兵豆新品种DUS测试性状多样性分析与评价

焦雄飞， 于 晋， 冯乐勇， 周旭涛， 郭耀东， 樊丽生

(1.山西农业大学玉米研究所，山西忻州 03400； 2.山西农业大学农学院，山西太原 030000)

兵豆(M.)别称小扁豆、鸡眼豆等，是豆科、兵豆属一年生草本植物。在全球范围内，兵豆属植物仅有6种，主要分布于地中海和西亚地区，在我国，兵豆原产于云南省，目前在河北、山西、陕西、甘肃、四川和西藏均有种植。兵豆的生长期较短，可与其他作物间作套种，在收获后还可轮作其他生育期适当的作物，豆科植物由于具有良好的固氮能力，收获籽粒后其他部分可直接打碎翻进土中做绿肥使用。

我国对于兵豆的认识与研究较少，对兵豆种质资源的保护与利用工作不足。自1996年以来，兵豆品种审定数目仅有8个，其中定西市农业科学研究院2个(定选1号、定选2号)，宁夏农林科学院固原分院3个(宁扁1号、固扁1号、固扁2号)，山西省农业科学院玉米研究所3个(晋扁豆1号、晋扁豆2号、晋扁豆3号)。随着现代农业的发展，对于兵豆种质资源的保护与新品种的选育愈发重要。而兵豆品种特异性、一致性、稳定性(简称DUS)测试技术标准尚未构建与颁布，无法对育成的兵豆品种进行DUS测试，因而也不能对育成的兵豆品种进行品种权保护。本研究对45份兵豆品种进行表型多样性分析和数量性状分级，为科学制定兵豆品种DUS测试指南提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验选取3份审定品种(晋扁豆1号、晋扁豆2号、晋扁豆3号)和42份兵豆种质资源共计45份作为供试材料(表1)。

表1 试验材料信息

1.2 试验设计

试验于2019年5—10月在巴彦淖尔DUS分中心进行，安排45份兵豆种质资源的田间种植、数据采集和图片拍摄。试验田采取随机区组设计，重复3次，三行区行距为0.7 m，株距为0.07 m，小区面积为10.5 m。每小区随机选取20株植株进行试验调查统计。

1.3 性状调查及数据处理

1.3.1 性状调查 每个小区随机选取20株植株进行调查，调查性状包括表2中统计全部性状，本试验记载调查性状均为国际DUS统计性状。使用直尺或游标卡尺测量长度和高度，使用电子天平测量质量，使用国际通用的英国皇家园艺学会比色卡进行颜色测量并记录其数字编码。

表2 兵豆主要记载性状

1.4 试验数据处理

1.4.1 质量性状的分析处理 质量性状参考国际植物新品种保护联盟(UPOV)的方法进行分级与编码。对其中7个主要质量性状进行多样性分析，各性状的遗传多样性采用Shannon’s信息指数(′)进行评价。′=-∑ln，表示第种变异类型出现的频率，用所有性状′的平均值表示1组或所有种质的遗传多样性程度。

1.4.2 数量性状的分析处理 对记载的性状数据使用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、标准差和变异系数。使用SPSS 25对本试验记载的45个品种的7个数量性状进行性状间相关性分析。按照级差≥2倍平均标准差的要求，在结合UPOV指南和我国品种较少的实际情况对5个UPOV中分级数较多且在我国易把1个品种误分为2个品种的数量性状进行重新分级。

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 质量性状的多样性分析

由表3可知，对于3个兵豆审定品种和42个种质资源的7个主要质量性状进行的表型多样性分析，根据表2的质量性状分级，统计各性状的分级占比及计算其多样性指数。由表3可知，7个质量性状的多样性指数均小于1，其中性状花标准颜色的多样性指数最大，为0.915，其他5个性状的多样性指数范围在0.650～0.780之间，小叶形状的多样性指数最低，为0.650。在子叶颜色上主要为黄绿色且所占频率为75%；在小叶形状上主要为椭圆形且所占频率为77.27%；花的标准颜色主要为白色、紫色，其频率分别为65.91%、22.73%；种子主色主要为青黄色，所占频率为75.55%；种子的次色类型中有79.55%的品种为单色种子没有次色，另外20%的品种种子次色分为斑点、大理石纹和大理石纹加斑，这3种种子次色类型分布频率分别为9.09%、6.82%、4.55%；标准紫罗兰色条纹这一性状只有1种表型，即存在标准紫罗兰色条纹，说明紫罗兰色条纹普遍存在于兵豆中。

表3 兵豆质量性状分级占比及多样性

2.2 数量性状的相关性分析

从7个数量性状间相关性分析结果(表4)可以看出，在所有性状中，有4组性状具有一定的相关性，其相关性根据相关系数由小到大依次为种子直径与荚果长度显著正相关，相关系数为0.448；荚果长度与宽度呈极显著正相关，相关系数为0.588；总状花序与胚珠数量呈极显著正相关，相关系数为0.813；种子直径与百粒质量呈极显著正相关，相关系数为0.915。其他数量性状之间没有明显相关性。

表4 数量性状相关性分析

2.3 5个数量性状的描述性统计与分级

由表5可知，株高的变异系数为6.44%，荚果长度的变异系数为8.73%，荚果宽度的变异系数为7.58%，种子直径的变异系数为7.50%，百粒质量的变异系数为12.40%，在这5个数量性状中百粒质量的变异系数最大，株高的变异系数最小。这5个性状中，株高的平均标准差最大为1.54 cm，种子直径的平均标准差最小，仅为0.03 cm。从平均标准差来看，荚果长度、荚果宽度、种子直径平均标准差较小，说明这3个性状在种间差异较低。在参考UPOV与我国兵豆种质资源实际情况相结合后对这5个数量性状进行分级，将荚果宽度和种子直径分为3级，将株高荚果长度、百粒质量分为5级(表6)。

表5 兵豆5个数量性状描述性统计

表6 兵豆5个数量性状的分级

3 讨论

本研究对兵豆质量性状的多样性进行了分析，45份种质资源的6个质量性状多样性指数均小于1，表明45份材料在质量性状上遗传多样性较低，这与李凯等对兵豆性状的多样性分析结果不同。这可能是质量性状与数量性状上的差异，质量性状不受环境的影响而改变表现出稳定的性状，数量性状受环境影响较大在不同环境下其性状差异可能较大。另一方面这些品种从负责系选品种的研究人员那里获得，不适合当地生长的品种已经被淘汰丢失，所以本试验的样品多样性较低。本试验选取品种数量仅有45份，仅能说明当地兵豆品种质量性状的多样性，但对于全国兵豆种质资源多样性分析来说也有其重要的参考意义。

在数量性状的相关性分析中，可以看出本试验测试的数量性状中有4组性状(种子直径与荚果长度、荚果长度与宽度、总状花序与胚珠数量、种子直径与百粒质量)存在显著的相关性。单飞彪等指出在显著相关的性状下，若其回归曲线较大时则可以考虑去除其中1个性状作为DUS记载统计性状，这样可以提高DUS测定工作的效率，减少劳动力浪费，同时也能保证DUS测试的准确性。

本研究对5个数量性状进行了分级，分为3～5级，这与UPOV的分级不同，UPOV分级更加细致且分级数目更多。这是由于我国兵豆种质资源较少，上个世纪种质资源保护观念不强导致我国众多兵豆种质资源丧失，现存种质资源较少且多样性较差。在进行分级时能进行参考的兵豆审定登记品种较少，收集到的种质资源多为农家品种，部分资源仍在分离，给观察造成一定困难，影响标准品种的选定。同时，根据本研究的品种性状多样性指数结合刘金等对小扁豆种质资源形态标记遗传多样性分析，说明我国目前兵豆品种种间近似度较高，不能充分体现兵豆数量性状本身涵盖的范围。UPOV的代码分级区间较窄，在我国进行DUS测试时易将1个品种判为2个或多个品种，所以指定一套合理的适用于我国的兵豆DUS分级十分重要且迫在眉睫。本试验在进行分级时，参考了UPOV兵豆DUS测试指南的同时，结合本研究结果及我国兵豆种质资源现状，对测定性状分级进行了科学合理的调整。

李菊丹认为，我国已经成为潜在的品种权保护大国，但是目前有效授权品种较少，农作物品种权保护主要为大宗农作物，对于兵豆这样的非大宗农作物品种保护较为缺乏，为保护农作物种质资源，对非大宗农作物的品种权保护同样重要且刻不容缓。UPOV对于新品种保护DUS的制定有重要的参考意义，在制定DUS测试指南时需要积极参考国际相关资料，同时结合我国实际情况做出适合于我国种质资源的DUS测试指南。