救荒野豌豆品種DUS測試主要數(shù)量性狀篩選與評價

單飛彪 閆文芝 杜瑞霞 王永行 楊欽方 劉春暉 白立華 苗 雨 賴運(yùn)平

（1巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古臨河 015000；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試（巴彥淖爾）分中心，內(nèi)蒙古臨河 015013；3成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院，四川成都 611130）

救荒野豌豆（Vicia sativa）屬豆科野豌豆屬[1]，又名箭筈豌豆、大巢菜，為一年生閉花授粉植物，偶數(shù)羽狀復(fù)葉，普遍種植于我國的長江中下游、華北和西北等地區(qū)[2]，是野豌豆屬（Vicia）中最多變的物種之一[3]。作為優(yōu)良的牧草和綠肥作物，救荒野豌豆適應(yīng)性廣，具有固氮、改善土壤結(jié)構(gòu)的能力，營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)效益較高，可以用作飼料、干草、綠肥、青貯或農(nóng)田覆蓋物，在我國草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用[4-5]。

植物品種特異性（Distinctness）、一致性（Uniformify）和穩(wěn)定性（Stability）測試（簡稱DUS測試），是品種管理的重要技術(shù)支撐，是農(nóng)作物授予新品種權(quán)和通過審定、登記的必要條件之一。植物品種DUS測試指南是判定育種人選育的植物群體/類群是否達(dá)到品種標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)，是DUS測試的基礎(chǔ)。

形態(tài)特征是植物分類的重要依據(jù)，對救荒野豌豆資源多采用葉片、產(chǎn)量、株高、生育期等進(jìn)行評價[5-6]，但各形態(tài)性狀在品種內(nèi)的一致性及品種區(qū)分能力未見研究報道。在國際植物新品種保護(hù)聯(lián)盟（UPOV）相關(guān)技術(shù)文件中，性狀（Characteristic）是指可遺傳表達(dá)的、能準(zhǔn)確識別、區(qū)分和描述的植物的特征或特性[7]。2013年UPOV公布了救荒野豌豆品種DUS測試指南（TG/32/7），包括23個測試性狀，介紹了品種區(qū)分方法[8]。

為了促進(jìn)救荒野豌豆列入我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種保護(hù)名錄，更好地在草地農(nóng)業(yè)中發(fā)揮作用，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試（巴彥淖爾）分中心承擔(dān)了救荒野豌豆品種DUS測試指南研制任務(wù)。本研究旨在對測試候選數(shù)量性狀進(jìn)行篩選與評價，為科學(xué)制定救荒野豌豆品種DUS測試指南指供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況試驗地點設(shè)在巴彥淖爾市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院DUS測試田（40.47°N，107.17°E）。土壤全氮1.02g/kg，速效鉀280mg/kg，有效磷37mg/kg，有機(jī)質(zhì)17.3g/kg，pH值8.7，全鹽1.2g/kg。

1.2 試驗設(shè)計每份種質(zhì)選取80粒飽滿的種子，種植于4.5m×2.8m的小區(qū)，每小區(qū)4行，行距70cm，每行20粒種子，穴播，株距50cm，待出全苗后進(jìn)行間苗，其他田間管理條件相同。每個小區(qū)設(shè)2個重復(fù)。

1.3 供試材料共收集救荒野豌豆種質(zhì)資源29份，見表1。

1.4 候選數(shù)量性狀按照TG/32/7規(guī)定的方法對性狀進(jìn)行觀測，在其基礎(chǔ)上參考了綠肥和牧草種質(zhì)資源描述規(guī)范[9-10]，增加了部分候選性狀（表2）。

表2 候選數(shù)量性狀

1.5 數(shù)量性狀評價方法利用萬深LA-S植物圖像分析儀系統(tǒng)測量植株中部1/3葉片相關(guān)性狀，莢果性狀通過游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。通過Excel軟件的數(shù)據(jù)分析功能計算出各數(shù)量性狀的最小值、最大值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，按照級差≥2倍平均標(biāo)準(zhǔn)差的要求，對各數(shù)量性狀進(jìn)行分級；使用SPSS25進(jìn)行相關(guān)性和主成分分析。

其中：極差=最大值-最小值；

級數(shù)1=極差/（標(biāo)準(zhǔn)差平均值×2）；

級數(shù)2是級數(shù)1按照1、3、5、7、9的就小取值；

級差=極差/級數(shù)2；

分級數(shù)是根據(jù)中值和級差而確定的、連續(xù)的不同數(shù)據(jù)分布范圍的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量性狀篩選通過表3可以看出，幼苗：第二復(fù)葉長寬比、葉軸：長度、復(fù)葉：寬度、復(fù)葉：小葉數(shù)、莢果：長度（喙除外）、莢果：寬度、莢果：胚珠個數(shù)、種子：百粒重8個性狀變異系數(shù)變化范圍為8.38%～24.04%，其中復(fù)葉：小葉數(shù)變異系數(shù)最小，為8.38%，幼苗：第二復(fù)葉長寬比變異系數(shù)最大，為24.04%。以變異系數(shù)為判斷標(biāo)準(zhǔn)時，一般以變異系數(shù)均值小于15%作為其品種內(nèi)一致性符合要求的標(biāo)準(zhǔn)[11]。由于救荒野豌豆是野豌豆屬中最多變的物種之一，建議將標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬，將上述8個性狀納入救荒野豌豆品種DUS測試性狀，小葉：長度和小葉：寬度變異系數(shù)分別為43.45%和49.21%，由于變異系數(shù)較大，不建議納入救荒野豌豆品種DUS測試性狀。

表3 29份救荒野豌豆10個數(shù)量性狀變異系數(shù)分布情況

2.2 數(shù)量性狀相關(guān)性分析從表4可以看出，性狀幼苗：第二復(fù)葉長寬比（Chr1）與莢果：胚珠個數(shù)（Chr9）呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.522，葉軸：長度（Chr2）與復(fù)葉：寬度（Chr3）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.851，復(fù)葉：小葉數(shù)（Chr4）與種子：百粒重（Chr10）呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.411，莢果：長度（喙除外）（Chr7）與莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數(shù)（Chr9）呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.739、0.521。對相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.7以上的性狀進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)性狀葉軸：長度（Chr2）與復(fù)葉：寬度（Chr3）、莢果：長度（喙除外）（Chr7）與莢果：寬度（Chr8）均符合線性回歸，線性回歸方程分別為Chr2=1.1352*Chr3+32.411（R2=0.7239）（圖1），Chr7=4.1906*Chr8+16.425（R2=0.5457）（圖2）。由于R2值較小，無法用某一性狀表達(dá)狀態(tài)準(zhǔn)確推測另一性狀表達(dá)狀態(tài)，建議將此8個性狀均列為救荒野豌豆品種DUS測試指南性狀。

表4 8個數(shù)量性狀間相關(guān)性分析

2.3 8個數(shù)量性狀主成分分析主成分分析可以將相關(guān)的隨機(jī)變量轉(zhuǎn)換成少量的綜合指標(biāo)，而且能反映出原來較多變量的信息，從而使研究的問題得以簡單化，有助于抓住主要研究對象，在植物的性狀選擇方面具有重要的意義。對救荒野豌豆幼苗：第二復(fù)葉長寬比、復(fù)葉：小葉數(shù)、復(fù)葉：寬度、葉軸：長度、莢果：長度（喙除外）、莢果：寬度、莢果：胚珠個數(shù)和種子：百粒重8個性狀進(jìn)行主成分分析，能更加清楚地顯示出各性狀在救荒野豌豆性狀多樣性構(gòu)成中的作用。主成分分析結(jié)果表明：通過分析提取了4個主成分，累計貢獻(xiàn)率為84.427%（表5），第1主成分中葉軸：長度（Chr2）、復(fù)葉：寬度（Chr3）、莢果：長度（喙除外）（Chr7）、莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數(shù)（Chr9）等性狀具有較大的載荷值，分別為0.619、0.676、0.740、0.630、0.654，是救荒野豌豆葉片和莢果性狀的綜合反映；第2主成分中種子：百粒重（Chr10）性狀具有較大的載荷值，為0.599，是救荒野豌豆籽粒性狀的綜合反映；第3主成分中復(fù)葉：小葉數(shù)（Chr4）性狀具有較大的載荷值，為-0.819，是對救荒野豌豆葉片性狀的補(bǔ)充；第4主成分幼苗：第二復(fù)葉長寬比（Chr1）具有較大的載荷值為0.557，是對幼葉性狀的綜合反映（表6）。

表5 主成分的根特征、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率

表6 各性狀主成分分析

2.4 數(shù)量性狀分級通過對10個數(shù)量性狀的篩選與評價，對符合DUS測試性狀要求的8個數(shù)量性狀進(jìn)行分級（表7，表8），其中復(fù)葉：小葉數(shù)（Chr4）平均變異系數(shù)較小，可分為5級，而幼苗：第二復(fù)葉長寬比（Chr1）由于變異系數(shù)較大僅分成3級，葉軸：長度（Chr2）、復(fù)葉：寬度（Chr3）、莢果：長度（Chr7）、莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數(shù)（Chr9）、種子：百粒重（Chr10）由于極差不大，也分成3級。

表7 8個數(shù)量性狀的分級數(shù)

表8 8個數(shù)量性狀的分級標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論與討論

數(shù)量性狀一致性評價方法有多種，包括建立方差分析數(shù)學(xué)模型法、符合系數(shù)法、t檢驗法等。而變異系數(shù)由于可以消除測量尺度和量綱對2個或多個材料變異程度比較的影響，是評價數(shù)量性狀一致性較為常用的統(tǒng)計方法[12-13]。劉青林等[14]和賀晨幫等[15]利用變異系數(shù)分析方法分別對百合和豌豆的DUS測試性狀的一致性進(jìn)行了分析，均認(rèn)為以品種內(nèi)變異系數(shù)小于15%作為性狀一致性的評價標(biāo)準(zhǔn)比較合適。褚云霞等[16]利用變異系數(shù)對朱頂紅的數(shù)量性狀做了一致性評價，認(rèn)為朱頂紅的數(shù)量性狀不僅受環(huán)境影響，而且還受種球大小及種球內(nèi)養(yǎng)分積累等因素影響，建議以變異系數(shù)小于20%作為朱頂紅性狀一致性的評價標(biāo)準(zhǔn)。盧秉林等[17]對箭筈豌豆株高、單株莢數(shù)和單株粒數(shù)等3個指標(biāo)的變異系數(shù)進(jìn)行了分析，變異系數(shù)在25%左右；張愛華等[18]對79份箭筈豌豆材料的15個性狀變異系數(shù)進(jìn)行了分析，10個性狀的變異系數(shù)超過了20%。由于救荒野豌豆是野豌豆屬中在遺傳和表型上變異比較大[19-21]，因此建議以變異系數(shù)小于25%作為救荒野豌豆性狀一致性的評價標(biāo)準(zhǔn)，比較符合我國當(dāng)前救荒野豌豆的育種水平。本研究初步篩選了10個測試性狀，由于小葉：長度（Chr5）和小葉：寬度（Chr6）這2個性狀變異系數(shù)超過40%，不符合DUS測試性狀要求，未對其進(jìn)行分級，不建議納入救荒野豌豆DUS測試指南中。對其他8個測試性狀進(jìn)行了分級。

在DUS測試過程中，測試人員只能逐一測試每個性狀以對作物進(jìn)行描述和區(qū)別。本研究利用主成分分析了救荒野豌豆的幼苗：第二復(fù)葉長寬比（Chr1）、葉軸：長度（Chr2）、復(fù)葉：寬度（Chr3）、復(fù)葉：小葉數(shù)（Chr4）、莢果：長度（喙除外）（Chr7）與莢果：寬度（Chr8）、莢果：胚珠個數(shù)（Chr9）、種子：百粒重（Chr10）8個數(shù)量性狀，篩選出4個主成分，葉片大小、莢果、種子：百粒重、幼苗：第二復(fù)葉長寬比是4個主成分的主導(dǎo)因子。因此在救荒野豌豆測試過程中，可以將上述4個主導(dǎo)因子作為綜合指標(biāo)對作物進(jìn)行總體把握，從而使測試工作更加高效和便捷。

本研究開展的救荒野豌豆DUS測試數(shù)量性狀篩選與評價種質(zhì)資源量較少，只是救荒野豌豆DUS測試指南研究的一部分，還需要進(jìn)一步豐富救荒野豌豆資源量，深入研究救荒野豌豆目測性狀和生理性狀的多樣性，以期為救荒野豌豆測試指南研制提供更加完善的基礎(chǔ)資料。