谷子杂交种产量与主要农艺性状的相关性及回归分析

史关燕 王娟菲 麻慧芳 赵雄伟

（1山西农业大学经济作物研究所，030031，山西太原；2山西农业大学生命科学学院，030801，山西太谷）

谷子（Setaria italica Beauv.）起源于我国，是古老农作物，作为黍型物种的一个驯化种，因具有生长周期短、基因组小及营养丰富等优越性[1]，在作物遗传研究中占重要地位；同时谷子杂种优势明显[2]，具有抗旱、耐瘠及适应性广等特点，被认为是未来应对气候变暖和水资源短缺的战略储备作物[3]，是中国北方干旱和半干旱地区重要的农作物。由于我国谷子产量水平和种植效益低而不稳，严重困扰着谷子生产，为此科研人员开展了大量提高谷子产量水平的育种研究。20世纪80年代培育的“豫谷1号”和“张谷1号”推动了谷子育种研究进程[4]；在杂交水稻的启发下，崔文生等[5]培育出了第1个谷子高度雄性不育系“蒜系28”及其两系杂交种“蒜系28”ד张农10号”，使谷子杂种优势利用变为可能；2010年王玉文等[6]主持培育出我国第1个春播中晚熟谷子杂交种“长杂2号”，推动了不同杂种优势类型的研究应用。近年来，随着诱变育种和生物技术育种等新技术的不断发展，育种手段变得更为多样化，育成品种产量水平不断提高[7]。但是，目前谷子产量潜力依然没有发挥出来，现有高产品种产量水平有限，高产和超高产仍然是谷子育种研究的重要目标[8-9]。要大幅度提高谷子产量，利用杂种优势是重要途径之一。谷子杂交种产量受遗传特性、栽培方法、栽培条件和环境条件等多种因素影响[10]，这些因素与产量的关系一直是谷子杂种优势利用关注的问题。赵杰等[11]对杂交谷子株高与产量性状分析得出，产量与株高呈负相关，与穗长呈正相关。贾小平等[12]对谷子抽穗期与农艺性状进行相关性分析得出，谷子抽穗期与千粒重呈负相关，随着抽穗期的适当延长，谷子主要通过增加粒数提高产量。李志江等[13]对东北春谷区育成的谷子品种产量和农艺性状的相关分析指出，单穗重和穗粒重对产量影响最大，是育种中应关注的因素。魏萌涵等[14]对华北地区谷子产量与农艺性状的综合评价得出，穗粗、单穗重和穗粒重对产量的影响最大，在谷子产量育种中应重视大穗及大粒性状的筛选。

利用相关性和回归分析是评价作物产量关联性状的重要方法，能解析作物各性状之间的相互关系，可以明确影响产量的主要农艺性状，对育种有重要的指导意义[15-18]。目前谷子相关性和回归分析主要针对常规品种的产量分析，对不同类型杂交种产量与农艺性状的研究鲜见报道。因此，本研究对13个谷子杂交种的产量与株高、穗长、单穗重、千粒重和出谷率等主要农艺性状进行相关性和回归分析，探讨各性状之间的相互关系，为谷子杂种优势利用和杂交种选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2016-2018年利用4种类型谷子不育系配制的13个谷子杂交种，杂交品种的组合名称见表1。

表1 13个谷子杂交种编号及名称Table 1 Numbers and names of 13 foxtail millet hybrids

1.2 试验设计

试验于山西农业大学经济作物研究所汾阳试验基地进行。试验采用随机区组排列，3次重复，6行区，行长6.67m，行距0.33m，留苗密度36.7万株/hm2。试验各小区统一管理，重复间走道宽0.8m，田间管理同生产田。收获时去掉边行和行头，晾干后进行考种，按实收面积计产，然后折算为单位面积产量。试验中所有农艺性状按全国统一标准进行调查记载。每个品种每次重复取20穗调查，3次重复，共60穗。考种项目包括穗长、穗粗、有效分蘖数、单株穗重、单株粒重、穗码密度、出谷率、千粒重和产量等，各个性状值为3个重复的平均值。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理，利用SPSS 25.0进行聚类分析、相关性分析和回归分析。以穗长为基准对参试材料进行聚类，将13个谷子杂交种进行系统聚类；对产量相关的主要农艺性状间进行相关性分析；采用逐步回归法进行回归分析。

2 结果与分析

2.1 谷子杂交种的产量和主要农艺性状分析

由表2可知，13个谷子杂交种的产量与主要农艺性状存在明显差异。产量平均值为5587.88kg/hm2，变异范围为 4767.45～6352.50kg/hm2；千粒重平均值为2.88g，变异范围为2.65～3.18g；出谷率平均值为79.09%，变异范围为74.51%～82.88%；单株粒重的平均值为27.66g，变异范围为21.22～37.31g；穗长的平均值为27.72cm，变异范围为24.47～31.53cm；穗粗的平均值为2.87mm，变异范围为2.58～3.11mm；穗码密度的平均值为4.25，变异范围为3.51～4.89。单株粒重的变异最大，为19.30%，出谷率变异最小，为3.26%。

表2 13个谷子杂交种农艺性状的表型值Table 2 Performance value of agronomic traits for 13 foxtail millet hybrids

2.2 谷子杂交种产量与主要农艺性状间的相关性分析

采用SPSS 25.0对谷子杂交组合主要农艺性状的原始数据进行标准化处理并进行相关性分析，由表3可知，产量与出谷率之间存在显著正相关（r=0.556*）；单株穗重与单株粒重、经济系数之间存在极显著正相关（r=0.989**、0.721**）；有效分蘖数与单株穗重、单株粒重和经济系数之间存在显著正相关（r=0.583*、0.559*、0.610*）；穗码密度与单株草重之间存在显著正相关（r=0.549*）；穗粗与经济系数之间呈显著正相关（r=0.580*）；千粒重与穗长之间存在显著正相关（r=0.560*）；株高与穗颈长存在极显著正相关（r=0.828**），仅穗颈长与产量相关性状指标之间的相关性均未达到显著水平。可以看出，出谷率对杂交种产量影响很大，穗长对千粒重的影响较大，穗码密度对单株草重影响较大，针对不同谷子杂交种的各种用途，育种时可以有针对性选择不同指标。

表3 谷子杂交种主要农艺性状的相关性分析Table 3 Correlation analysis of main agronomic traits of foxtail millet hybrids

2.3 谷子杂交种主要农艺性状对产量的回归分析

以产量为自变量，以千粒重、株高、叶片数、穗长、穗粗、穗重、穗粒重和穗码密度为因变量，利用SPSS 25.0软件进行回归分析，经过7次剔除，最终用穗粗、出谷率和千粒重构建回归方程，8个模型中，模型8拟合度最优，回归分析全部达到显著性差异。模型8回归方程为y=-1339.744+111.722x1+10.545x2+194.105x3（式中，y为产量，x1为穗粗，x2为出谷率，x3为千粒重），说明谷子杂交种产量与穗粗、出谷率和千粒重呈显著正相关关系，杂交种选育过程中应该关注这3个产量关联度均高的性状。

2.4 谷子杂交种聚类分析

从图1可知，在欧氏距离=10处，谷子杂交种聚为4类，第1类短穗型，穗平均长度26.20cm，杂交种有汾杂16-1、汾杂16-9、汾杂16-14和汾杂18-6；第2类中偏短穗型，穗平均长度27.62cm，杂交种有汾杂18-1、汾杂18-2、汾杂18-3和汾杂16-12；第3类中偏长穗型，穗平均长度27.93cm，杂交种有汾杂18-4和汾杂18-5；第4类长穗型，穗平均长度29.73cm，杂交种有汾杂16-3、汾杂16-11和汾杂16-13。

图1 4种类型谷子杂交种聚类分析Fig.1 Cluster analysis of four type foxtail millet hybrids

结合图1和表1可知，第1类短穗型4个杂交种的母本均为汾6A。第2类中偏短穗型4个杂交种中有3个的母本为汾92A，其中汾杂16-12母本为汾6A，父本k15-9属于长穗型，杂交种介于双亲之间，偏短穗型。第3类中偏长穗型2个杂交种为同一个父本k33-15，母本分别为汾21A6和汾92A。第4类长穗型的3个杂交种的母本均为汾21A6。结果说明，杂交种的穗长与母本穗长关系密切。对4种类型杂交种穗长和产量进行方差分析，结果（表4和表5）表明，4种类型谷子穗长之间有显著性差异，4种类型杂交种产量间差异也显著。

表4 4种类型谷子杂交种穗长方差分析Table 4 Analysis of variance of spike length of four type foxtail millet hybrids

表5 4种类型谷子杂交种产量方差分析Table 5 Analysis of yield variance of four type foxtail millet hybrids

对4种类型谷子杂交种产量与性状的相关性分析（表6）发现，产量与经济系数呈显著正相关，除此之外，短穗型杂交种产量与穗码密度和有效分蘖数呈显著正相关；中偏短穗型杂交种产量与单株粒重呈显著正相关；中偏长穗型杂交种产量与穗粗、穗码密度、有效分蘖数和出谷率呈显著正相关；长穗型杂交种产量与有效分蘖数和出谷率呈显著正相关。

表6 4种类型谷子杂交种产量与性状相关系数Table 6 The correlation coefficient between yield and traits for four type foxtail millet hybrids

3 讨论

谷子具备多数禾本科作物共有的形态特征，对其株高、分枝分蘖性、穗重、出谷率、千粒重等性状的解析能够进一步指导育种过程[19]，因此通过性状改良提高谷子产量一直是育种者关注的问题。孙宇燕等[20]对春谷主要农艺性状和品质性状的变异进行了分析，为春谷种质资源和杂交亲本选配提供了参考依据；任月梅[21]对春播区谷子产量构成的主要农艺性状进行相关性和通径分析，提出了主茎高度和穗长适中、植株紧凑的育种目标。本研究针对不同杂交种进行产量与相关性状分析发现，谷子杂交种产量与出谷率之间存在显著正相关，单株穗重与单株粒重之间存在极显著正相关，单株粒重和经济系数之间存在显著正相关，千粒重与穗长之间存在显著正相关，仅穗颈长与产量相关性状指标之间未达到显著水平，说明出谷率是影响杂交种产量的主要因素，同时还与单株穗重和单株粒重呈正相关，说明谷子杂交种产量是多个农艺性状共同作用的结果[22-24]。魏玮等[25]通过灰色关联度分析发现，出谷率与张杂谷产量的关联度最大，其次是千粒重。本研究对谷子杂交种产量与千粒重、株高等8个主要农艺性状的回归分析得出，产量与穗粗、出谷率和千粒重呈显著正相关，与前人[22-25]研究相符。因此，谷子杂交种选育过程中，应该对这3个性状值均高的品种更加关注。

杂种优势利用是提高作物产量的有效途径，近年来，杂种优势的应用大大提高了水稻和玉米等作物的产量。谷子杂种优势研究[26]表明，杂交种的产量比亲本高68%，说明谷子具有极强的杂种优势。本研究通过对4种类型谷子杂交种聚类分析发现，短穗型的母本均为汾6A，长穗型的母本均为汾21A，说明杂交种穗长与亲本有密切关系，因此选择优良亲本是育种成功的重要因素[27]。对4种类型谷子杂交种产量与性状特征的研究表明，不同类型谷子杂交种产量的影响因素不同。短穗型杂交种产量与穗码密度和有效分蘖数有关；中偏短穗型杂交种产量主要受到单穗粒重影响；中偏长穗型和长穗型杂交种产量主要由出谷率决定。因此，选育短穗型杂交种以穗码密度大、分蘖性强为主，选育长穗型杂交种则主要关注出谷率高的品系。本研究对4类谷子杂交种产量和性状特征进行分析结果说明，针对不同类型的谷子杂交种，对其农艺性状选择应有不同侧重。

4 结论

出谷率是影响杂交种产量的主要因素，穗长对杂交种千粒重影响较大。不同类型杂交种产量的影响因素不同，短穗型杂交种产量与穗码密度和有效分蘖数呈显著正相关；中偏短穗型杂交种产量与单株粒重呈显著正相关；中偏长穗型杂交种产量与穗粗、穗码密度、有效分蘖数及出谷率呈显著正相关；长穗型杂交种产量与有效分蘖数和出谷率呈显著正相关。