晋北地区不同甜荞麦品种(系)的适应性评价

王慧， 杨媛， 石金波

(山西省农业科学院高寒区作物研究所， 山西 大同 037008)

荞麦是蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagopyrum)植物，有甜荞(FagopyrumesculentumMoench)和苦荞[Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn.] 2个主要栽培种[1-2]。荞麦以其生长快、生育期短、适应性广和功能性成分丰富等优点，以及其在作物布局、粮食构成、营养互补等方面的特殊作用，成为许多地区的重要粮食作物之一[3-5]。甜荞在我国分布极其广泛，主要分布在内蒙古、陕西、山西、甘肃、宁夏、云南等省、市、自治区[6]，兼具粮、药、饲、蜜等多种用途[7]。

种质资源是荞麦改良的重要基础，由于长期的定向遗传改良，使甜荞品种遗传相似性得到提高，遗传差异变小，遗传基础变窄，限制了品种的进一步改良和利用。种质资源拥有的丰富的遗传变异是实现物种遗传改良的物质基础。开展荞麦种质资源的研究对于发掘、创新和合理利用荞麦种质，发挥种质资源在荞麦遗传改良中的作用具有重要意义[8-12]。引种是从不同产区引进优良品种，经过当地的试验和鉴定，从而筛选出增产效果明显、适应当地种植的品种以直接应用于大田生产，或将其作为育种原始材料的育种方法[13]。赵萍等[14]通过对引进的9个甜荞麦品种进行产量比较研究，筛选出5个产量较高、适宜在晋北地区种植的甜荞麦资源。然而，仅仅根据产量来确定品种是否适合在当地种植，而不考虑品种的综合表现，对品种的评价较为片面[15]。尹春等[16]对来自内蒙古不同地区的27份甜荞品种的生物学性状进行了聚类分析和主成分分析，提出了甜荞选育的目标性状。本研究对引进的12个甜荞麦品种(系)进行了适应性评价，利用高稳系数和变异系数评价品种的丰产稳产性；主成分分析法和聚类分析对其农艺性状、产量构成因素、产量等指标进行综合评价，为晋北地区甜荞麦品种(系)的引进和品种改良、新品种选育提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试甜荞麦品种(系)共12个，品种名称及来源见表1，以当地种植品种(右玉甜荞)为对照品种。

表1 供试甜荞麦品种(系)及来源Table 1 Common buckwheat varieties and their origins used in test

1.2 试验设计

于2014—2016年在山西省农业科学院高寒区作物研究所怀仁县毛家皂基地(N39°55′17″，E113°16′23″)进行田间试验，试验地地势平坦，肥力中等，灌溉方便，土质沙壤土。甜荞品种由于异花传粉，有生物学混杂，每年试验用种子均由供种单位提供。试验采用随机区组设计，3 次重复，小区面积30 m2(3 m×10 m)。人工开沟条播，沟深3～5 cm，播种密度保证基本苗90 万株·hm-2。2014年的前茬为油菜，于5月27日播种，播种前施鸡粪15 000 kg·hm-2做底肥，6月18日与7月12日人工除草；2015年的前茬为黍子，于6月3日播种，播种前施鸡粪15 000 kg·hm-2做底肥，6月25日与7月14日人工除草；2016年的前茬为燕麦，于5月19日播种，播种前施鸡粪15 000 kg·hm-2做底肥，6月5日与6月16日人工除草。

1.3 指标测定与方法

在甜荞生长期间，观察记录各品种(系)的生育期。成熟时每小区随机选取10株进行考种，统计和检测株高、主茎节数、一级分枝数、单株粒重、单株粒数和千粒重等性状。单株粒重和千粒重用电子天平(YB6001N，上海舜宇恒平科技仪器有限公司)称取。按小区收获，风干后测定各品种的产量，与对照品种(右玉甜荞)相比计算增产率。用高稳系数(high stability coefficient, HSC)法，结合产量变异系数(coefficient variation, CV)来评价品种的丰产稳产性，计算公式如下。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003软件进行统计分析；采用SPSS 18.0软件进行方差分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同甜荞麦品种(系)的农艺性状

由表2可知，12个甜荞麦品种(系)在晋北地区均能成熟，生育期变幅为107.7～112.3 d，其中N01(宁荞1号)和N05(通荞1号)较为早熟，其他10个品种较为晚熟，各品种间生育期无显著差异。株高变幅为82.97～96.13 cm，其中N12(右玉甜荞)的株高最高，但与N01(宁荞1号)、N02(信农1号)无显著差异，N12(右玉甜荞)显著高于其他9个品种。主茎节数变幅为14.27～16.79 节，一级分枝数变幅为3.54～4.63 个，主茎节数和一级分枝数最高的均为N12(右玉甜荞)，但与N01(宁荞1号)无显著差异，N12显著高于其他10个品种。

表2 不同甜荞麦品种(系)的农艺性状Table 2 Agronomic traits of different common buckwheat varieties (lines)

2.2 不同甜荞麦品种(系)的产量构成因素

不同甜荞麦品种(系)的产量构成因素结果(表3)可知，不同品种间的单株粒重、单株粒数的差异均未达到显著水平，单株粒重变幅为2.45～3.89 cm，单株粒数变幅为112.56～179.00 粒。各品种间千粒重变幅为23.93～30.63 g，N11(综甜荞2号)最高，但与N09(荞杂1)和N10(荞杂2)无显著差异，N11(综甜荞2号)和N09(荞杂1)显著高于其他9个品种；定甜3号千粒重最低，但与N01(宁荞1号)、N02(信农1号)、N04(定甜1号)、N06(蒙0208)和N07(蒙0530)无显著差异。

表3 不同甜荞麦品种(系)的产量构成因素Table 3 Yield characteristics of different common buckwheat varieties (lines)

2.3 不同甜荞麦品种(系)的产量

不同甜荞麦品种(系)2014—2016年产量结果见表4。可见，2014年，N09(荞杂-1)产量高达1 836 kg·hm-2，显著高于N06(蒙0208)和N12(右玉甜荞)；N06(蒙0208)产量仅为1 290.33 kg·hm-2，但与其他6个品种无显著差异。2015年和2016年，12个品种间的产量无显著差异。N09(荞杂1)的三年平均产量为1 452.37 kg·hm-2，比对照增产26.71%，居供试甜荞麦品种之首，尽管差异没有统计学意义；N05(通荞1号)产量为 1 389.67 kg·hm-2，比对照增产21.24%，居第2位，但差异不显著。据多年试验也表明，荞杂-1、通荞1号、信农1号等甜荞品种具有较好的丰产性。

表4 不同甜荞麦品种(系)的产量Table 4 Yields of different common buckwheat varieties (lines)

供试甜荞麦品种(系)的高稳系数，除N07(蒙0530)外，均高于对照右玉甜荞，说明这些品种均为高产品种。变异系数反映的是品种的静态稳定性，即品种的表现不随环境的变化而变化。综甜荞2号、通荞1号产量变异系数分别为24.01%、26.44%，小于对照右玉甜荞，说明综甜荞2号和通荞1号产量的变化幅度较对照小，静态稳定性较好。

2.4 甜荞麦品种(系)农艺性状的相关性分析

对不同甜荞麦品种(系)主要农艺性状进行相关分析，结果(表5)表明，主茎节数与株高、一级分枝数间均存在极显著正相关关系，相关系数分别为0.795和0.750；主茎节数与千粒重间呈极显著负相关，相关系数为-0.711；单株粒数和单株粒重间相关系数为0.914，达到极显著正相关关系。

表5 不同农艺性状的相关系数Table 5 Correlation coefficient of different agronomic traits

2.5 甜荞麦品种(系)农艺性状的主成分分析

为了评价品种的综合表现，对12个甜荞麦品种(系)的生育期、株高、主茎节数、一级分枝数、单株粒重、单株粒数、千粒重、产量8个主要农艺性状进行主成分分析。对标准化处理后的数据进行KMO检验，KMO值为0.544，大于0.5，Bartlett球形度检验，Sig.=0.000，小于0.05，说明性状间存在相关关系，可用于主成分分析。遵循主成分分析累计贡献率大于等于85%的原则[18-19]，选择前3个主成分因子进行分析，其特征根累计贡献率为85.947%(表6)。第一主成分特征值为3.292，贡献率是41.156%。特征向量中主茎节数、一级分枝数、株高等指标有较高的载荷，其特征向量所表达的生物学信息主要和植株相关。因此，称第一主成分为植株构成因子。特征向量间的关系说明，株高越高，其主茎节数和一级分枝数就越多。第二主成分特征值为2.495，贡献率为31.182%。特征向量中单株粒重、单株粒数等指标有较高的载荷，其特征向量所表达的生物学信息主要和籽粒数量相关，可称第2主成分为籽粒数量构成因子。第三主成分特征值为1.089，贡献率为 13.610%，性状特征值中生育期有较高的负载荷，故称第三主成分为生育期因子。

表6 主成分分析的特征向量和贡献率Table 6 Feature vector and contribution rate of principal component analysis

以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总特征值之和的比例作权重，得到各供试品种的综合得分(表7)。可见，N12(右玉甜荞)、N07(蒙0530)和N01(宁荞1号)这3个品种(系)的综合得分位列前3位，表明这3个甜荞品种(系)在所测量的8个性状中综合表现良好。

表7 不同甜荞麦品种(系)性状的主成分得分及综合得分Table 7 Principal component score and composite score for the traits of different common buckwheat varieties (lines)

2.6 甜荞麦品种(系)农艺性状聚类分析

以供试材料的主成分和贡献率权重乘积之和的综合值进行聚类分析，绘制树状聚类图(图1)。可见，12份甜荞麦品种(系)被划分为2类。第Ⅰ类包括7个品种，平均生育期为111.7 d，平均株高为90.80 cm，平均主茎节数和一级分枝数分别为15.64和3.89个，平均单株粒重和单株粒数分别为3.42 g 和157.08个，平均千粒重为25.76 g；第Ⅱ类包括5个品种，平均生育期为111.4 d，平均株高为86.58 cm，平均主茎节数和一级分枝数分别为14.84和3.73个，平均单株粒重和单株粒数分别为2.88 g 和129.87个，平均千粒重为28.43 g。由此可见，第Ⅰ类甜荞麦品种(系)的株高相对较高，主茎节数和一级分枝数较多，籽粒重、单株粒数多，优于第Ⅱ类。

图1 12个甜荞麦品种(系)的聚类分析Fig.1 Cluster analysis of 12 common buckwheat varieties (lines)

3 讨论

本研究供试甜荞麦品种(系)来源于我国多个省份，不同地理来源及生态环境决定了其具有丰富的多样性。12个甜荞品种(系)在晋北地区均能成熟，生育期、单株粒重、单株粒数和产量间没有显著差异；株高、主茎节数、一级分枝数、千粒重差异达到显著水平。参试品种表型性状间的相关性分析表明，主茎节数与株高、一级分枝数间呈极显著正相关；主茎节数与千粒重间呈极显著负相关；单株粒数和单株粒重间呈极显著正相关。

主成分分析采取降维的方法，利用几个综合因子代表原来众多的变量，使这些综合因子尽可能地反映原来所有变量的信息量[20]。这几个主成分可以提供原性状85%以上的信息，并且是综合的、相对独立的指标体系，数值直观，容易分析。目前，主成分分析法已经广泛应用于多种作物资源评价中，既能把握其综合性状表现，又能简化选择程序。本研究利用主成分分析法将12份苦荞材料的8个生物学性状指标转化为3个综合指标，累计贡献率达85.947%，对产量贡献的顺序为：植株构成因子>籽粒数量构成因子>生育期因子。产量构成主要集中在第一和第二成分上，包括株高、主茎节数、一级分枝数、单株粒重和单株粒数。生育期是评价品种适应性的一个重要指标[15]，这个性状主要体现在第三主成分。因此，在选择甜荞麦品种时应选择植株高大、籽粒饱满、生育期适合的品种。在主成分分析的结果上进行聚类分析，将12份甜荞麦品种(系)划分为2类。第Ⅰ类材料株高相对较高，主茎节数和一级分枝数较多，籽粒质量重，优于第Ⅱ类。育种选择亲本应从第Ⅰ类材料中筛选。

本研究综合主成分分析和基于主成分的聚类分析，筛选出3份在晋北地区综合性状表现良好的甜荞麦品种，分别是右玉甜荞、蒙0530和宁荞1号。今后在甜荞麦遗传育种、利用中可作为优异基因资源重点研究，也可为当地甜荞麦育种提供数据参考。荞麦种质资源的表型性状丰富多样，外部表型的变异受环境因子影响较大，本研究结果基于8个表型性状，有限的表型性状还不足以完全评价甜荞种质资源在当地的适应性，还需更多的性状调查进行进一步研究。