小黑麦种质在兰州地区的种子产量及构成因素分析

时间：2024-08-31

王旭，褚红丽，杜文华，刘欢

(甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃兰州 730070)

小黑麦(×Triticosecale)是由黑麦属(Secale)和小麦属(Triticum)植物经有性杂交和染色体加倍重组而人工培育成的新物种，为一年生草本植物[1]。主要分布在中国西南、西北高寒地区，以及自然条件严酷、年降水量和无霜期长短不一的地区。小黑麦抗寒旱性强[2]，适应性广，能适应土壤贫瘠的土地，可在高寒牧区种植[3-4]。甘农2号小黑麦在高寒牧区秋播后能安全越冬，返青早，生长迅速，可在枯草期为家畜提供大量饲草[5-6]，并且可以有效增加冬季土壤覆盖率，防护水土流失，保护生态环境[7]。小黑麦饲草中粗蛋白、粗脂肪、碳水化合物和矿物质等含量高，家畜喜食[8-10]。小黑麦由于植株健壮、分蘖多、成穗率高、穗长和穗粒数较多，而且籽粒中营养成分含量较高，可作为家畜精饲料，为家畜提供丰富营养[11]。

饲料型小黑麦的研究主要集中在饲草产量[12-14]、营养价值[15-16]和种植技术[17-20]等方面。籽粒产量方面研究较少,兰州地区小黑麦种质种子产量及构成因素分析方面的研究报道更少。赵方媛等[21]通过测定株高、种子产量、产量构成因素和籽粒营养价值，用隶属函数法筛选出了适宜于甘肃省冷凉地区种植的饲料型小黑麦种质。游永亮等[22]从株高、分蘖数、籽粒产量、穗数、穗粒数和成穗率等方面研究饲料型小黑麦品种的特性，经通径分析得出穗粒数与种子产量相关性较强。李冬梅等[23]研究发现，在甘肃省冷凉地区穗粒重对小黑麦种子产量贡献最大。刘杰等[24]用灰色关联度法分析了小黑麦籽粒产量和株高、千粒重等农艺性状的关联度，发现小黑麦千粒重与籽粒产量的灰色关联度较高，穗粒重与生物学产量关联度较高。陈丽霞[25]研究了小黑麦新种质在甘肃陇中地区的种子产量生产情况，得出甘农1号小黑麦为高产种质，临夏为最佳种植地区。中国畜牧业发展迅速，饲料需求量逐步增大，饲料短缺问题成为制约畜牧业继续向前推进的瓶颈[21]，研究饲料型小黑麦并选育出高产优质种质对解决家畜饲料短缺问题、促进畜牧业发展有重要意义。

本试验拟通过研究甘肃农业大学培育的小黑麦种质和引自乌克兰的小黑麦种质种子产量的差异，以筛选适宜于兰州地区及其他气候相似区种植的小黑麦种质，进一步探讨小黑麦种子产量构成因素对种子产量的具体影响，为饲料型小黑麦新品种培育及示范推广提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在甘肃农业大学牧草试验站进行。试验地位于甘肃省兰州市安宁区(N 36°03′，E 103°53′)，海拔1 560 m，年均气温为7.9℃，无霜期为171 d，年均降水量为349.9 mm，主要集中在6～9月。土壤类型为栗钙土，有机质含量为2.3 g/kg，碱解氮90.05 mg/kg，速效磷7.36 mg/kg,速效钾172.8 mg/kg,土壤pH值为7.35。试验地土壤肥力均匀，有灌溉条件，前茬作物为甜高粱。

1.2 试验材料

供试材料为甘肃农业大学利用有性杂交和系谱法培育的5个小黑麦种质(C6、C10、C16、C23 、C25)以及引自乌克兰的3个小黑麦种质(W33、W34、W35)。

1.3 试验设计及方法

试验采用随机区组设计。8个小黑麦种质分别点播2行，株距10 cm，行距30 cm，播种深度4～5 cm，3次重复。播种日期为2018年10月13日。参考文献[6]进行施肥，播种前施磷酸二铵333.3 kg/hm2，返青期和拔节期分别追施尿素195.7 kg/hm2。追肥之后及时采用滴灌进行灌溉。试验期间及时清除杂草。

1.4 测定指标及方法

成熟期每个种质随机选取10个单株(边行除外)，测定以下指标。

株高：测量从地面到穗顶(不包括芒)的自然高度。

有效穗数：数取每个单株的生殖枝数目[26]，即得有效穗数。

小穗数：数取主穗上所有的小穗数，包括结实小穗数和未结实小穗数。

穗粒数：每个主穗单独脱粒后数取籽粒数。

穗粒重：数取籽粒数后，将种子晾干，待水分含量下降为12%(谷物水分测定仪测定)时称单株籽粒重量。

千粒重：从每个种质中随机数取1 000粒籽粒饱满种子进行称重。

种子产量：成熟期刈割各种质地上部分茎秆(除去边行和小区两头各50 cm之内的部分)，田间晾晒，干燥后分别脱粒，称重。

1.5 数据统计与分析

利用Excel 2010软件对数据进行统计和处理，运用SPSS 20.0软件进行方差分析，如果差异显著，用Duncan 法进行多重比较。

1.6 综合评价

用隶属函数法对8个小黑麦种质种子产量进行综合评价。隶属函数值[X(μ1)，X(μ2)]计算公式为：

X(μ1)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

X(μ2)=1-X(μ1)

(2)

式中：X为某一小黑麦种质某一指标的测定值；Xmax为小黑麦所有种质某一指标的最大值；Xmin为小黑麦所有种质某一指标的最小值。若所测指标与小黑麦种子产量价值呈正相关，采用(1)式计算隶属值，负相关则用(2)式。

小黑麦种子产量进行综合评价时，根据小黑麦的种子产量及产量构成因素(有效穗数、小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重)在小黑麦种子生产中的重要程度及各个指标与种子产量的相关性强弱，对各指标分配权重，分别为：种子产量0.5、穗粒重0.3、有效穗数0.2，利用公式(3)计算不同材料下的综合评价值。

(3)

式中：i代表小黑麦种质，1～8分别代表小黑麦8个种质；k代表小黑麦的性状指标，1代表有效穗数，2代表穗粒数，4代表穗粒重，ri代表种子产量；k代表小黑麦在第i个种质的综合评价值；ξik代表第i个种质性状指标对应的隶属函数值；Wk代表性状指标的权重。

2 结果与分析

参试小黑麦种质的种子产量、有效穗数、小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重及株高差异极显著(P<0.01)(表1)，需要进行多重比较。

表1 小黑麦种质种子产量及产量构成因素的方差分析

2.1 小黑麦种质间种子产量的差异

小黑麦种质C6的种子产量最高，为(7 368±392)kg/hm2，显著高于除C10外的其他种质；W35的种子产量为(3 978±24) kg/hm2，显著低于其他种质(图1)。种子产量由高到低排序为C6>C10>W33>C23>C16>C25>W34>W35。

图1 小黑麦种质的种子产量Figure 1 Seed yield of tested lines

2.2 小黑麦种质间种子产量构成因素的差异

2.2.1 株高和有效穗数小黑麦种质C25的株高最高，为(157.05±2.59)cm，显著高于除C6外的其他种质；W35的株高为(99.60±3.13)cm，显著低于其他种质(图2)。

小黑麦种质C23的有效穗数最多，为(12.44±0.38)个，显著大于W34和W35;W35的有效穗数为(6.50±0.68)个，显著小于C23、C10、C16和C6。

图2 小黑麦种质的间株高及有效穗数Figure 2 Differences in plant height and number of effective spike among tested lines

2.2.2 小穗数和穗粒数小黑麦种质W35的小穗数最多，为(34.75±2.75)个，显著大于除C6和W34外其他种质；C23的小穗数为(26.11±1.34)个，显著小于除C10和C16外其他材料(图3)。

小黑麦种质C25的穗粒数最多，为(64.78±3.86)粒，显著大于C23、W33、W34和W35；C23的穗粒数为(49.22±2.37)粒；显著小于C6、C25(图3)。

图3 小黑麦种质的穗粒数及小穗数Figure 3 Differences in number of grains per spike and number of spikelets among tested lines

2.2.3 穗粒重和千粒重小黑麦种质C6的穗粒重最大，为(23.66±1.93) g，显著大于C16、C25、W34和W35；W35的穗粒重为(12.50±1.30)g，显著小于C6、C10、C23、W33(图4)。

图4 小黑麦种质的穗粒重及千粒重Fig.4 Differences in seed weight per spike and thousand kernel weight among tested lines

小黑麦种质W33的千粒重最大[(58.62±1.98)g]，显著大于C16、C23、C25；C16的千粒重[(36.63±1.36)g]显著小于除C25外其它材料。

2.3 小黑麦种子产量及产量构成因素性状评价

参试的8个小黑麦种质中，C6的穗粒重较高，有效穗数、小穗数和穗粒数较多，籽粒饱满、千粒重大，种子产量最高；C10的穗粒重高，有效穗数、小穗数和穗粒数多，籽粒较饱满、千粒重较大，种子产量较高；C16的穗粒重较低，有效穗数和穗粒数多，小穗数少、籽粒不饱满、千粒重较小，种子产量低；C23的穗粒重高，有效穗数多，小穗数和穗粒数少，籽粒不饱满、千粒重小，种子产量高；C25的穗粒重低，有效穗数少、小穗数和穗粒数较多，籽粒不饱满、千粒重小，种子产量低；W33的穗粒重较低，有效穗数少，小穗数和穗粒数多，籽粒较饱满、千粒重较大，种子产量较低；W34的穗粒重较低，有效穗数少，小穗数和穗粒数多，籽粒较饱满、千粒重较大，种子产量较低；W35的穗粒重较低，有效穗数较少，小穗数和穗粒数多，籽粒较饱满、千粒重较大，种子产量最低。

2.4 小黑麦种质的种子产量及产量构成因素相关性分析

小黑麦种子产量与穗粒重呈极显著正相关(R=0.907)；与有效穗数、穗粒数、穗粒重呈正相关；其中与有效穗数呈正相关(R=0.704)，相关性不显著；与穗粒数呈正相关(R=0.349)，相关性不显著；与小穗数、千粒重呈负相关，相关性不显著(表2)。

表2 种子产量及产量构成因素相关性分析

2.5 小黑麦种质综合评价

本次试验测定中小黑麦各个指标表现不一致，单一指标突出并不能表明该种质为最优生产种子种质，而隶属函数法可以综合评价各个指标，消除个别指标差异带来的片面性，所以采用隶属函数法对小黑麦种质进行综合评价，以筛选最佳种子生产种质。参考赵丹等[27]的方法并对其进行调整，根据小黑麦种质的种子产量构成因素与种子产量的相关性强弱，对每项指标进行赋值，其中种子产量赋值0.5；穗粒重与种子产量相关系数为0.907，且极显著，故赋值0.3；有效穗数与种子产量相关系数为0.704，故赋值0.2。穗粒数与种子产量相关性较弱，小穗数、千粒重与种子产量呈负相关，所以不对其进行赋值。

8个小黑麦种质中C6综合评价值最高，C10次之，综合评价排序为C6>C10>C23>W33>C16>C25>W34>W35(表3)。

表3 小黑麦种质综合评价值

3 讨论

饲料型小黑麦的籽粒作为家畜精饲料要求种子产量高、营养丰富。甘肃省临洮县小黑麦种质的播种密度为500×104基本苗/hm2时，种子产量最高为9 114 kg/hm2，最低为6 037 kg/hm2[28]。播种密度为435～703×104基本苗/hm2时，种子产量最高为10 070 kg/hm2，最低为5 700 kg/hm2[23]。甘肃省定西市、兰州市和临夏州进行小黑麦种植的种子生产时，播种密度为600×104基本苗/hm2，种子产量最高为5 280 kg/hm2，最低为853 kg/hm2[25]。本试验为点播，各小黑麦播量为33.33×104基本苗/hm2，最高种子产量为7 368 kg/hm2，最低为3 978 kg/hm2。由此看出，小黑麦的种子产量和播种量并没有直接关系，播种量较小时小黑麦的分蘖性能增强，在一定程度上可弥补播种量的降低[23]。游永亮[22]研究表明，随着播种量增大有效穗数增加，而穗粒数和千粒重逐渐减小，最后导致种子产量随播种密度增加而呈现先增后减的趋势，因此在实际生产中要注意适宜的播种密度。

小黑麦种子生产中，株高对其有较大影响。在一定范围内株高越高，生物量越大，光合作用越强，种子产量越高[25,32]，例如本试验的C6株高较高，种子产量也较高，而W35株高较低，种子产量也较低。但株高并非越高越好，否则会营养生长过旺而抑制生殖生长，而且会出现倒伏，严重影响种子产量[29-30]。由于本试验为点播，播种密度较小所以没有出现倒伏情况，生产中应该控制小黑麦适宜株高以增加种子产量。

牧草种子产量是多种因素共同作用的结果[30-32]，种子产量构成因素包括有效分蘖数、小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重等[33]，单一因素无法反映种子产量的高低，因此要提高种子产量应该综合考虑各种性状，选育性状较为优良的品种。在饲料型小黑麦育种中，由于种子产量与穗粒重极显著正相关，与有效穗数的相关性也较强，这与李冬梅[14]研究结果一致；穗粒数与种子产量相关性较弱；小穗数与种子产量呈负相关，这与小黑麦效穗不结实，籽粒较小有关[21]；千粒重是种子产量构成因素之一，与种子产量常无直接关系[34]，多为评价单个籽粒饱满的指标，在本次试验中与穗粒重呈负相关。因此，应把穗粒重和有效穗数作为饲料型小黑麦育种的优先考虑性状。C6种质种子穗粒重最大，且其它相关性状表现良好，故种子产量最高；相较于其它种质，虽部分种子产量构成性状表现最佳，但穗粒重和有效穗数较少，种子产量主要构成因素相关性状表现较差，无法提升种子产量。