復(fù)播谷子品種主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量分析

趙 云,馮國(guó)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(xué)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(xué)院微生物應(yīng)用研究所,烏魯木齊 830091;4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)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(yīng)性強(qiáng),在我國(guó)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(guò)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(fù)播玉米模式。近年來(lái),新疆地區(qū)復(fù)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(fù)播谷子種植面積500 hm2,2020年復(fù)播面積達(dá)1 400 hm2,到2021年復(fù)播面積增加到5 000 hm2。分析新疆復(fù)播谷子品種主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量成因的相關(guān)性,對(duì)篩選適宜新疆南疆喀什地區(qū)種植的復(fù)播谷子新品種有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái),我國(guó)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(guān)新疆喀什地區(qū)復(fù)播品種的選育及綜合評(píng)價(jià)卻鮮有報(bào)道[4-6]。通過(guò)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(guān)系,對(duì)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(duì)山西14個(gè)主栽品種在不同區(qū)域的農(nóng)藝性狀變化進(jìn)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(zhǎng)主要由品種間差異引起。楊慧卿等[10]研究了8個(gè)谷子品種的10個(gè)農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系,穗粒重是獲得高產(chǎn)的關(guān)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(zhǎng)和出谷率適中的材料。任芹勇等[11]對(duì)來(lái)自我國(guó)不同生態(tài)區(qū)65個(gè)谷子品種為材料,對(duì)其農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類和相關(guān)性分析,單穗粒重與穗長(zhǎng)、穗粗、千粒重、單穗重及穗松緊度呈極顯著正相關(guān)。XM Chen[12]對(duì)52個(gè)谷子品種的9個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行聚類分析和主成分分析,結(jié)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(shì)。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(guān),株高與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān),谷子的高產(chǎn)栽培技術(shù)應(yīng)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(guān)性,從而適當(dāng)調(diào)節(jié)株高的增加,獲得較高的產(chǎn)量。【本研究切入點(diǎn)】選育適合復(fù)播的早熟高產(chǎn)谷子品種是改善新疆喀什地區(qū)種植結(jié)構(gòu)、保證產(chǎn)量的有效途徑。雖然前人對(duì)不同谷子品種適應(yīng)性進(jìn)行了相關(guān)研究報(bào)道,但對(duì)新疆喀什地區(qū)復(fù)播品種的綜合評(píng)價(jià)分析鮮見(jiàn)報(bào)道。需研究新疆喀什地區(qū)復(fù)播谷子主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性和變異程度?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】應(yīng)用相關(guān)性、主成分分析等方法,分析新疆喀什地區(qū)“冬小麥+復(fù)播谷子”模式下谷子農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量相關(guān)性,為復(fù)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(yàn)于2021年在新疆喀什地區(qū)疏勒縣庫(kù)木西力克村進(jìn)行(E 76°37′,N 39°23′)。試驗(yàn)于2021年6月28日播種,試供谷子品種7份,來(lái)自4個(gè)育種單位提供,其中以豫谷18作為對(duì)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(shí)間總數(shù)為2 822 h,平均降水64 mm,歷年平均無(wú)霜期為215 d。試驗(yàn)田土壤基礎(chǔ)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(lái)源

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),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(shù),于2021年6月28日進(jìn)行膜上點(diǎn)播。試驗(yàn)地四周邊設(shè)置2 m寬保護(hù)行。前茬冬小麥,整地時(shí)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(gè)生育期隨水追尿素450 kg/hm2。10月3日進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定并且收獲。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

記錄物候期;谷子成熟收獲時(shí),每小區(qū)隨機(jī)選擇10株進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行,包括株高、穗長(zhǎng)、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(xiàng)指標(biāo)分別采用Microsoft Excel 2020 和SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同復(fù)播谷子品種的物候期

研究表明,7個(gè)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(zhǎng),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(zhǎng)時(shí)間基本一致,但各品種生長(zhǎng)時(shí)間從抽穗期開(kāi)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(fù)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(fù)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(fù)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(duì)照(豫谷18)差異顯著,其余各品種間無(wú)顯著性差異。

不同復(fù)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(wú)顯著性差異。豫谷32與其他6個(gè)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(wú)顯著性差異,但與其他4個(gè)品種差異顯著;金苗K2產(chǎn)量最低,與除冀雜金苗外5個(gè)品種存在顯著差異。圖2

圖2 不同復(fù)播谷子品種的成穗率及產(chǎn)量差異

2.3 不同復(fù)播品種谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量相關(guān)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(guān)因素差異不大,穗長(zhǎng)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(zhǎng)>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(biāo)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(fù)播谷子品種農(nóng)藝性狀

表4 不同復(fù)播谷子品種產(chǎn)量相關(guān)因素

2.4 不同復(fù)播品種谷子主要性狀的相關(guān)性

研究表明,株高與出苗-抽穗天數(shù)呈極顯著相關(guān)(0.833**),而產(chǎn)量則與出苗-抽穗天數(shù)關(guān)系不顯著(0.375),但產(chǎn)量與抽穗-成熟天數(shù)呈顯著相關(guān)(0.805*),產(chǎn)量主要取決于抽穗后的灌漿時(shí)間長(zhǎng)短,灌漿時(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)量越高;株高與千粒重正相關(guān)(0.596),與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)(-0.598),但關(guān)系均未達(dá)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(biāo)均呈負(fù)相關(guān),株數(shù)與穗長(zhǎng)、穗粗、單穗重、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量的相關(guān)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(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平(-0.755*);穗數(shù)與株數(shù)正相關(guān)(0.241)但未達(dá)到顯著水平,穗數(shù)和株數(shù)對(duì)產(chǎn)量性狀的影響基本一致;對(duì)產(chǎn)量有促進(jìn)作用的是穗粒重(0.897*)、穗粗(0.872*)、單穗重(0.852*)、穗長(zhǎng)(0.821*)和抽穗-成熟天數(shù)(0.805*)。表5

表5 不同復(fù)播谷子品種主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

2.5 不同復(fù)播品種谷子主要性狀的主成分

研究表明,11個(gè)農(nóng)藝性狀可綜合歸納為3個(gè)主成分因子,累計(jì)貢獻(xiàn)率為89.484%。第1主成分貢獻(xiàn)率為53.784%,對(duì)谷子總遺傳信息貢獻(xiàn)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(gòu)成因素,可稱為產(chǎn)量構(gòu)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(duì)于產(chǎn)量的影響較大,是谷子綜合評(píng)價(jià)的首要指標(biāo)。第2主成分中株高、莖粗、穗長(zhǎng)、節(jié)數(shù)具有較高正向特征向量值,是長(zhǎng)勢(shì)因子,貢獻(xiàn)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(xiàn)率為12.398%。表6

表6 不同復(fù)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(guān)注產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子,合理的株型、優(yōu)異的農(nóng)藝性狀也相當(dāng)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(yàn)品種來(lái)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(duì)豐富,可以通過(guò)改變育種手段或者栽培措施對(duì)某些性狀進(jìn)行改良從而獲得理想性狀,與潘裕平等[17]的研究結(jié)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(duì)18份谷子品種9個(gè)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(jié)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(yàn)材料不同或品種的生態(tài)適應(yīng)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(guān),但僅有穗重達(dá)到顯著,與穗長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān),但相關(guān)性不顯著。試驗(yàn)相關(guān)性分析顯示,生育期、出谷率、穗長(zhǎng)、穗粗、單穗重、穗粒重6個(gè)性狀指標(biāo)與產(chǎn)量呈正相關(guān),與劉鵬等[20]的單穗重、單穗粒重、單株生物量、生育期對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大的結(jié)果一致。同時(shí)試驗(yàn)表明新疆喀什復(fù)播谷子產(chǎn)量與株高存在負(fù)相關(guān),與王瑞等[21]研究結(jié)果一致,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn),植株過(guò)高生殖生長(zhǎng)過(guò)旺,易倒伏而造成作物減產(chǎn)[22]。單穗重與穗粗相關(guān)系數(shù)正顯著,與解云等[23]的研究結(jié)果一致。

3.2主成分分析可以將多個(gè)農(nóng)藝性狀歸納幾個(gè)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(gè)主成分因子,其累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.69%。而研究中,農(nóng)藝性狀歸納為產(chǎn)量構(gòu)成要素因子、長(zhǎng)勢(shì)因子和生育期因子,3個(gè)主成分因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到89.48%,在第1主成分中,穗粒重、單穗重、千粒重對(duì)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(zhǎng)對(duì)于產(chǎn)量的影響較大。在篩選谷子品種時(shí),應(yīng)傾向于穗粒重和千粒重高、穗長(zhǎng)較長(zhǎng)、株高適中、生育期適宜的品種。

4 結(jié) 論

新疆喀什地區(qū)主要為“冬小麥+復(fù)播谷子”一年兩熟種植模式,谷子品種選擇生育期尤為關(guān)鍵(應(yīng)≤90 d),有4個(gè)品種生育期≤90 d,在谷子引種、選育中應(yīng)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(zhǎng)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。