晉北地區不同甜蕎麥品種(系)的適應性評價

王慧， 楊媛， 石金波

(山西省農業科學院高寒區作物研究所， 山西 大同 037008)

蕎麥是蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyrum)植物，有甜蕎(FagopyrumesculentumMoench)和苦蕎[Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn.] 2個主要栽培種[1-2]。蕎麥以其生長快、生育期短、適應性廣和功能性成分豐富等優點，以及其在作物布局、糧食構成、營養互補等方面的特殊作用，成為許多地區的重要糧食作物之一[3-5]。甜蕎在我國分布極其廣泛，主要分布在內蒙古、陜西、山西、甘肅、寧夏、云南等省、市、自治區[6]，兼具糧、藥、飼、蜜等多種用途[7]。

種質資源是蕎麥改良的重要基礎，由于長期的定向遺傳改良，使甜蕎品種遺傳相似性得到提高，遺傳差異變小，遺傳基礎變窄，限制了品種的進一步改良和利用。種質資源擁有的豐富的遺傳變異是實現物種遺傳改良的物質基礎。開展蕎麥種質資源的研究對于發掘、創新和合理利用蕎麥種質，發揮種質資源在蕎麥遺傳改良中的作用具有重要意義[8-12]。引種是從不同產區引進優良品種，經過當地的試驗和鑒定，從而篩選出增產效果明顯、適應當地種植的品種以直接應用于大田生產，或將其作為育種原始材料的育種方法[13]。趙萍等[14]通過對引進的9個甜蕎麥品種進行產量比較研究，篩選出5個產量較高、適宜在晉北地區種植的甜蕎麥資源。然而，僅僅根據產量來確定品種是否適合在當地種植，而不考慮品種的綜合表現，對品種的評價較為片面[15]。尹春等[16]對來自內蒙古不同地區的27份甜蕎品種的生物學性狀進行了聚類分析和主成分分析，提出了甜蕎選育的目標性狀。本研究對引進的12個甜蕎麥品種(系)進行了適應性評價，利用高穩系數和變異系數評價品種的豐產穩產性；主成分分析法和聚類分析對其農藝性狀、產量構成因素、產量等指標進行綜合評價，為晉北地區甜蕎麥品種(系)的引進和品種改良、新品種選育提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試甜蕎麥品種(系)共12個，品種名稱及來源見表1，以當地種植品種(右玉甜蕎)為對照品種。

表1 供試甜蕎麥品種(系)及來源Table 1 Common buckwheat varieties and their origins used in test

1.2 試驗設計

于2014—2016年在山西省農業科學院高寒區作物研究所懷仁縣毛家皂基地(N39°55′17″，E113°16′23″)進行田間試驗，試驗地地勢平坦，肥力中等，灌溉方便，土質沙壤土。甜蕎品種由于異花傳粉，有生物學混雜，每年試驗用種子均由供種單位提供。試驗采用隨機區組設計，3 次重復，小區面積30 m2(3 m×10 m)。人工開溝條播，溝深3～5 cm，播種密度保證基本苗90 萬株·hm-2。2014年的前茬為油菜，于5月27日播種，播種前施雞糞15 000 kg·hm-2做底肥，6月18日與7月12日人工除草；2015年的前茬為黍子，于6月3日播種，播種前施雞糞15 000 kg·hm-2做底肥，6月25日與7月14日人工除草；2016年的前茬為燕麥，于5月19日播種，播種前施雞糞15 000 kg·hm-2做底肥，6月5日與6月16日人工除草。

1.3 指標測定與方法

在甜蕎生長期間，觀察記錄各品種(系)的生育期。成熟時每小區隨機選取10株進行考種，統計和檢測株高、主莖節數、一級分枝數、單株粒重、單株粒數和千粒重等性狀。單株粒重和千粒重用電子天平(YB6001N，上海舜宇恒平科技儀器有限公司)稱取。按小區收獲，風干后測定各品種的產量，與對照品種(右玉甜蕎)相比計算增產率。用高穩系數(high stability coefficient, HSC)法，結合產量變異系數(coefficient variation, CV)來評價品種的豐產穩產性，計算公式如下。

1.4 數據統計與分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2003軟件進行統計分析；采用SPSS 18.0軟件進行方差分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同甜蕎麥品種(系)的農藝性狀

由表2可知，12個甜蕎麥品種(系)在晉北地區均能成熟，生育期變幅為107.7～112.3 d，其中N01(寧蕎1號)和N05(通蕎1號)較為早熟，其他10個品種較為晚熟，各品種間生育期無顯著差異。株高變幅為82.97～96.13 cm，其中N12(右玉甜蕎)的株高最高，但與N01(寧蕎1號)、N02(信農1號)無顯著差異，N12(右玉甜蕎)顯著高于其他9個品種。主莖節數變幅為14.27～16.79 節，一級分枝數變幅為3.54～4.63 個，主莖節數和一級分枝數最高的均為N12(右玉甜蕎)，但與N01(寧蕎1號)無顯著差異，N12顯著高于其他10個品種。

表2 不同甜蕎麥品種(系)的農藝性狀Table 2 Agronomic traits of different common buckwheat varieties (lines)

2.2 不同甜蕎麥品種(系)的產量構成因素

不同甜蕎麥品種(系)的產量構成因素結果(表3)可知，不同品種間的單株粒重、單株粒數的差異均未達到顯著水平，單株粒重變幅為2.45～3.89 cm，單株粒數變幅為112.56～179.00 粒。各品種間千粒重變幅為23.93～30.63 g，N11(綜甜蕎2號)最高，但與N09(蕎雜1)和N10(蕎雜2)無顯著差異，N11(綜甜蕎2號)和N09(蕎雜1)顯著高于其他9個品種；定甜3號千粒重最低，但與N01(寧蕎1號)、N02(信農1號)、N04(定甜1號)、N06(蒙0208)和N07(蒙0530)無顯著差異。

表3 不同甜蕎麥品種(系)的產量構成因素Table 3 Yield characteristics of different common buckwheat varieties (lines)

2.3 不同甜蕎麥品種(系)的產量

不同甜蕎麥品種(系)2014—2016年產量結果見表4。可見，2014年，N09(蕎雜-1)產量高達1 836 kg·hm-2，顯著高于N06(蒙0208)和N12(右玉甜蕎)；N06(蒙0208)產量僅為1 290.33 kg·hm-2，但與其他6個品種無顯著差異。2015年和2016年，12個品種間的產量無顯著差異。N09(蕎雜1)的三年平均產量為1 452.37 kg·hm-2，比對照增產26.71%，居供試甜蕎麥品種之首，盡管差異沒有統計學意義；N05(通蕎1號)產量為 1 389.67 kg·hm-2，比對照增產21.24%，居第2位，但差異不顯著。據多年試驗也表明，蕎雜-1、通蕎1號、信農1號等甜蕎品種具有較好的豐產性。

表4 不同甜蕎麥品種(系)的產量Table 4 Yields of different common buckwheat varieties (lines)

供試甜蕎麥品種(系)的高穩系數，除N07(蒙0530)外，均高于對照右玉甜蕎，說明這些品種均為高產品種。變異系數反映的是品種的靜態穩定性，即品種的表現不隨環境的變化而變化。綜甜蕎2號、通蕎1號產量變異系數分別為24.01%、26.44%，小于對照右玉甜蕎，說明綜甜蕎2號和通蕎1號產量的變化幅度較對照小，靜態穩定性較好。

2.4 甜蕎麥品種(系)農藝性狀的相關性分析

對不同甜蕎麥品種(系)主要農藝性狀進行相關分析，結果(表5)表明，主莖節數與株高、一級分枝數間均存在極顯著正相關關系，相關系數分別為0.795和0.750；主莖節數與千粒重間呈極顯著負相關，相關系數為-0.711；單株粒數和單株粒重間相關系數為0.914，達到極顯著正相關關系。

表5 不同農藝性狀的相關系數Table 5 Correlation coefficient of different agronomic traits

2.5 甜蕎麥品種(系)農藝性狀的主成分分析

為了評價品種的綜合表現，對12個甜蕎麥品種(系)的生育期、株高、主莖節數、一級分枝數、單株粒重、單株粒數、千粒重、產量8個主要農藝性狀進行主成分分析。對標準化處理后的數據進行KMO檢驗，KMO值為0.544，大于0.5，Bartlett球形度檢驗，Sig.=0.000，小于0.05，說明性狀間存在相關關系，可用于主成分分析。遵循主成分分析累計貢獻率大于等于85%的原則[18-19]，選擇前3個主成分因子進行分析，其特征根累計貢獻率為85.947%(表6)。第一主成分特征值為3.292，貢獻率是41.156%。特征向量中主莖節數、一級分枝數、株高等指標有較高的載荷，其特征向量所表達的生物學信息主要和植株相關。因此，稱第一主成分為植株構成因子。特征向量間的關系說明，株高越高，其主莖節數和一級分枝數就越多。第二主成分特征值為2.495，貢獻率為31.182%。特征向量中單株粒重、單株粒數等指標有較高的載荷，其特征向量所表達的生物學信息主要和籽粒數量相關，可稱第2主成分為籽粒數量構成因子。第三主成分特征值為1.089，貢獻率為 13.610%，性狀特征值中生育期有較高的負載荷，故稱第三主成分為生育期因子。

表6 主成分分析的特征向量和貢獻率Table 6 Feature vector and contribution rate of principal component analysis

以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總特征值之和的比例作權重，得到各供試品種的綜合得分(表7)。可見，N12(右玉甜蕎)、N07(蒙0530)和N01(寧蕎1號)這3個品種(系)的綜合得分位列前3位，表明這3個甜蕎品種(系)在所測量的8個性狀中綜合表現良好。

表7 不同甜蕎麥品種(系)性狀的主成分得分及綜合得分Table 7 Principal component score and composite score for the traits of different common buckwheat varieties (lines)

2.6 甜蕎麥品種(系)農藝性狀聚類分析

以供試材料的主成分和貢獻率權重乘積之和的綜合值進行聚類分析，繪制樹狀聚類圖(圖1)。可見，12份甜蕎麥品種(系)被劃分為2類。第Ⅰ類包括7個品種，平均生育期為111.7 d，平均株高為90.80 cm，平均主莖節數和一級分枝數分別為15.64和3.89個，平均單株粒重和單株粒數分別為3.42 g 和157.08個，平均千粒重為25.76 g；第Ⅱ類包括5個品種，平均生育期為111.4 d，平均株高為86.58 cm，平均主莖節數和一級分枝數分別為14.84和3.73個，平均單株粒重和單株粒數分別為2.88 g 和129.87個，平均千粒重為28.43 g。由此可見，第Ⅰ類甜蕎麥品種(系)的株高相對較高，主莖節數和一級分枝數較多，籽粒重、單株粒數多，優于第Ⅱ類。

圖1 12個甜蕎麥品種(系)的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 12 common buckwheat varieties (lines)

3 討論

本研究供試甜蕎麥品種(系)來源于我國多個省份，不同地理來源及生態環境決定了其具有豐富的多樣性。12個甜蕎品種(系)在晉北地區均能成熟，生育期、單株粒重、單株粒數和產量間沒有顯著差異；株高、主莖節數、一級分枝數、千粒重差異達到顯著水平。參試品種表型性狀間的相關性分析表明，主莖節數與株高、一級分枝數間呈極顯著正相關；主莖節數與千粒重間呈極顯著負相關；單株粒數和單株粒重間呈極顯著正相關。

主成分分析采取降維的方法，利用幾個綜合因子代表原來眾多的變量，使這些綜合因子盡可能地反映原來所有變量的信息量[20]。這幾個主成分可以提供原性狀85%以上的信息，并且是綜合的、相對獨立的指標體系，數值直觀，容易分析。目前，主成分分析法已經廣泛應用于多種作物資源評價中，既能把握其綜合性狀表現，又能簡化選擇程序。本研究利用主成分分析法將12份苦蕎材料的8個生物學性狀指標轉化為3個綜合指標，累計貢獻率達85.947%，對產量貢獻的順序為：植株構成因子>籽粒數量構成因子>生育期因子。產量構成主要集中在第一和第二成分上，包括株高、主莖節數、一級分枝數、單株粒重和單株粒數。生育期是評價品種適應性的一個重要指標[15]，這個性狀主要體現在第三主成分。因此，在選擇甜蕎麥品種時應選擇植株高大、籽粒飽滿、生育期適合的品種。在主成分分析的結果上進行聚類分析，將12份甜蕎麥品種(系)劃分為2類。第Ⅰ類材料株高相對較高，主莖節數和一級分枝數較多，籽粒質量重，優于第Ⅱ類。育種選擇親本應從第Ⅰ類材料中篩選。

本研究綜合主成分分析和基于主成分的聚類分析，篩選出3份在晉北地區綜合性狀表現良好的甜蕎麥品種，分別是右玉甜蕎、蒙0530和寧蕎1號。今后在甜蕎麥遺傳育種、利用中可作為優異基因資源重點研究，也可為當地甜蕎麥育種提供數據參考。蕎麥種質資源的表型性狀豐富多樣，外部表型的變異受環境因子影響較大，本研究結果基于8個表型性狀，有限的表型性狀還不足以完全評價甜蕎種質資源在當地的適應性，還需更多的性狀調查進行進一步研究。