鮮食與綠肥兼用型蠶豆表型綜合評價選擇

杜成章 龍玨臣 黃祥 劉偉 肖若余 王學軍 李真熠 張繼君

摘 要 鮮食與綠肥兼用型蠶豆是隨著農業產業結構調整及農業供給側改革發展出現的蠶豆產業新類型，尤其適合我國南方地區發展。運用層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）確定了7個鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關表型，對86個蠶豆品種、品系進行綜合評價，將之分為5個等級，最終選擇出綜合性狀優良，能同時兼顧鮮食和綠肥功能的特等級品種（系）2個，優等級品種（系）13個。本研究構建的綜合評價體系，可為鮮食與綠肥兼用型蠶豆育種選擇提供科學決策依據。

關鍵詞 蠶豆;鮮食與綠肥兼用型;品種選育;表型選擇

中圖分類號：S643.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.31.001

目前蠶豆（Vicia faba L.）在中國種植面積約86.7×104 hm2，干籽粒年產量約180×104 t，其中鮮食蠶豆面積約66.7×104 hm2，鮮籽粒年產量約600×104 t[1]。傳統蠶豆按功能可分為糧食、蔬菜、飼草、綠肥四類[2]。綠肥蠶豆歷史悠久，但隨著鮮食蠶豆出現，其綠肥作用逐漸被淡化[3]。鮮食與綠肥兼用型蠶豆是隨著農業產業結構調整及農業供給側改革發展出現的蠶豆產業新類型，尤其適合我國南方地區發展，其優越性如下：1）蠶豆是冷季作物，不與熱季作物爭地[4];2）蠶豆能為后茬作物提供綠肥，使土地達到用養結合的效果;3）能收獲產量可觀的鮮豆莢，提升生產者收益[5]。有研究表明，蠶豆根瘤固氮量為150～350 kg·hm-2 [6]，平均固氮量是大豆的2倍[7]，且高于多種豆科植物[8]。蠶豆根部的復合生態系統還能提升土壤K、P的有效性，減少土壤污染[9];另外，蠶豆鮮稈的N、K含量都超過了“牧草之王”紫花苜蓿，更遠超紫云英[10]。因此，開展鮮食與綠肥兼用型蠶豆育種對于促進農業可持續發展具有重要意義。但鮮食與綠肥兼用型蠶豆屬新事物，目前尚未建立起相關評價體系。AHP分析法是一種用于研究多因素問題系統化、層次化的科學分析方法[11]，可將定量與定性因素結合，客觀而有效反映各因素的影響效果，在植物功能評價領域被廣泛應用[12]。本文以86個蠶豆品種和品系為研究對象，以蠶豆赤斑病抗性、鮮莢產量、去除莢果后地上部分鮮稈生物量、鮮籽粒百粒重、單莢粒數、鮮莢長、出苗至鮮莢采收時間和鮮莢出籽率8個表型為評價因子，利用層次分析法建立綜合評價體系，以期能為鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種選育提供科學依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗材料

供試83個蠶豆品種（系）由重慶市農業科學院提供，以川渝地區常見品種成胡10號（CK1）、飼草蠶豆新品系渝飼1號（CK2）及鮮食蠶豆品種通蠶鮮8號（CK3）為對照。

1.2 ?試驗設計

隨機區組設計，3次重復，小區面積17.5 m2，2020年10月底播種，株行距70 cm×15 cm。于鮮莢采收期觀測表型數據，每小區隨機取10株觀測，取平均值。

1.3 ?表型選擇

參考蠶豆種質資源描述規范和數據標準[13]，經征詢市場需求調研及專家意見，最終確定百粒重、生育期、鮮莢長、鮮莢產量、出籽率、赤斑病抗性、鮮稈生物量7個表型為評價因子。

1.4 ?觀測標準與方法

百粒重：鮮莢采收期100粒飽滿鮮籽粒的重量（g）。

生育期：出苗至鮮莢采收時間（d）。

鮮莢長：鮮莢采收期莢果長度（cm）。

鮮莢產量：鮮莢采收期單位面積上的蠶豆鮮莢總產量（kg·hm-2）。

出籽率：鮮莢采收期鮮籽粒產量與鮮莢產量之比（%）。

赤斑病抗性：鮮莢采收期植株對蠶豆赤斑病的抗性水平，分為高抗（HR）、抗（R）、中抗（MR）、感（S）、高感（HS）。

鮮稈生物量：鮮莢采收期單位面積上的去除莢果后地上部分鮮稈生物量（kg·hm-2）。

1.5 ?統計與評價

1.5.1 ?鮮食與綠肥兼用型蠶豆品系綜合評價結構模型的建立

參考市場需求和專家意見，將鮮食與綠肥兼用型蠶豆的評價指標分為抗逆性（C1）、鮮食產量表型（C2）、綠肥產量表型（C3）和外觀品質表型（C4）4個約束層。根據各評價因子間的相互關系，構建了鮮食與綠肥兼用蠶豆品系綜合評價層次結構（見表1），包括目標層（T）、約束層（C）、標準層（P）。運用SPSSAU軟件對各表型觀測數據進行整理和統計，參考鄧雪[14]的方法計算各評價因子權重值;采用層次分析法構建鮮食與綠肥兼用蠶豆品系綜合評價體系，并對參試品系進行等級劃分。

1.5.2 ?判斷矩陣及一致性檢驗

根據各評價因子對蠶豆鮮食與綠肥兼用性能貢獻度，采用1-9比率標度法[15]，逐項對任意2個評價指標進行重要程度對比，構造出T-C、C-P矩陣。一致性檢驗結果表明，隨機一致性比率CR值均小于0.1（見表2），表明構建的判斷矩陣符合數學理論要求，各評價因子相互關系合理，具有滿意的一致性。

2 ?結果與分析

2.1 ?評分標準的制訂

以2009—2021年在重慶市農業科學院和青海大學創制的各類鮮食與綠肥兼用型蠶豆遺傳群體和本研究的蠶豆品系表型觀測結果，以及專家意見為依據，為了便于明顯區別鮮食與綠肥兼用性能好與差的品種，制訂此評分標準（見表3），并按標準對各品系觀測結果進行分值轉換（見表4）。

2.2 ?鮮食與綠肥兼用型蠶豆各評價指標的權重確定

根據表2判斷矩陣及一致性檢驗，計算得到各影響因子（Pi）相對于總目標層（T）的最終權重（見表5），結果表明百粒重對蠶豆鮮食與綠肥兼用性能影響最大，權重為25.04%，其次為鮮莢產量，權重為18.74%;生育期第3，權重為16.69%;出籽率第4，權重為14.62%;接下來依次為蠶豆赤斑病抗性（9.22%）、鮮莢長（8.31%）、鮮稈生物量（7.38%）。其中，百粒重、生育期、鮮莢產量3個評價指標占總排序權重值的60.48%，說明這3個指標是品系篩選決定性因素，符合鮮食與綠肥兼用型蠶豆新品種選育目標。

2.3 ?鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）的綜合評價

將表4各品種（系）各表型分值與表5相對于目標層權重值的乘積相加后得出各品系綜合得分（見表6）。將得分<4的記為1級（差），得分在4～4.999的記為3級（中），得分在5～5.999的記為5級（良），得分在6～6.999的記為7級（優），得分≥7的記為9級（特）。結果表明，特等級品種（系）有2個，占品種（系）總數的2.33%，表現為大粒、生育期較短、鮮莢產量高、鮮莢長適中、蠶豆赤斑病抗性較好、鮮稈生物量較大，能很好地兼顧鮮食性和綠肥性;其中，CDPX-16評分最高，為7.857，鮮籽粒百粒重467.3 g，生育期162 d，鮮莢長19.5 cm，出籽率42.9%，中抗蠶豆赤斑病，鮮莢產量23 840 kg·hm-2，鮮稈產量44 619 kg·hm-2;渝蠶5號評分第二高，為7.420，鮮籽粒百粒重452.5 g，生育期160 d，鮮莢長17.5 cm，出籽率35.7%，中抗蠶豆赤斑病，鮮莢產量19 881 kg·hm-2，鮮稈產量42 356 kg·hm-2。優等級品種（系）有13個，占15.12%，表現為蠶豆赤斑病抗性較好、生育期較短、鮮莢產量較高、鮮稈生物量較高，但鮮莢長、百粒重、出籽率中有至少有1項評分明顯偏低。良等級品種（系）有32個，占37.21%，表現為生育期較短，但鮮莢產量、鮮稈生物量，鮮莢長、百粒重、出籽率、蠶豆赤斑病抗性中至少有2項評分極低或有3項評分明顯偏低。中等級品種（系）有22個，占25.58%，表現為生育期較短，但鮮莢產量、鮮稈生物量、鮮莢長、百粒重、出籽率、蠶豆赤斑病抗性中至少有2項評分極低，同時有2項評分明顯偏低。本次觀測結果，生產常用品種成胡10號（CK1）的鮮莢和綠肥產能都較小，蠶豆赤斑病抗性亦較差，其評價結果為差，說明該品種既不適合用作鮮食也不適合用作綠肥;飼草蠶豆新品系渝飼1號（CK2）雖具有最高的鮮稈生物量（70 833 kg·hm-2），但百粒重、鮮莢長和鮮莢產量小，生育期長，其評價結果為差，說明飼草專用品種適合用作綠肥，但不適合用作鮮食;鮮食專用蠶豆品種通蠶鮮8號（CK3）具有較大的百粒重、鮮莢產量和鮮稈生物量，具備較好的鮮莢長和蠶豆赤斑病抗性，還具備較短的生育期，但出籽率相對較小，其評價結果為良，這說明鮮食專用品種相對于生產常用品種和飼草專用品種來說，能較好地兼顧鮮食與綠肥功能。

3 ?討論

本研究運用層次分析法確定了7個鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關表型，明確了品種（系）篩選決定性因素，其中百粒重權重最大，其次為生育期、鮮莢產量和出籽率;將83個鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）和3個對照品種分為5個等級，最終選出綜合性狀優良，能很好地兼顧鮮食和綠肥功能的蠶豆新品種（系）2個，較好地兼顧鮮食和綠肥功能的蠶豆新品種（系）13個。這說明本文構建的綜合評價體系能對鮮食與綠肥兼用型蠶豆新品種（系）進行有效選擇，可為育種家選種決策提供科學依據。

除了本研究確定的7個鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關表型外，還有鮮莢光澤度、種皮顏色、子葉顏色、鮮籽粒感官品質、莖葉比、秸稈營養素與功能性物質含量等相關表型因子影響著育種家對品種的選擇，但這些表型與本研究確定的7個表型相比，重要程度相對較低，因此為了降低干擾，本研究排除了這些因子，但在目標品種確定后仍需對這些表型開展進一步的觀測，以篩選出更優良或有特殊用途的新品種。

本研究對鮮莢長為17.0～20.0 cm給予最高評分，鮮莢過長或過短評分則相對較低，其依據是：若蠶豆鮮莢過長，出籽率會降低，且運輸中鮮莢易受損;若蠶豆鮮莢過短，則粒小且外觀品質不佳，較難銷售。筆者在進行市場調研中發現，鮮莢長度在17.0～20.0 cm的蠶豆最受市場歡迎，因此將這個數值區間作為最高評分標準。

本研究將蠶豆赤斑病抗性水平作為評價因子之一，原因是赤斑病的發生與流行嚴重制約筆者所處地區蠶豆產業發展。一旦蠶豆發生中度以上的赤斑病，其葉片就會呈焦糊狀態，嚴重影響生長發育，進而導致產能大幅度降低。因此提高赤斑病抗性水平一直是筆者所在地區最重要的蠶豆育種目標之一[16]。其他地區開展鮮食與綠肥兼用蠶豆育種工作，可根據當地實際情況適當選擇和調整病蟲害抗性水平的重要級別。本研究赤斑病抗性權重值計算結果為9.22%，其優先級別高于鮮稈生物量，這保證了在本研究條件下選擇出的2個鮮食與綠肥兼用型蠶豆優良品系具有較好的赤斑病抗性水平。

參考文獻：

[1] 劉玉皎，張紅巖，郭興蓮，等.基于“一優兩高”戰略的蠶豆產業認知與產業發展[J].青海科技，2020，27（6）：18-21.

[2] Erik S.Jensen，Mark B.Peoples，Henrik Hauggaard-Nielsen. Faba bean in cropping systems[J]. Field Crops Research，2009，115（3）：203-216.

[3] 張欽，陳正剛，崔宏浩，等.蠶豆青秸翻壓對玉米產量與土壤養分利用的影響[J].西南農業學報，2015，28（2）：632-636.

[4] 杜成章，李艷花，孟鴻菊，等.重慶蠶豆產業可持續發展的思考[J].安徽農業科學，2015，43（6）：337-338.

[5] Diego Rubiales. ?Faba beans in sustainable agriculture[J]. ?Field Crops Research，2009，115（3）：201-202.

[6] Rochester Ij，Peoples Mb，Hulugalle Nr，et al. ?Using legumes to enhance nitrogen fertility and improve soil condition in cotton cropping systems[J]. Field Crops Research，2001，70（1）：27-41.

[7] 任瑞玉，楊曉明.甘肅省蠶豆生產現狀與發展途徑[J].甘肅農業科技，2005（3）：6-8.

[8] FAGERIA NK. Green manuring in crop production[J]. J Plant Nutr，2007，30（5）：691-719.

[9] 李子雙，廉曉娟，王薇，等.我國綠肥的研究進展[J].草業科學，2013，30（7）：1135-1140.

[10] 李愛萍，鄭開斌，林碧英，等.蠶豆提高土壤肥力及土壤效力研究[J].農業與技術，2007（2）：61-63.

[11] SAATY T L. How to make a decision：the analytic hierarchy process[J]. s.n.，1990，48（1）：9-26.

[12] Liping Rong，Jiajun Lei，Chong Wang. Collection and evaluation of the genus lilium resources in northeast china[J]. Genet Resour Crop Evol，2011，58（1）：115-123.

[13] 宗緒曉.蠶豆種質資源描述規范和數據標準[M].北京：中國農業出版社，2006.

[14] 鄧雪，李家銘，曾浩健，等.層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J].數學的實踐與認識，2012，42（7）：93-100.

[15] 張晨光，吳澤寧.層次分析法（AHP）比例標度的分析與改進[J].鄭州工業大學學報，2000，21（2）：85-87.

[16] 杜成章，龍玨臣，龔萬灼，等.蠶豆赤斑病抗性的主基因+多基因遺傳分析[J].植物保護，2019，45（6）：131-137.

（責任編輯：丁志祥）

收稿日期：2021-07-08

基金項目：重慶市科技局項目“基于低空無人機光譜視覺平臺的蠶豆赤斑病耐受性精準高效評估技術研究”（cstc2020jcyj-msxmX0508）;“重慶市特色雜糧創新示范團隊”（CQYC201903216）;國家食用豆產業技術體系（CARS-08）;重慶市永川區科技局項目“鮮食、綠肥兩用蠶豆品種選育及應用”（Ycstc，2019cc0101）。

作者簡介：杜成章（1983—），男，吉林公主嶺人，碩士，研究員，主要從事豆類遺傳育種研究。E-mail：10695299@qq.com。

為通信作者，E-mail：294143881@qq.com。