23个谷子育成品种的综合评价

(山西农业大学农学院， 太原 030031)

谷子(Setariaitalica(L.) Beauv.)是我国北方干旱半干旱地区主栽的禾本科粮食作物，在有机旱作农业可持续发展及调整优化粮食种植结构中具有重要意义。我国谷子种植区域主要分布在东北、华北和西北地区[1-3]，山西省农业科学院作物科学研究所育成的23个谷子新品种适宜种植在包括陕西、甘肃、辽宁及山西等在内的西北春谷中晚熟区，由于本生态区光照时间长、阳光充足以及昼夜温差大等原因，生产的小米米质优、适口性好，深受广大消费者好评，著名的“沁州黄”、“汾州香”及“延安小米”等品牌米均产于本生态区。

对谷子品种的综合评价可为优良种质资源利用、新品种选育及推广提供参考依据。王军等[4]和杨慧卿等[5]通过对2008年国家区域试验的品种进行分析，筛选出长生07、汾选8号和太选7号等优良品种。田岗等[6]对山西长治种植的15个谷子品种进行分析，筛选出晋谷21号、长农35号及晋谷59号等优势谷子新品种。解慧芳等[7]对2016年华北夏谷区参加联合鉴定的谷子品种进行高产稳产及适应性分析，筛选出济谷20等谷子新品种。孙宇燕等[8]为春谷高效利用糯谷种质材料，对引进的53份资源进行了农艺性状和品质分析。史根生等[9]和王志芳等[10]对晋谷21号等历史名米的营养品质、适口品质进行了分析研究。张艾英等[11,12]、李志江等[13]和张婷等[14]分别对西北春谷早熟区、西北春谷中晚熟区、东北春谷区和华北夏谷区近10年参加国家区域试验的品种进行了综合分析，刁现民等[15]系统梳理了不同生态区区域试验15年的整体情况。以上研究为谷子新品种综合评价、应用及示范推广提供了一定的参考价值。

表1 育成品种

谷子的产量水平受多种农艺性状的综合影响，因此将各个性状综合起来评价一个品种的好坏显得极其重要。秦岭等[16]、屠环文等[17]和袁峰等[18]分别对影响谷子产量的主要农艺性状进行了相关性分析，但不同年份、地域、自然环境和品种都可能影响产量的主要性状改变，分析结果不尽相同。灰色关联度分析是基于灰色系统的灰色过程，是对因素间序列的比较，适应性更广[19]，目前已广泛应用于水稻[20]、玉米[21]、大豆[22]和小麦[23,24]等作物，谷子等杂粮作物中也有应用[25,26]。近期，魏萌涵等[27]采用相关分析和灰色关联度分析相结合的方法，对产量相关的8个农艺性状进行了综合评价，得出影响谷子产量的前三项农艺性状是单穗重、穗粒重和千粒重；史根生等[28]对谷子杂交种的主要农艺性状及产量也进行了灰色关联度分析，得出与产量密切相关的主要因素是生育期、小区苗数和穗长等农艺性状，为谷子杂交种新品种选育提供了参考。

本研究以山西省农业科学院作物科学研究所近年来育成的谷子新品种为材料，对品种的农艺性状、产量表现及品质性状进行综合分析评价，并对不同农艺性状与产量的关系进行灰色关联度分析，旨在提升谷子的育种水平，为谷子新品种推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为2002—2020年山西省农业科学院作物科学研究所自育的23个谷子新品种(表1)。试验数据来源于全国西北春谷中晚熟组区域试验、山西省中晚熟组区域试验、全国或山西省谷子新品种联合鉴定试验的试验总结(同时通过国家鉴定及山西省认定的谷子品种采用国家试验数据)。23个育成品种中，11个品种通过国家审(鉴)定，8个品种通过山西省审(认)定，其中4个品种同时通过国家鉴定和山西省认定。全部品种进行了国家谷子新品种登记，且2个品种在全国优质食用粟评选中获一级优质米，7个品种获二级优质米。

图1 育成品种及对照参加试验产量变化情况

1.2 统计分析

对23个谷子新品种的主要农艺性状、品质性状及产量数据进行汇总，采用Excel 2007软件和DPS 7.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 育成品种产量及主要农艺性状分析

2.1.1育成品种产量变化

以育成品种和对照品种(表2)连续2年参加区域试验的平均产量为依据进行产量分析(图1)，23个谷子育成品种的产量均高于同期对照，达3 500 kg·hm-2以上，2010年以前的育成品种产量相对较低，新品种太选谷24产量最高，达5 289.75 kg·hm-2，其次为一级优质米品种晋谷59号，产量为5 230.5 kg·hm-2，晋谷34号产量最低，为3 673.50 kg·hm-2。增产率变幅为1.53%～13.09%，增产超过5%的品种有20个，其中增产8%以上的品种有8个，占育成品种总数的34.78%，高产品种晋谷51号增产率最高，达13.09%。

不同品种的产量存在差异主要有两方面的原因，一是不同品种本身的内在因素；二是不同品种参试年份不同，地力和水肥条件不同。因此，育成品种参加区域试验的产量结果仅作为品种推广的参考，增产率的不同还与对照品种的产量水平有关。

2.1.2育成品种农艺性状变化

育成品种均为西北春谷中晚熟区种植的谷子品种，生育期一般为115～125 d，主要农艺性状如表3所示。育成品种幼苗叶鞘色分绿色、浅紫色和紫色3种，其中绿色品种占多数，达18个；穗型主要分纺锤和圆筒2种类型；谷色除太选谷21(灰色)、太选谷26(灰色)和太选谷23(白色)不同外，其它均为黄色；米色除太选谷21(灰色)、太选谷26(灰绿色)外，其它均为黄色。

23个育成品种株高变幅为126.0～167.2 cm，超过160 cm的品种有4个，分别为晋谷55号、太选谷21、太选谷22和太选谷25；穗长变幅为19.8～30.0 cm，超过23 cm的品种有12个；单穗重变幅为17.3～29.8 g，高于22 g的品种有9个，超过25 g的品种有4个，分别为晋谷53号、太选谷28、晋谷46和太选谷23，晋谷42号最低，为17.3 g，其余品种在20～25 g之间；穗粒重变幅为14.3～25.2 g，晋谷42号最低；育成品种的出谷率变幅为75.21%～88.59%，高于80%的品种有11个，约占育成品种的一半；千粒重变幅为2.70～3.20 g，其中2个品种(晋谷60号、晋谷52号)的千粒重均为2.70 g，3个品种(晋谷34号、太选谷22和晋谷51号)的千粒重达3.20 g，说明不同品种的千粒重上下波动不显著。不同品种参加区域试验的地力、水肥条件不同，品种的农艺性状仅能代表当时、当地的水平。

表2 育成品种参试过程中的对照品种

表3 不同品种农艺性状汇总

表4 不同品种农艺性状无量纲化处理

2.2 育成品种农艺性状和产量的灰色关联分析

将育成品种测定的农艺性状视为一个灰色系统，产量性状设定为母序列X0，株高、穗长、单穗重、穗粒重、出谷率、千粒重等6个性状分别设定为比较数列X1、X2、X3、X4、X5、X6[29]。将原始数据组成的序列进行无量纲化转换得到均值化序列(表4)，应用DPS软件进行灰色关联度分析，分辨系数ρ越小，分辨力越大，具体取值可视情况而定，本次分析取ρ=0.5，计算关联度(表5)。

育成品种6个农艺性状与产量的关联序为出谷率>单穗重>千粒重>穗粒重>株高>穗长，其中出谷率与产量的关联度最大(rOi=0.7806)。关联度越大，与母序列关系越紧密，反之则关系越疏远。因此，当栽培管理措施一致的情况下，单穗重、千粒重及穗粒重对产量的影响较大。

表5 不同谷子品种性状与产量的关联度

2.3 育成品种品质表现

对23个育成品种的小米粗蛋白、粗脂肪、直链淀粉、胶稠度、VB1、碱消指数和赖氨酸含量等品质分析结果，参照1990年河北省农林科学院谷子研究所制定的“优质食用粟品质及其检测方法”的品质标准(DB/7300 B 22 13-90)进行统计分析，以晋谷21号为对照(图2 )，数据来源于农业部谷物及制品质量监督检验测试中心，其中太选谷21、太选谷22、太选谷23、太选谷24、太选谷25及太选谷26未测定碱消指数(糊化温度)，8个品种测定了赖氨酸含量。

表6 育成品种品质性状间的相关分析

图2 育成品种的品质性状

从图2可知，粗蛋白含量变幅为9.81%～15.47%，其中仅一个品种(太选谷23)低于10%，最高为晋谷45号，超过对照晋谷21号11.89%，8个品种达一级标准(蛋白质含量≥12.5%)，15个品种达二级标准(蛋白质含量≥11.8%)；粗脂肪含量变幅为2.62%～5.30%，5个品种达一级标准(粗脂肪含量≥4.6%)，11个品种达二级标准(粗脂肪含量≥4.2%)，晋谷46号和晋谷34号超过对照4.94%；直链淀粉含量变幅为14.18%～24.21%，其中太选谷29含量最低，10个品种达一级标准(14.0%≤直链淀粉含量≤17.0%)，19个品种达二级(17.0%≤直链淀粉含量≤20.0%)；胶稠度变幅为110.0～137.5 mm，21个品种达二级(胶稠度≥115 mm)，16个品种胶稠度大于120 mm；维生素B1的测定中，含量分布在0.18～0.68 mg·(100 g)-1之间，最高为晋谷36号；17个品种测定了碱消指数，13个品种达一级标准(碱消指数级别≥3.5)，太选谷28和对照品种晋谷21号最高，达5.7，所有测定品种均达二级标准(碱消指数级别≥2.5)；8个品种的赖氨酸含量分布在0.23%～0.28%之间，不同品种上下波动不显著。

对品质分析的7个指标进行相关性分析(表6)，粗蛋白含量与粗脂肪和维生素B1含量呈显著正相关，与直链淀粉含量和测定样品水分呈显著负相关；粗脂肪含量与维生素含量呈极显著正相关，与碱消指数呈显著正相关，同胶稠度和测定样品水分呈显著负相关；维生素B1含量与胶稠度呈显著负相关；碱消指数与直链淀粉呈极显著负相关，与测定样品的水分含量呈极显著负相关；直链淀粉的含量与测定样品的水分含量呈极显著正相关。

3 结论与讨论

3.1 育成品种产量及农艺性状的总体情况

2002—2020年山西省农业科学院作物科学研究所育成谷子品种产量整体水平有了较大的提升，均达3 500 kg·hm-2以上，增产幅度超过对照8%的品种有8个。育成品种株高变幅为126.0～167.2 cm，除少数中矮杆品种外，多数品种为中高杆类型，但品种的株高受诸多因素的影响，上下波动明显[30]。降低株高是培育适合机械化收获品种的基本要求，也是谷子育种的新方向。育成品种的穗长均超过19 cm，11个品种的出谷率大于80%，超过张艾英等[24]分析的30个西北春谷中晚熟组通过国家鉴定的品种，穗长，穗重、穗粒重等其它农艺性状也均高于30个同期通过国家鉴定品种的平均水平。

3.2 育成品种农艺性状与产量的灰色关联度

谷子的农艺性状之间存在着明显相关性，但通过相关系数确定两个因子之间的真实关系，还具有一定的局限性。本研究通过育成品种与产量的灰色关联分析得出影响产量的关联序为出谷率>单穗重>千粒重>穗粒重>株高>穗长，这与李志江等[13]、刁现民等[15]的究结果相似，但与刘金兰等[31]的研究结果有差异。因此，在新品种选育及种质创制时，针对不同类型的材料，选择农艺性状的侧重点不同。

3.3 育成品种的品质评价

品质优良是现代农业发展对作物品种的基本要求，这是由经济发展和市场需求决定的，农作物品种的品质已成为作物育种的主要目标。国内没有优质小米品质的明确标准，“优质食用粟品质及其检测方法”品质标准(DB/7300 B 22 13-90)，主要包括以蛋白质、脂肪和维生素B1含量为指标的营养品质和以直链淀粉含量、胶稠度和碱消指数(糊化温度)为指标的食用品质。中国作物学会粟类作物专业委员会评定的国家优质米是通过专家对食用粟的食味品质和商品品质进行鉴评打分选出，评选结果更接近市场需求。23个育成品种中，由中国作物学会粟类作物专业委员会评定的国家一级和二级优质米品种有7个，品质分析测定的多个指标超过一级、二级标准，优质米品种的粗蛋白、粗脂肪、直链淀粉含量等营养品质测定性状与品质标准无对应关系，这与张艾英等[24]分析得出的优质米的粗蛋白和粗脂肪含量相对较高有差异。

依据品质测定分析结果，育成品种类型丰富，其中包括软胶稠度品种(胶稠度大于120 mm)、中糊化温度品种(碱消指数：4～5)[32-34]。Nakayama等[35]依据直链淀粉含量的不同可将谷子分为3类：直链淀粉含量在17.0%～31.9%之间为非糯类型，直链淀粉含量在7.8%～16.0%之间为低直链淀粉类型，直链淀粉含量为0～3.5%时，为糯质类型，23个育成品种中，8个品种为低直链淀粉品种，其余为非糯类型。相关性分析表明，粗蛋白含量与粗脂肪含量和维生素B1含量显著正相关，该结果与古世禄等[36]对山西省209份谷子品种和李国英[37]对全国400份材料的品质分析结果一致，但与张爱霞等[38]对全国6省区的29个谷子品种的分析结果相反，粗蛋白和粗脂肪的相关性有待进一步确定。另外，粗蛋白和粗脂肪对谷子营养品质的效应不同，即高蛋白会降低谷子的整体品质，高脂肪可提升谷子的整体品质[38]，粗蛋白和粗脂肪作为品质育种的主要指标，可根据不同的育种目标进行选择。本研究还发现粗蛋白、碱消指数和直链淀粉呈显著负相关，粗脂肪含量与维生素含量呈极显著正相关，与碱消指数呈显著正相关，同胶稠度呈显著负相关，维生素B1含量与胶稠度呈显著负相关；碱消指数与直链淀粉极呈显著负相关。品质分析结果与不同生态环境关系较为密切[38,39]。因此，在新品种选育过程中，应根据本生态区特点多样品比较，最终选择品质优良的谷子新品种。

3.4 谷子育种的方向

自2000年以来，山西省农业科学院作物科学研究所整体育种水平有了较大的提升，在育成品种的数量、产量、抗病性及品质等方面有所突破，新品种选育取得了一定的进展，国家一级优质米新品种晋谷59号及特色谷子新品种太选谷21已转让给山西大丰种业有限公司进行品种转化与产品研发，实现了科研成果的市场价值，但从23个育成品种的总体评价看，还存在很多的不足与拓展空间，如：育种手段较单一，育成品种基本为太阳能杀雄、人工杂交选育的品种；育种亲本遗传资源相对狭窄，缺乏不同类型的种质资源；育成品种类型较少，在生产上覆盖面小，不能满足不同生态区的种植需求；育成品种的商品性缺乏明显优势，缺少专用品种、抗除草剂品种等。在今后种质优选及新品种选育过程中，应注重引进新型优异资源，拓宽育种基础，不断挖掘新材料，选用优质、矮杆、株型紧凑、叶片上冲、抗除草剂的种质资源，根据市场需求，调整育种目标，培育品质优良、抗性强以及多种类型的抗除草剂品种，多元化满足谷子产业发展的需求。