高粱耐瘠薄品種的鑒定與分類

王玉斌　平俊愛　李慧明　牛皓　呂鑫　楚建強

摘要 針對過量施肥造成的土壤退化和污染以及高粱在貧瘠土壤生產(chǎn)的現(xiàn)狀，開展高粱材料耐瘠薄鑒定篩選對高粱耐瘠育種十分必要。采用90份高粱材料（46份農(nóng)家種和44份親本系），分別在瘠薄試驗地和正常施肥地開展田間耐瘠鑒定試驗，調(diào)查了株高、穗長、千粒重和籽粒產(chǎn)量。結(jié)果顯示，除個別材料株高、穗長和千粒重沒有下降以外，4個性狀總體出現(xiàn)下降，對土壤瘠薄的敏感程度由高到低依次為籽粒產(chǎn)量、穗長、千粒重、株高。綜合耐瘠指數(shù)并采用5級分類方法，鑒定出1級材料15份，2級材料18份，3級材料28份，4級材料9份，5級材料20份，驗證了高粱農(nóng)家種耐瘠資源豐富。

關鍵詞 高粱;耐瘠薄;鑒定;評價;農(nóng)家種

中圖分類號 S 514文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2020）23-0061-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.015

Identification and Classification of Sorghum Infertile Varieties

WANG Yu-bin1，2， PING Jun-ai1，2， LI Hui-ming1，2 et al

（1. Sorghum Research Institute， Shanxi Agricultural University/Shanxi Key Laboratory of Sorghum Genetics and Germplasm Innovation， Jinzhong， Shanxi 030600; 2.Key Laboratory of Crop Genetic Resources and Germplasm Development on Loess Plateau， Ministry of Agriculture， Taiyuan， Shanxi 030031）

Abstract Due to the soil degradation and pollution caused by excessive fertilization and the present situation of sorghum production in barren soil， it is necessary to carry out the identification and screening of sorghum breeding materials for barren resistance breeding. 90 sorghum materials， including 46 farm species and 44 parent lines， were used to carry out the field barren resistance identification test in barren test land and normal fertilization land respectively. The experiment investigated plant height， spike length， 1 000-grain weight and grain yield， respectively. The results showed that except the plant height， spike length and 1 000-grain weight of some materials did not decline， the four traits generally declined， and the sensitivity degree to soil barren from high to low was grain yield， spike length， 1 000-grain weight， plant height. According to the comprehensive barren resistance index， 15 first-class materials， 18 second-class materials， 28 third-class materials， 9 fourth-class materials and 20 fifth-class materials were identified by the five-class classification method， which verified the rich barren tolerance resources of sorghum farm species.

Key words Sorghum;Resistance to barrenness;Identification;Evaluation;Peasant species

土壤養(yǎng)分虧缺是限制我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的關鍵因素[1]，近年來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用肥料造成土壤退化和環(huán)境破壞問題十分嚴重[2]。如何實現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效利用及作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)且環(huán)境友好已成為當今農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要研究課題。在諸多的提高作物養(yǎng)分利用效率的方法和途徑中，充分利用作物自身的遺傳特性[3]、挖掘自身利用養(yǎng)分的潛力、選育養(yǎng)分高效利用的基因型品種是緩解養(yǎng)分不足和提高作物產(chǎn)量的有效途徑[4]。高粱是世界第五大作物，在不良環(huán)境下具有較高的產(chǎn)量[5]。但隨著高粱主糧地位的下降，其主要種植區(qū)域向土壤更加貧瘠地區(qū)轉(zhuǎn)移，單純篩選高粱對某一種養(yǎng)分的利用對育種和生產(chǎn)實踐的意義有限[6]，而在瘠薄土壤中篩選耐瘠高粱育種材料對高抗新品種選育具有重要現(xiàn)實意義。鑒于此，筆者選用90份高粱材料，分別在瘠薄試驗地和正常施肥地種植，調(diào)查了株高、穗長、千粒重和籽粒產(chǎn)量，利用綜合耐瘠系數(shù)和耐瘠指數(shù)評價篩選出耐瘠薄材料，旨在為今后開展耐瘠薄品種選育奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用供試材料90份，分別由山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所和遼寧省農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新中心提供，其中農(nóng)家種46份、親本系44份（表1）。

1.2 試驗設計

試驗于2018—2019年4—10月在山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所（榆次、東白）試驗基地進行。試驗設置常規(guī)試驗田和養(yǎng)分（瘠薄）脅迫試驗田2個處理，常規(guī)試驗田養(yǎng)分含量為全氮1 052.00 mg/kg、有效磷4.82 mg/kg、速效鉀241.23 mg/kg;養(yǎng)分（瘠薄）試驗田養(yǎng)分含量為全氮589.00 mg/kg、有效磷2.32 mg/kg、速效鉀111.67 mg/kg。試驗采用隨機排列，3次重復，小區(qū)面積6 m2，兩行區(qū)種植。留苗密度8 000株/hm2。田間管理同大田。成熟前選5株取樣，測量株高、穗長，取平均值，成熟后收獲測產(chǎn)，計5株籽粒產(chǎn)量，考測千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計;采用Spass 19.0軟件開展聚類等相關分析。采用綜合耐瘠系數(shù)（CTC）、耐瘠指數(shù)（TI）的評價方法對供試材料耐瘠性進行評價。計算公式如下：

耐瘠指數(shù)：TI = CTC×瘠薄脅迫產(chǎn)量/瘠薄脅迫產(chǎn)量的平均值（3）

耐瘠分級方法：參照張桂香1997年高粱耐瘠5級分類方法[7]（表2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤瘠薄脅迫對高粱性狀的影響

從表3可以看出，供試材料的株高、穗長、千粒重和籽粒產(chǎn)量在對照和瘠薄處理的變異系數(shù)均較大，說明所選高粱品種群體較豐富，試驗具有一定的代表性。根據(jù)平均值統(tǒng)計結(jié)果可以看出，在土壤瘠薄脅迫下，高粱4個性狀（株高、穗長、千粒重和產(chǎn)量）的平均值下降，說明土壤瘠薄會影響株高、穗長、千粒重和產(chǎn)量。從瘠薄地與對照的差值可以看出，各品種的穗長和千粒重對土壤瘠薄脅迫的表現(xiàn)不一，有些品種的株高、穗長和千粒重在脅迫下會增加，而所有品種的籽粒產(chǎn)量均下降。高粱在土壤瘠薄脅迫處理與正常土壤肥力處理的各項指標比值為各項指標的相對值及耐瘠系數(shù)。相對值與變異系數(shù)的比值越小，說明性狀指標對土壤瘠薄脅迫敏感程度越大。從表3可以看出，4個性狀對土壤瘠薄的敏感程度由高到低依次為籽粒產(chǎn)量、穗長、千粒重、株高。

2.2 高粱耐瘠系數(shù)和耐瘠指數(shù)分析

由公式（1）計算所有單個性狀的耐瘠系數(shù)，由公式（2）計算綜合耐瘠系數(shù)，由公式（3）計算耐瘠指數(shù)，結(jié)果見表4。從表4可以看出，在4個性狀的耐瘠系數(shù)中，株高、穗長和千粒重的最大值均大于1，說明這3個性狀存在CK≤瘠薄脅迫的材料。株高耐瘠系數(shù)的變異系數(shù)最小，說明高粱株高對土壤瘠薄脅迫最不敏感，籽粒產(chǎn)量耐瘠系數(shù)的變異系數(shù)最大，說明該性狀對瘠薄脅迫較敏感。綜合來看，耐瘠指數(shù)的變異系數(shù)明顯大于綜合耐瘠系數(shù)，說明在土壤瘠薄脅迫下產(chǎn)量性狀差異最顯著。

2.3 高粱耐瘠分類

參照張桂香1997年高粱耐瘠5級分類方法對高粱品種進行分類。依據(jù)耐瘠指數(shù)，將90份材料劃分為5類（表5）：1級材料TI≥1.0，為15份;2級材料0.8≤TI<1.0，為18份;3級材料0.6≤TI<0.8，為28份;4級材料0.5≤TI<0.6，為9份;5級材料0.5

3 結(jié)論與討論

3.1 產(chǎn)量性狀為耐瘠篩選的主要指標

中國高粱品種的耐瘠能力有較大差異，早在1984年山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所牛天堂對1 009份高粱材料開展了耐瘠性鑒定，按照延遲開花天數(shù)、籽粒結(jié)實、花序退化及植株是否突然枯死開展了5級耐瘠鑒定[2]，張桂香等[7]在1997年以耐瘠指數(shù)和延遲天數(shù)為評價方法，調(diào)查了出苗、開花、成熟、株高、莖粗、千粒重、穗粒重指標，并進行了5級耐瘠鑒定。這些早期的研究供試材料較多，但評價方法過于單一且沒有育種直接需要的產(chǎn)量性狀。此后開展的相關研究多以高粱養(yǎng)分利用效率為主，例如錢曉剛等[8]在1997年開展的貴州酒用高粱對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收規(guī)律研究;楊苞梅等[9]在2008年開展的不同養(yǎng)分組合對高粱吸收氮、磷、鉀養(yǎng)分的影響;王勁松等[10]在2017年開展的土壤肥力、施肥及其互作對高粱產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用的影響。后期的研究主要集中于單一養(yǎng)分利用率，且存在供試材料較少、在生產(chǎn)和育種實踐中土壤多養(yǎng)分虧缺的問題。該研究利用連續(xù)多年培育的耐瘠鑒定圃，對90份高粱材料采用綜合耐瘠系數(shù)和綜合耐瘠指數(shù)評價方法來開展高粱耐瘠研究。材料共分為5類，其中1級材料15份、2級材料18份、3級材料28份、4級材料9份、5級材料20份，結(jié)果顯示高粱株高對土壤瘠薄最不敏感，產(chǎn)量對土壤瘠薄最敏感，這有可能是因為在土壤瘠薄脅迫下高粱更多地將養(yǎng)分用于營養(yǎng)生殖階段。產(chǎn)量性狀可以作為高粱耐瘠評價的主要指標，其結(jié)果對于高粱耐瘠育種具有指導意義。

3.2 高粱農(nóng)家種耐瘠資源豐富

前人對高粱材料的研究主要集中在育種材料和育成雜交種的抗旱、抗病和耐鹽堿等，如陳冰嬬等[11]開展的高粱親本系萌發(fā)期抗旱性鑒定所用材料為主要親本系材料;姜鈺[12]開展的高粱絲黑穗病菌致病性分化與品種抗病基因標記研究所用材料為育成品種;范娜等[13]開展的粒用高粱耐鹽種質(zhì)資源鑒選與評價所用材料為親本系;只有寶力格等[14]在中國高粱地方種質(zhì)芽期苗期耐鹽性篩選及鑒定研究中所用材料為農(nóng)家種，但沒有解釋農(nóng)家種和目前親本材料耐鹽間的區(qū)別。親本系和育成品種都是育種家根據(jù)育種目標，培育出用于培育優(yōu)良品種而開展的工作[15]。在育種實踐中由于農(nóng)家種產(chǎn)量低且改良困難沒有被育種家大量使用，但農(nóng)家種是經(jīng)過長期的自然選擇和人工種植形成的品種，其遺傳多樣性更豐富，開展抗逆性鑒定更有意義[16]。該研究結(jié)果1級材料中除NJ28號和NJ81號為改良系以外，其余13個均為農(nóng)家種。而5級材料中除NJ30、NJ33和NJ68為農(nóng)家種外，其余均為育種所用保持系和恢復系。試驗結(jié)果表明，供試材料中高粱農(nóng)家種耐瘠性明顯優(yōu)于親本系材料，高粱耐瘠育種應注重對農(nóng)家種的改良，也進一步驗證了農(nóng)家種開展抗逆性鑒定，尤其是耐瘠性鑒定更有意義。

3.3 高粱耐瘠材料的分類評價

該研究選用綜合耐瘠系數(shù)和耐瘠指數(shù)對供試材料進行分類，雖然能區(qū)分供試材料的耐瘠性，但仍存在一些問題。因此，應結(jié)合生理、分子研究來綜合評價耐瘠性，該研究為進一步研究耐瘠基因標記、克隆提供了理論依據(jù)。

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基金項目 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項（CARS-06）;國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFD1001000）;釀造專用高粱育種及利用山西省科技創(chuàng)新重點團隊運行補助（201805D131012-6）;山西省科技基礎條件平臺項目（201605D121018）;山西省農(nóng)業(yè)科學院優(yōu)勢課題組項目（YCX2018D2YS11）;山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研究課題（YCX2020YQ38）;高粱遺傳育種與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點實驗室青年基金課題（2019Q-3）。

作者簡介 王玉斌（1986—），男，山西平順人，助理研究員，碩士，從事高粱遺傳育種工作。*通信作者，研究員，碩士，從事高粱遺傳育種工作。

收稿日期 2020-04-07