烤烟高钾新品系主要性状的优势分析及灰色关联分析

吴成林，钟 军，潘 著，戴林建

(湖南农业大学农学院，长沙410128)

品种是烟叶产质量的遗传基础，优良的品种是烟叶生产的重要条件，是获得优质烟叶的内在因素。杂种优势的利用已成为提高作物产量和品质的一条重要途径［1］。目前杂种优势在小麦、玉米、水稻等主要粮食作物上应用广泛，在烟草上杂种优势的利用虽然起步较早，但由于其特殊性，发展相对缓慢［2］。目前对烤烟杂种优势的研究多集中在成熟期的农艺性状和烤后烟叶产量、质量等方面，而对生长过程中农艺性状杂种优势的动态变化等的研究尚少［4，5］。研究烤烟杂种优势在不同时期的变化规律，对植物杂种优势机理的研究有一定参考意义，也能为改进烤烟大田管理措施，突出烤烟杂种优势提供一定参考。

灰色关联分析是描述系统发展过程中因素间相对变化的情况，也就是变化大小、方向及速度等指标的相对性，是对于一个系统发展变化态势的定量描述和比较［6］。本文以高钾烤烟新品系为材料，分析高钾品种与普通品种的杂交优势，并运用灰色关联分析法对烤烟钾含量与主要性状的关系进行分析与评价，以为高钾品种的利用提供科学依据。

1 材料

父本:GK5，系戴林建等利用花粉管通道法将空心莲子草等高钾作物的DNA导入K326烟草获得的高钾烤烟新品系［7］，其遗传稳定，吸钾能力显著高于受体。表现农艺性状稳定，质量优于K326，钾含量高于普通烤烟品种，产量适中，但抗病性较低。

母本:中烟86，表现农艺性状稳定，高抗黑胫病，较耐花叶病。

对照品种:K326。

2 试验设计及方法

2.1 试验设计

试验在中国烟草中南农业试验站湖南农业大学基地进行。于2009年以中烟86为母本，以高钾新品系GK5为父本，杂交得F1，选健株收种。2010年12月播种F2，漂浮育苗，2010年3月27日移栽。田间设计为母本、父本、F1和对照各3个小区，F25个小区，F1取30单株，F2取150单株进行试验，株行距60 cm×120 cm，每小区3行 ×10株。烟地为烟—稻轮作田，土壤肥力中等，田间管理按当地优质烤烟栽培技术实施，以小区为单位采用三段式烘烤工艺挂牌烘烤。

考查组合及亲本的农艺性状、田间感病率，测定各时期的钾含量，分析调制后烟叶常规化学成分指标，并与亲本对比分析。

2.2 试验方法

2.2.1 主要生育期记载

调查播种期、出苗期、移栽期、团棵期、现蕾期、开花期、脚叶成熟期、顶叶成熟期、大田生育期等。按烟草行业标准(Yc/TI42－1998)要求进行。

2.2.2 田间自然发病情况调查

在全生育期内，按病害发生的不同时期分别调查青枯病、普通花叶病、黑胫病、气候斑病、青枯病等病害。按烟草行业标准(Yc/TI42－1998)要求进行。

2.2.3 农艺性状考察

从移栽开始，每周测量1次，共测量10次。每次测量每小区均随机选5株长势基本一致的烟株，考查亲本、对照及F1株高、叶数、叶长、叶宽、节距及茎围6个常用农艺指标［8］。

2.2.4 常规化学成分分析

选取中部桔黄3级原烟(C3F)，按文献［9］所述方法测定其总糖、还原糖、总氮、烟碱和氯含量。

2.2.5 钾含量测定

调制完成后，分别选取10～11叶位成熟鲜烟叶和中部桔黄3级原烟(C3F)，去掉主脉及一级支脉，65℃恒温烘干，粉碎，60目筛过筛，0.5 mol/L盐酸提取，利用火焰光度计测定钾含量，3次重复［9］。

2.3 优势分析方法

基于以上测量结果，求出各时期、各性状的平均值。杂种优势及对照优势按如下公式计算:

式中:F1为杂种F1性状表现值均值，MP为双亲性状表现值平均值，CK为对照品种(本试验以K326为对照品种)的性状表现值平均值［10］。

2.4 数据统计与分析

利用灰色系统理论中的灰色关联分析方法对参试烤烟品种有关的农艺性状、抗病性和品质(内在化学成分)等进行多性状的综合评判，并对其进行关联系数和关联度分析［11］。

设钾含量为参考数列(母序列)X0，其它为比较数列(子序列)Xi，由公式(1)计算钾含量与其它评价指标间的灰色关联系数:

式中:Loi(k)为在时刻t=k时母序列X0与子序列Xi的关联系数;voi(k)表示k时刻两比较序列的绝对差，即voi(k)=|x0(k)－xi(k)|(1≤i≤m);vmax与vmin分别表示所有比较序列各个时刻绝对差中的最大值与最小值。通常比较序列相交，一般取vmin=0;Q为分辨系数，其意义是尽量避免最大绝对差值太大引起的失真，提高关联系数之间的差异显著性，Q一般可取0.1～0.5。综合各点的关联系数，由公式(2)求出子序列与母序列的关联度roi:

按照灰色关联分析原则，灰色关联系数大的数列与参考数列的关系最为密切，灰色关联系数小的数列与参考数列的关系为疏远，以此建立关联序。

所有试验数据采用DPS数据处理系统进行处理和分析［12，13］。

3 结果与分析

3.1 主要性状表现

3.1.1 生育期表现

从表1可以看出，各品种的出苗期基本一致，从播种到出苗时间为31 d。在大田生长过程中，各品种从移栽到团棵时间为25～29 d，中烟86比GK5晚4 d达到团棵期，GK5最早达到现蕾期，比中烟86早5 d，F1与K326 接近。GK5、F1、K326 进入成熟期的时间相同。各品种的大田生育期为114～122 d，GK5最短，为114 d，中烟86最长，为122 d，F1与 F2均比对照K326短1～2 d。

表1 各品种的主要生育期

3.1.2 自然发病情况调查

田间自然发病情况调查结果表明，不同品种田间不同病害的抗性表现存在明显差异，普通花叶病、青枯病参试品种的发病率为100%，其中中烟86表现出较强的抗性，其发病株率仅为10%，抗性最差的是GK5和GK5×中烟86品种，发病株率达到63.33%和30.00%(表2)。

表2 各品种的自然发病率

3.1.3 主要农艺性状

平均株高以GK5最高，依次为F1＞F2＞K326＞中烟86;平均叶长以GK5最长，依次为F1＞F2＞K326＞中烟86;平均叶宽以K326最宽，依次为GK5＞F1＞F2＞中烟86;平均茎围以GK5最粗，依次为F1=F2＞中烟86＞K326;平均节距以GK5最长，依次为F2＞F1＞K326＞中烟86;平均叶片数以K326最多，依次为GK5＞F1＞F2＞中烟86(表3)。

除了平均叶片数比K326少，GK5在所有农艺性状中表现都是最佳的，中烟86农艺性状表现最差。F1、F2叶宽和叶片数比K326低，其它均高于K326。总体上F1、F2在农艺性状表现方面优于母本中烟86，次于父本GK5。

表3 各品种农艺性状

3.1.4 主要内在化学成分

平均总糖含量以K326最高，依次为F1＞GK5＞中烟86;平均还原糖以F1最高，依次为GK5＞中烟86＞K326;平均总氮含量GK5＞K326＞F1=中烟86;平均烟碱含量GK5＞K326＞F1＞中烟86;平均钾含量以GK5最高，依次为F1＞K326＞中烟86;平均氯含量以K326最高，依次为GK5＞F1＞中烟86。糖碱比大小顺序为中烟86＞F1＞K326＞GK5;氮碱比大小顺序为中烟86＞F1=K326＞GK5;钾氯比大小顺序为GK5＞F1＞中烟86＞K326(表4)。

GK5总氮、烟碱、钾含量均最高，钾氯比最高，尤其钾含量明显优于其它品种。F1钾含量虽然低于GK5，但也高于K326和中烟86，烟碱含量比父本GK5明显降低，还原糖最高为19.81%。总体上F1在化学成分方面介于两亲本之间。

表4 中部叶主要化学成分含量

3.2 杂种优势分析

3.2.1 农艺性状表现及杂种优势

从杂种一代农艺性状杂种优势的分析结果来看，GK5×中烟86的F1平均优势以株高和叶长为正，而其它均为负。其中株高最高，达32.28%，叶长优势为5.97%。另外叶宽、茎围、叶片数、节距均为小于1%的负优势。

与K326相比的对照优势结果显示，F1中株高、叶长、节距、茎围优势明显，对照优势均值分别达到36.42%，5.38%，8.61%和6.37%。与K326相比，F1叶宽、叶片数优势以负向为主。

综合来看，F1表现为株高较高，叶片较长，但叶数明显偏少，叶片有小幅偏短阔的趋势。

表5 农艺性状表现(cm)及优势分析

3.2.2 主要化学成分的杂种优势

一般认为优质烟总糖含量要求达到18%～22%，还原糖含量16% ～18%，还原糖与总糖的比值≥0.9，总氮含量1.5% ～3.5%，蛋白质8% ～10%，烟碱1.5% ～3.5%，钾2%以上，氯1%以下是比较适宜的范围。其相对比值:水溶性总糖/蛋白质以2～2.5、水溶性总糖/烟碱以8～12、总氮/烟碱以1或者略小于1为宜，钾/氯以大于4为宜。

从表6中可以看出，F1中部叶总糖、还原糖、氯正向平均优势较明显，其平均优势分别为5.39%，7.12%，6.20%，糖碱比、氮碱比、钾氯比均呈正优势，但总氮、烟碱、钾等为负向平均优势，总氮和烟碱较为明显。对照优势以还原糖、钾为正向优势，分别为17.56%，5.37%。糖碱比、氮碱比、钾氯比的平均优势和对照优势都呈正方向。综合来看，F1中部叶常规化学指标与双亲平均值相比主要表现在，总糖、还原糖、氯较高，其它均低于双亲平均值。与K326相比，F1表现为总糖、总氮、烟碱、氯等含量低，还原糖、钾含量高。糖碱比、氮碱比、钾氯比均比双亲平均值和K326高。由此来看，杂种烤烟有增加钾含量降低含氮化合物(如烟碱)的趋势，另外，F1钾含量高于对照K326及母本中烟86，但与父本GK5有一定差距，可能主要是因为试验所选亲本之一为钾高效基因型品系。

表6 中部叶化学成分及其优势分析

3.2.3 F1代农艺性状的杂种优势动态

(1)F1株高优势动态

图1 株高优势动态

从图1看，株高的平均优势在整个生育过程中都较为明显，最低为第3周的15.49%，前3周有降低的趋势，从第3周到第8周稳步上升，最高可达66.38%，后逐渐下降，第10周时为32.28%。对照优势总体趋势基本跟平均优势相同，在第3周最低，为2.95%，上升到第5周的40.12%，后基本稳定。

(2)F1叶长优势动态

图2 叶长优势动态

从图2可以看出，不管是平均优势还是对照优势，叶长在整个生育过程中都显示正优势。叶长的平均优势在前5周相对稳定，为平缓降低的趋势，在第5周达到最低0.15%，但第5周开始，叶长平均优势增至最高的22.24%，之后平缓降低。对照优势前4周比较稳定，从第4周开始增长到第6周，最高为60.45%，后逐渐下降，第10周的5.38%为整个时期最低。

(3)F1叶宽优势动态

图3 叶宽优势动态

从图3可以看出，叶宽的平均优势在移栽后前3周呈下降趋势，在第3周达到最小的－3.63%，然后开始上升，到第9周都呈正优势，并在第8周达到最高的18.84%。对照优势在调查期内变化较大，第3周最小为 －3.70%，第 5周达到最大的36.59%，优势显著，第5周过后优势逐步降低。

(4)F1节距优势动态

图4 节距优势动态

从图4可以看出，节距的平均优势在第1周最大，为123.74%，但是到第2周就开始下降，到第5周最低为－1.90%，为负优势，之后优势平稳，在第8周为78.22%，优势显著，但到第10周后为 －0.05%，优势为负。对照优势也以第1周最大为76.78%，之后逐步降低，直到第5周成为负优势，从第8周开始又变成正优势。

(5)F1叶片数优势动态

图5 叶片数优势动态

从图5可以看出，叶片数的平均优势在第1周最大，但前期下降幅度较大，第6周达到最小。对照优势波动幅度相对较小，也是第1周最大，第6周最小。

(6)F1茎围优势动态

图6 茎围优势动态

从图6可以看出，茎围平均优势在整个调查期内表现较为平稳，在第7周达到最大为19.97%，但在第10周出现负优势，为－0.98%。对照优势在第6周最大为28.19%，之后虽然有所下降，但均为正优势。

3.3 灰色关联度分析

3.3.1 不同性状表现与钾含量的灰色关联度分析

对性状表现数据标准变化进行无量纲处理后，再与钾含量进行关联分析，取vmin=0，Q=0.1，结果与钾含量关联度最大的是叶宽(0.6243)，其次是叶片数(0.6035)，再往后依次是大田生育期(0.5523)、茎围(0.5185)、叶长(0.5052)、节距(0.4750)、株高(0.3562)、发病率(0.3248)。可见，影响钾含量的农艺性状因素主要有叶宽、叶数，大田生育期对钾含量也有较大的影响。

3.3.2 化学成分及复合指标与钾含量的灰色关联度分析

对化学成分数据标准变化进行无量纲处理后，再与钾含量进行关联分析，取vmin=0，Q=0.1，结果化学成分及复合指标中与钾含量关联度最大的是钾氯比(0.4219)，其次是总糖(0.4122)，再往后依次是还原糖(0.3961)、氯(0.3763)、总氮(0.3569)、糖碱比(0.3490)、氮碱比(0.3435)、烟碱(0.3347)。可见，钾氯比、总糖、还原糖及氯含量与钾含量的关联度较高，总氮、糖碱比、氯碱比及烟碱与钾含量的关联度较低。

4 结论

通过烤烟高钾品系GK5与普通品种中烟86杂交，对比亲本及F1、F2的主要性状分析结果来看，F1多表现为株高较高，叶片较长，但叶数明显偏少，叶片有小幅偏短阔的趋势。总体上F1、F2在农艺性状表现方面优于母本中烟86，次于父本GK5。在化学成分方面介于两个亲本之间，优于母本中烟86，次于父本GK5。但F1、F2在抗病性方面要明显优于父本GK5，略次于母本中烟86。因此，GK5与中烟86杂交，能在农艺性状、化学品质及抗病性方面找到较好的平衡点。灰色关联度分析表明，大田表现性状与钾含量的关联程度大于化学成分与钾含量的关联程度，而影响钾含量的主要大田表现性状因素有叶宽、叶数和大田生育期，发病率对钾含量的影响最低。笔者认为，高钾品系的抗病性差跟钾含量高的关联程度不大，高钾品系可试图通过与抗病性强的品种杂交，进而解决抗病性差的问题。

［1］陈明凯.作物杂种优势及其预测研究进展［J］.科技经济市场，2010，(8):5 －6.

［2］王绍美，许立峰，付宪奎，等.我国烤烟杂种优势利用现状与展望［J］.中国烟草科学，2005，(1):6－9.

［3］耿如林，王湘生，黄宏武.杂种优势遗传机理的研究进展［J］.中国畜牧兽医，2007，34(11):46－48.

［4］赵松义，高春阳，胡日生，等.烤烟农艺性状的杂种优势表现［J］.湖南农业大学学报，2007，33:193－197.

［5］谢玲玲，刘 峰，颜合洪.我国烟草杂种优势利用概括［J］.作物研究，2006，20(5):494－497.

［6］谭学瑞，邓聚龙.灰色关联分析:多因素统计分析新方法［J］. 统计研究，1995，(3):46.

［7］戴林建，徐双红，朱列书，等.高钾植物DNA导入栽培烟草引起后代性状变异研究［J］.作物研究，2010，24(1):109－111.

［8］巫升鑫，潘建菁，陈顺辉，等.烤烟若干农艺性状的杂种优势及其遗传分析［J］.中国烟草学报，2001，7(4):17－21.

［9］王瑞新.烟草化学［M］.北京:中国农业出版社，2003.147，250 －274.

［10］张晨东，张燕春，肖炳光.烤烟亲本配合力及杂种优势［J］.河南农业大学学报，1999，33(4):389－391.

［11］谢小丹，陈顺辉，巫升鑫.烤烟新引品种的模糊综合评判和灰色关联度分析［J］.福建农林大学学报:自然科学版，2002，(6):160

［12］唐启义，冯明光.实用统计分析及其DPS数据处理系统［M］.北京:科学出版社，2002.289.

［13］胡建军，马 明，李耀光，等.烟叶主要化学指标与其感官质量的灰色关联分析［J］.烟草科技，2001，(1):3.