chǎn)量較高，為15 283.75 kg·hm-2；株高較高，為137.65 cm；莖較粗，為4.64 mm；分蘗較多，為3.13；莖葉比大，為4.71；總之，該類群種質(zhì)各性狀表現(xiàn)均較好，且各性狀變異系數(shù)較低，生物學(xué)特性較穩(wěn)定。類群Ⅱ包括1 份種質(zhì)ZY004067，其平均干草產(chǎn)量為16 400.00 kg·hm-2；植株高達(dá)143.20 cm；旗葉寬大，長和寬分別為33.00 和1.90 cm；莖較粗，為5.25 mm；分蘗數(shù)多，為5.00；莖葉比小，僅為2.96。類群Ⅲ包括ZY000090、ZY000150、ZY004068、ZY004085、ZY004093 、ZY004058 、ZY004076、ZY000304、ZY004066 、ZY004104 、ZY004109 和ZY004070 共12 份種質(zhì)，其干草產(chǎn)量較低，為13 649.17 kg·hm-2；株高較低，為131.98 cm；分蘗少，為2.8；其余各性狀表現(xiàn)均一般，且性狀變異系數(shù)較大，總體表現(xiàn)差。

表4 燕麥資源3 個類群7 個表型性狀的平均值Table 4 Mean values of seven phenotypic traits in three groups of oat resources

圖2 供試燕麥材料飼草產(chǎn)量性狀樹狀圖Figure 2 Dendrogram of experimental materials based on forage yield traits

2.3.2 隸屬函數(shù)分析

使用隸屬函數(shù)法對燕麥資源的產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(表5)，種質(zhì)各性狀隸屬函數(shù)值差異較大，因此采用平均值考量其綜合性能。供試的21 份燕麥種質(zhì)函數(shù)平均值介于0.180～0.730，基于隸屬函數(shù)平均值將供試資源劃分為4 級(表6)，Ⅰ級包括ZY004067、ZY000519 共兩份種質(zhì)，其綜合性狀表現(xiàn)最優(yōu)；Ⅱ級包括ZY004071、ZY003178、ZY004080、ZY004106 、ZY000304 、ZY004105、ZY004101、ZY004108、ZY004104 共9 份種質(zhì)，綜合性狀表現(xiàn)較優(yōu)；Ⅲ級包括ZY004068、ZY000150、ZY000090、ZY004058 、ZY004093 、ZY004066、ZY004085、ZY004109 共8 份種質(zhì)，綜合性狀表現(xiàn)較差；Ⅳ級包括ZY004076、ZY004070 共兩份種質(zhì)，綜合性狀表現(xiàn)差，無利用價值。

表5 21 份燕麥資源產(chǎn)量性狀隸屬函數(shù)值Table 5 Subordinative function values of yield traits of 21 oat resources

表6 燕麥種質(zhì)產(chǎn)量性狀等級劃分Table 6 The grade division of yield traits of oat germplasms

3 討論

3.1 燕麥種質(zhì)資源飼草產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀分析

飼草產(chǎn)量是衡量燕麥品種或種質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。孫建平等[22]研究發(fā)現(xiàn)，晉北黃土高原地區(qū)13 個燕麥品種的干草產(chǎn)量為8 410～10 510 kg·hm-2，陳彩錦等[23]研究表明，黃土高原西部丘陵區(qū)14 個燕麥品種的干草產(chǎn)量為6 880～102 80 kg·hm-2，李春喜等[24]研究發(fā)現(xiàn)，高寒牧區(qū)8 個燕麥品種的干草產(chǎn)量為9 844～26 285 kg·hm-2。本研究中，21 份燕麥材料的干草產(chǎn)量為11 820～16 400 kg·hm-2，出現(xiàn)上述產(chǎn)量差異是因為表型的變異是基因型、生態(tài)型變異豐富度的反映，是基因組遺傳變異與環(huán)境相互作用的結(jié)果[25]。燕麥種質(zhì)之間的表型性狀差異顯著，不同種質(zhì)株高、莖粗、葉長、葉寬等性狀有明顯差異[26-27]，本研究對燕麥飼草產(chǎn)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)和變異系數(shù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明6 個性狀的遺傳多樣性指數(shù)均較高，除了株高，其余性狀變異系數(shù)均大于10%，說明種質(zhì)間遺傳基礎(chǔ)廣、變異廣泛、具有豐富的遺傳多樣性。

飼草高產(chǎn)是飼用型燕麥選育的主要目標(biāo)，飼草產(chǎn)量性狀是影響飼草產(chǎn)量的重要指標(biāo)。本研究21 份燕麥材料中ZY003178、ZY004067、ZY000519、ZY004101、ZY004105 、ZY004106 和ZY004108 共7 份種質(zhì)干草產(chǎn)量均較高，介于15 080.00～16 400.00 kg·hm-2。其中ZY004067 和ZY000519 的株高、旗葉長和寬表現(xiàn)較好，說明其株高和旗葉對干草產(chǎn)量的影響較大，這與喬志宏等[28]研究結(jié)果一致。其余5 份燕麥種質(zhì)莖較粗，且莖葉比大，說明這5 份燕麥種質(zhì)的高產(chǎn)在一定程度上取決于莖粗和莖葉比的高低，前人研究[29-30]也表明燕麥干草產(chǎn)量與莖粗和莖葉比極顯著正相關(guān)。綜上，不同燕麥種質(zhì)的高產(chǎn)來源于不同的產(chǎn)量性狀，以后的研究中有必要將其分類，分析不同類群的特點，進(jìn)而明確影響其高產(chǎn)的主要因子。

3.2 燕麥種質(zhì)資源綜合評價

對燕麥飼草產(chǎn)量性狀進(jìn)行聚類分析，11 份種質(zhì)被分成三大類，為這些材料的初步利用和研究提供了參考。類群Ⅰ共8 份種質(zhì)，其中6 份來自美國，2 份來自河北和山西。該類群干草產(chǎn)量較高，株高較高、莖較粗、分蘗較多，莖葉比大，適合作為選育高產(chǎn)抗倒伏品種的親本。類群Ⅱ共1 份種質(zhì)，來自美國，其干草產(chǎn)量高，植株高、旗葉寬大、莖稈粗、分蘗多，且莖葉比小，適合作為選育多目標(biāo)性狀的優(yōu)良親本。類群Ⅲ共12 份種質(zhì)，其中9 份來自美國，3 份來自內(nèi)蒙古。該類群干草產(chǎn)量相對低，植株較矮，分蘗少，其余各性狀表現(xiàn)均一般，總體表現(xiàn)差。不同來源的燕麥種質(zhì)資源存在差異，而同一來源的燕麥種質(zhì)并沒有聚為一類，表明不同材料間的遺傳差異與地理位置相關(guān)性不大，這與前人研究結(jié)果相似[12-13]。胡佳燕等[31]研究表明葉片占比高的燕麥種質(zhì)，具有較高的干草產(chǎn)量潛力，高葉片比例的株型適宜作為飼用燕麥。但本研究中，類群1 和類群Ⅱ燕麥材料均具有較高的干草產(chǎn)量，株高、莖粗、分孽數(shù)、旗葉長等產(chǎn)量性狀均表現(xiàn)佳，但類群Ⅰ莖葉比大，說明其高產(chǎn)主要是通過莖的綜合性狀來實現(xiàn)，類群Ⅱ莖葉比小，說明其高產(chǎn)主要通過提高葉的綜合性狀來實現(xiàn)[32]。綜上，葉片占比高或莖占比高時，燕麥均具有較高的干草產(chǎn)量潛力，育種過程中可根據(jù)育種目標(biāo)進(jìn)行選擇。

隸屬函數(shù)分析法可以在同一平臺對種質(zhì)的不同性狀指標(biāo)進(jìn)行定量評價、綜合比較，可以對種質(zhì)的綜合能力作出全面合理的評價[33]。本研究利用隸屬函數(shù)法對不同燕麥種質(zhì)資源干草產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀進(jìn)行評價，并基于隸屬函數(shù)平均值將供試資源劃分為4 級，Ⅰ級包括2 份種質(zhì)，其綜合性狀表現(xiàn)最優(yōu)；Ⅱ級包括9 份種質(zhì)，綜合性狀表現(xiàn)較優(yōu)；Ⅲ級包括8 份種質(zhì)，綜合性狀表現(xiàn)較差；Ⅳ級包括2 份種質(zhì)，綜合性狀表現(xiàn)極差，無利用價值。

在作物種質(zhì)資源評價中，單一分析法不能準(zhǔn)確客觀地反映種質(zhì)資源的優(yōu)劣，因此，在對種質(zhì)資源進(jìn)行評價時，要盡可能結(jié)合多種分析方法對其進(jìn)行綜合評價，以此得到更可靠的結(jié)果[34]。本研究將聚類分析結(jié)果和隸屬函數(shù)值等級劃分結(jié)果進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯的交集，篩選出綜合表現(xiàn)較優(yōu)的9 份燕麥種質(zhì)(ZY004067、ZY000519、ZY004071、ZY003178、ZY004080 、ZY004106 、ZY004105、ZY004101 和ZY004108)，這些燕麥種質(zhì)干草產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀俱佳，可以在燕麥育種中加以利用。

作物種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀易受環(huán)境、年份等條件的影響，本研究的21 份燕麥種質(zhì)雖是從196 份燕麥材料中篩選出的，但仍存在不足之處：僅在1 個燕麥生產(chǎn)區(qū)對燕麥種質(zhì)資源的飼草產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀進(jìn)行了為期1 年的初步探討和評價，適應(yīng)性和穩(wěn)產(chǎn)性還有待驗證。因而，要更確切地對燕麥種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定和評價，還需對燕麥種質(zhì)資源進(jìn)行多年、多點試驗，結(jié)合生物技術(shù)和方法進(jìn)行進(jìn)一步鑒定，從而為燕麥種質(zhì)資源的遺傳改良以及資源應(yīng)用提供更可靠的材料。

4 結(jié)論

21 份燕麥種質(zhì)資源的干草產(chǎn)量為11 820～16 400 kg·hm-2，以種質(zhì)ZY003178 和ZY004067 表現(xiàn)最優(yōu)，分別達(dá)16 230 和16 400 kg·hm-2。21 份燕麥種質(zhì)資源被分為3 個類群，類群Ⅰ適合作為選育高產(chǎn)抗倒伏品種的親本，類群Ⅱ適合作為選育多目標(biāo)性狀的優(yōu)良親本，類群Ⅲ有益性狀不明顯。綜合表現(xiàn)較佳的燕麥種質(zhì)有ZY004067、ZY000519、ZY004071、ZY003178、ZY004080 、ZY004106 、ZY004105、ZY004101 和ZY004108，可以在燕麥育種中進(jìn)一步加以利用。