救荒野豌豆品种DUS测试主要数量性状筛选与评价

单飞彪 闫文芝 杜瑞霞 王永行 杨钦方 刘春晖 白立华 苗 雨 赖运平

（1巴彦淖尔市农牧业科学研究院，内蒙古临河 015000；2农业农村部植物新品种测试（巴彦淖尔）分中心，内蒙古临河 015013；3成都农业科技职业学院，四川成都 611130）

救荒野豌豆（Vicia sativa）属豆科野豌豆属[1]，又名箭筈豌豆、大巢菜，为一年生闭花授粉植物，偶数羽状复叶，普遍种植于我国的长江中下游、华北和西北等地区[2]，是野豌豆属（Vicia）中最多变的物种之一[3]。作为优良的牧草和绿肥作物，救荒野豌豆适应性广，具有固氮、改善土壤结构的能力，营养价值和经济效益较高，可以用作饲料、干草、绿肥、青贮或农田覆盖物，在我国草地农业系统中发挥着重要的作用[4-5]。

植物品种特异性（Distinctness）、一致性（Uniformify）和稳定性（Stability）测试（简称DUS测试），是品种管理的重要技术支撑，是农作物授予新品种权和通过审定、登记的必要条件之一。植物品种DUS测试指南是判定育种人选育的植物群体/类群是否达到品种标准的重要依据，是DUS测试的基础。

形态特征是植物分类的重要依据，对救荒野豌豆资源多采用叶片、产量、株高、生育期等进行评价[5-6]，但各形态性状在品种内的一致性及品种区分能力未见研究报道。在国际植物新品种保护联盟（UPOV）相关技术文件中，性状（Characteristic）是指可遗传表达的、能准确识别、区分和描述的植物的特征或特性[7]。2013年UPOV公布了救荒野豌豆品种DUS测试指南（TG/32/7），包括23个测试性状，介绍了品种区分方法[8]。

为了促进救荒野豌豆列入我国农业农村部植物新品种保护名录，更好地在草地农业中发挥作用，农业农村部植物新品种测试（巴彦淖尔）分中心承担了救荒野豌豆品种DUS测试指南研制任务。本研究旨在对测试候选数量性状进行筛选与评价，为科学制定救荒野豌豆品种DUS测试指南指供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验地点设在巴彦淖尔市农牧业科学研究院DUS测试田（40.47°N，107.17°E）。土壤全氮1.02g/kg，速效钾280mg/kg，有效磷37mg/kg，有机质17.3g/kg，pH值8.7，全盐1.2g/kg。

1.2 试验设计每份种质选取80粒饱满的种子，种植于4.5m×2.8m的小区，每小区4行，行距70cm，每行20粒种子，穴播，株距50cm，待出全苗后进行间苗，其他田间管理条件相同。每个小区设2个重复。

1.3 供试材料共收集救荒野豌豆种质资源29份，见表1。

1.4 候选数量性状按照TG/32/7规定的方法对性状进行观测，在其基础上参考了绿肥和牧草种质资源描述规范[9-10]，增加了部分候选性状（表2）。

表2 候选数量性状

1.5 数量性状评价方法利用万深LA-S植物图像分析仪系统测量植株中部1/3叶片相关性状，荚果性状通过游标卡尺进行测量。通过Excel软件的数据分析功能计算出各数量性状的最小值、最大值、平均值和标准差，按照级差≥2倍平均标准差的要求，对各数量性状进行分级；使用SPSS25进行相关性和主成分分析。

其中：极差=最大值-最小值；

级数1=极差/（标准差平均值×2）；

级数2是级数1按照1、3、5、7、9的就小取值；

级差=极差/级数2；

分级数是根据中值和级差而确定的、连续的不同数据分布范围的数量。

2 结果与分析

2.1 数量性状筛选通过表3可以看出，幼苗：第二复叶长宽比、叶轴：长度、复叶：宽度、复叶：小叶数、荚果：长度（喙除外）、荚果：宽度、荚果：胚珠个数、种子：百粒重8个性状变异系数变化范围为8.38%～24.04%，其中复叶：小叶数变异系数最小，为8.38%，幼苗：第二复叶长宽比变异系数最大，为24.04%。以变异系数为判断标准时，一般以变异系数均值小于15%作为其品种内一致性符合要求的标准[11]。由于救荒野豌豆是野豌豆属中最多变的物种之一，建议将标准适当放宽，将上述8个性状纳入救荒野豌豆品种DUS测试性状，小叶：长度和小叶：宽度变异系数分别为43.45%和49.21%，由于变异系数较大，不建议纳入救荒野豌豆品种DUS测试性状。

表3 29份救荒野豌豆10个数量性状变异系数分布情况

2.2 数量性状相关性分析从表4可以看出，性状幼苗：第二复叶长宽比（Chr1）与荚果：胚珠个数（Chr9）呈极显著负相关，相关系数为-0.522，叶轴：长度（Chr2）与复叶：宽度（Chr3）呈极显著正相关，相关系数为0.851，复叶：小叶数（Chr4）与种子：百粒重（Chr10）呈显著负相关，相关系数为-0.411，荚果：长度（喙除外）（Chr7）与荚果：宽度（Chr8）、荚果：胚珠个数（Chr9）呈极显著正相关，相关系数分别为0.739、0.521。对相关系数达到0.7以上的性状进行回归分析，发现性状叶轴：长度（Chr2）与复叶：宽度（Chr3）、荚果：长度（喙除外）（Chr7）与荚果：宽度（Chr8）均符合线性回归，线性回归方程分别为Chr2=1.1352*Chr3+32.411（R2=0.7239）（图1），Chr7=4.1906*Chr8+16.425（R2=0.5457）（图2）。由于R2值较小，无法用某一性状表达状态准确推测另一性状表达状态，建议将此8个性状均列为救荒野豌豆品种DUS测试指南性状。

表4 8个数量性状间相关性分析

2.3 8个数量性状主成分分析主成分分析可以将相关的随机变量转换成少量的综合指标，而且能反映出原来较多变量的信息，从而使研究的问题得以简单化，有助于抓住主要研究对象，在植物的性状选择方面具有重要的意义。对救荒野豌豆幼苗：第二复叶长宽比、复叶：小叶数、复叶：宽度、叶轴：长度、荚果：长度（喙除外）、荚果：宽度、荚果：胚珠个数和种子：百粒重8个性状进行主成分分析，能更加清楚地显示出各性状在救荒野豌豆性状多样性构成中的作用。主成分分析结果表明：通过分析提取了4个主成分，累计贡献率为84.427%（表5），第1主成分中叶轴：长度（Chr2）、复叶：宽度（Chr3）、荚果：长度（喙除外）（Chr7）、荚果：宽度（Chr8）、荚果：胚珠个数（Chr9）等性状具有较大的载荷值，分别为0.619、0.676、0.740、0.630、0.654，是救荒野豌豆叶片和荚果性状的综合反映；第2主成分中种子：百粒重（Chr10）性状具有较大的载荷值，为0.599，是救荒野豌豆籽粒性状的综合反映；第3主成分中复叶：小叶数（Chr4）性状具有较大的载荷值，为-0.819，是对救荒野豌豆叶片性状的补充；第4主成分幼苗：第二复叶长宽比（Chr1）具有较大的载荷值为0.557，是对幼叶性状的综合反映（表6）。

表5 主成分的根特征、贡献率和累计贡献率

表6 各性状主成分分析

2.4 数量性状分级通过对10个数量性状的筛选与评价，对符合DUS测试性状要求的8个数量性状进行分级（表7，表8），其中复叶：小叶数（Chr4）平均变异系数较小，可分为5级，而幼苗：第二复叶长宽比（Chr1）由于变异系数较大仅分成3级，叶轴：长度（Chr2）、复叶：宽度（Chr3）、荚果：长度（Chr7）、荚果：宽度（Chr8）、荚果：胚珠个数（Chr9）、种子：百粒重（Chr10）由于极差不大，也分成3级。

表7 8个数量性状的分级数

表8 8个数量性状的分级标准

3 结论与讨论

数量性状一致性评价方法有多种，包括建立方差分析数学模型法、符合系数法、t检验法等。而变异系数由于可以消除测量尺度和量纲对2个或多个材料变异程度比较的影响，是评价数量性状一致性较为常用的统计方法[12-13]。刘青林等[14]和贺晨帮等[15]利用变异系数分析方法分别对百合和豌豆的DUS测试性状的一致性进行了分析，均认为以品种内变异系数小于15%作为性状一致性的评价标准比较合适。褚云霞等[16]利用变异系数对朱顶红的数量性状做了一致性评价，认为朱顶红的数量性状不仅受环境影响，而且还受种球大小及种球内养分积累等因素影响，建议以变异系数小于20%作为朱顶红性状一致性的评价标准。卢秉林等[17]对箭筈豌豆株高、单株荚数和单株粒数等3个指标的变异系数进行了分析，变异系数在25%左右；张爱华等[18]对79份箭筈豌豆材料的15个性状变异系数进行了分析，10个性状的变异系数超过了20%。由于救荒野豌豆是野豌豆属中在遗传和表型上变异比较大[19-21]，因此建议以变异系数小于25%作为救荒野豌豆性状一致性的评价标准，比较符合我国当前救荒野豌豆的育种水平。本研究初步筛选了10个测试性状，由于小叶：长度（Chr5）和小叶：宽度（Chr6）这2个性状变异系数超过40%，不符合DUS测试性状要求，未对其进行分级，不建议纳入救荒野豌豆DUS测试指南中。对其他8个测试性状进行了分级。

在DUS测试过程中，测试人员只能逐一测试每个性状以对作物进行描述和区别。本研究利用主成分分析了救荒野豌豆的幼苗：第二复叶长宽比（Chr1）、叶轴：长度（Chr2）、复叶：宽度（Chr3）、复叶：小叶数（Chr4）、荚果：长度（喙除外）（Chr7）与荚果：宽度（Chr8）、荚果：胚珠个数（Chr9）、种子：百粒重（Chr10）8个数量性状，筛选出4个主成分，叶片大小、荚果、种子：百粒重、幼苗：第二复叶长宽比是4个主成分的主导因子。因此在救荒野豌豆测试过程中，可以将上述4个主导因子作为综合指标对作物进行总体把握，从而使测试工作更加高效和便捷。

本研究开展的救荒野豌豆DUS测试数量性状筛选与评价种质资源量较少，只是救荒野豌豆DUS测试指南研究的一部分，还需要进一步丰富救荒野豌豆资源量，深入研究救荒野豌豆目测性状和生理性状的多样性，以期为救荒野豌豆测试指南研制提供更加完善的基础资料。