興安盟地區(qū)不同蕎麥品種生態(tài)適應(yīng)性研究及主成分分析

李烏日吉木斯，高欣梅，烏日力格，王靖宇，福英，王英杰，郭龍玉，張明偉，王瑩

(興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

蕎麥屬于蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyrum)，是短季草本雙子葉植物[1]，適于在冷涼氣候下生長。植物分類學(xué)上，將蕎麥分為甜蕎(F.esculentumMoench)和苦蕎[F.tataricum(L.) Gaertn.]2個(gè)種[2]。甜蕎果實(shí)三菱形，較大，表面比較光滑；苦蕎果實(shí)較小，呈錐形卵狀，表面粗糙，上部銳利，下部鈍圓[3]。蕎麥?zhǔn)且环N重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，分布廣泛，種植歷史悠久，具備較高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[4]。蕎麥富含黃酮類化合物等功能性成分，且“三降”(降血壓、降血脂、降血糖)功效明顯[5-6]。由于蕎麥種植投入少，且集營養(yǎng)、保健等功用于一身，同時(shí)又是飼用蜜源植物，因此被譽(yù)為“雜糧之王”[7-9]。而且因蕎麥可以補(bǔ)救突發(fā)的自然災(zāi)害損失，也是偏遠(yuǎn)地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物。國內(nèi)外蕎麥產(chǎn)業(yè)一直存在生產(chǎn)條件差、管理粗放和改良手段落后等問題，且其育種技術(shù)也相對(duì)落后[10]。但隨著人們對(duì)蕎麥產(chǎn)業(yè)的重視，生產(chǎn)條件逐漸提高，一系列適合機(jī)械化栽培、營養(yǎng)成分含量高、食用品質(zhì)好的蕎麥品種陸續(xù)被開發(fā)出來[11]。

近年來，興安盟糧食連年增產(chǎn)，主要農(nóng)產(chǎn)品供求關(guān)系明顯改善，但結(jié)構(gòu)性矛盾比較突出，玉米階段性供大于求，大豆供求缺口逐年擴(kuò)大，油料、糖料等作物受資源約束和國際市場(chǎng)沖擊，農(nóng)民種植的積極性不高，生產(chǎn)出現(xiàn)下滑。與此同時(shí)，消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)的要求越來越高，消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求由吃得飽轉(zhuǎn)向吃得好、吃得安全、吃得健康，優(yōu)質(zhì)、特色、綠色安全的農(nóng)產(chǎn)品供不應(yīng)求。需求側(cè)的升級(jí)也照見了農(nóng)業(yè)供給側(cè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的緊迫性[12]。蕎麥作為優(yōu)質(zhì)特色的雜糧作物，本地優(yōu)良品種較少，因此急需引進(jìn)品種資源并進(jìn)行適應(yīng)性鑒定，以篩選出適合在興安盟地區(qū)示范推廣的品種，滿足廣大群眾的需求。

本研究以25份蕎麥種質(zhì)資源為材料，對(duì)不同品種的生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀等進(jìn)行比較分析，并采用主成分分析方法對(duì)農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)其與產(chǎn)量的相關(guān)性進(jìn)行分析，旨在篩選出籽粒產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)良蕎麥材料，并為興安盟地區(qū)選育高產(chǎn)高效蕎麥品種提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概述

本試驗(yàn)在興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所羊場(chǎng)子試驗(yàn)基地進(jìn)行。該地位于烏蘭浩特市義勒力特鎮(zhèn)羊場(chǎng)子嘎查(46°10′ N，121°56′ E)，海拔299 m，2019—2021年的年平均溫度4.1 ℃左右，降水量416.7 mm左右，日照3 901 h左右，終霜期4月30日左右，初霜期10月2日左右，無霜期154 d。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，地力均勻，肥力中等，有灌溉條件，土壤類型為暗栗鈣土，土質(zhì)為壤土。

1.2 試驗(yàn)材料

參試蕎麥品種共25個(gè)，品種代號(hào)和來源見表1，其中18個(gè)品種為甜蕎，7個(gè)品種為苦蕎。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)為2019—2021年開展的田間小區(qū)試驗(yàn)。試驗(yàn)小區(qū)采用順序排列，3行區(qū)，行長3 m，行距45 cm，株距3～5 cm，3次重復(fù)，設(shè)置對(duì)照品種和保護(hù)區(qū)。

播種后定期記載生育時(shí)期直至收獲。成熟期，每小區(qū)選取10株代表性蕎麥植株，考察株高、主莖節(jié)數(shù)、一級(jí)分枝數(shù)、單株粒質(zhì)量、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量等性狀，取平均值；按小區(qū)收獲，將籽粒風(fēng)干后測(cè)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013和Spss22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蕎麥生育期

由表2可知，2021年，25份參試蕎麥品種的生育期變幅為82～96 d。其中，生育期為81～ 90 d的中熟品種7個(gè)，生育期為91～100 d的中晚熟品種18個(gè)，無早熟品種(生育期≤80 d)；2019和2020年的結(jié)果與2021年相似。

表1 試驗(yàn)所用品種信息

表2 2021年不同蕎麥品種的生育期

2.2 不同品種蕎麥主要農(nóng)藝性狀比較

由表3可知，各蕎麥品種的平均葉片長為3.6～8.0 cm，12-28最長，湖南5-2最短；平均葉片寬為4.8～8.0 cm，信農(nóng)1號(hào)最寬，海源苦蕎最窄；平均每株花序數(shù)為6.9～22.8，赤苦蕎1號(hào)和湖南5-2等苦蕎的每株花序數(shù)顯著高于其他品種；平均葉片數(shù)為47.1～133.1，赤苦蕎1號(hào)和西蕎1號(hào)的葉片數(shù)顯著高于其他品種；赤苦蕎1號(hào)主莖分枝數(shù)最多，顯著高于其他品種；各品種平均葉柄長為2.9～6.2 cm。綜合整個(gè)生育期各性狀表現(xiàn)，甜蕎品種中的信農(nóng)1號(hào)和苦蕎品種中的赤苦蕎1號(hào)形態(tài)指標(biāo)較好。2個(gè)品種均為抗倒伏，葉色全為綠色，但信農(nóng)1號(hào)的主莖和葉緣色為紅色，赤苦蕎1號(hào)則為綠色。

表3 不同蕎麥品種的主要農(nóng)藝性狀

2.3 不同品種蕎麥株高、分枝及產(chǎn)量構(gòu)成比較

25個(gè)參試品種(系)的株高、分枝及產(chǎn)量構(gòu)成性狀如表4。各品種(系)的產(chǎn)量變幅為1 286～2 167 kg/hm2，赤苦蕎1號(hào)產(chǎn)量最高，其次為湖南5-2；株高變幅為103.6～156.3 cm，信農(nóng)1號(hào)株高顯著高于其它品種；主莖節(jié)數(shù)變幅為15.1～21.6，西蕎1號(hào)最高，農(nóng)家品種最低；主莖分枝數(shù)變幅為3.3～6.6，赤苦蕎1號(hào)主莖分枝數(shù)最高；單株粒質(zhì)量變幅為 3.6～11.0 g，品種12-28最高；千粒質(zhì)量變幅為9.1～18.6 g，蕎雜1號(hào)最；容重變幅為617～690 g/L，湖南5-2最高。

2.4 蕎麥數(shù)量性狀相關(guān)性和主成分分析

相關(guān)性分析(表5)表明，株高和主莖粗的相關(guān)系數(shù)為0.534 8，達(dá)到顯著水平(P<0.05)；株高和千粒質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)為0.708 9，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。按照主成分分析累計(jì)貢獻(xiàn)率≥85%的原則，選擇前4個(gè)主成分因子進(jìn)行分析，得到的特征根累計(jì)貢獻(xiàn)率為92.56%(表6)。

第一主成分特征值為3.761 6，貢獻(xiàn)率43.28%。特征值中產(chǎn)量、單株粒質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝數(shù)有較高的載荷，稱第一主成分為產(chǎn)量因素構(gòu)成因子。株高、千粒質(zhì)量和主莖粗的特征值為負(fù)，其載荷較小。說明在蕎麥高產(chǎn)育種中，主莖節(jié)數(shù)和主莖分枝數(shù)越多越好，單株粒質(zhì)量適中較好。

第二主成分特征值為1.418 6，貢獻(xiàn)率為17.05%。第二主成分為籽粒質(zhì)量構(gòu)成因子，特征值中貢獻(xiàn)大的是容重和產(chǎn)量。主莖分枝數(shù)和單株粒質(zhì)量的特征值為負(fù)，說明單株粒質(zhì)量要適中，且單株粒數(shù)制約千粒質(zhì)量，而千粒質(zhì)量是影響產(chǎn)量的直接因素，因此在蕎麥育種時(shí)要適度把握。

第三主成分特征值為1.284 2，貢獻(xiàn)率為16.73%。因?yàn)樘卣髦抵兄髑o節(jié)數(shù)有較高的載荷，第三主成分為植株主莖構(gòu)成因子。由各載荷數(shù)值可以看出，植株的主莖節(jié)數(shù)是影響產(chǎn)量的重要因素，但若植株主莖節(jié)數(shù)過多，會(huì)直接影響分枝數(shù)等，反而會(huì)影響產(chǎn)量。所以，第三主成分值適中為好。

根據(jù)各參試品種主成分分量及綜合得分高低(表7)，在興安盟地區(qū)綜合性狀表現(xiàn)良好的甜蕎和苦蕎品種分別為信農(nóng)1號(hào)(XNTQ-14011)和赤苦蕎1號(hào)(XNKQ-14002)。

表4 不同品種(系)產(chǎn)量構(gòu)成

表5 參試品種各性狀的相關(guān)性分析

表6 參試品種各性狀的主成分分析

表7 主成分分析因子分值

3 討論

內(nèi)蒙古興安盟地區(qū)屬于半農(nóng)半牧種植業(yè)區(qū)，為黑土地，土層較厚，無霜期150 d左右，初霜期比較早，降霜后蕎麥容易落粒，有的品種無法正常成熟，所以降霜是該區(qū)發(fā)展種植業(yè)的限制因素，因此需要選育適宜該地區(qū)的早熟品種。本次試驗(yàn)中的品種均為中熟或者中晚熟，無早熟品種，以后還需加強(qiáng)早熟品種的選育和引種。

主成分分析方法既能把握綜合性狀表現(xiàn)，又能簡化選擇程序，且具有科學(xué)性，常被用于農(nóng)作物農(nóng)藝性狀的評(píng)價(jià)和篩選[13-16]。本研究利用主成分分析法將25份蕎麥材料的8個(gè)農(nóng)藝性狀轉(zhuǎn)化為4個(gè)主成分因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)92.56%。產(chǎn)量構(gòu)成主要集中在單株粒質(zhì)量、單株粒數(shù)和千粒質(zhì)量等第一和第二主成分上。因此，在篩選適宜當(dāng)?shù)氐氖w麥品種時(shí)應(yīng)注重第一、二主成分的綜合選擇。

對(duì)蕎麥產(chǎn)量與生育期、農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析和主成分分析表明，千粒質(zhì)量和主莖粗與植株高度呈正相關(guān)，說明在品種選擇上可以注重品種的株高和主莖粗，在栽培技術(shù)方面，適時(shí)早播、施足基肥、及時(shí)追施提苗肥促進(jìn)主莖分枝的生長，盛花期追施磷鉀肥促進(jìn)籽粒的形成，成熟后及時(shí)收割防止落粒可以提高產(chǎn)量。

本研究僅對(duì)引進(jìn)的25份蕎麥品種的8個(gè)主要性狀進(jìn)行了綜合觀察分析，未能全面鑒定蕎麥各品種的性狀表現(xiàn)。因此在主成分分析的結(jié)果上進(jìn)行了聚類分析，以為蕎麥育種提供更科學(xué)的依據(jù)。結(jié)果顯示，主成分分析中第一主成分貢獻(xiàn)率達(dá)43.28%，說明在興安盟地區(qū)蕎麥篩選中，主莖節(jié)數(shù)、主莖分枝數(shù)和產(chǎn)量應(yīng)該越大越好。

4 結(jié)論

本研究對(duì)引進(jìn)的25份蕎麥品種的生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀等進(jìn)行了比較，根據(jù)各參試品種主成分分值及綜合得分，甜蕎品種信農(nóng)1號(hào)和苦蕎品種赤苦蕎1號(hào)綜合表現(xiàn)較好，可在興安盟地區(qū)推廣種植。