谷子种质资源在榆林地区的农艺性状分析及适应性评价

摘 要：本研究以96份不同品种谷子为材料，通过比较生育期、刺毛色、穗型、农艺性状及产量等参数的变化，并采用相关性分析、主成分分析、灰色关联度以及聚类分析相结合的方法，分析主要农艺性状之间的相关性，评价各谷子品种在榆林地区的适应性。结果表明：除GZ17、GZ30死亡未出苗外，其余品种均能够正常成熟，生育期范围是73～122d刺毛色中，绿色、黄色、紫色分别为30.9%、39.4%、29.8%穗型中鸡嘴形、纺锤形、圆筒形、棍棒形、猫爪形、鸭嘴形分别为23.4%、23.4%、35.1%、13.8%、3.2%、1.1%农艺性状变异系数范围是9.78%～33.31%，其中单穗粒重变异系数最高为36.1%，株高变异系数最低为9.78%除分蘖数与产量呈负相关外，其余性状与产量均呈正相关，单穗粒重与产量相关系数最大前5个主成分累计贡献率达到89.45%，第1主成分贡献率为41.32%各性状与产量的关联度排序为：单穗粒重＞株高＞主穗直径＞千粒重＞主茎穗长＞主茎节数＞分蘖数。聚类分析表明：96份谷子种质资源分为三个类群，第Ⅰ类群包含48份资源，第Ⅱ类群包含22份资源，第Ⅲ类群包含24份资源。综合分析认为，谷子品种改良中单穗粒重可作为优先改良对象，最适宜在榆林种植的谷子品种为GZ28、GZ68、GZ83。

关键词：榆林谷子不同品种适应性农艺性状

中图分类号：S522.4 文献标识码：A" 文章编号：0488-5368（2024）08-0063-09

Analysis of Agronomic Traits and Adaptability Evaluation of Foxtail Millet" Germplasm Resources in Yulin Area

WEI Qian+1， WEI Mingyu+1， ZHANG Panpan+1，CHEN Fangfei+2， WANG Xiaoyan+1

（1.College of Life Science， Yulin University， Yulin， Shaanxi 719000，China2. Shenmu Agricultural Technology Extension Center， Yulin， Shaanxi 719300，China）

Abstract： In this study， 96 foxtail millet varieties were used as materials， and the adaptability of each millet variety in the Yulin area was evaluated by comparing their parameter changes such as growth period， spiny coat color， ear type， agronomic traits， and yield. Correlation analysis， principal component analysis， grey correlation degree， and cluster analysis were used to analyze the correlation between their main agronomic traits. The results showed that except for GZ17 and GZ30， the other varieties could mature normally， with the growth period ranging from 73 to 122 days. Among the spiny coat colors， green， yellow， and purple were 30.9%，39.4%， and 29.8%， respectively. The chicken beak shape， spindle shape， cylinder shape， stick shape， cat's claw shape， and duckbill shape were 23.4%，23.4%，35.1%，13.8%，3.2%， and 1.1%， respectively.The coefficient of variation of agronomic traits ranged from 9.78% to 33.31%，with the highest coefficient of variation being 36.1% for single ear grain and the lowest coefficient of variation being 9.78% for plant height. Except for the negative correlation between the number of tillers and yield， the other traits were positively correlated with yield， and the correlation coefficient between grain weight and yield was the greatest.The cumulative contribution rate of the first five principal components reached 89.45%，and the contribution rate of the first principal component was 41.32%.The correlation between each trait and yield was as follows：single panicle grain weightgt; plant height gt; main panicle diameter gt; thousand-grain weight gt; main stem panicle length gt; number of main stem nodes gt; tillers. Cluster analysis showed that 96 foxtail millet germplasm resources were divided into three groups， with 48 resources in group I， 22 resources in group II， and 24 resources in group III. Comprehensive analysis showed that the grain weight of single ear in the improvement of foxtail millet varieties can be used as the priority improvement object， and foxtail millet varieties GZ28， GZ68， and GZ83 are the most suitable for planting in Yulin.

Key words：Yulin Foxtail millet Different varieties Adaptability Agronomic traits

谷子（%Setaria italica %（L.） Beauv.）起源于我国，具有生长周期短、抗旱耐瘠薄、粮草兼用、医食同补等特点，是我国北方干旱、半干旱地区重要的特色杂粮作物[1，2]，同时也是我国最大的粮食作物之一[3，4]。谷子数千年前就已传播到世界各地，种植总面积达7 000多万hm+2，我国谷子的栽培面积最大，种植面积约200万hm+2[5～7]。榆林位于我国陕西省的最北部，光线充足，气候干燥，雨热同季，昼夜温差大，有利的气候条件为谷子的产量和质量提供了有力的保证[8]。由于地理位置，气候条件的差异，谷子的生态学特征和农艺性状也有所不同。因此，受栽培方法和环境等因素的影响，谷子品种间农艺性状和产量水平有着不同的差异表现[9～11]。

近年来，采用多元统计分析方法对农作物进行综合评价的研究很多，在小麦、玉米、水稻上取得了诸多成果。徐澜等[12]通过结合高稳系数法、灰色关联系数法等对14个引种春麦进行综合评价，得出5个南引小麦品种较适合忻定盆地春播及相似生态区种植王俊花等[13]基于主成分、聚类和灰色关联度分析筛选出8个产量高、品质优、综合性状好的超甜玉米杂交组合荆瑞勇等[14]在主成分分析基础上，利用隶属函数法对18个水稻品种进行品质分析，同时利用聚类分析法进行归类，筛选出综合品质较好的水稻品种1份。各种分析方法在谷子上也有诸多研究，韩飞等[15]利用主成分分析和隶属函数法从63份谷子中筛选出5份耐盐谷子品种曹禹等[16]通过变异系数、相关性和主成分分析等方法对25份谷子进行适应性评价，得出7份谷子适宜在伊犁州种植。

榆林、米脂等地都有种植谷子，但是存在单一品种多年种植的情况，不能满足生产生活需要。因此，在前人的研究结果基础上，本研究将采用多种分析方法相结合，比较分析多个品系谷子之间农艺性状的差异、各农艺性状之间的联系，解析谷子品种性状在榆林地区的表现规律以及为改善榆林地区谷子品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为黑龙江八一农垦大学谷子研究团队提供的96份不同谷子种质资源（表1）。

1.2 试验设计

于5月中旬将96份谷子种质资源播种，每个品种共2行，长1.0 m，行距50 cm，株距6.7 cm。

试验地位于榆林市牛家梁镇榆卜界（109°43′E，38°23′N），年平均降水量为371 mm，年均气温8.6 ℃，≥10 ℃积温3 000～3 300 ℃。该区域的光照充沛，地势平坦且地下水位较高，便于灌溉，土壤为风沙土。

1.3 测定项目与方法

根据《谷子种质资源描述规范和数据标准》[17]测定谷子农艺性状。记录刺毛色和穗型，采用目测法观察记录各生育时期，即目测该品种某时期个体占比超过总体的50%，则记录某时期的日期在成熟期测定每个品种的平均有效穗数，并且从每个品种中随机抽取5株测定株高、分蘖数、主茎节数、主茎穗长、主穗直径等性状，单穗粒重和千粒重则是每个品种随机取10株的穗，进行人工脱粒与人工数粒，使用千分位电子天平称量并记录得出单穗粒重后，换算为公顷产量，同时保留单穗粒重的数据。

1.4 数据处理

采用Excel 2019，DPS 7.05和Origin 2022软件进行数据统计分析与制作图表。灰色关联度分析参考邓聚龙[18]的灰色系统理论，设参考数列为产量（x0），比较数列为株高（x1）、分蘖数（x2）、主茎节数（x3）、主茎穗长（x4）、主穗直径（x5）、单穗粒重（x6）、千粒重（x7）。运用DPS数据处理系统[19]计算关联度并进行排序。

2 结果与分析

2.1 生育期、刺毛色和穗型分布

96份谷子品种在播种后，出苗时间相差明显，GZ17和GZ30未出苗。由图1A可知谷子营养生长时长在50～70 d的占76.6%，70 d以上占18.1%，50 d以下占5.3%由图1B可知生殖生长时长在30～50d的占69.1%，50 d以上占14.9%，30 d以下占16%由图1C可知总生育期时长在100～120 d占72.3%，80～100 d占20.2%，80 d以下占4.3%，120 d以上占3.2%。

由图2A知，不同品种谷子穗型占比最多为圆筒形35.1%，其次为鸡嘴形和纺锤形23.4%，棍棒形13.8%，猫爪形3.2%，鸭嘴形1.1%，无佛手形图2B显示刺毛色中绿色最多为39.4%，其次是黄色30.9%，紫色最少为29.8%。

2.2 农艺性状分布及变异特征

从各农艺性状的分布（图3）来看，株高在140～170 cm的有60份，占比为63.8%，株高≥170 cm只有12份，占比12.8%主茎节数≥8节的有42份，占比44.7%，≤4节的只有14份，占比14.9%主穗长在20～30 cm的多达75份，占比高达79.8%穗长≤20 cm的只有6份，占比6.4%有效分蘖数≤2个的有48份，占比51.1%，≥3个的只有19份，占比20.2主穗直径在2.5～3 cm的有47份，占比50%，≥3 cm的只有14份，占比14.9%千粒重在2.5～3 g的有42份，占比44.7%，千粒重≥3 g只有22份，占比为23.4%。

由表2可知，各性状中单穗粒重的变异系数最大，为33.31%，变异幅度为4.25～33.31 g其次是产量和主茎节数，变异系数分别为27.67%和23.84%，变异幅度为152 964～9 994.20 kg/hm+2和3.20～12.60节主茎穗长变异系数为16.46%，变异幅度为17.32～39.50 cm千粒重变异系数为14.72%，变异幅度为1.10～3.54 g主穗直径变异系数为12.24%，变异幅度为1.76～3.17 mm有效分蘖的变异系数为11.62%，变异幅度为1.00～4.40株高的变异系数最小，为9.78%，变异幅度为118.22～196.44 cm。

2.3 各农艺性状的相关性分析

对此批谷子品种进行相关性分析，得到性状之间的相关系数和显著性（表3）。由表3可看出，株高、主茎节数、主茎穗长、主茎直径、单穗粒重和千粒重与产量增长均呈正相关，其中株高、主茎节数、主茎直径和单穗粒重与产量相关呈极显著水平，单穗粒重与产量的相关系数最高，而分蘖数与产量则呈负相关。

2.4 各农艺性状的主成分分析

对此批谷子品种进行主成分分析，得出主成分的特征值、贡献率、累计贡献率（表4），以及主成分中各农艺性状的特征向量值（表5）。由表4知，根据累计贡献率大于85%的准则，前5个主成分累计贡献率达到89.447%，可以判定其基本代表农艺性状的全部情况。前5个主成分特征值分别为3.305 7、1.512 4、0.973 6、0.904 5、0.459 6，贡献率分别为41.321%、18.906%、12.170%、11.306%、5.746%。由表4知，主成分1中单穗粒重是正值高负载，特征向量值是0.438 7，分蘖数是负值高负载，特征向量值是-0.139 8 主成分2[LL]中主穗直径是正值高负载，特征向量值是0.491 1，主茎穗长是负值高负载，特征向量值是-0.396 9主成分3中分蘖数是正值高负载，特征向量值是0.929 1，单穗粒重是负值高负载，特征向量值是-0.136 7主成分4中千粒重是正值高负载，特征向量值是0.779 4，主穗直径是负值高负载，特征向量值是-0.336 1主成分5中主穗直径是正值高负载，特征向量值是0.663 6，产量与株高是负值高负载，特征向量值分别是-0.347 7、-0.334 2。

2.5 产量与其他农艺性状的灰色关联度分析

为了保证各性状的一致性和同等效应，对原始数据均值化处理。灰色关联度能够解决并补充相关性分析不能处理的联系程度问题。计算产量与其他性状的灰色关联度和排序，结果见表6。由表6可知，各性状与产量的灰色关联度排序是：单穗粒重＞株高＞主穗直径＞千粒重＞主茎穗长＞主茎节数＞分蘖数，即：单穗粒重、株高、主穗直径、千粒重对产量影响较大，主茎穗长、分蘖数、主茎节数对产量影响较小。结合相关性分析，单穗粒重比株高对产量的影响较大。

2.6 不同品种谷子农艺性状的聚类分析

以卡方距离为指标，离差平方和法对谷子品种的9个农艺性状进行系统聚类分析，在卡方距离5.55处，将此批谷子种质资源分为三个类群（图4），各类群资源数、农艺性状均值和变异系数见表7。

第Ⅰ类群包含48份资源，该类群生育期最长（108 d），株高最高（162.7 cm），分蘖数最少（1.9个/株），主茎节数最多（8.8节/株），主茎穗长最长（27.6 cm），主穗直径最大（2.760 cm），单穗粒重最大（23.123 g），千粒重

最大（2.769 g），产量较高（7 694.2 kg/hm+2）。分蘖数变异系数最大（27.9%），其次主茎节数（19.2%），株高变异系数最小（7.5%）。综上，此类群为生育期长、株高较高、分蘖少、产量高的谷子资源。

第Ⅱ类群包含22份资源，该类群生育期最短（94 d），株高较矮（144.2 cm），分蘖数较少（2.2个/株），主茎节数较少（5.8节/株），主茎穗长较小（23.8 cm），主穗直径最小（2.282 cm），单穗粒重最小（10.460 g），千粒重最小（2.267 g），产量最低（4 231.4 kg/hm+2）。分蘖数的变异系数最高（42.2%），其次主茎节数（34.0%），株高变异系数最小（10.5%）。综上，此类群为生育期短，株高较矮，分蘖少，粒重小，产量低的谷子资源。

第Ⅲ类群包含24粉资源，该类群生育期较长（107 d），株高最矮（140.4 cm），分蘖数最多（2.7个/株），主茎节数最少（5.7节/株），主茎穗长最短（23.1 cm），主穗直径较大（2.685 cm），单穗粒重适中（18.990 g），千粒重适

中（2.530 g），产量较高（6 565.1 kg/hm+2）。主茎节数变异系数最高（35.5%），其次分蘖数（30.7%），生育期的变异系数最小（7.0%）。综上，此类群生育期较长，株高较矮，分蘖多，产量较高的谷子资源。

3 讨论

3.1 谷子种质资源生育期及农艺性状变异系数

本研究指出，供试的96个谷子品种除GZ17、GZ30未出苗，其余品种生长状况良好。生育期范围是73～122d，生育期100d以上共有71种，与周雪等[20]对谷子生育期的描述情况相似，其他农艺性状分布、数值及指标均在李艳等[21]在230份谷子的研究结果范围内，但其中穗型分布略有差异，原因可能是选择材料和试验场地不同导致。

变异系数是衡量作物发生变异程度的指标，性状的变化幅度越大，其变异系数值越高。通过比对产量构成因素的变异系数发现，96份谷子的9个主要农艺性状的变异系数范围在10.8%～36.1%，主茎节数、单穗粒重、分蘖数和产量的变异系数较大，株高、主穗直径、千粒重和生育期变异系数较小。农艺性状变异系数越大，表明受环境、栽培措施影响越大，通过改变栽培技术等措施，可以得到较大幅度的改善反之则表明受环境、栽培措施影响越小，此类性状较为稳定，在品种选育过程种可作为评价指标，这与曹禹等[16]的研究结果基本一致。

3.2 谷子种质资源主成分及灰色关联度分析

主成分分析能够用较少的综合变量去反映变量的全部信息[22]。方路斌等[23]研究发现，在第1主成分中，正值高负载的性状是单穗质量、穗粒质量和株高。吕建珍等[24]研究发现，第1主成分的贡献率最大，其中特征向量最大的是单穗重和穗粒重，同时第2主成分中株高的特征向量也远超其他性状。在本研究中，第1主成分贡献率最高，其中单穗粒重负载最高，产量与株高的负载次之。

史根生等[25]研究发现单穗粒重与产量的关联度大于株高。赵禹凯等[2]研究表明，株高、单株穗重、单株粒重、千粒重对产量有较大影响，但本研究发现株高影响产量的程度有限。贾小平[27]等研究结果表明，穗重、小区产量与穗粒重的关联度最大，说明这两个性状对穗粒重的影响较大。本研究发现了与前者类似结果，结合相关性分析结果发现主茎穗长影响产量作用较小，单穗粒重、主穗直径影响产量作用较大。

3.3 谷子种质资源聚类分析

采用聚类分析方法研究作物种质资源的差异，对其进行分类，可很好地解释品种类群存在的亲缘关系，并可以准确的揭示品种间的差异[28]。赵峰等[29]对70份大麦种质资源进行聚类分析，并结合二维排序分析，筛选出以矮杆、强分蘖、高产为基础，分别兼具短穗、多粒、长穗的3类大麦种质，并构建了大麦种质资源的综合评价方程。对该批谷子资源聚类分析可知：第Ⅰ类群包含48份资源，是生育期较长、株高较高、分蘖少、产量高的谷子资源，此类群可作为高秆、密植、高产的选育材料。第Ⅱ类群包含22份资源，是生育期短，株高较矮，分蘖少，粒重小，产量低的谷子资源，此类群可以选育矮秆、早熟的谷子品种。第Ⅲ类群包含24份资源，是生育期较长，株高较矮，分蘖多，产量较高的谷子资源，此类群可选育矮秆、高产谷子品种。其中谷子品种GZ28、GZ68、GZ83最适宜在榆林种植。

4 结论

本研究对96份谷子种质资源进行综合鉴定评价，8个主要农艺性状的变异系数范围为9.78%～33.31%，单穗粒重的变异系数最高，株高最低。主成分分析表明主成分1的贡献率最大，其中正值高负载的性状依次为单穗粒重、产量、株高，单穗粒重是产量的重要组成部分。相关性分析和灰色关联度分析结果表明单穗粒重对产量的影响作用最大。聚类分析将96份谷子种质资源分成3个类群，第Ⅰ类群包含48份资源，第Ⅱ类群包含22份资源，第Ⅲ类群包含24份资源。综合各项结果可得谷子品种GZ28、GZ68和GZ83最适宜在榆林种植。

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基金项目：榆林市科技局科技计划项目（CXY-2022-69）国家自然科学基金项目（31860340）陕西省教育厅重点实验室项目和陕西省产业技术体系项目（2023）资助榆林市2022年科技计划“陕北旱区旱作农业数字研究平台”（CXY-2022-68）。

第一作者简介：魏骞（1996-），男，硕士，研究方向：作物高产高效栽培。

通信作者：张盼盼。