基于隸屬函數(shù)值法評價大豆種質(zhì)資源耐蔭性

孫旭剛,李盛有,曹永強(qiáng),張立軍,王昌陵,王文斌,董麗杰

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,遼寧 沈陽 100161)

玉米—大豆間套作是增加土地利用率和提高作物產(chǎn)量的重要種植模式。但受高位作物遮蔭的影響,間套作配置中大豆群體所受的光、氣、溫等條件不利于生長發(fā)育,從而降低了品種產(chǎn)量和品質(zhì)。耐蔭性是影響間套作大豆產(chǎn)量的重要因素,影響大豆間套作模式的應(yīng)用與推廣[1]。對東北大豆種質(zhì)資源耐蔭進(jìn)行鑒定,為東北地區(qū)耐蔭性育種及大面積推廣大豆間套作種植技術(shù)提供理論依據(jù)。

前人對耐蔭大豆品種的鑒定、篩選與評價進(jìn)行了大量研究[2～5]。陳懷珠等選擇與蔭蔽相關(guān)性顯著的株高、底莢高度、生物產(chǎn)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重、單株粒重等7 個性狀為指標(biāo)性狀,以綜合耐蔭系數(shù)為指標(biāo)評價大豆種質(zhì)的耐蔭性[4]。武曉玲等認(rèn)為,葉片干重、氣孔導(dǎo)度、株高、暗下最大熒光產(chǎn)量等4 個性狀可進(jìn)行大豆苗期耐蔭性強(qiáng)弱的快速鑒定和預(yù)測[5]。本研究團(tuán)隊前期通過隸屬函數(shù)法計算綜合耐蔭評價值,篩選出5 個鑒定指標(biāo),分別是主莖節(jié)數(shù)、節(jié)間長度、單株莢數(shù)、單株粒重和百粒重[6]。本研究通過測量成熟期株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和單株粒重,基于隸屬函數(shù)值對90 份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行耐蔭性評價,以期篩選出耐蔭性較強(qiáng)的大豆材料,為大豆耐蔭育種及種質(zhì)材料創(chuàng)新提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用東北地區(qū)大豆種質(zhì)資源材料,均為早熟或極早熟品種,共計90 份。

1.2 試驗方法

2019 年于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院內(nèi)盆栽場開展大豆種質(zhì)資源耐蔭性鑒定試驗。試驗采用盆栽方法,分自然光照處理(對照)和遮光處理,采用隨機(jī)區(qū)組,每處理3 盆。每盆15 kg 干土。5 月20 日播種,每盆播種 5～6 粒,出苗后每盆保健壯苗 2 株。出苗后30 d 開始采用消光率為30% 的針織尼龍網(wǎng)進(jìn)行遮光處理,直至成熟。

1.3 測定項目

于成熟期,測定大豆植株的株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和單株粒重。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2010 計算各品種的平均株高、底莢高度、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和單株粒重,并計算遮光脅迫與正常光照條件下的比值,依下式計算耐蔭隸屬函數(shù)值:RIij=Xij/CKij(比值大于1 時,公式為:RIij=1-Xij/CKij);RIi=1/n(∑RIij)。其中,RIij為第i個材料第j個性狀遮光條件對自然條件的比值,RIi為第i個品種該性狀的隸屬值。最后將各材料各性狀的隸屬值平均,得平均隸屬函數(shù)值。利用SPSS19.0 對耐蔭隸屬函數(shù)值進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮光處理對大豆品種(系)株型性狀的影響

由表1 可知,遮光脅迫處理使大豆主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)分別極顯著降低了10.4%、和51.4%,使株高和底莢高度無顯著變化。

表1 正常光照和遮光脅迫下不同大豆品種(系)株型性狀的比較

在對照條件下,參試大豆品種(系)株高平均值為46.0 cm,最低值23.8 cm,最大值為99.5 cm,變異系數(shù)為29.3;底莢高度平均值為 7.4 cm,最低值為3.3 cm,最大值為14.2 cm,變異系數(shù)為28.1;主莖節(jié)數(shù)平均值為12.2 個,最低值為6.0 個,最大值為22.3 個,變異系數(shù)為23.9;有效分枝數(shù)平均值為 1.8 個人,最低值為0.2 個,最大值為7.8 個,變異系數(shù)為79.2。

在遮光脅迫處理條件下,叁試大豆品種(系)株高平均值為45.9 cm,最低值16.0 cm,最大值為88.3 cm,變異系數(shù)為27.9;底莢高度平均值為 8.9 cm,最低值為3.5 cm,最大值為16.7 cm,變異系數(shù)為26.6;主莖節(jié)數(shù)平均值為10.9 個,最低值為3.5 個,最大值為18.8 個,變異系數(shù)為25.4;有效分枝數(shù)平均值為0.9 個,最低值為0.1 個,最大值為4.8 個,變異系數(shù)為111.7。

2.2 遮光處理對大豆品種(系)產(chǎn)量性狀的影響

由表2 可知,遮光脅迫處理使大豆單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和單株粒重分別極顯著降低了50.2%、55.8%、11.7%和60.1%。在對照條件下,參試大豆品種(系)單株莢數(shù)平均值為 40.9 個,最低值11.2 個,最大值為146.8 個,變異系數(shù)為63.6;單株粒數(shù)平均值為 91.3 個,最低值為13.7 個,最大值為270.8 個,變異系數(shù)為61.6;百粒重平均值為 17.2 g,最低值為7.3 g,最大值為23.2 g,變異系數(shù)為15.4;單株粒重平均值為 15.3 g,最低值為1.57 g,最大值為48.8 g,變異系數(shù)為56.6。在遮光脅迫處理條件下,參試大豆品種(系)單株莢數(shù)平均值為20.4 個,最低值6.0 個,最大值為83.2 個,變異系數(shù)為57.4;單株粒數(shù)平均值為 40.4 個,最低值為11.5 個,最大值為160 個,變異系數(shù)為60.1;百粒重平均值為15.2 g,最低值為8.81 g,最大值為23.5 g,變異系數(shù)為17.7;單株粒重平均值為 6.1 g,最低值為0.64 g,最大值為19.3 g,變異系數(shù)為55.2。

表2 正常光照和遮光脅迫下不同大豆品種(系)產(chǎn)量性狀的比較

2.3 參試大豆品種(系)的耐蔭隸屬函數(shù)值

90 份大豆種質(zhì)資源的耐蔭隸屬函數(shù)值的平均值0.7,最小值0.45,最大值0.9。經(jīng)聚類分析將大豆種質(zhì)耐蔭等級分為3 類,分別為不耐蔭型、中間型和強(qiáng)耐蔭型(表3)。其中,不耐蔭型種質(zhì)資源15 份,耐蔭隸屬函數(shù)值為0.5～0.6;中間型種質(zhì)資源60 份,耐蔭隸屬函數(shù)值為0.6～0.7;強(qiáng)耐蔭型種質(zhì)資源15 份,耐蔭隸屬函數(shù)值為0.7～0.9。

表3 參試大豆品種(系)耐蔭等級劃分

3 結(jié)論與討論

本研究借鑒前人耐蔭性鑒定方法[4],選擇與蔭蔽密切相關(guān)的株高、底莢高度、生物產(chǎn)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重、單株粒重等7 個指標(biāo)性狀,并對指標(biāo)性狀的耐蔭系數(shù)進(jìn)行累加,獲得各品種(系)加權(quán)耐蔭隸屬函數(shù)值,按照隸屬函數(shù)值的排名,判斷其耐蔭性強(qiáng)弱,隸屬函數(shù)值大,則耐蔭性強(qiáng),反之則耐蔭性弱。

前人研究發(fā)現(xiàn),大豆與高稈的玉米等作物間種,隨生育期的推進(jìn)大豆受蔭蔽影響逐漸加重,鼓粒期到成熟時大豆受蔭蔽程度一般在30%左右[4],本研究選用的遮光強(qiáng)度為消光30%較接近生產(chǎn)實際。以往研究表明,弱光脅迫后大豆植株高度、節(jié)間長、最低分枝高度、子葉節(jié)高度極顯著增加,而莖粗、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)極顯著降低[7～8]。本研究發(fā)現(xiàn),遮光脅迫后,大豆種質(zhì)株高和主莖節(jié)數(shù)總體上無顯著變化,可能與本研究采用的遮光處理與供試材料有關(guān)。本研究設(shè)置的遮光處理為出苗后30 d開始遮光處理,而參試品種(系)均為早熟或極早熟材料,出苗后30 d 至成熟期較短,導(dǎo)致遮光處理對株高和底莢高度的影響并不明顯。然而,本研究發(fā)現(xiàn),遮光脅迫處理使大豆主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和單株粒重分別極顯著降低,但不同大豆品種(系)對遮光處理響應(yīng)程度存在差異,該研究結(jié)果與前期結(jié)果基本一致[6]。本研究利用隸屬函數(shù)值法將90 份大豆種質(zhì)資源分為3 類,分別為15 份不耐蔭型、60 份中間型和15份強(qiáng)耐蔭型。其中,強(qiáng)耐蔭型品種包括HLT8、合豐29 號、黑 河 33、黑 河 24、東 大 2 號、黑 農(nóng) 37、哈 12-4891、YZY2004、黑河1 號、疆莫豆1 號、哈12-3510、黑河50、合豐41、黑河10 號、阿旗滿倉金,均來自于黑龍江省。該研究結(jié)果表明,在開展玉米—大豆間套作種植,選用生育期較短的大豆品種能夠使大豆在高位作物嚴(yán)重遮光前,完成干物質(zhì)生產(chǎn)與積累,從而獲得較高的產(chǎn)量。

綜上所述,中國東北大豆耐蔭性存在較為豐富的變異,基于隸屬函數(shù)值法篩選出的15 份強(qiáng)耐蔭型大豆種質(zhì)資源,為解決套作種植模式下大豆品種嚴(yán)重匱乏提供了重要的種質(zhì)資源。