鮮食與綠肥兼用型蠶豆表型綜合評(píng)價(jià)選擇

杜成章，龍玨臣，黃 祥，劉 偉，肖若余，王學(xué)軍，李真熠，張繼君*

（1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 402160；2.重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，重慶 401121；3.江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇南通 226541；4.重慶市農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)站，重慶 401121）

目前蠶豆（Vicia fabaL.）在中國(guó)種植面積約86.7×104hm2，干籽粒年產(chǎn)量約180×104t，其中鮮食蠶豆面積約66.7×104hm2，鮮籽粒年產(chǎn)量約600×104t[1]。傳統(tǒng)蠶豆按功能可分為糧食、蔬菜、飼草、綠肥四類[2]。綠肥蠶豆歷史悠久，但隨著鮮食蠶豆出現(xiàn)，其綠肥作用逐漸被淡化[3]。鮮食與綠肥兼用型蠶豆是隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革發(fā)展出現(xiàn)的蠶豆產(chǎn)業(yè)新類型，尤其適合我國(guó)南方地區(qū)發(fā)展，其優(yōu)越性如下：1）蠶豆是冷季作物，不與熱季作物爭(zhēng)地[4]；2）蠶豆能為后茬作物提供綠肥，使土地達(dá)到用養(yǎng)結(jié)合的效果；3）能收獲產(chǎn)量可觀的鮮豆莢，提升生產(chǎn)者收益[5]。有研究表明，蠶豆根瘤固氮量為150～350 kg·hm-2[6]，平均固氮量是大豆的2 倍[7]，且高于多種豆科植物[8]。蠶豆根部的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)還能提升土壤K、P 的有效性，減少土壤污染[9]；另外，蠶豆鮮稈的N、K 含量都超過了“牧草之王”紫花苜蓿，更遠(yuǎn)超紫云英[10]。因此，開展鮮食與綠肥兼用型蠶豆育種對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但鮮食與綠肥兼用型蠶豆屬新事物，目前尚未建立起相關(guān)評(píng)價(jià)體系。AHP 分析法是一種用于研究多因素問題系統(tǒng)化、層次化的科學(xué)分析方法[11]，可將定量與定性因素結(jié)合，客觀而有效反映各因素的影響效果，在植物功能評(píng)價(jià)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[12]。本文以86 個(gè)蠶豆品種和品系為研究對(duì)象，以蠶豆赤斑病抗性、鮮莢產(chǎn)量、去除莢果后地上部分鮮稈生物量、鮮籽粒百粒重、單莢粒數(shù)、鮮莢長(zhǎng)、出苗至鮮莢采收時(shí)間和鮮莢出籽率8 個(gè)表型為評(píng)價(jià)因子，利用層次分析法建立綜合評(píng)價(jià)體系，以期能為鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試83個(gè)蠶豆品種（系）由重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，以川渝地區(qū)常見品種成胡10 號(hào)(CK1)、飼草蠶豆新品系渝飼1 號(hào)(CK2)及鮮食蠶豆品種通蠶鮮8 號(hào)（CK3）為對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積17.5 m2，2020 年10 月底播種，株行距70 cm×15 cm。于鮮莢采收期觀測(cè)表型數(shù)據(jù)，每小區(qū)隨機(jī)取10 株觀測(cè)，取平均值。

1.3 表型選擇

參考蠶豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[13]，經(jīng)征詢市場(chǎng)需求調(diào)研及專家意見，最終確定百粒重、生育期、鮮莢長(zhǎng)、鮮莢產(chǎn)量、出籽率、赤斑病抗性、鮮稈生物量7個(gè)表型為評(píng)價(jià)因子。

1.4 觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與方法

百粒重：鮮莢采收期100 粒飽滿鮮籽粒的重量（g）。

生育期：出苗至鮮莢采收時(shí)間（d）。鮮莢長(zhǎng)：鮮莢采收期莢果長(zhǎng)度（cm）。鮮莢產(chǎn)量：鮮莢采收期單位面積上的蠶豆鮮莢總產(chǎn)量（kg·hm-2）。

出籽率：鮮莢采收期鮮籽粒產(chǎn)量與鮮莢產(chǎn)量之比（%）。

赤斑病抗性：鮮莢采收期植株對(duì)蠶豆赤斑病的抗性水平，分為高抗（HR）、抗（R）、中抗（MR）、感（S）、高感（HS）。

鮮稈生物量：鮮莢采收期單位面積上的去除莢果后地上部分鮮稈生物量（kg·hm-2）。

1.5 統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)

1.5.1 鮮食與綠肥兼用型蠶豆品系綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型的建立

參考市場(chǎng)需求和專家意見，將鮮食與綠肥兼用型蠶豆的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為抗逆性（C1）、鮮食產(chǎn)量表型（C2）、綠肥產(chǎn)量表型（C3）和外觀品質(zhì)表型（C4）4個(gè)約束層。根據(jù)各評(píng)價(jià)因子間的相互關(guān)系，構(gòu)建了鮮食與綠肥兼用蠶豆品系綜合評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)（見表1），包括目標(biāo)層（T）、約束層（C）、標(biāo)準(zhǔn)層（P）。運(yùn)用SPSSAU 軟件對(duì)各表型觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，參考鄧雪[14]的方法計(jì)算各評(píng)價(jià)因子權(quán)重值；采用層次分析法構(gòu)建鮮食與綠肥兼用蠶豆品系綜合評(píng)價(jià)體系，并對(duì)參試品系進(jìn)行等級(jí)劃分。

表1 鮮食與綠肥兼用型蠶豆表型評(píng)價(jià)因子的層次結(jié)構(gòu)

1.5.2 判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

根據(jù)各評(píng)價(jià)因子對(duì)蠶豆鮮食與綠肥兼用性能貢獻(xiàn)度，采用1-9 比率標(biāo)度法[15]，逐項(xiàng)對(duì)任意2 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要程度對(duì)比，構(gòu)造出T-C、C-P 矩陣。一致性檢驗(yàn)結(jié)果表明，隨機(jī)一致性比率CR 值均小于0.1（見表2），表明構(gòu)建的判斷矩陣符合數(shù)學(xué)理論要求，各評(píng)價(jià)因子相互關(guān)系合理，具有滿意的一致性。

表2 判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的制訂

以2009—2021年在重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和青海大學(xué)創(chuàng)制的各類鮮食與綠肥兼用型蠶豆遺傳群體和本研究的蠶豆品系表型觀測(cè)結(jié)果，以及專家意見為依據(jù)，為了便于明顯區(qū)別鮮食與綠肥兼用性能好與差的品種，制訂此評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（見表3），并按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各品系觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分值轉(zhuǎn)換（見表4）。

表3 鮮食與綠肥兼用型蠶豆各評(píng)價(jià)因子的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 蠶豆品種（系）表型觀測(cè)結(jié)果與分值

（續(xù)表4）

（續(xù)表4）

2.2 鮮食與綠肥兼用型蠶豆各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定

根據(jù)表2判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)，計(jì)算得到各影響因子（Pi）相對(duì)于總目標(biāo)層（T）的最終權(quán)重（見表5），結(jié)果表明百粒重對(duì)蠶豆鮮食與綠肥兼用性能影響最大，權(quán)重為25.04%，其次為鮮莢產(chǎn)量，權(quán)重為18.74%；生育期第3，權(quán)重為16.69%；出籽率第4，權(quán)重為14.62%；接下來依次為蠶豆赤斑病抗性（9.22%）、鮮莢長(zhǎng)（8.31%）、鮮稈生物量（7.38%）。其中，百粒重、生育期、鮮莢產(chǎn)量3 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)占總排序權(quán)重值的60.48%，說明這3 個(gè)指標(biāo)是品系篩選決定性因素，符合鮮食與綠肥兼用型蠶豆新品種選育目標(biāo)。

表5 各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值

2.3 鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）的綜合評(píng)價(jià)

將表4 各品種（系）各表型分值與表5 相對(duì)于目標(biāo)層權(quán)重值的乘積相加后得出各品系綜合得分（見表6）。將得分＜4 的記為1 級(jí)（差），得分在4～4.999的記為3 級(jí)（中），得分在5～5.999 的記為5 級(jí)（良），得分在6～6.999的記為7級(jí)（優(yōu)），得分≥7的記為9級(jí)（特）。結(jié)果表明，特等級(jí)品種（系）有2 個(gè)，占品種（系）總數(shù)的2.33%，表現(xiàn)為大粒、生育期較短、鮮莢產(chǎn)量高、鮮莢長(zhǎng)適中、蠶豆赤斑病抗性較好、鮮稈生物量較大，能很好地兼顧鮮食性和綠肥性；其中，CDPX-16 評(píng)分最高，為7.857，鮮籽粒百粒重467.3 g，生育期162 d，鮮莢長(zhǎng)19.5 cm，出籽率42.9%，中抗蠶豆赤斑病，鮮莢產(chǎn)量23 840 kg·hm-2，鮮稈產(chǎn)量44 619 kg·hm-2；渝蠶5號(hào)評(píng)分第二高，為7.420，鮮籽粒百粒重452.5 g，生育期160 d，鮮莢長(zhǎng)17.5 cm，出籽率35.7%，中抗蠶豆赤斑病，鮮莢產(chǎn)量19 881 kg·hm-2，鮮稈產(chǎn)量42 356 kg·hm-2。優(yōu)等級(jí)品種（系）有13 個(gè)，占15.12%，表現(xiàn)為蠶豆赤斑病抗性較好、生育期較短、鮮莢產(chǎn)量較高、鮮稈生物量較高，但鮮莢長(zhǎng)、百粒重、出籽率中有至少有1 項(xiàng)評(píng)分明顯偏低。良等級(jí)品種（系）有32 個(gè)，占37.21%，表現(xiàn)為生育期較短，但鮮莢產(chǎn)量、鮮稈生物量，鮮莢長(zhǎng)、百粒重、出籽率、蠶豆赤斑病抗性中至少有2 項(xiàng)評(píng)分極低或有3 項(xiàng)評(píng)分明顯偏低。中等級(jí)品種（系）有22 個(gè)，占25.58%，表現(xiàn)為生育期較短，但鮮莢產(chǎn)量、鮮稈生物量、鮮莢長(zhǎng)、百粒重、出籽率、蠶豆赤斑病抗性中至少有2 項(xiàng)評(píng)分極低，同時(shí)有2 項(xiàng)評(píng)分明顯偏低。本次觀測(cè)結(jié)果，生產(chǎn)常用品種成胡10 號(hào)(CK1)的鮮莢和綠肥產(chǎn)能都較小，蠶豆赤斑病抗性亦較差，其評(píng)價(jià)結(jié)果為差，說明該品種既不適合用作鮮食也不適合用作綠肥；飼草蠶豆新品系渝飼1 號(hào)(CK2)雖具有最高的鮮稈生物量（70 833 kg·hm-2），但百粒重、鮮莢長(zhǎng)和鮮莢產(chǎn)量小，生育期長(zhǎng)，其評(píng)價(jià)結(jié)果為差，說明飼草專用品種適合用作綠肥，但不適合用作鮮食；鮮食專用蠶豆品種通蠶鮮8 號(hào)（CK3）具有較大的百粒重、鮮莢產(chǎn)量和鮮稈生物量，具備較好的鮮莢長(zhǎng)和蠶豆赤斑病抗性，還具備較短的生育期，但出籽率相對(duì)較小，其評(píng)價(jià)結(jié)果為良，這說明鮮食專用品種相對(duì)于生產(chǎn)常用品種和飼草專用品種來說，能較好地兼顧鮮食與綠肥功能。

表6 鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）綜合得分和等級(jí)

3 討論

本研究運(yùn)用層次分析法確定了7 個(gè)鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關(guān)表型，明確了品種（系）篩選決定性因素，其中百粒重權(quán)重最大，其次為生育期、鮮莢產(chǎn)量和出籽率；將83 個(gè)鮮食與綠肥兼用型蠶豆品種（系）和3 個(gè)對(duì)照品種分為5 個(gè)等級(jí)，最終選出綜合性狀優(yōu)良，能很好地兼顧鮮食和綠肥功能的蠶豆新品種（系）2個(gè)，較好地兼顧鮮食和綠肥功能的蠶豆新品種（系）13 個(gè)。這說明本文構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)體系能對(duì)鮮食與綠肥兼用型蠶豆新品種（系）進(jìn)行有效選擇，可為育種家選種決策提供科學(xué)依據(jù)。

除了本研究確定的7 個(gè)鮮食與綠肥兼用型蠶豆相關(guān)表型外，還有鮮莢光澤度、種皮顏色、子葉顏色、鮮籽粒感官品質(zhì)、莖葉比、秸稈營(yíng)養(yǎng)素與功能性物質(zhì)含量等相關(guān)表型因子影響著育種家對(duì)品種的選擇，但這些表型與本研究確定的7 個(gè)表型相比，重要程度相對(duì)較低，因此為了降低干擾，本研究排除了這些因子，但在目標(biāo)品種確定后仍需對(duì)這些表型開展進(jìn)一步的觀測(cè)，以篩選出更優(yōu)良或有特殊用途的新品種。

本研究對(duì)鮮莢長(zhǎng)為17.0～20.0 cm 給予最高評(píng)分，鮮莢過長(zhǎng)或過短評(píng)分則相對(duì)較低，其依據(jù)是：若蠶豆鮮莢過長(zhǎng)，出籽率會(huì)降低，且運(yùn)輸中鮮莢易受損；若蠶豆鮮莢過短，則粒小且外觀品質(zhì)不佳，較難銷售。筆者在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，鮮莢長(zhǎng)度在17.0～20.0 cm的蠶豆最受市場(chǎng)歡迎，因此將這個(gè)數(shù)值區(qū)間作為最高評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

本研究將蠶豆赤斑病抗性水平作為評(píng)價(jià)因子之一，原因是赤斑病的發(fā)生與流行嚴(yán)重制約筆者所處地區(qū)蠶豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一旦蠶豆發(fā)生中度以上的赤斑病，其葉片就會(huì)呈焦糊狀態(tài)，嚴(yán)重影響生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)能大幅度降低。因此提高赤斑病抗性水平一直是筆者所在地區(qū)最重要的蠶豆育種目標(biāo)之一[16]。其他地區(qū)開展鮮食與綠肥兼用蠶豆育種工作，可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況適當(dāng)選擇和調(diào)整病蟲害抗性水平的重要級(jí)別。本研究赤斑病抗性權(quán)重值計(jì)算結(jié)果為9.22%，其優(yōu)先級(jí)別高于鮮稈生物量，這保證了在本研究條件下選擇出的2 個(gè)鮮食與綠肥兼用型蠶豆優(yōu)良品系具有較好的赤斑病抗性水平。