綠豆種質(zhì)資源的收集與鑒定

郭亞寧，張盼盼，張思雨，栗云鵬，張 雄

（榆林學院生命科學學院，陜西榆林 719000）

綠豆（Vigna radiate L.）生育期短、抗逆性強，籽粒營養(yǎng)價值含量高，除富含淀粉外，還含有大量的抗氧化物質(zhì)，其根系具有固氮作用，是優(yōu)良的前茬作物，在農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整方面發(fā)揮著重要的作用[1-2]。隨著氣候環(huán)境的不斷變化，水資源短缺問題凸顯，篩選生育期短、耐旱性強的綠豆資源尤為重要[3]。

榆林地處毛烏素沙地南緣，屬于典型的熱帶季風氣候，年降雨量少且集中，光照充足，土壤多沙質(zhì)，通氣性好，氣溫晝夜溫差大，有利于淀粉積累，是綠豆的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)[4]。榆林綠豆主要分布在橫山、佳縣和神木等地，主栽品種為橫山大明綠豆榆綠1 號，其籽粒大且飽滿，顏色鮮艷，硬實率小，芽菜品質(zhì)好，營養(yǎng)含量豐富，是當?shù)氐膰壹壍貥俗魑?，暢銷日本、韓國等地[5-6]。榆綠1 號在無灌溉條件下，表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性；但在灌溉條件下，其株型高大，抗倒伏性差[7]，花期較長，成熟不一致，需分期采摘，難以適應(yīng)機械化。隨著國內(nèi)勞動力價值的上漲，當?shù)鼐G豆種植面積及其總產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢，同時當?shù)鼐G豆的品種資源匱乏，綠豆引種和育種速度緩慢，嚴重影響當?shù)鼐G豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，急需豐富綠豆種植資源，加快優(yōu)良種質(zhì)資源的應(yīng)用[8]。

本研究以48 份綠豆資源為材料基礎(chǔ)，在全生育期調(diào)查各資源的農(nóng)藝性狀，通過變異系數(shù)、因子分析、聚類分析和數(shù)學模型構(gòu)建，計算各資源的綜合得分，旨在篩選評價綠豆資源的最佳農(nóng)藝性狀指標，得到適宜當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的綠豆資源，以豐富當?shù)鼐G豆種質(zhì)，為綠豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試的48 份綠豆材料（表1）由西北農(nóng)林科技大學小雜糧研究團隊提供，其中，以榆綠1 號（YYLD48）當?shù)刂髟云贩N作為對照。

表1 48 份綠豆種質(zhì)資源材料的編碼及名稱

1.2 試驗地概況

試驗在陜西省榆林市榆陽區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進行。該示范園土壤沙質(zhì)，土層深厚，通氣性好；0～20 cm 土層中全氮含量0.2 g/kg、有機碳含量1.2 g/kg、速效氮含量13.2 mg/kg、速效磷含量3.3 mg/kg、速效鉀含量63.5 mg/kg；具備滴灌條件，管理方式規(guī)范，可設(shè)置規(guī)范試驗。

1.3 試驗設(shè)計

試驗小區(qū)采取隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為10 m2（5 m×2 m），行長5 m，行距0.5 m，株距0.33 m，重復3 次。采用人工開溝，根據(jù)標記尺度，確定穴距，點播，每穴種子3 粒；出苗后定苗至每穴1 株。全生育期水肥條件管理一致，收獲前選取具有代表性的連續(xù)10 株綠豆用于考種。

1.4 測定指標及方法

參照文獻[9]調(diào)查測定48 份綠豆資源的主要農(nóng)藝性狀有生育期、株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、莢長、莢粒數(shù)、單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 對所有數(shù)據(jù)進行輸入、標準化及變異系數(shù)計算[8]，通過SPSS 22.0 對9 個農(nóng)藝性狀進行因子分析和聚類分析[10-12]；同時根據(jù)因子分析結(jié)果擬合方程，對48 份材料進行綜合打分，評價48 份資源在榆林地區(qū)的適應(yīng)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分析

由表2 可知，9 個農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)分布在5.57%～34.65%，各性狀從大到小排序為單株莢數(shù)>單株粒質(zhì)量>株高>百粒質(zhì)量>主莖節(jié)數(shù)>莢長>分枝數(shù)>莢粒數(shù)>生育期，單株莢數(shù)和單株粒質(zhì)量的變異系數(shù)分別為34.65%和31.70%，可作為關(guān)鍵農(nóng)藝指標篩選48 份綠豆資源；生育期的變異系數(shù)最小，為5.57%，說明生育期不能作為篩選48 份資源的優(yōu)良指標。因此，在高產(chǎn)綠豆資源篩選中，應(yīng)該重視對單株莢數(shù)的選育。

表2 48 份綠豆資源的變異系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

2.2 各農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

從表3 可以看出，生育期與株高呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；株高與百粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；單株莢數(shù)與百粒質(zhì)量呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），與單株粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；莢長與百粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），莢粒數(shù)與單株粒質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。在綠豆品種選育過程中，可根據(jù)各指標間的相關(guān)關(guān)系進行指標間的輔助選擇；同時47 份綠豆資源在榆林地區(qū)表現(xiàn)為單株莢數(shù)多、綠豆百粒質(zhì)量小，但平均產(chǎn)量高于對照品種，說明這48 份綠豆資源在榆林地區(qū)生態(tài)環(huán)境下，籽粒數(shù)量是高產(chǎn)的關(guān)鍵決定因素。

表3 9 個農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

2.3 各農(nóng)藝性狀的因子分析

表4 主效因子分析統(tǒng)計結(jié)果

由表4 可知，通過因子分析得到6 個主效因子，特征值為0.66～2.10，貢獻率為7.29%～23.35%，其中，第1 主效因子貢獻率為23.35%，第2 主效因子貢獻率為21.75%，第3、4、5、6 主效因子貢獻率分別為17.79%、13.48%、8.72%和7.29%，6 個主效因子的累計貢獻率為92.38%，其可代表9 個農(nóng)藝性狀反映48 份綠豆資源的綜合性狀。

為了對因子進行更為合理的解釋，通過正交旋轉(zhuǎn)得到方差極大正交旋轉(zhuǎn)矩陣，結(jié)果如表5 所示。從表5 可以看出，第1 主效因子由單株粒質(zhì)量和單株莢數(shù)組成，為產(chǎn)量性狀；第2 主效因子為百粒質(zhì)量，涉及籽粒大??；第3 主效因子是株高，屬于抗倒伏性性狀；第4 主效因子僅包含主莖節(jié)數(shù)，屬于株高性狀；第5 主效因子為分枝數(shù)，代表綠豆株型性狀；第6 主效因子為莢粒數(shù)，反映每個豆莢的飽滿程度。根據(jù)特征值及貢獻率大小可知，單株粒質(zhì)量和單株莢數(shù)>百粒質(zhì)量>株高>主莖節(jié)數(shù)>分枝數(shù)>莢粒數(shù)，在進行高產(chǎn)、高抗育種過程中，為了得到較好的效果，應(yīng)選擇貢獻率靠前的農(nóng)藝性狀進行篩選。

表5 因子載荷矩陣

2.4 48 份綠豆資源的綜合評價

基于反轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣中6 個主效因子的特征值及貢獻率，建立48 份綠豆資源綜合評價的數(shù)學模型[13]。

根據(jù)公式（1）對48 份綠豆資源進行綜合打分，結(jié)果如表6 所示，對照品種榆綠1 號的綜合得分為0.66 分，YYLD22 和YYLD17 的綜合得分高于對照，分別為0.79 和0.72，說明YYLD22 和YYLD17在榆林地區(qū)有較好的生態(tài)適應(yīng)性，具有在當?shù)胤N植的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)潛力；而其他45 份資源的綜合得分均小于對照，說明其在榆林地區(qū)種植優(yōu)勢小于對照，不建議引種種植，可作為育種的材料資源使用。

表6 48 份綠豆資源的綜合得分統(tǒng)計結(jié)果

2.5 48 份綠豆資源的聚類分析

利用歐式距離算法，采用離差平方和聚類方法，對48 份綠豆資源進行聚類分析，由圖1 可知，48 份資源共劃分為4 個類群，第1 類群包含19 份綠豆資源，主要分布在吉林、黑龍江和安徽等地，該類群的主要農(nóng)藝性狀特點為：生育期接近平均值，小于對照品種；株高顯著低于平均值和對照品種；分枝數(shù)分布在3～5 枝，小于當?shù)貙φ掌贩N；主莖節(jié)數(shù)在6～8 個，小于對照品種；單株莢數(shù)大于對照品種，小于平均值；莢長和莢粒數(shù)2 個性狀，與平均值和對照品種間無明顯差異；百粒質(zhì)量偏小，籽粒偏小。第2 類群包括17 份綠豆資源，主要來源為黑龍江、新疆、遼寧、吉林，對照品種包含在該類群，說明這些地區(qū)的綠豆品種在榆林地區(qū)種植適應(yīng)性較好，可作為引種材料使用；該類群典型特征為籽粒較大、百粒質(zhì)量大、株高較高。第3 類群由11 份綠豆資源組成，主要分布在黑龍江和遼寧等地，主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)為單株莢數(shù)多，百粒質(zhì)量適中，單株產(chǎn)量高。第4 類群僅包含1 份綠豆資源，來自河南，主要表現(xiàn)為植株矮小，分枝數(shù)少，主莖節(jié)數(shù)多，節(jié)間距短，單株莢數(shù)最多，百粒質(zhì)量小，最終表現(xiàn)為高產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

榆綠1 號[14]作為榆林地區(qū)的主栽綠豆品種，籽粒大、有綠色光澤，且營養(yǎng)含量豐富[15-16]，但其株型較大，在灌區(qū)株高可達84 cm，生長發(fā)育過程中易發(fā)生倒伏，嚴重影響收獲和產(chǎn)量。株高是影響作物抗倒伏性的重要指標，適當降低株高能夠有效降低倒伏風險，保障作物品質(zhì)和產(chǎn)量[17-18]，47 份綠豆資源的平均株高為48.69 cm，小于對照品種，且不同資源間株高的變異系數(shù)高達19.66%，同時株高與產(chǎn)量間呈負相關(guān)，表明篩選47 份株高適宜、抗倒伏性好、高產(chǎn)的綠豆資源具有重要的生產(chǎn)意義。

李孝林等[19]分析榆林地區(qū)綠豆的單產(chǎn)構(gòu)成因素，結(jié)果表明，該地區(qū)綠豆產(chǎn)量的決定因素為單株莢數(shù)。申慧芳等[20]通過對18 個綠豆品系進行生育期農(nóng)藝性狀的調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，影響綠豆產(chǎn)量的主要因素為單株莢數(shù)，莢粒數(shù)對產(chǎn)量的貢獻率大于百粒質(zhì)量。本研究中，47 份綠豆資源影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素為單株莢數(shù)，單株莢數(shù)與百粒質(zhì)量呈顯著負相關(guān)，這與前人研究結(jié)果一致。48 份綠豆資源的綜合得分中，YYLD22 得分最高，為0.79 分，該資源生育期為76 d，株高60 cm，分枝數(shù)5 枝，主莖節(jié)數(shù)9 個，單株莢數(shù)59 個，莢長11.6 cm，莢粒數(shù)12 粒，單株粒質(zhì)量28.26 g，百粒質(zhì)量6.2 g，優(yōu)勢性狀為單株莢數(shù)和百粒質(zhì)量。綜合YYLD22 和YYLD17 特征可知，二者典型的特征為莢粒數(shù)較多，單莢中的有效粒數(shù)多，說明在榆林引入綠豆資源中，應(yīng)以單株莢數(shù)為主，結(jié)合百粒質(zhì)量會得到較好的效果。

生態(tài)適應(yīng)性是引種成功的關(guān)鍵因素[21]，本研究將48 份綠豆資源聚類為4 個亞類，第1 亞類資源綜合得分均小于榆綠1 號，主要來源于吉林省、黑龍江省和安徽省，在榆林地區(qū)種植優(yōu)勢不明顯；第2 亞類含括綠豆資源主要來源于黑龍江、新疆、遼寧、吉林，該類群各資源在榆林地區(qū)種植的綜合得分優(yōu)異，可作為引種試驗；第3 類群分布在黑龍江和遼寧，綜合得分中等，可作為資源使用；第4 類群僅包含YYLD16，該資源收集于河南省，綜合得分較低，不建議引種到榆林地區(qū)種植。氣候適應(yīng)是生態(tài)適應(yīng)的主要構(gòu)成因素，黑龍江省[22]、遼寧省[23]和吉林省[24]位于我國北部，晝夜溫差大，氣候冷涼，與榆林地區(qū)氣候相似，引種這些地區(qū)的綠豆資源可行性較高。