复播谷子品种主要农艺性状及产量分析

赵 云,冯国郡,胡相伟,李翠梅,李鹏兵,阿克博塔·木合亚提,柏 玲

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091;2.疏勒县农业农村局,新疆疏勒 844200;3.新疆农业科学院微生物应用研究所,乌鲁木齐 830091;4.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】谷子(Setariaitalica),耐旱、耐瘠薄、极具抗逆性、适应性强,在我国被广泛种植,主要分布于东北、华北和西北地区[1,2]。谷子(去壳后称小米,含蛋白质11.7%,脂肪4.5%,碳水化合物72.8%),还含有人体所必需的氨基酸和钙、磷、铁及VA、VB1、胡萝卜素等,小米还可以酿酒、制糖[3]。谷子是粮草兼用作物,含粗蛋白质8%,超过一般牧草含量的1.5～2倍,纤维素少。谷糠亦是畜禽的精饲料。新疆喀什地区干旱缺水,热量资源丰富,但土壤瘠薄,主要为林果套种冬小麦+复播玉米模式。近年来,新疆地区复播谷子种植面积持续增加,种植收益明显高于其他作物。2019年新疆喀什地区复播谷子种植面积500 hm2,2020年复播面积达1 400 hm2,到2021年复播面积增加到5 000 hm2。分析新疆复播谷子品种主要农艺性状及产量成因的相关性,对筛选适宜新疆南疆喀什地区种植的复播谷子新品种有重要意义。【前人研究进展】近年来,我国在高产、优质、多抗谷子品种的选育有较多研究,但有关新疆喀什地区复播品种的选育及综合评价却鲜有报道[4-6]。通过不同的分析方法揭示不同谷子品种的农艺性状与产量关系,对改良和优化品种,提升产量及品质,具有重要意义[7,8]。段宏凯等[9]对山西14个主栽品种在不同区域的农艺性状变化进行分析,地域是影响谷子生育期、主茎高、留苗密度和穗粒重以及产量的主要因素,但千粒重和穗长主要由品种间差异引起。杨慧卿等[10]研究了8个谷子品种的10个农艺性状与产量的关系,穗粒重是获得高产的关键,但必须兼顾其他农艺性状,首选单穗重较高、株高偏低、生育期、穗长和出谷率适中的材料。任芹勇等[11]对来自我国不同生态区65个谷子品种为材料,对其农艺性状进行聚类和相关性分析,单穗粒重与穗长、穗粗、千粒重、单穗重及穗松紧度呈极显著正相关。XM Chen[12]对52个谷子品种的9个农艺性状指标进行聚类分析和主成分分析,结果表明,叶片数的变异系数最低,穗粒数的变异系数最高,田间有变异势。R Wang等[13]研究表明,产量、株高、穗粒重和穗重的变异系数较大,穗重与产量、穗粒重呈显著正相关,株高与产量呈负相关,谷子的高产栽培技术应注意穗重、穗粒重、出谷率和株高,以及穗粒重、出谷率与其他农艺性状的相关性,从而适当调节株高的增加,获得较高的产量。【本研究切入点】选育适合复播的早熟高产谷子品种是改善新疆喀什地区种植结构、保证产量的有效途径。虽然前人对不同谷子品种适应性进行了相关研究报道,但对新疆喀什地区复播品种的综合评价分析鲜见报道。需研究新疆喀什地区复播谷子主要农艺性状及产量构成因素的相关性和变异程度。【拟解决的关键问题】应用相关性、主成分分析等方法,分析新疆喀什地区“冬小麦+复播谷子”模式下谷子农艺性状与产量相关性,为复播谷子品种筛选提供依据及参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年在新疆喀什地区疏勒县库木西力克村进行(E 76°37′,N 39°23′)。试验于2021年6月28日播种,试供谷子品种7份,来自4个育种单位提供,其中以豫谷18作为对照(CK)。该地区属温带大陆性干旱型气候,年平均气温11.8℃,平均日照时间总数为2 822 h,平均降水64 mm,历年平均无霜期为215 d。试验田土壤基础理化性质为沙壤土,0～20 cm表层土壤全磷、有效磷、全钾和有效钾平均含量分别为(0.50±0.14) g/kg、(2.69±1.61) mg/kg、(14.84±0.59) g/kg和(151.03±117.57) mg/kg。表1

表1 参试谷子品种名称及来源

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

随机区组设计,3次重复,膜宽2.1 m2,采用1膜6行种植,行距配置(20+70+20+70+10) cm,株距10 cm,小区面积30 m2,采用膜下滴灌干播湿出技术,于2021年6月28日进行膜上点播。试验地四周边设置2 m宽保护行。前茬冬小麦,整地时施磷酸二铵300 kg/hm2做基肥,每穴播3～5粒,播深2～3 cm,覆土厚度0.5～1.0 cm。谷子出苗后灌水5次,分别是播种后、拔节期、抽穗期、孕穗期、灌浆期,整个生育期随水追尿素450 kg/hm2。10月3日进行相关指标测定并且收获。

1.2.2 指标测定

记录物候期;谷子成熟收获时,每小区随机选择10株进行室内考种,参照《谷子种质资源描述规范和数据标准》进行,包括株高、穗长、穗型、节数、穗粗、穗重、穗粒重、千粒重和产量等农艺性状。

1.3 数据处理

各项指标分别采用Microsoft Excel 2020 和SPSS 19.0软件进行方差和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同复播谷子品种的物候期

研究表明,7个品种的生育期在83.0～115.6 d范围内,其中冀杂金苗生育期最短,为83.0 d,中谷989生育期最长,为115.6 d。各品种均在播种后5～7 d出苗,在拔节期之前,各品种生长时间基本一致,但各品种生长时间从抽穗期开始逐渐出现差异,表现为各品种抽穗至成熟阶段天数不一致,特别是中谷19、中谷989与CK间,抽穗期至成熟期天数差异明显。不同谷子品种生育期天数存在较大变异,变异系数幅度为1.74%～13.70%,由小到大依次为播种-出苗<出苗-抽穗<抽穗-成熟。抽穗-成熟变异系数最大,表明不同复播谷子品种的抽穗-成熟天数变异较丰富,选择潜力较大;播种-出苗阶段天数变异系数最小,该阶段的选择潜力有限。图1,表2

图1 不同复播谷子品种生育期阶段天数

表2 生育期阶段变异系数

2.2 不同复播谷子品种的成穗率及产量差异

研究表明,各品种成穗率处于71.15～85.90%,豫谷18成穗率最高,为85.90%,金苗K2最低,仅为71.15%;金苗K2成穗率与其他各品种间对照(豫谷18)差异显著,其余各品种间无显著性差异。

不同复播谷子品种的产量均处于3 331.00～5 812.35 kg/hm2,且彼此间存在差异。豫谷32产量最高,为5 812.35 kg/hm2,相比CK显著增产,增产21.68%。冀谷168以5 229.90 kg/hm2的产量位居第二,相比CK亦显著增产,增产9.49%;中谷989与中谷19产量略高于CK,但相比CK无显著性差异。豫谷32与其他6个品种均存在显著差异,冀谷168与其它品种间存在显著差异;中谷989、中谷19、豫谷18品种间无显著性差异,但与其他4个品种差异显著;金苗K2产量最低,与除冀杂金苗外5个品种存在显著差异。图2

图2 不同复播谷子品种的成穗率及产量差异

2.3 不同复播品种谷子农艺性状及产量相关因素

研究表明,不同品种的株高差异变化不大,集中在108.13～138.88 cm,中谷989株高最高,为138.88 cm;冀杂金苗最矮,为108.13 cm;茎粗处在6.56～9.24 mm,节数处于10.59～13.10节。豫谷18、豫谷32及冀谷168出谷率较高,金苗K2的出谷率最低。不同品种谷子间的产量相关因素差异不大,穗长在17.99～22.56 cm;穗粗在17.72～23.43 mm;单穗重在12.16～17.59 g;穗粒重在8.81～13.67 g;千粒重在2.76～2.84 g。

各品种间性状变异程度较丰富。不同性状变异系数的变幅为6.12%～27.02%,由大及小依次为株数>穗粒数>穗数>单穗重>茎基粗>穗粗>穗长>千粒重>株高>节数>出谷率。株数、穗粒数、穗数及单穗重变异系数较大,各品种间这些指标变异较丰富,选择潜力较大;出谷率和节数变异系数最小。表3,表4

表3 不同复播谷子品种农艺性状

表4 不同复播谷子品种产量相关因素

2.4 不同复播品种谷子主要性状的相关性

研究表明,株高与出苗-抽穗天数呈极显著相关(0.833**),而产量则与出苗-抽穗天数关系不显著(0.375),但产量与抽穗-成熟天数呈显著相关(0.805*),产量主要取决于抽穗后的灌浆时间长短,灌浆时间越长,产量越高;株高与千粒重正相关(0.596),与产量呈负相关(-0.598),但关系均未达到显著水平;株数有利于保证穗数(0.431),但与产量指标均呈负相关,株数与穗长、穗粗、单穗重、穗粒重、千粒重、产量的相关系数分别为-0.372、-0.702、-0.755*、-0.708、-0.732、-0.459,其中株数与单穗重的负相关系数达到显著水平(-0.755*);穗数与株数正相关(0.241)但未达到显著水平,穗数和株数对产量性状的影响基本一致;对产量有促进作用的是穗粒重(0.897*)、穗粗(0.872*)、单穗重(0.852*)、穗长(0.821*)和抽穗-成熟天数(0.805*)。表5

表5 不同复播谷子品种主要农艺性状的相关性

2.5 不同复播品种谷子主要性状的主成分

研究表明,11个农艺性状可综合归纳为3个主成分因子,累计贡献率为89.484%。第1主成分贡献率为53.784%,对谷子总遗传信息贡献最大,其中单穗重、单穗粒重和千粒重的特征向量值分别为0.631、0.651、0.451,属于产量构成因素,可称为产量构成要素因子,决定第1主成分大小的主要是产量三要素,3种性状对于产量的影响较大,是谷子综合评价的首要指标。第2主成分中株高、茎粗、穗长、节数具有较高正向特征向量值,是长势因子,贡献率为23.311%;第3主成分中生育期的特征向量最大,为0.580,称生育期因子,贡献率为12.398%。表6

表6 不同复播谷子品种数量性状主成分变化

3 讨 论

3.1优质谷子品种的选择不能仅关注产量及产量构成因子,合理的株型、优异的农艺性状也相当重要[15]。谷子农艺和产量性状是典型的数量性状[16]。研究试验品种来源于不同单位、不同生态区,包括夏谷和春谷,各品种农艺性状的变异幅度为 6.12%～27.02%,变异系数相对丰富,可以通过改变育种手段或者栽培措施对某些性状进行改良从而获得理想性状,与潘裕平等[17]的研究结果相似。研究发现株数、穗数、单穗重和穗粒重变异系数最大,播种～出苗天数和出谷率变异系数最小,与吕建珍等[18]对18份谷子品种9个数量性状的变异分析中穗粒重及单穗重的变异系数较大,出谷率的变异系数较小研究结果基本一致,但不同的是吕建珍[18]等的研究表明抽穗-成熟天数变异系数最小,主要是所选用的试验材料不同或品种的生态适应性不同。合理规划种植密度、控制株高可以提高谷子产量。白玉婷等[19]阐明,产量与穗重、株高、茎粗正相关,但仅有穗重达到显著,与穗长呈负相关,但相关性不显著。试验相关性分析显示,生育期、出谷率、穗长、穗粗、单穗重、穗粒重6个性状指标与产量呈正相关,与刘鹏等[20]的单穗重、单穗粒重、单株生物量、生育期对产量贡献最大的结果一致。同时试验表明新疆喀什复播谷子产量与株高存在负相关,与王瑞等[21]研究结果一致,结合实际生产,植株过高生殖生长过旺,易倒伏而造成作物减产[22]。单穗重与穗粗相关系数正显著,与解云等[23]的研究结果一致。

3.2主成分分析可以将多个农艺性状归纳几个综合因子,而综合反映参试品种的性状表现。方路斌等[24]将11份谷子品种(系)的农艺性状归纳为4个主成分因子,其累计贡献率为85.69%。而研究中,农艺性状归纳为产量构成要素因子、长势因子和生育期因子,3个主成分因子的累计贡献率达到89.48%,在第1主成分中,穗粒重、单穗重、千粒重对于产量的影响较大,而在第2、3主成分中,生育期、株高、茎基粗、节数、穗长对于产量的影响较大。在筛选谷子品种时,应倾向于穗粒重和千粒重高、穗长较长、株高适中、生育期适宜的品种。

4 结 论

新疆喀什地区主要为“冬小麦+复播谷子”一年两熟种植模式,谷子品种选择生育期尤为关键(应≤90 d),有4个品种生育期≤90 d,在谷子引种、选育中应兼顾主要因素和次要因素,选择单穗重和穗粒重较大、株高和穗长适中、生育期短的品种。豫谷18、豫谷32、冀谷168、冀杂金苗产量稳定且综合农艺性状优异,适合在新疆喀什地区推广种植。