蚕豆DUS标准品种在重庆的性状表达差异性分析

官 玲, 王红娟, 蒋晓英, 林 清, 白文钦

(重庆市农业科学院生物技术研究所/农业农村部植物新品种测试重庆分中心, 重庆 401329)

DUS测试是指依据植物测试技术与标准,通过田间种植试验或室内分析对品种的特异性(Distinctness)、一致性(Uniformity)和稳定性(Stability)(简称DUS)进行评价的过程[1]。植物新品种DUS测试作为国际公认的技术体系,在品种管理、品种真实性鉴定、品种纯度鉴定和品种维权执法等方面的作用日益突出[2]。因此,建立和完善DUS测试技术体系,对种业持续、健康发展具有重要作用和现实意义。标准品种是DUS测试过程中用于示例或校正测试性状表达状态的标样品种,为性状的表达状态提供实例参照,矫正年份和地点等引起的性状描述差异,起着统一品种描述的作用[3]。标准品种性状表达的稳定性和准确性直接关系到待测品种DUS测试结果的客观、公正和准确,它是植物新品种保护的基础。我国幅员辽阔,生态类型复杂多样,一套标准品种较难满足不同生态类型区域需求,因此深入分析研究标准品种在不同生态区的表现和适应性,建立适合本生态区的标准品种群体,对保证测试结果的准确性至关重要。

目前关于标准品种的筛选和适用性研究的报道较多。张建华等[4]采用符合系数研究玉米标准品种在云南地区的表现,为云南区玉米DUS测试标准品种群体的构建和指标性状的确定积累了技术资料。之后,研究者们通过分析玉米[5-9]、水稻[10]、大豆[11]、芝麻[12]、红花[13]等作物的性状符合系数,评价不同生态区下的标准品种的表现与测试指南中的代码和描述的差异性,检验标准品种的区域适用性并加以优化。虞秀明[14]采用箱线图法筛选优化一品红DUS测试标准品种,为数量性状标准品种的筛选提供了参考。此外,学者们基于DUS测试性状分析水稻[15-16]、玉米[17]、大麦[18]、菜豆[19]等植物标准品种的形态多样性,为评价和优化标准品种的配置和应用提供了理论支撑。

NY/T 2345—2013《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南 蚕豆》[20](以下简称《指南》)作为蚕豆DUS测试的指导文件,虽为每个测试性状设定了对应的标准品种,但大部分是适宜青海的地方品种。由于重庆的光、热、水等环境因子与青海有很大差异,标准品种的性状描述可能出现偏差,导致标准品种不“标准”,而关于蚕豆标准品种适用性和性状表达差异性分析研究尚未见报道。本试验通过分析研究17个蚕豆标准品种在重庆的性状表现,评价标准品种在重庆的适用性,并加以优化,以期筛选出适宜重庆测试区的蚕豆DUS标准品种,为蚕豆新品种性状判定提供科学准确的依据,同时为建设完善的西南区蚕豆DUS测试体系积累技术资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以17份蚕豆标准品种(表1)为材料,均由农业农村部科技植物新品种测试中心提供。

表1 试验材料

1.2 试验设计

试验安排在农业农村部植物新品种测试重庆分中心测试基地,采用随机区组设计,于2019年10月18日和2020年10月23日以点播方式播种,株距0.4 m,行距0.7 m,每行10株,共40株,2个重复。试验区周围设1 m宽的保护行,田间管理与当地蚕豆常规大田生产管理方式相同。

1.3 性状调查及计算

按照《指南》要求的观测时期和方法,对39个蚕豆基本测试性状(表2)进行调查记录,质量性状(QL)和假质量性状(PQ)以代码形式记录,数量性状(QN)记录为数值,再按照性状分级区间将观测平均值转换为代码。根据符合系数公式,计算每个性状和标准品种的符合系数(性状13、14、20没有标准品种,因此不计算符合系数),根据符合系数大小,分析标准品种在重庆地区的性状表现与《指南》差异。

表2 蚕豆DUS测试性状

某品种(或性状)的符合系数计算公式为:

i=∑(a-b)2/(X×100)

式中:i为某品种(或性状)的符合系数,a为某品种(或性状)的指南代码值,b为某品种(或性状)的实测代码值,X为某品种(或性状)指南代码的均值[4]。

2 结果与分析

2.1 蚕豆DUS测试标准品种的符合系数

对蚕豆标准品种在重庆的表现与《指南》描述进行差异性分析,结果如表3所示。17个蚕豆品种DUS测试标准品种中有6个品种符合系数大于0.990,其中陵西一寸、近缘4号和兴海紫蚕豆的符合系数等于1,他们的性状代码值与《指南》中的代码值完全相同,说明这3个标准品种在重庆的性状表现与《指南》描述完全一致,可以继续作为重庆地区蚕豆DUS测试的标准品种。64.7%的品种符合系数小于0.990 0,其中双0、青海11号、尕大豆、3290的符合系数小于0.950 0,说明其性状表达状态与《指南》描述差异较大,建议不作为重庆地区蚕豆DUS测试的标准品种,其他品种在重庆的表现相对稳定,可为筛选适宜重庆测试的标准品种提供参考。

表3 蚕豆DUS测试标准品种的符合系数

2.2 蚕豆DUS测试性状的符合系数

从表4可知,36个基本性状中有22个性状的符合系数大于0.990 0,占61.1%,其中15个性状的符合系数等于1(性状1、性状2、性状7、性状8、性状15、性状17、性状19、性状24、性状26、性状27、性状31、性状33、性状36、性状37、性状38)。质量性状的符合系数最高,平均为0.999 0(性状30为0.996 0)。12个假质量性状中有7个性状的符合系数为1,平均符合系数为0.996 0。数量性状符合系数最低,平均为0.976 0,性状3、性状4、性状6、性状9、性状10、性状18、性状23、性状29、性状34符合系数小于或等于平均数,可见数量性状受环境影响的波动较大,有必要对这些数量性状的标准品种作进一步筛选优化。

表4 蚕豆DUS测试性状的符合系数

2.3 蚕豆 DUS测试指南标准品种的优化

根据表3、表4以及连续两年实际观测的数据,遵循年度间稳定性好、能应用于较多性状和符合系数高的原则,对符合系数小于或等于平均符合系数的8个数量性状进行优化,为其13个表达状态重新筛选出了对应的标准品种(表5)。部分数量性状的表达状态在已有的群体里没有筛选到合适的标准品种,如性状“旗瓣:花青甙延伸范围”,下一步将扩大筛选群体,尽量从适宜本生态区种植的品种中选择数量性状的标准品种。对于符合系数小于0.990 0的假质量性状“小叶:形状”和“干籽粒:种皮颜色”,由于测试《指南》中给出了每个表达状态详细的图例解释,因此在没有合适的标准品种时,可以直接参考图例。

表5 蚕豆标准品种代码优化

3 讨 论

蚕豆测试《指南》在青海分中心研制,尽管在选择标准品种时充分考虑了生态适应性,但由于青海生态条件与重庆差异较大,部分品种的性状代码和描述与《指南》差异明显,不适宜作为重庆测试区的标准品种,如青海11号、尕大豆和3290。因此,目前迫切需要筛选更新适宜重庆测试区的蚕豆标准品种。

国际植物保护联盟(UPOV)在技术文件TGP/7/8中阐述了标准品种选择原则[21]:易获得、稳定性好、数量少和尽可能覆盖性状表达的变异范围。测试指南中的标准品种并不是越多越好,选择的标准品种不应仅用于一个或少数几个性状,尽可能用最少的标准品种涵盖所有需要包括的性状及其表达状态,从而减少田间种植工作量和降低测试成本。本研究在标准品种筛选优化过程中,不仅考虑了稳定性和代表性,还考虑尽可能用同一标准品种代表同一类型或观测部位的性状表达状态,从而提高测试数据的准确性和测试人员的测试效率。

性状是植物品种DUS测试审查的基础,按照性状的表达方式分为质量性状、假质量性状和数量性状。在测试过程中,质量性状和假质量性状的判定较为容易;而数量性状受环境和栽培条件影响大,表型变化复杂,因而判定较为困难[22-24],为矫正环境变化带来的影响和统一品种描述,有必要为数量性状的不同表达状态设置标准品种。为数量性状设置标准品种时,要注意品种在特定区域的实际表现,尽可能多采用适宜当地种植的品种[25]。本研究显示,成胡10号的性状表达状态与《指南》描述基本一致,在重庆表现出了较好的适应性,这与该品种由四川省农科院育成、而重庆和四川生态类型相似有关,因此在筛选更新重庆测试区的标准品种时,应多考虑和重庆生态类型相似的西南区蚕豆品种。此外,数量性状的分级标准不能一成不变,应结合当年的实际栽培环境、年度间数值的变化来确定,不能完全照搬《指南》分级标准或仅用某一年的测量值来进行判定[26]。也就是说,蚕豆标准品种数量性状的分级参考值应随着年度环境变化而变化,不应该一成不变。

随着蚕豆育种和产业的发展,下一步,有必要开展西南区蚕豆已知品种和种质资源收集鉴定,筛选出适宜重庆蚕豆DUS测试的标准品种,以便提升蚕豆DUS测试和品种规范化描述水平,建立起完善的西南区蚕豆DUS测试技术体系,为西南区蚕豆品种权授权、维权以及品种管理等方面提供技术支撑。

4 结 论

本研究首次评价了蚕豆DUS测试标准品种在《指南》研制区外地区的性状表现,将17个标准品种种植在重庆新品种测试基地并观察2个独立生长周期的田间试验数据,采用符合系数法分析标准品种及其性状表现与《指南》中代码的差异,并进一步对符合系数小的性状对应的标准品种进行了优化,主要结论如下:

1) 17个蚕豆DUS测试标准品种中有6个品种符合系数大于0.990 0,其中陵西一寸、近缘4号和兴海紫蚕豆的符合系数等于1,其性状表达状态非常稳定,可继续作为标准品种用于重庆地区蚕豆DUS测试。有4个标准品种的符合系数小于0.950 0,其性状表达状态与《指南》描述差异较大,建议不作为重庆地区蚕豆DUS测试的标准品种。

2) 61.1%的测试性状符合系数大于0.990 0,其中15个性状的符合系数等于1,总体表现为,质量性状平均符合系数(0.999 0)>假质量性状(0.996 0)>数量性状(0.976 0),数量性状受环境影响较大,因此有必要对数量性状的标准品种作进一步筛选和优化。

3) 结合品种符合系数的分析结果以及连续2个独立生长周期的实际观测数据,对符合系数小于或等于平均符合系数的8个数量性状的13个表达状态的标准品种进行优化,重新筛选出了对应的标准品种。