套袋材料對(duì)藜麥穗長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

侯麗媛，董艷輝，王育川，秦作霞，李亞莉，趙 佳，趙 菁，秦永軍，吳慎杰

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030031；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山西太原030006；3.晉中學(xué)院，山西晉中030619）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.）為莧科（Amaranthaceae）藜亞科（Chenopodioideae）藜屬（Chenopodium）1年生雙子葉植物。自20世紀(jì)70年代中期以來，藜麥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值逐漸引起人們的關(guān)注[1-3]，開始在世界各地種植[4-5]。近年來，隨著藜麥種植面積在國(guó)內(nèi)的發(fā)展壯大，諸多問題也日益凸顯出來，如藜麥種質(zhì)資源混雜、品質(zhì)優(yōu)劣不均、新品種選育進(jìn)程緩慢等，這些問題嚴(yán)重制約了我國(guó)藜麥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5]。

藜麥以自花授粉為主，但在繁殖過程中，因遺傳型和環(huán)境的差異，常有不同程度的異交現(xiàn)象發(fā)生[6]。TAPIA[7]研究發(fā)現(xiàn)，藜麥播種距離影響藜麥的異交率，且異交率在0.5%～9.9%。RISI等[8]研究認(rèn)為，藜麥異交受不同花類型比例、自交不親和程度及風(fēng)力等因素的影響。SILVESTRI等[9]研究發(fā)現(xiàn)，藜麥異交率可高達(dá)17.36%。因此，藜麥在自然條件下授粉得到的個(gè)體遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，基因型呈雜合狀態(tài)，后代不斷分離[10]。優(yōu)良的純系品種能夠提供優(yōu)良穩(wěn)定的遺傳基因[11]。因此，獲得高純度的親本自交系是藜麥育種的關(guān)鍵[12]。

純合品系其遺傳組成的特點(diǎn)是群體同質(zhì)、個(gè)體純合、自交不衰退[13]。但使用套袋在降低異交率的同時(shí)，必然會(huì)影響穗部的一些農(nóng)藝性狀和最終的產(chǎn)量。鄭瑞杰等[14]在栗屬植物人工控制雜交育種過程中使用硫酸紙袋和杜邦紙袋作為授粉隔離袋進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫酸袋內(nèi)平均溫度極顯著高于杜邦紙袋和不套袋對(duì)照處理。蔣授文等[15]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水稻穗部套袋遮光處理與對(duì)照相比，單穗產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)均有下降，且不同套袋遮光時(shí)期和不同水稻品種，單穗產(chǎn)量、千粒質(zhì)量等降低幅度不等。因此，在藜麥良種的繁育過程中，為了有效避免不同植株花粉的污染，對(duì)選育植株進(jìn)行套袋隔離處理，而選擇一種隔離套袋既能降低異交率，又不會(huì)對(duì)穗部的農(nóng)藝性狀造成很大影響就顯得尤為重要。

本研究為了避免藜麥純化過程中的異型雜交，保證品種純度，選擇純合度相對(duì)較高的110個(gè)藜麥材料，在初花期分別使用無紡布袋、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋3種隔離袋對(duì)花序進(jìn)行套袋，成熟期測(cè)定不同套袋材料主穗的穗長(zhǎng)和產(chǎn)量，旨在為藜麥隔離套袋材料的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院藜麥課題組收集、培育的110份純合度相對(duì)較高的藜麥品系（種），于2020年5月種植于山西省靜樂縣康家會(huì)鎮(zhèn)鋪上村。試驗(yàn)所用的無紡布袋、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋均為定做的長(zhǎng)方形袋，規(guī)格為長(zhǎng)30 cm、寬25 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

2020年在藜麥初花期同一品種選取9株植株生長(zhǎng)發(fā)育大致相同的材料進(jìn)行套袋處理，3株用無紡布袋，3株用0.074 mm紗袋，3株用羊皮紙袋。3次重復(fù)。

具體方法：在藜麥初花期前，從植株頂端開始往下修剪，去掉其分支和葉片，裸露出2～3 cm主干，用隔離袋從植株頂端向下將整個(gè)花序套住，同時(shí)在植株旁邊插入一根竹竿（或塑料桿），并且將隔離袋輕輕系在桿上，以盡量減小隔離袋對(duì)主穗生長(zhǎng)的影響。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

待10月份藜麥成熟后，分別將套袋的各藜麥品系（種）主穗用剪刀剪下來，使用直尺測(cè)量穗長(zhǎng)，脫粒測(cè)定單穗產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過MATLAB軟件對(duì)110個(gè)藜麥品系（種）采用3種隔離袋材料獲得的主穗長(zhǎng)和產(chǎn)量進(jìn)行正態(tài)分布性檢驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上采用兩正態(tài)總體參數(shù)的檢驗(yàn)方法分別對(duì)無紡布與0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的均值進(jìn)行t檢驗(yàn)。使用Excel對(duì)供試材料的平均穗長(zhǎng)和平均產(chǎn)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同套袋材料對(duì)藜麥主穗長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

由表1可知，供試材料使用無紡布、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的平均穗長(zhǎng)分別為23.19、18.30、21.19cm?？梢姡褂脽o紡布套袋的主穗最長(zhǎng)，0.074mm紗袋最短，羊皮紙袋居中。使用無紡布袋的穗長(zhǎng)變幅在13～43 cm，使用0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的穗長(zhǎng)變幅分別在9～35、12～41 cm，穗長(zhǎng)變幅表現(xiàn)依次為無紡布袋處理＞羊皮紙袋處理＞0.074 mm紗袋處理。

表1 不同套袋藜麥主穗穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量

就某個(gè)藜麥品種（系）來說，除個(gè)別藜麥品種（編號(hào)12、15、31、47、106）外，穗長(zhǎng)同樣表現(xiàn)為無紡布袋處理＞羊皮紙袋處理＞0.074 mm紗袋處理。例如，編號(hào)為100的藜麥品系使用無紡布袋的穗長(zhǎng)為（24.00±1.00）cm，使用0.074 mm紗袋的穗長(zhǎng)為（17.00±1.00）cm，使用羊皮紙袋的穗長(zhǎng)為（22.00±1.00）cm。

使用無紡布、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的單穗產(chǎn)量分別為72.71、60.80、6.06 g。使用無紡布獲得的單穗產(chǎn)量最大，使用0.074 mm紗袋的單穗產(chǎn)量次之，而使用羊皮紙袋單穗產(chǎn)量最小，表現(xiàn)依次為無紡布袋處理＞0.074 mm紗袋處理＞羊皮紙袋處理。使用無紡布、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋單穗產(chǎn)量變 幅 分 別 為50.58～131.46、35.38～107.93、1.29～22.59 g，表現(xiàn)依次為無紡布袋＞0.074 mm紗袋＞羊皮紙袋。

就某個(gè)品種（系）來說，也同樣表現(xiàn)為單穗產(chǎn)量無紡布袋＞0.074 mm紗袋＞羊皮紙袋。例如，編號(hào)為100的藜麥品系使用無紡布袋的單穗產(chǎn)量為60.42 g，使用0.074 mm紗袋的單穗產(chǎn)量為47.68 g，使用羊皮紙袋的單穗產(chǎn)量為3.49 g。

續(xù)表1

2.2 正態(tài)分布結(jié)果

采用MATLAB對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布圖像繪制。由圖1、2可知，通過與正態(tài)曲線相比較，推測(cè)使用3種隔離袋材料獲得的穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量為正態(tài)分布，通過擬合確定均符合正態(tài)分布。進(jìn)一步用QQ-plot分別對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布進(jìn)行檢驗(yàn)，以樣本的分位數(shù)作為橫坐標(biāo)，以按照正態(tài)分布計(jì)算的相應(yīng)分位點(diǎn)作為縱坐標(biāo)，把樣本表現(xiàn)為直角坐標(biāo)系的散點(diǎn)。由圖3可以看出，樣本點(diǎn)呈一條圍繞第一象限對(duì)角線的直角，可見上述數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。

在驗(yàn)證了3種隔離袋的穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量符合正態(tài)分布的基礎(chǔ)上，以使用無紡布隔離袋獲得的穗長(zhǎng)為對(duì)照，分別以0.074 mm紗袋和羊皮紙袋為隔離袋的穗長(zhǎng)為處理，采用兩正態(tài)總體參數(shù)的檢驗(yàn)方法分別對(duì)2個(gè)處理間的均值進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，使用無紡布袋與0.074 mm紗袋以及無紡布袋和羊皮紙袋獲得的穗長(zhǎng)的P值分別為5.418E-14和0.001 061，表明使用無紡布袋與0.074 mm紗袋和羊皮紙袋獲得的穗長(zhǎng)間差異極顯著。同樣，對(duì)使用3種隔離袋獲得的單穗產(chǎn)量的均值進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，使用無紡布袋與0.074 mm紗袋和羊皮紙袋獲得的單穗產(chǎn)量均值的P值分別為2.767E-06和＜2.2E-16，表明使用無紡布袋與0.074 mm紗袋和羊皮紙袋獲得的單穗產(chǎn)量間差異極顯著。

由表2可知，隔離袋使用無紡布袋、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的穗長(zhǎng)的變異系數(shù)分別為20.06%、23.55%和21.19%，其中，0.074 mm紗袋穗長(zhǎng)的變異程度最大，羊皮紙袋穗長(zhǎng)的變異系數(shù)居中，無紡布穗長(zhǎng)的變異系數(shù)最小。使用無紡布袋、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的單穗產(chǎn)量的變異系數(shù)分別為25.39%、29.46%和63.70%，其中，羊皮紙袋單穗產(chǎn)量的變異系數(shù)最大，0.074 mm紗袋單穗產(chǎn)量的變異系數(shù)居中，無紡布單穗產(chǎn)量變異系數(shù)最小。由此可知，隔離袋使用無紡布獲得的主穗穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量的變異系數(shù)均最小。

表2 供試材料穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)差分析

3 結(jié)論與討論

藜麥的繁殖模式以自交為主，但有一定的異交率，導(dǎo)致藜麥品種的異質(zhì)性和雜合性很高，藜麥品種通過自行繁殖種子難以保持其性狀穩(wěn)定，因此，對(duì)藜麥品種選育工作造成很大困難[16]。選育純化的優(yōu)良品種是獲得純合基因型的前提，是雜交育種的基礎(chǔ)。因此，高純度的親本自交系是配制高質(zhì)量藜麥雜交種的首要條件[17]。目前，全世界引種藜麥的80多個(gè)國(guó)家都在從事藜麥種質(zhì)資源評(píng)價(jià)、品種選育等相關(guān)研究工作[18]。套袋隔離是純化育種的常規(guī)手段，通常用紗袋或半透明的羊皮紙袋等進(jìn)行花序或單花的套袋隔離。套袋隔離可以有效地防止外來花粉干擾，對(duì)藜麥材料的純化和良種繁殖具有積極的意義。而對(duì)于藜麥隔離套袋材質(zhì)的選擇是保證藜麥育種工作順利進(jìn)行的前提。

但使用套袋隔離在降低異交率的同時(shí)，必然會(huì)影響穗部的一些農(nóng)藝性狀和最終的產(chǎn)量[14-15]。本研究發(fā)現(xiàn)，選用不同的隔離袋材料對(duì)藜麥主穗的穗長(zhǎng)和產(chǎn)量造成的影響不同，其中，使用無紡布的穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，其次為羊皮紙袋，穗長(zhǎng)最短的是0.074 mm紗袋，表現(xiàn)為無紡布袋處理＞羊皮紙袋處理＞0.074 mm紗袋處理；單穗產(chǎn)量表現(xiàn)為使用無紡布的產(chǎn)量最高，其次為0.074 mm紗袋，產(chǎn)量最低的為羊皮紙袋，表現(xiàn)為無紡布袋處理＞0.074 mm紗袋處理＞羊皮紙袋處理。使用無紡布袋獲得的穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量均高于其他2種材質(zhì)，這說明使用無紡布隔離袋既能降低異交率，又不會(huì)對(duì)穗長(zhǎng)和產(chǎn)量造成太大的影響，這在育種中具有重要的意義。

t檢驗(yàn)結(jié)果表明，無紡布袋分別與0.074 mm紗袋和羊皮紙袋獲得的穗長(zhǎng)和產(chǎn)量均值都有極顯著差異?？梢?，選用的3種隔離袋材料對(duì)穗長(zhǎng)和產(chǎn)量有明顯的區(qū)別，而使用無紡布對(duì)穗長(zhǎng)和產(chǎn)量造成的影響最小。

通過對(duì)供試材料的穗長(zhǎng)和產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差分析，發(fā)現(xiàn)藜麥?zhǔn)褂貌煌母綦x套袋材料對(duì)植株的變異系數(shù)是不同的，使用0.074 mm紗袋穗長(zhǎng)的變異程度最大，無紡布的穗長(zhǎng)變異系數(shù)最??；使用羊皮紙袋的單穗產(chǎn)量變異系數(shù)最大，無紡布單穗產(chǎn)量變異系數(shù)最小。由此可知，隔離套袋使用無紡布獲得的主穗長(zhǎng)和產(chǎn)量的變異系數(shù)均最小，對(duì)藜麥主穗造成的影響最小。

在測(cè)量穗長(zhǎng)中發(fā)現(xiàn)，使用0.074 mm紗袋的主穗彎曲嚴(yán)重，使用羊皮紙袋的主穗也有明顯彎曲，但彎曲程度較輕，而使用無紡布的主穗穗形基本沒有發(fā)生變化。本研究選用的3種隔離袋尺寸均為30 cm×25 cm，單個(gè)無紡布袋、0.074 mm紗袋和羊皮紙袋的質(zhì)量大約分別為5.30、11.50和9.0 g。分析可能是因?yàn)?.074 mm紗袋較無紡布袋和羊皮紙袋重，造成了主穗彎曲嚴(yán)重，同時(shí)也影響到了穗的長(zhǎng)度，進(jìn)而造成了單穗產(chǎn)量的減少。田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，使用0.074 mm紗袋的藜麥莖稈更容易折斷，而藜麥本身植株莖稈空心、脆弱易折，使用0.074 mm紗袋增加了穗的質(zhì)量，進(jìn)一步加劇了莖稈折斷的風(fēng)險(xiǎn)。0.074 mm紗袋價(jià)格較其他2種袋貴，會(huì)增加生產(chǎn)成本。

本研究發(fā)現(xiàn)，使用羊皮紙袋套袋的主穗雖然發(fā)生較明顯彎曲，但穗長(zhǎng)與無紡布套袋的穗長(zhǎng)相比變化不大。使用羊皮紙袋的單穗產(chǎn)量低，可能是因?yàn)檠蚱ぜ埓匦院?，容易?dǎo)致隔離袋內(nèi)溫度過高，進(jìn)而造成藜麥籽粒發(fā)育不良，籽粒數(shù)量和飽滿度降低，還容易發(fā)生霉變，導(dǎo)致籽粒受損，最終嚴(yán)重影響到單株穗的籽粒質(zhì)量。這與鄭瑞杰等[14]研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明，使用無紡布袋與0.074 mm紗袋和羊皮紙袋相比，獲得的藜麥主穗穗長(zhǎng)最長(zhǎng)而且單穗產(chǎn)量也最高。使用無紡布袋隔離的主穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量與不使用任何套袋隔離材料的穗長(zhǎng)和單穗產(chǎn)量相比差別很小，可以忽略不計(jì)。另外，加之無紡布價(jià)格低廉、隔離效果好，不會(huì)對(duì)主穗穗形、穗長(zhǎng)及產(chǎn)量造成不利的影響。因此，無紡布隔離套袋是藜麥育種的最佳隔離套袋材料。