興安盟地區(qū)不同蕎麥品種生態(tài)適應性研究及主成分分析

李烏日吉木斯，高欣梅，烏日力格，王靖宇，福英，王英杰，郭龍玉，張明偉，王瑩

(興安盟農(nóng)牧科學研究所，內蒙古 烏蘭浩特 137400)

蕎麥屬于蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyrum)，是短季草本雙子葉植物[1]，適于在冷涼氣候下生長。植物分類學上，將蕎麥分為甜蕎(F.esculentumMoench)和苦蕎[F.tataricum(L.) Gaertn.]2個種[2]。甜蕎果實三菱形，較大，表面比較光滑；苦蕎果實較小，呈錐形卵狀，表面粗糙，上部銳利，下部鈍圓[3]。蕎麥是一種重要的糧食作物和經(jīng)濟作物，分布廣泛，種植歷史悠久，具備較高的營養(yǎng)價值和藥用價值[4]。蕎麥富含黃酮類化合物等功能性成分，且“三降”(降血壓、降血脂、降血糖)功效明顯[5-6]。由于蕎麥種植投入少，且集營養(yǎng)、保健等功用于一身，同時又是飼用蜜源植物，因此被譽為“雜糧之王”[7-9]。而且因蕎麥可以補救突發(fā)的自然災害損失，也是偏遠地區(qū)的重要經(jīng)濟作物。國內外蕎麥產(chǎn)業(yè)一直存在生產(chǎn)條件差、管理粗放和改良手段落后等問題，且其育種技術也相對落后[10]。但隨著人們對蕎麥產(chǎn)業(yè)的重視，生產(chǎn)條件逐漸提高，一系列適合機械化栽培、營養(yǎng)成分含量高、食用品質好的蕎麥品種陸續(xù)被開發(fā)出來[11]。

近年來，興安盟糧食連年增產(chǎn)，主要農(nóng)產(chǎn)品供求關系明顯改善，但結構性矛盾比較突出，玉米階段性供大于求，大豆供求缺口逐年擴大，油料、糖料等作物受資源約束和國際市場沖擊，農(nóng)民種植的積極性不高，生產(chǎn)出現(xiàn)下滑。與此同時，消費結構升級的要求越來越高，消費者對農(nóng)產(chǎn)品的需求由吃得飽轉向吃得好、吃得安全、吃得健康，優(yōu)質、特色、綠色安全的農(nóng)產(chǎn)品供不應求。需求側的升級也照見了農(nóng)業(yè)供給側轉型升級的緊迫性[12]。蕎麥作為優(yōu)質特色的雜糧作物，本地優(yōu)良品種較少，因此急需引進品種資源并進行適應性鑒定，以篩選出適合在興安盟地區(qū)示范推廣的品種，滿足廣大群眾的需求。

本研究以25份蕎麥種質資源為材料，對不同品種的生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀等進行比較分析，并采用主成分分析方法對農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟性狀進行評價，對其與產(chǎn)量的相關性進行分析，旨在篩選出籽粒產(chǎn)量高、適應性強的優(yōu)良蕎麥材料，并為興安盟地區(qū)選育高產(chǎn)高效蕎麥品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概述

本試驗在興安盟農(nóng)牧科學研究所羊場子試驗基地進行。該地位于烏蘭浩特市義勒力特鎮(zhèn)羊場子嘎查(46°10′ N，121°56′ E)，海拔299 m，2019—2021年的年平均溫度4.1 ℃左右，降水量416.7 mm左右，日照3 901 h左右，終霜期4月30日左右，初霜期10月2日左右，無霜期154 d。試驗地地勢平坦，地力均勻，肥力中等，有灌溉條件，土壤類型為暗栗鈣土，土質為壤土。

1.2 試驗材料

參試蕎麥品種共25個，品種代號和來源見表1，其中18個品種為甜蕎，7個品種為苦蕎。

1.3 試驗設計及數(shù)據(jù)采集

試驗為2019—2021年開展的田間小區(qū)試驗。試驗小區(qū)采用順序排列，3行區(qū)，行長3 m，行距45 cm，株距3～5 cm，3次重復，設置對照品種和保護區(qū)。

播種后定期記載生育時期直至收獲。成熟期，每小區(qū)選取10株代表性蕎麥植株，考察株高、主莖節(jié)數(shù)、一級分枝數(shù)、單株粒質量、單株粒數(shù)、千粒質量等性狀，取平均值；按小區(qū)收獲，將籽粒風干后測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013和Spss22.0進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 蕎麥生育期

由表2可知，2021年，25份參試蕎麥品種的生育期變幅為82～96 d。其中，生育期為81～ 90 d的中熟品種7個，生育期為91～100 d的中晚熟品種18個，無早熟品種(生育期≤80 d)；2019和2020年的結果與2021年相似。

表1 試驗所用品種信息

表2 2021年不同蕎麥品種的生育期

2.2 不同品種蕎麥主要農(nóng)藝性狀比較

由表3可知，各蕎麥品種的平均葉片長為3.6～8.0 cm，12-28最長，湖南5-2最短；平均葉片寬為4.8～8.0 cm，信農(nóng)1號最寬，海源苦蕎最窄；平均每株花序數(shù)為6.9～22.8，赤苦蕎1號和湖南5-2等苦蕎的每株花序數(shù)顯著高于其他品種；平均葉片數(shù)為47.1～133.1，赤苦蕎1號和西蕎1號的葉片數(shù)顯著高于其他品種；赤苦蕎1號主莖分枝數(shù)最多，顯著高于其他品種；各品種平均葉柄長為2.9～6.2 cm。綜合整個生育期各性狀表現(xiàn)，甜蕎品種中的信農(nóng)1號和苦蕎品種中的赤苦蕎1號形態(tài)指標較好。2個品種均為抗倒伏，葉色全為綠色，但信農(nóng)1號的主莖和葉緣色為紅色，赤苦蕎1號則為綠色。

表3 不同蕎麥品種的主要農(nóng)藝性狀

2.3 不同品種蕎麥株高、分枝及產(chǎn)量構成比較

25個參試品種(系)的株高、分枝及產(chǎn)量構成性狀如表4。各品種(系)的產(chǎn)量變幅為1 286～2 167 kg/hm2，赤苦蕎1號產(chǎn)量最高，其次為湖南5-2；株高變幅為103.6～156.3 cm，信農(nóng)1號株高顯著高于其它品種；主莖節(jié)數(shù)變幅為15.1～21.6，西蕎1號最高，農(nóng)家品種最低；主莖分枝數(shù)變幅為3.3～6.6，赤苦蕎1號主莖分枝數(shù)最高；單株粒質量變幅為 3.6～11.0 g，品種12-28最高；千粒質量變幅為9.1～18.6 g，蕎雜1號最；容重變幅為617～690 g/L，湖南5-2最高。

2.4 蕎麥數(shù)量性狀相關性和主成分分析

相關性分析(表5)表明，株高和主莖粗的相關系數(shù)為0.534 8，達到顯著水平(P<0.05)；株高和千粒質量的相關系數(shù)為0.708 9，達到極顯著水平(P<0.01)。按照主成分分析累計貢獻率≥85%的原則，選擇前4個主成分因子進行分析，得到的特征根累計貢獻率為92.56%(表6)。

第一主成分特征值為3.761 6，貢獻率43.28%。特征值中產(chǎn)量、單株粒質量、主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝數(shù)有較高的載荷，稱第一主成分為產(chǎn)量因素構成因子。株高、千粒質量和主莖粗的特征值為負，其載荷較小。說明在蕎麥高產(chǎn)育種中，主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝數(shù)越多越好，單株粒質量適中較好。

第二主成分特征值為1.418 6，貢獻率為17.05%。第二主成分為籽粒質量構成因子，特征值中貢獻大的是容重和產(chǎn)量。主莖分枝數(shù)和單株粒質量的特征值為負，說明單株粒質量要適中，且單株粒數(shù)制約千粒質量，而千粒質量是影響產(chǎn)量的直接因素，因此在蕎麥育種時要適度把握。

第三主成分特征值為1.284 2，貢獻率為16.73%。因為特征值中主莖節(jié)數(shù)有較高的載荷，第三主成分為植株主莖構成因子。由各載荷數(shù)值可以看出，植株的主莖節(jié)數(shù)是影響產(chǎn)量的重要因素，但若植株主莖節(jié)數(shù)過多，會直接影響分枝數(shù)等，反而會影響產(chǎn)量。所以，第三主成分值適中為好。

根據(jù)各參試品種主成分分量及綜合得分高低(表7)，在興安盟地區(qū)綜合性狀表現(xiàn)良好的甜蕎和苦蕎品種分別為信農(nóng)1號(XNTQ-14011)和赤苦蕎1號(XNKQ-14002)。

表4 不同品種(系)產(chǎn)量構成

表5 參試品種各性狀的相關性分析

表6 參試品種各性狀的主成分分析

表7 主成分分析因子分值

3 討論

內蒙古興安盟地區(qū)屬于半農(nóng)半牧種植業(yè)區(qū)，為黑土地，土層較厚，無霜期150 d左右，初霜期比較早，降霜后蕎麥容易落粒，有的品種無法正常成熟，所以降霜是該區(qū)發(fā)展種植業(yè)的限制因素，因此需要選育適宜該地區(qū)的早熟品種。本次試驗中的品種均為中熟或者中晚熟，無早熟品種，以后還需加強早熟品種的選育和引種。

主成分分析方法既能把握綜合性狀表現(xiàn)，又能簡化選擇程序，且具有科學性，常被用于農(nóng)作物農(nóng)藝性狀的評價和篩選[13-16]。本研究利用主成分分析法將25份蕎麥材料的8個農(nóng)藝性狀轉化為4個主成分因子，累計貢獻率達92.56%。產(chǎn)量構成主要集中在單株粒質量、單株粒數(shù)和千粒質量等第一和第二主成分上。因此，在篩選適宜當?shù)氐氖w麥品種時應注重第一、二主成分的綜合選擇。

對蕎麥產(chǎn)量與生育期、農(nóng)藝性狀的相關分析和主成分分析表明，千粒質量和主莖粗與植株高度呈正相關，說明在品種選擇上可以注重品種的株高和主莖粗，在栽培技術方面，適時早播、施足基肥、及時追施提苗肥促進主莖分枝的生長，盛花期追施磷鉀肥促進籽粒的形成，成熟后及時收割防止落粒可以提高產(chǎn)量。

本研究僅對引進的25份蕎麥品種的8個主要性狀進行了綜合觀察分析，未能全面鑒定蕎麥各品種的性狀表現(xiàn)。因此在主成分分析的結果上進行了聚類分析，以為蕎麥育種提供更科學的依據(jù)。結果顯示，主成分分析中第一主成分貢獻率達43.28%，說明在興安盟地區(qū)蕎麥篩選中，主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝數(shù)和產(chǎn)量應該越大越好。

4 結論

本研究對引進的25份蕎麥品種的生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀等進行了比較，根據(jù)各參試品種主成分分值及綜合得分，甜蕎品種信農(nóng)1號和苦蕎品種赤苦蕎1號綜合表現(xiàn)較好，可在興安盟地區(qū)推廣種植。