谷子生育期與莖稈以及穗部性狀的關(guān)系

元旭朝，張耀元，蘇彥冰，劉曉東，劉龍龍,2,3，杜婧婧，鄧楠，韓淵懷,2,3*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801； 2.農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030031；3.雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太谷 030801)

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谷子生育期與莖稈以及穗部性狀的關(guān)系

元旭朝1，張耀元1，蘇彥冰1，劉曉東1，劉龍龍1,2,3，杜婧婧1，鄧楠1，韓淵懷1,2,3*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801； 2.農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030031；3.雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太谷 030801)

摘要：谷子的莖稈性狀和穗部性狀與谷子產(chǎn)量有著密切關(guān)系，但對(duì)生育期與這些性狀的關(guān)系缺乏研究。本文基于中國(guó)作物種質(zhì)資源網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中谷子資源生育期及主要性狀信息，統(tǒng)計(jì)740份谷子資源的莖稈和穗部的主要性狀指標(biāo)。利用單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)主莖長(zhǎng)度、主莖直徑、單株穗重、單株粒重等性狀指標(biāo)隨著生育期的增加而增加，千粒重隨著生育期的增加呈現(xiàn)出正態(tài)分布，生育期較短的資源在穗部性狀上多表現(xiàn)為短刺毛和緊穗的特征。這些結(jié)果可為谷子資源的充分利用和相關(guān)研究提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：谷子； 生育期； 莖稈； 穗部

谷子(Setariaitalica)是禾本科狗尾草屬，一年生草本植物，起源于中國(guó)[1]。除在我國(guó)河北、山西、黑龍江、內(nèi)蒙古、陜西等地大量種植外，在印度、朝鮮、俄羅斯、澳大利亞等國(guó)也有分布[2]。谷子的生育期長(zhǎng)短不一，且在谷子眾多性狀中變異系數(shù)較小[3]，與谷子的產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)[4]。關(guān)于谷子生育期與莖稈、穗部性狀的研究?jī)H見(jiàn)李曉宇等[5]的報(bào)道，涉及到莖稈重和單穗重。

基于水稻[6，7]、小麥[8]、玉米[9]等禾本科作物的研究表明，莖稈性狀對(duì)株型、抗倒伏等都有重要的影響；賈小平等[10]在谷子上的研究認(rèn)為，類(lèi)似水稻，穗粒重與倒伏呈一定正相關(guān)。穗的大小、形態(tài)等指標(biāo)與谷子株型和產(chǎn)量密切相關(guān)。其中，單株穗重和單株粒重是產(chǎn)量構(gòu)成的重要因子[3]。所以，研究生育期長(zhǎng)短與谷子莖稈及穗部性狀的關(guān)系有重要的意義。

本文利用中國(guó)作物種質(zhì)資源網(wǎng)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，探究生育期與谷子的莖稈性狀和穗部性狀的關(guān)系，系統(tǒng)分析了生育期長(zhǎng)短與主莖長(zhǎng)度、主莖直徑、單株穗重、單株粒重、千粒重、主穗長(zhǎng)度、穗松緊比例、刺毛長(zhǎng)度比例等性狀的關(guān)系，以期為谷子資源的充分利用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

中國(guó)作物種質(zhì)資源信息網(wǎng)由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所于1998年開(kāi)通[11]，是中國(guó)作物種質(zhì)資源信息共享系統(tǒng)的重要組成部分，覆蓋180種作物(隸屬于78個(gè)科，256個(gè)屬)，包含38萬(wàn)份種質(zhì)信息，是世界上最大的植物種質(zhì)資源系統(tǒng)之一[12]。中國(guó)作物種質(zhì)資源信息網(wǎng)(http://www.cgris.net/query/croplist.php#)數(shù)據(jù)庫(kù)的谷子資源總計(jì)3 634個(gè)，其生育期與資源數(shù)分布基本呈正態(tài)分布(圖1)。其中，生育期最長(zhǎng)的品種是印度比哈爾邦的Ise-40,生育期達(dá)到了163 d，生育期最短的品種是張家口市的56天小谷子，生育期僅為60 d，分析發(fā)現(xiàn)谷子的生育期主要集中在100～129 d。本研究中，我們將生育期小于等于85 d作為短生育期材料，將生育期大于等于130 d的材料作為長(zhǎng)生育期材料，整理得到生育期小于等于85 d的245份材料資源和生育期大于等于130 d的245份材料資源的莖稈和穗部的主要性狀指標(biāo)。并統(tǒng)計(jì)生育期在105～114 d里每個(gè)天數(shù)內(nèi)的前25個(gè)資源的莖稈和穗部的主要性狀指標(biāo)，共統(tǒng)計(jì)740個(gè)資源。

1.2材料分布

統(tǒng)計(jì)740份資源材料的原產(chǎn)地可知其分布情況為：黑龍江180份，河北160份，吉林72份，甘肅68份，山東41份，河南33份，山西28份，遼寧27份，內(nèi)蒙古20份，陜西19份，云南與寧夏各4份，天津3份，北京、海南、湖北、湖南、西藏、浙江各1份，國(guó)外75份(主要分布在印度、日本、德國(guó))。其中，我國(guó)三大主產(chǎn)區(qū)(華北平原夏谷區(qū)、北部高原春谷區(qū)和東北平原春谷區(qū))有656個(gè)資源，占88.6%；其他區(qū)域僅有9個(gè)資源。

1.3數(shù)據(jù)處理

短生育期資源包括≤79 d和80～85 d兩個(gè)區(qū)段,分別包含43個(gè)和202個(gè)資源。長(zhǎng)生育期資源包括130～139 d和≥140 d兩個(gè)區(qū)段，分別包含209個(gè)和36個(gè)資源。中度生育期為105～114 d，包含有250個(gè)資源。

利用Excel 2003計(jì)算各個(gè)時(shí)段內(nèi)性狀指標(biāo)的平均值，并用DPS_7.5軟件分析其顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1生育期與莖稈性狀的關(guān)系

莖稈性狀主要包括主莖長(zhǎng)度和主莖直徑。分析結(jié)果表明，在所有資源中，生育期≤79 d的資源其主莖平均長(zhǎng)度低于100 cm，長(zhǎng)生育期資源的主莖長(zhǎng)度平均值為140 cm。主莖長(zhǎng)度隨著生育期的增加而增加(圖2a)，但生育期≥140 d的資源其主莖長(zhǎng)度略小于生育期在130～139 d的資源，差異不顯著。短生育期和長(zhǎng)生育期資源的主莖長(zhǎng)度分別低于和高于中生育期資源，且呈極顯著；生育期低于79 d的資源其主莖長(zhǎng)度顯著低于80～85 d生育期的資源。

主莖直徑隨著生育期的增加也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖2b)，在所有資源中，生育期短的資源主莖直徑平均值為0.55 cm，長(zhǎng)生育期資源主莖直徑的平均值為0.8 cm。短生育期資源顯著小于中等和長(zhǎng)生育期資源，生育期在130～139 d的資源，其主莖直徑略小于中等生育期的資源，但差異不顯著，生育期≥140 d的資源其主莖直徑顯著大于130～139 d的資源。

2.2生育期與穗部性狀的關(guān)系

穗部性狀包括穗重、穗粒重、千粒重、穗長(zhǎng)度、穗松緊、刺毛長(zhǎng)度等。有些谷子資源長(zhǎng)有分蘗，且分蘗數(shù)可以達(dá)到幾十個(gè)，主莖與分蘗的長(zhǎng)勢(shì)一般不一致。本試驗(yàn)只分析主莖上穗部的性狀。

2.2.1生育期與穗重、粒重、穗長(zhǎng)的關(guān)系

穗重和粒重是谷子產(chǎn)量的重要影響因子，也是谷子產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的重要組成部分。單株穗重和單株粒重都隨生育期的增加而提高(圖3a)。除2個(gè)短生育期區(qū)段資源間差異不顯著以外，不同生育期區(qū)段的資源間呈現(xiàn)極顯著差異；單株穗重和單株粒重在生育期≥140 d的材料中達(dá)到了最大值，其中，單株穗重為22.3 g,單株粒重為17.0 g；生育期≤79 d的材料穗重和粒重均為最小，單株穗重不足10 g，單株粒重僅為8 g；單株穗重和單株粒重在長(zhǎng)生育期和短生育期內(nèi)都與中間生育期差異達(dá)到極顯著。

粒重是庫(kù)容量和產(chǎn)量潛力的決定因素。谷子的千粒重隨著生育期的增加呈現(xiàn)出正態(tài)分布(圖3b)。在生育期為130～139 d時(shí)千粒重的平均值達(dá)到最大值2.9 g；在生育期≤79 d時(shí)千粒重最小，僅為2.5 g；千粒重的數(shù)值變化幅度不大，比較穩(wěn)定。不同生育期區(qū)段內(nèi)的資源千粒重間差異不明顯。短生育期資源與130～139 d區(qū)間資源千粒重差異極顯著；105～114 d區(qū)間資源千粒重極顯著高于生育期低于79 d資源。

谷子的主穗長(zhǎng)度隨著生育期的增加基本呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖3c)。在生育期為105～114 d時(shí)的主穗長(zhǎng)度略小于80～85 d時(shí)的主穗長(zhǎng)度。在生育期≥140 d時(shí)，主穗長(zhǎng)度達(dá)到最大均值23.8 cm。生育期在≤79 d時(shí)，主穗平均長(zhǎng)度僅為17.4 cm。短生育期資源的主穗長(zhǎng)度與中等生育期資源的主穗長(zhǎng)度不顯著，而長(zhǎng)生育期資源的主穗長(zhǎng)度與中等生育期資源的主穗長(zhǎng)度的差異呈極顯著。

2.2.2生育期與刺毛長(zhǎng)度、穗松緊度的關(guān)系

穗部上的刺毛著生于小穗的基部，是穗部性狀的重要部分。刺毛對(duì)于谷子的光合作用以及呼吸作用具有重要的影響，刺毛上的氣孔對(duì)控制蒸騰作用具有積極的影響。穗松緊也是谷子穗部性狀的一個(gè)重要因子。在生產(chǎn)上，一般選擇短刺毛和緊穗品種。

從圖4 a和圖4b可知，短刺毛資源和緊穗資源所占的比例隨著生育期的增加而逐漸減少，長(zhǎng)刺毛資源和松穗資源所占的比例越來(lái)越多。在生育期≤85 d時(shí)，短刺毛資源所占的比例>80%；在生育期為105～114 d和130～139 d時(shí)，短刺毛資源保持在50%左右，長(zhǎng)刺毛資源占20%左右。在生育期≥140 d時(shí)短刺毛資源所占的比例不足30%，長(zhǎng)刺毛資源所占的比例>60%。在生育期≤79 d時(shí)，緊穗資源所占的比例將近70%，松穗所占的比例僅為10%；在生育期為80～85 d和105～114 d時(shí)，緊穗所占的比例約為50%，松穗所占比例不足20%。在生育期≥140 d時(shí)，松穗所占的比例>40%。

3討論與結(jié)論

谷子的生育期對(duì)莖稈性狀和穗部性狀的影響是多方面的。首先，本研究發(fā)現(xiàn)谷子主莖長(zhǎng)度、主莖直徑、單株穗重、單株粒重、主穗長(zhǎng)度等性狀隨著生育期的延長(zhǎng)而增加。關(guān)于主莖長(zhǎng)度和主穗長(zhǎng)度的研究與劉斌[4]等的研究結(jié)果相似。多數(shù)性狀在短、中、長(zhǎng)生育期資源間都呈極顯著差異，而主穗長(zhǎng)度在短、中生育期間差異不顯著，在中、長(zhǎng)生育期間差異顯著。單株穗重隨著生育期的增加而增加，而李曉宇等[5]則發(fā)現(xiàn)谷穗重與生育期呈負(fù)相關(guān)。這可能是因?yàn)楸狙芯糠治鲑Y源數(shù)量大且來(lái)源于全國(guó)各地以及國(guó)外，而李曉宇等的材料僅有15個(gè)品種。在所分析的資源中，千粒重隨著生育期的增加呈正態(tài)分布，且不同生育期間呈極顯著差異，與主莖長(zhǎng)度、主莖直徑、單株穗重、單株粒重、主穗長(zhǎng)度等的變化趨勢(shì)不一致。生育期短的資源生物量積累少于中等生育期的資源，因而千粒重較低；隨著生育期延長(zhǎng)，比如在140 d以上，雖然植株生物量積累較大，如表現(xiàn)在主莖較長(zhǎng)等，但在生育期后期光照減弱、溫度降低，可能會(huì)影響籽粒的灌漿成熟。杜志強(qiáng)等[13]在抗線(xiàn)大豆上也發(fā)現(xiàn)生育期延長(zhǎng)反而會(huì)降低籽粒重量。

在所分析的谷子資源中，多數(shù)生育期短的資源在穗部性狀上表現(xiàn)為短刺毛，長(zhǎng)生育期資源在穗部上多變現(xiàn)為刺毛較長(zhǎng)，說(shuō)明刺毛長(zhǎng)度可能與谷子生物量積累呈正相關(guān)。

谷子產(chǎn)業(yè)化的需求正在推動(dòng)機(jī)械化生產(chǎn)，而松穗中脫水快的谷穗將有利于機(jī)械化收獲。谷子資源中松穗在生育期長(zhǎng)的資源中占的比例較大，而在總資源中占多數(shù)的中等生育期材料中松穗比例很低，生產(chǎn)上多數(shù)品種的生育期在這個(gè)范圍，因此，迫切需要推動(dòng)松散穗型的選育。

本文通過(guò)對(duì)谷子資源數(shù)據(jù)分析，初步明確了谷子資源生育期與莖稈和穗部性狀的關(guān)系特征，也為谷子資源的多樣性提供了依據(jù)。

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(編輯：邢國(guó)芳)

The relationship between growth period and traits of stem and panicle in foxtail millet

Yuan Xuzhao1，Zhang Yaoyuan1，Su Yanbing1，Liu Xiaodong1，Liu Longlong1,2,3，Du Jingjing1，Deng Nan1，Han Yuanhuai1,2,3*

(1.CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China; 2.KeyLabaratoryofCropGeneResourcesandGermplamEnhancementonLoessPlateau,MinistryofAgriculture,Taiyuan030031,China; 3.ShanxiKeyLaboratoryofGeneticResourcesandGeneticImprovementofMinorCrops,Taigu030801,China)

Key words:Foxtail millet; Growth period; Stem; Panicle

Abstract:The yield of foxtail millet is closely related to the traits of stem and panicle, but there is a lack of research on the relationship between growth period and those traits mentioned above. Based on the database of foxtail millet in Chinese Crop Germplasm Resources Information System and the information of main traits, the main character indexes of stem and panicle trait from 740 foxtail millet accessions were statistically analyzed by single factor ANOVA. The results showed that the related indexes including main stem length, main stem diameter, panicle weight per plant and grain weight per plant increased with the increase of growth period. Thousand seed weight showed normal distribution with the increase of growth period. The foxtail millet accessions with shorter growth period were more likely to have short bristle and compact panicle type. These results could provide theoretical foundation for the utilization of foxtail millet resources and related research.

收稿日期：2016-01-18 修回日期：2016-02-26

作者簡(jiǎn)介：元旭朝(1991-)，男(漢)，山西臨汾人，碩士研究生，研究方向：作物分子育種 *通訊作者：韓淵懷，教授，博士生導(dǎo)師。Tel:0354-6287239；E-mail:swgctd@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(31371693，31471502)；山西特色植物基因資源開(kāi)發(fā)與利用平臺(tái)項(xiàng)目(2012091004-0103)

中圖分類(lèi)號(hào)：S515

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-8151(2016)06-0391-04