14个粒用高粱饲用品种农艺性状的评价

2021-10-15王润丰王海莲刘宾陈二影黎飞飞岳霞张华文

山东农业科学 2021年9期

王润丰，王海莲，刘宾，陈二影，黎飞飞，岳霞，张华文

（山东省农业科学院作物研究所，山东济南 250100）

高粱（SorghumbicolorL.）国内外栽培历史悠久，对盐碱、旱涝、瘠薄等恶劣土壤环境均有较强的适应能力［1－3］。同时，作为C4植物，高粱光合能力强、效率高，生物产量高，是禾本科作物的重要一员［4］。2019年其全球收获面积4 190.63万hm2，产量约5 789.34万t，仅次于玉米、水稻、小麦和大麦，排名前五［5］。从用途上分，高粱有4大类别，即粒用高粱、甜高粱、饲草高粱和帚用高粱［6，7］。其中，粒用高粱是以籽粒为主要收获器官的高粱。粒用高粱籽粒营养丰富、营养价值高，国际上不仅当作主粮，亦用作饲料，经济效益高［8，9］。当前我国粒用高粱品种种类丰富，但大部分被用作白酒酿造原料，少部分食用，导致我国粒用高粱饲用价值被严重低估，其饲料研发、利用和产业发展受到制约［2］。

随着物质生活水平的日益提高，人们对畜牧产品（肉、蛋、奶）在营养膳食结构中的需求比例相应增加，而国内主要饲料原料（苜蓿、燕麦、玉米等）供不应求，多依赖进口，受国际贸易政策影响大，不确定因素多。因此确保我国自主可控的优质饲料原料供应，既可以保证我国粮食安全，又可以缓解国内畜牧产品消费与饲料供需矛盾，促进我国饲料产业健康有序发展［8］。粒用高粱籽粒饲用为解决这一问题提供了一条值得尝试的新途径，而对粒用高粱品种籽粒是否适宜饲用进行评价是关键一步。本研究以发掘粒用高粱籽粒饲用潜力，继而合理开发利用高粱品种资源为基本出发点，对我国现已育成的14个粒用高粱品种进行多区域田间试验，以期筛选出高产稳产、适宜机械化生产的饲用粒用高粱专用品种，为其籽粒饲用产业发展奠定品种基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试高粱品种14个，共来自3个研究单位，为符合粒用高粱饲用标准要求品种（单宁含量低于0.5%），且广泛种植。其中，以沈杂5为对照（CK），具体见表1。

表1 参试品种来源信息

1.2 试验方法

1.2.1 试验设置在我国高粱春播晚熟生态区共设置5个田间试验点，分别为辽宁省沈阳市（辽宁省农业科学院高粱研究所）、锦州市（锦州市农业科学院）、朝阳市（辽宁省水土保持研究所）和山西省晋中市（山西省农业科学院高粱研究所）、甘肃省平凉市（平凉市农业科学研究所）。采用完全随机区组试验设计（RCBD），重复3次。小区面积19.8 m2。行长5 m，6行区种植，株距14 cm，行距66 cm，密度120 000株/hm2。收中间4行测产。

1.2.2 播种与田间管理 5个试验点均按照当地气候条件与栽培习惯于2020年5月播种。田间管理措施同当地大田。

1.2.3 农艺性状田间统计成熟时调查统计14个高粱品种的生育期、株高、穗长、穗粒重、千粒重、产量等农艺性状。

1.3 数据统计分析

试验数据方差分析（ANOVA）采用混合线性模型（MLM）并计算广义遗传力（H2）［10］，用SPSS 26软件完成。图表绘制分别在Prism Graphpad 9和Minitab 19中进行。

2 结果与分析

2.1 14个粒用高粱品种的农艺性状表现

对14个粒用高粱品种的株高、穗长、穗粒重、千粒重、产量、生育期共6个性状进行统计和分析，结果见图1。其中，箱线图上下限之间的变幅反映了各品种农艺性状受环境影响的变异程度；此外，农艺性状表现在品种间的差异显著性也较为明显。利用线性混合模型对农艺性状的田间表现数据进行方差分析，结果（表2）表明，品种间各性状的差异极显著（P＜0.01，P＜0.001），各试验点环境条件对性状的影响、各性状的品种基因型与试验点环境的互作效应也极显著（P＜0.001）。而各农艺性状的广义遗传力均落在高遗传力区间（H2＞0.6），说明各农艺性状虽受环境影响，但其在不同环境下的表现仍然稳定。

表2 农艺性状的方差分析与广义遗传力

高粱株高对机械化收割影响最大，也是高粱品种适宜机械化生产的关键指标。由图1A可以看出，14个粒用高粱品种株高的变异差值为146.7 cm，其中最高的品种为葫粱1，平均株高217.3 cm，变异系数为3.8%；辽杂69最矮，平均株高仅140.4 cm，变异系数13.0%。低于160 cm的矮秆品种有4个，分别为锦杂110、辽杂48、辽杂52和辽杂69，其它为中高秆品种。株高变异幅度最大和最小的品种分别是辽糯12和辽糯13，变异系数分别为17.4%和4.2%。对照品种沈杂5平均株高177.3 cm，变异系数13.0%。

图1B显示，14个粒用高粱品种的最短穗长为20.6 cm，最长为40.0 cm，平均穗长为30.2 cm。其中，锦杂111平均穗长最长，为32.2 cm，变异系数15.9%；辽杂48平均穗长最短，为27.3 cm，变异系数最小，为8.0%。而对照品种沈杂5平均穗长为29.7 cm，变异系数最高，为19.5%。

图1C显示，14个粒用高粱品种穗粒重的变异范围较大，在24.9～93.9 g之间，差值高达69 g。对照品种沈杂5平均穗粒重为62.8 g，变异系数35.4%。平均穗粒重高于对照的品种有5个，分别为葫粱1、锦杂111、晋饲20－1、辽杂48和辽杂52。其中锦杂111穗粒重最高，变异系数为22.8%；辽糯12穗粒重最低，仅53.0 g，且变异最大，变异系数34.7%。

图1D显示，14个粒用高粱品种千粒重的变异范围在17.3～49.3 g之间，差值达32.0 g，平均值为29.8 g。平均千粒重最高的品种为晋饲20－1，达32.0 g，变异系数23.4%；最小的品种为锦杂111，仅27.7 g，变异系数22.2%。对照品种沈杂5的平均千粒重为31.4 g。

产量是所有农艺性状中最重要的性状，在不同品种的多环境试验中能反映其生态适应性的强弱，也是品种筛选的重要依据。图1E显示，14个粒用高粱品种中，最低产量为2 593.5 kg/hm2，最高为9 301.5 kg/hm2，平均产量为6 207.0 kg/hm2。对照品种沈杂5平均产量为5 899.5 kg/hm2，变异系数为37.0%。有10个品种的平均产量高于对照，其中辽杂52产量最高，达7 117.5 kg/hm2，变异系数28.0%；其它9个品种依次为辽杂72、锦杂111、晋饲20－1、辽杂10、辽糯13、锦杂110、锦杂107、辽杂48和辽杂73。

图1F显示，参试粒用高粱品种的平均生育期约115 d，部分地区生育期最短为78 d，最长为165 d。对照品种沈杂5平均生育期最短，为108 d，变异系数13.1%；生育期较长品种为辽糯13、锦杂111、辽杂72，均超过122 d。

图1 14个粒用高梁品种农艺性状田间表现的箱线图

2.2 14个粒用高粱品种性状间的相关性分析

对高粱株高、穗长、穗粒重、千粒重、产量、生育期共6个农艺性状进行相关分析，结果（表3）表明，株高与产量（r＝0.173，P＜0.05）显著正相关，而其与生育期（r＝0.245，P＜0.01）、穗粒重（r＝0.321，P＜0.001）和穗长（r＝0.346，P＜0.001）极显著正相关；穗长与生育期正相关（r＝0.177，P＜0.05），与穗粒重、千粒重、产量相关不显著；穗粒重与生育期相关不显著，而与产量极显著正相关（r＝0.886，P＜0.001），与千粒重极显著负相关（r＝－0.254，P＜0.001）；千粒重与产量（r＝－0.262，P＜0.001）极显著负相关，与生育期极显著正相关（r＝0.608，P＜0.001）；产量与生育期正相关（r＝0.145，P＝0.05）。

表3 不同农艺性状间的相关性

2.3 试验点间14个粒用高粱品种的产量表现分析

为筛选出高产高效粒用高粱品种，本研究以产量为主要衡量指标，评价其环境适应性。如表4所示，与沈杂5（CK）相比，5个试点中，增产点率达到80%的粒用高粱品种有6个，按平均产量由高到低依次为辽杂52、锦杂111、辽杂10、辽糯13、锦杂110、锦杂107；增产点率60%的品种1个，为晋饲20－1。辽杂52、锦杂111、锦杂110在辽宁朝阳减产，而在其它试点均增产，产量排名在前8位以上，尤其是辽杂52、锦杂111增产点排名均靠前；辽杂10、辽糯13仅在辽宁锦州减产；锦杂107在山西晋中减产，增产点中甘肃平凉排名较后；晋饲20－1在辽宁朝阳、锦州试点明显减产，增产点中沈阳增产较少。其余品种增产点率低于50%，仅在个别试点表现增产，品种广适性范围较窄。

表4 参试品种在各试验点的产量表现

3 讨论

当前，国内高粱年产在300万t左右，其中大部分粒用高粱都用于白酒酿造［11］。与国外相比，我国粒用高粱的经济价值被局限于酿造加工业，而其饲用价值潜力尚未被充分发掘，仍有很大的提升空间［12－14］。因此，作为发掘我国粒用高粱饲用价值潜力的第一步，需对现有育成粒用高粱品种进行多地点试验，分析评价其农艺性状表现，筛选出具有潜在饲用价值的品种。

对14个粒用高粱品种在5个试验点的株高、穗长、穗粒重、千粒重、产量、生育期共6个性状田间表现的分析表明，品种间的农艺性状差异极显著，环境对其影响极显著，品种与环境的互作效应也极显著（表2）。以上6个农艺性状的广义遗传力（H2）均大于0.6，株高为0.97，穗长为0.88，穗粒重为0.87，千粒重为0.84，产量为0.83，生育期为0.85。Zhang等［15］将性状的广义遗传力分为3个区间，0～0.3为低遗传力性状，0.4～0.6为中等遗传力性状，大于0.6为高遗传力性状。因此认为，这6个农艺性状均为高遗传力性状。

相关性分析表明，14个参试品种6个农艺性状间存在复杂的内在关联（表3）。需要指出的是，有研究报道高粱千粒重与穗粒重呈正相关［16，17］。而本研究发现，千粒重与穗粒重、产量之间为负相关性，这可能与试验品种样本数少、缺少广泛代表性有关，也有可能与参试品种的特性有关。由于重要性状间存在负相关性，品种筛选时不得不做出必要妥协［18］。14个参试品种的产量变异系数较大（表4），平均超过30%。一般认为，变异系数大于20%时，性状变异为较高水平［19］。造成产量性状变异水平较高的原因，在于不同试验点间相同参试品种产量的差异较高，其中锦州试点在高粱生长期遇到严重干旱，另外平凉地区气温偏冷凉、后期阴雨天多，影响高粱籽粒灌浆，从而影响最终产量。其余试验点气候因素对产量影响较小。

本研究的首要任务，是在完成参试粒用高粱品种不同环境条件下农艺性状田间表现评价的基础上，对其进行筛选。其先决条件是品种高产稳产，同时还要符合行业生产需求。当前，高粱育种、品种筛选越来越多地关注高粱株型的改良和适宜机械化生产［13］。高粱株高在120～160 cm之间最适合机械化收割，而低于120 cm、高于160 cm则需要人工收割［20］。14个粒用高粱品种中，辽杂52农艺性状表现突出，其沈阳点产量8 812.5 kg/hm2、锦州点4 080.0 kg/hm2、朝阳点5 610.0 kg/hm2、晋中点8 269.5 kg/hm2、平凉点8 812.5 kg/hm2，平均产量7 117.5 kg/hm2，增产点率最高（80%），仅在朝阳点减产；平均株高151.3 cm，适合机收，穗长29.9 cm，穗粒重67.7 g，千粒重30.5 g，生育期113 d。锦杂110多试点田间表现也较为突出:产量平均值6 279.0 kg/hm2，增产点率80%；株高158.3 cm，穗长29.0 cm，穗粒重61.4 g，千粒重28.7 g，生育期114 d。以上两个品种适应力强，绝大多数试点均增产。其余品种，如辽杂72、锦杂111、晋饲20－1、辽杂10、辽糯13平均产量也较高，但其株高过高，均超过160 cm。且辽杂72适应性较差，增产点率仅40%；晋饲20－1株高稍高，增产点率60%，仅适宜在西北地区晋中、平凉种植。