41份藜麥種質(zhì)材料的主要農(nóng)藝性狀研究

王 迪,劉瑞香,郭占斌,王樹彥,馮久疆,張大鵬

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古蒙農(nóng)藜麥產(chǎn)業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；4.內(nèi)蒙古赤峰市巴林右旗巴彥爾燈治沙林場(chǎng)，內(nèi)蒙古 赤峰 025150)

1 引言

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld)，屬一年生雙子葉草本植物，南美洲安第斯山地區(qū)是藜麥的主要來源地，不僅具有超過7000年的種植歷史，同樣是印加土著居民較常食用的食物[1，2]。它有獨(dú)特的味道和淡淡的堅(jiān)果香味,具有均衡補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)、增強(qiáng)身體功能和輔助治療的作用,適用于所有人群，尤其是高血糖、高血壓、高脂血癥和心臟病的人群以及嬰兒、孕婦和老年人。因此，長(zhǎng)期食用對(duì)慢性病和特殊體質(zhì)人群有顯著影響[3～5]。藜麥在國(guó)際上也被譽(yù)為：“未來的食物”；“超級(jí)谷物”及“黃金營(yíng)養(yǎng)”，素食者對(duì)藜麥極為認(rèn)可。所以藜麥不僅是人們所喜愛的一種食物，同樣也是極具發(fā)展前景的農(nóng)作物[6～8]。我國(guó)自1988年引進(jìn)栽培國(guó)外藜麥以來，在甘肅、河北、青海、河南等省開展了藜麥新品種的適應(yīng)性評(píng)價(jià)以及選育工作，進(jìn)行了優(yōu)良藜麥種質(zhì)資源及適合當(dāng)?shù)卦耘嗟男缕贩N選育[9～11]。

由于藜麥自身的特性，所以其具有較為廣泛的適應(yīng)能力，不僅可以在較為貧瘠、寒冷亦或是干旱的地區(qū)生長(zhǎng)，同樣還可以在土壤含有大量鹽堿成分的地區(qū)生長(zhǎng)，屬于極具潛力的一種植物，不僅可以使生物多樣性得以顯著提升，同時(shí)保證食品安全[12，13]。我國(guó)現(xiàn)階段主要基于兩個(gè)方面對(duì)藜麥進(jìn)行相關(guān)研究，第一個(gè)方面為營(yíng)養(yǎng)成分；第二個(gè)方面為生物學(xué)特性，但并未有過多研究是基于農(nóng)藝性狀來對(duì)藜麥進(jìn)行分析。農(nóng)藝性狀和作物品種特點(diǎn)具有緊密的聯(lián)系，通過農(nóng)藝性狀不僅可以對(duì)藜麥的種類進(jìn)行劃分，還可以對(duì)其進(jìn)行鑒定，以便于選擇優(yōu)良的種子進(jìn)行培育，對(duì)藜麥材料進(jìn)行分析時(shí)，最為關(guān)鍵的評(píng)價(jià)指標(biāo)便是農(nóng)藝性狀，基于此可以對(duì)藜麥種內(nèi)進(jìn)行有效的劃分[14]。通過對(duì)高質(zhì)量以及高產(chǎn)量的品種進(jìn)行培育，不僅可以使藜麥產(chǎn)量獲得顯著的提升，同樣可以得到較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，只有在對(duì)藜麥種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀的聯(lián)系作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，才可以保證選擇種質(zhì)的藜麥不僅具有較高的品質(zhì)，同樣具有較高的產(chǎn)能[15]。袁加紅等[16]對(duì)111份藜麥種質(zhì)資源的10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了變異、相關(guān)性、主成分和聚類分析，以及特異種質(zhì)篩選，為了有效利用藜麥資源；黃杰等[17]通過3種分析法來對(duì)產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的關(guān)系進(jìn)行研究，并且研究是基于38份藜麥種質(zhì)資源進(jìn)行，第一種為聚類分析；第二種為相關(guān)性分析；第三種為主成分分析，為甘肅省隴中旱作區(qū)更高效選育里藜麥新品種；王艷青等[18]以10份藜麥品系作為供試材料，進(jìn)行農(nóng)藝性狀綜合分析，結(jié)合相關(guān)性分析和聚類分析來評(píng)價(jià)10份種質(zhì)資源，篩選適宜昆明地區(qū)種植的藜麥新品系。

目前，內(nèi)蒙古地區(qū)成功登記了‘中黎1號(hào)’和‘蒙黎1號(hào)’，品種數(shù)量少、類型單一，對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)藜麥種植工作造成阻礙。所以，為了得到更為優(yōu)良品種的藜麥，一般會(huì)對(duì)品種進(jìn)行鑒別，通常通過對(duì)不同藜麥材料進(jìn)行比較，以便于得出最為優(yōu)質(zhì)的藜麥品種，并進(jìn)行推廣種植的相關(guān)工作，此種方式可以對(duì)內(nèi)蒙古藜麥種植發(fā)展起到極為顯著的推動(dòng)作用。本研究主要是對(duì)41份藜麥材料進(jìn)行分析，基于11個(gè)主要農(nóng)藝性狀開展，通過4個(gè)方面來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，第一個(gè)方面是基于方差分析進(jìn)行變異分析，第二個(gè)方面是對(duì)相關(guān)性進(jìn)行分析；第三個(gè)方面是對(duì)主成分分析，最后對(duì)不同藜麥材料進(jìn)行聚類分析，進(jìn)一步篩選出適宜內(nèi)蒙古地區(qū)種植的藜麥種質(zhì)材料，為內(nèi)蒙古及周邊地區(qū)藜麥的生產(chǎn)和發(fā)展提供優(yōu)良品種。

2 材料與方法

2.1 材料

試驗(yàn)材料41份，編號(hào)為Y-2、Y-13、Y-16、Y-22、Y-54、Y-63、Y-72、Y-75、Y-93、Y-96、Y-98、Y-108、Y-111、Y-112、Y-114、Y-115、Y-117、Y-133、Y-137、Y-143、Y-145、Y-152、Y-154、Y-156、Y-157、Y-162、Y-167、Y-168、Y-172、Y-191、Y-192、Y-194、Y-195、Y-202、Y-210、Y-211、Y-213、Y-229、Y-237、Y-243和Y-244，全部是中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心提供。

2.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于東經(jīng)110°40′，北緯40°36′，海拔1040 m，該地為棄耕多年的土地，土質(zhì)為沙壤土，土壤全氮含量為0.4164 g/kg，全磷0.53 g/kg，全鉀19.70 g/kg，堿解氮34.30 g/kg，速效鉀71.963 mg/kg，pH值為8.08，電導(dǎo)率為14.43 mS/m。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地是呼和浩特市內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)東園區(qū)，于2020年5月17日開始播種，每份種質(zhì)材料為1小區(qū)，小區(qū)面積為2 m2(2 m×1 m)。5月17日播種，穴播，每穴點(diǎn)3～5粒，行距25 cm，播種深度2～3 cm。整個(gè)生育期間澆水施肥除草，于7月下旬開始根據(jù)不同藜麥材料的成熟程度收獲。

2.4 農(nóng)藝性狀觀測(cè)

在藜麥生長(zhǎng)發(fā)育期間調(diào)查其物候期，成熟期時(shí)，在每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)差不多的5個(gè)植株測(cè)量其農(nóng)藝性狀并記錄(表1)。

2.5 數(shù)據(jù)處理處理

記錄的數(shù)據(jù)用Excel進(jìn)行整理、匯總，再通過SPSS 23.0軟件對(duì)不同農(nóng)藝性狀對(duì)相關(guān)性、主成分以及聚類進(jìn)行分析。

表1 藜麥農(nóng)藝性狀的記載標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 不同藜麥材料的多樣性分析

通過分析可知，11個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)在不同種質(zhì)間存在一定差異。表2結(jié)果表明：生育期、株高、莖粗、冠幅、有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑、粒徑、單株粒重和千粒重的11個(gè)農(nóng)藝性狀在不同藜麥材料間變異系數(shù)范圍在6.8%～59.3%之間。平均變異系數(shù)為21.79%。其中單株粒重變異系數(shù)最大為59.3%，其次是冠幅變異系數(shù)為33.97%，最小的是粒徑，變異系數(shù)是6.80%。本研究中11個(gè)表型性狀的變異系數(shù)均大于10%，表示此批次的藜麥種質(zhì)材料不僅具有較為豐富的資源類型，同樣具有較大的不同，可以更好地對(duì)特異種質(zhì)材料進(jìn)行對(duì)比。

3.2 不同藜麥材料農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析

表3表明:生育期與株高、莖粗、冠幅、有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑呈極顯著正相關(guān)，與單株粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)；株高與莖粗、冠幅、有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、單株粒重之間呈極顯著正相關(guān)，與主穗直徑之間呈顯著正相關(guān)；莖粗與冠幅、有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑、單株粒重呈極顯著正相關(guān)；冠幅與有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑、單株粒重之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，與粒徑、千粒重之間呈顯著正相關(guān)；有效分枝數(shù)與單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑、單株粒重呈極顯著正相關(guān)；單株小穗數(shù)與主穗長(zhǎng)、主穗直徑單株粒重呈顯著正相關(guān)，與粒徑、千粒重呈顯著正相關(guān)；主穗長(zhǎng)與主穗直徑、單株粒重呈極顯著正相關(guān)；主穗直徑與單株粒重之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系；粒徑與千粒重、單株粒重呈極顯著正相關(guān)；千粒重與單株粒重之間也呈極顯著正相關(guān)。以上分析結(jié)果說明，藜麥材料不同農(nóng)藝性狀之間存在相互影響的關(guān)系。若想要對(duì)較為優(yōu)良的品質(zhì)進(jìn)行確定，則可以基于農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析，來對(duì)個(gè)體性狀的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了解。

表2 藜麥材料間農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)

表3 不同藜麥材料農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析

3.3 不同藜麥材料農(nóng)藝性狀的主成分分析

運(yùn)用SPSS 23.0分析41份藜麥種質(zhì)材料的11個(gè)農(nóng)藝性狀的主成分，結(jié)果表明，藜麥種質(zhì)材料的11個(gè)農(nóng)藝性狀前 6個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)達(dá)到了86.771%。第 1類主成分因子貢獻(xiàn)率為40.690%，其中是該因子的主要特征向量為莖粗、冠幅、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)和千粒重；第2類主成分因子貢獻(xiàn)率為18.792%，主要特征向量為粒徑和單株粒重；第3類主成分因子貢獻(xiàn)率為8.951%，其中是該因子的主要特征向量為生育期和株高；第4類主成分因子貢獻(xiàn)率為8.380%，其中株高和有效分枝數(shù)是該因子的主要特征向量；第5類主成分因子貢獻(xiàn)率為5.266%，該因子的主要特征向量為主穗長(zhǎng)；第6類主成分因子貢獻(xiàn)率為4.692%，其生育期是該因子的主要特征向量(表4)。

表4 藜麥農(nóng)藝性狀的主成分分析

3.4 農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的聚類分析

對(duì)41份藜麥種質(zhì)材料的11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類 (圖1)，得到各類群的主要農(nóng)藝性狀的平均值 (表5)。從圖1可以看出，在類間距離15處，將41份藜麥種質(zhì)材料分為三大類。

第一類包含8份藜麥種質(zhì)材料，主要特征為早熟，株高最矮，莖粗、冠幅、有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑與單株粒重最小，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)，所以該類材料可保留作為育種資源；第二類包含28份藜麥種質(zhì)材料，粒徑與千粒重最大，其他指標(biāo)處于中間水平，可作為依靠群體增產(chǎn)的藜麥品種培育；第三類屬于晚熟，株高最高，莖粗、冠幅、有效分枝數(shù)、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)、主穗直徑最大，雖然粒徑與千粒重相對(duì)較小，但是單株粒重最大，可作為高產(chǎn)種質(zhì)進(jìn)一步篩選利用。

圖1 藜麥材料聚類

4 討論與結(jié)論

農(nóng)藝性狀是鑒定作物品種生產(chǎn)性能的重要標(biāo)志，也是評(píng)價(jià)作物后期發(fā)展?jié)摿脱芯可疃鹊氖滓笜?biāo)，因此，研究作物農(nóng)藝性狀可以為后期開展更深入的研究奠定有力的基礎(chǔ)[19]。宋嬌等[20]以6個(gè)藜麥品種(系)的7個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析與主成分分析，為高產(chǎn)藜麥的選育提供理論依據(jù)。吳應(yīng)奇等[21]在浙西南地區(qū)對(duì)8個(gè)藜麥品種(系)的農(nóng)藝性狀通過對(duì)相關(guān)性、主成分和聚類進(jìn)行分析，研究不同藜麥種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)其適應(yīng)性。楊正菊等[15]通過分析22份南美藜麥種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀，篩選適應(yīng)滇中紅土地的優(yōu)良種質(zhì)。

本研究對(duì)41份藜麥材料的株高、莖粗、單株小穗數(shù)、主枝穗長(zhǎng)、葉長(zhǎng)和葉寬 育期、株高、莖粗等11個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)定，對(duì)不同藜麥材料的植株形態(tài)、生長(zhǎng)、發(fā)育進(jìn)行分析，以及對(duì)不同材料間的差異和相關(guān)性進(jìn)行了科學(xué)的研究和分類，為內(nèi)蒙古開展藜麥品種選育提供了良好的方向和思路。研究結(jié)果表明：各品種間性狀差異顯著，其中11個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)均大于10%，說明供試藜麥種質(zhì)之間存在的差異大。 相關(guān)性分析結(jié)果表明:單株粒重與千粒重呈極顯著正相關(guān)，生育期與株高、莖粗之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，株高與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，上述研究結(jié)果與王艷青等[22]研究結(jié)果一直，但與黃杰[17]研究結(jié)果不一致；此現(xiàn)象原因可能是試驗(yàn)材料不同，同一品種比較無法進(jìn)行，或者是試驗(yàn)地生態(tài)環(huán)境的影響。

王艷青等[22]通過對(duì)135份國(guó)外藜麥種質(zhì)資源研究，發(fā)現(xiàn)5個(gè)主成分 ，分別影響株其型、花序型和生育期等；黃杰等[17]對(duì)38份藜麥種質(zhì)資源研究發(fā)現(xiàn)3個(gè)主成分，生育期與冠幅、單株產(chǎn)量、株高等是主要特征量。對(duì)41份藜麥材料的主成分進(jìn)行分析，得到6個(gè)主成分，第 1類主成分因子的主要特征向量為莖粗、冠幅、單株小穗數(shù)、主穗長(zhǎng)和千粒重；第2類主成分因子特征向量為粒徑和單株粒重；第3類主成分因子的主要特征向量為生育期和株高；第4類主成分因子的主要特征向量為株高和有效分枝數(shù)；第5類主成分因子的主要特征向量為主穗長(zhǎng)；第6類主成分因子中生育期是主要特征向量。

表5 聚類后不同藜麥材料表型性狀統(tǒng)計(jì)

聚類分析則是對(duì)41分藜麥種質(zhì)分成3個(gè)類群，雖然每個(gè)類群的性狀都存在較大的區(qū)別，但是群類中不僅具有較為優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)，同樣擁有較差的種質(zhì)，所以為了獲得較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，則應(yīng)該基于多種方法來對(duì)此進(jìn)行相關(guān)的分析。

綜上所述，41份藜麥種質(zhì)材料的相關(guān)性、主成分、聚類分析結(jié)果表明藜麥的株型、產(chǎn)量、生育期等特征，是藜麥種質(zhì)資源多樣性的決定性因素。藜麥作為一種新引進(jìn)植物，在考慮其優(yōu)良農(nóng)藝性狀和生產(chǎn)性能的同時(shí)，還應(yīng)考慮其品質(zhì)特性。本研究?jī)H對(duì)藜麥的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量表現(xiàn)進(jìn)行了考察，其籽粒品質(zhì)特征有待以后分析，綜合評(píng)價(jià)后再對(duì)藜麥種質(zhì)材料利用前景進(jìn)一步規(guī)劃分類。