高粱新品系比较研究

杨志强，马 岩，周 伟，余忠浩，王振国，李 岩，刘 慧，罗 巍，高 震，周亚星

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028043；2.通辽市农业技术推广中心，内蒙古 通辽 028000；3.通辽市农牧科学研究所，内蒙古 通辽 028000；4.内蒙古工程项目管理有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000）

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）又名蜀黍，属禾本科C4植物，广泛分布于世界大部分地区，为世界四大谷类作物之一[1-2］。高粱具有抗旱、耐涝、耐盐碱、适应性强等特性，同时表现出高光合速率、高生物产量[3-6］等特点，其用途广泛，可食用、饲用、酿造用。高粱不仅在畜牧养殖领域具有广阔的应用前景[7-8］，更是我国重要的能源和粮食作物之一[9-10］。

土地盐碱化是限制植物生长和生产力的主要非生物胁迫因素之一，盐碱化土壤会阻碍农作物正常的生长和发育，从而降低农作物的品质和产量。因此，筛选出适宜盐碱地种植的耐盐碱优良高粱品系，可为今后选育耐盐碱的优良高粱品种奠定基础。选育农艺性状优良的耐盐碱高粱品种，不仅可以提高盐碱地利用效率，而且对提高作物的产量和农民的经济收入也有一定的促进作用[11-13］。笔者通过对13个耐盐碱高粱品系及对照品种进行农艺性状测定及方差分析、主成分分析和主要农艺性状对比，进而筛选出适宜通辽地区盐碱地种植的高粱品系，旨在为耐盐碱高粱品种选育提供理论指导和参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料 供试材料为NYJ26-9、HW63-21、HU29-3、AT优-8、HW25-6、NYJ62-7、WW9-9、KN-29、S-24、LN43、ZM9-15、LE1-20、THT92等13个高粱品系及对照品种内杂5。

1.2 试验地概况 2021年5月，在内蒙古民族大学科技园区（北纬42°15′~45°41′，东经119°15′~123°43′）播种。该地区年均温度0~8 ℃，年均日照时数约3 000 h，≥15 ℃积温3 000~3 200 ℃，无霜期140~160 d，年均降水量350~400 mm，年均风速3.2~4.5 m·s-1，全年8 级以上大风天数可达到20~30 d。碱解氮含量48.2 mg·kg-1，速效磷含量38 mg·kg-1，速效钾含量184 mg·kg-1，pH约为8.3[14-15］。

1.3 试验设计 采用随机区组试验设计，3次重复，株距0.3 m、行距0.5 m。采用穴播的播种方式，播种时施复合肥750 kg·hm-2，其他与当地大田生产管理一致。

1.4 测定项目 测量记录高粱品系和对照品种的主要农艺性状及产量。株高：开花后随机取10株测量从地面至穗顶的主茎平均高度。穗长：自穗下叶痕处至穗尖的长度。穗粒重：随机取10株典型穗，自然风干后全部脱粒称其重取均值。千粒重：自然风干后测定1 000个完整籽粒的重量。产量：实际产量=实际收获籽粒重量×单位面积/小区收获面积。壳色、粒色、整齐度等。

1.5 数据分析 利用SPSS 21.0及Microsoft Excel进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 产量比较 13 个高粱新品系较内杂5（CK）均增产，产量为9 986.76~10 755.49 kg·hm-2，较CK 增产5.64%~13.77%。13个品系中，HU29-3产量最高，为10 755.49 kg·hm-2，较CK增产1 301.87 kg·hm-2，增幅13.77%；AT优-8产量最低，为9 986.76 kg·hm-2，较CK增产533.14 kg·hm-2，增幅5.64%。见表1。

表1 参试品系的产量Tab. 1 Yield of the tested strains

2.2 主要农艺性状分析 壳色方面，THT92为褐色，LE1-20、内杂5及HU29-3为黑色，NYJ26-9、HW25-6、NYJ62-7、WW9-9及S-24为红色，其余5个品系为紫色。粒色方面，THT92为黄色，内杂5为红色，KN-29为赤褐色，AT优-8为浅褐色，HW63-21和S-24为黄褐色，其余8个品系均为褐色。整齐度除NYJ26-9外，其余13个品系均为整齐。千粒重以LE1-20最高，为31.42 g，较对照高1.67 g；AT优-8最低，为25.92 g，较对照低3.83 g。穗粒重以KN-29 最高，为97.50 g，较对照高10.20 g；AT 优-8 最低，为85.70 g，较对照低1.60 g。穗长以THT92最长，为32.20 cm，较对照长5.80 cm；WW9-9最短，为22.20 cm，较对照短4.20 cm。13 个品系株高均低于对照，其中，HU29-3 最矮，为152.00 cm，较对照矮39.33 cm，供试品系生育期在112~118 d之间。见表2。

表2 高粱品系主要农艺性状及产量汇总表Tab. 2 Summary table of main agronomic characters and yield of Sorghum strains

通过矮化育种可以提高作物的抗倒伏能力。由表2可知，13个品系株高为152.00~182.33 cm，由低到高依次为HU29-3、LE1-20、NYJ62-7、HW25-6、KN-29、AT 优-8、S-24、ZM9-15、LN43、THT92、WW9-9、HW63-21、NYJ26-9，13个品系株高均低于CK。

育种上，把粒重高、穗粒数多的品种作为高产品种的选择指标[16］。在本试验中，千粒重比CK高的有4个品系，由高到低依次为LE1-20、ZM9-15、HW25-6、NYJ62-7，千粒重为30.02 ~31.42 g。穗粒重较CK提高的有12个品系，由高到低依次为KN-29、HW25-6、HU29-3、LE1-20、ZM9-15、LN43、S-24、THT92、WW9-9、HW63-21、NYJ26-9、NYJ62-7，穗粒重为87.40~97.50 g，降低的有AT优-8，穗粒重为85.70 g。见表2。

2.3 主成分分析 由于本试验中6个指标具有不同量纲，所以要对原始数据进行标准化处理来排除不同量纲对主成分分析结果的影响。数据标准化后将Z株高、Z穗长、Z穗粒重、Z千粒重、Z生育期、Z产量作为新指标（Z表示标准化后的数据）。将新指标数据运用于主成分分析，得出各品系高粱的贡献率和特征值，特征值是反映主成分影响大小的指标，通常情况下，选择特征值≥1 的作为选择主成分的原则，当累计方差贡献率大于75%时，可以确定主成分数量。对于不同品系高粱所测定的株高、穗长、穗粒重、千粒重、生育期、产量等6个指标进行主成分分析，3 个主成分特征值分别为2.371、1.336、1.098，方差贡献率分别为39.52%、22.27%、18.30%；选择特征值≥1的作为选择主成分的原则选取主成分，其中，前3个特征值累计贡献率达80.094%，基本涵盖了所有测定性状的主要信息。见表3。

表3 不同品系高粱指标间主成分分析的特征值与方差贡献率Tab. 3 Characteristic values and variance contribution rates of principal component analysis among Sorghum indexes of different strains

主成分1的特征值为2.371，对总的遗传贡献最大，贡献率为39.523%，对应特征向量中，农艺性状对应特征值从高到低依次是产量、穗粒重、千粒重、穗长、生育期和株高。产量的特征向量值最大，为0.608 4，其次是穗粒重，因此，把第1主成分称为产量因子，对应的特征向量中千粒重较大，表明产量较高的材料，其千粒重较高。在对应的特征向量中，负值最大的是株高，表明提高产量的同时需要降低株高。主成分2的特征值为1.336，贡献率为22.27%，对应的特征向量正值中，穗长最大，为0.653 7，因此，把第2主成分称为穗长因子，对应的特征向量值中，生育期较大，表明穗长较长的材料，其生育期亦长。主成分3的特征值为1.098，贡献率为18.30%，对应的特征向量正值中，千粒重最大，为0.847 4，因此，把第3主成分称为千粒重因子。在对应的特征向量中，生育期正值较大，表明提高千粒重的同时会增加生育期。见表4。

表4 不同品系高粱主成分分析下各项指标的特征向量Tab. 4 Characteristic vectors of each index under the principal component analysis of different Sorghum strains

本试验主成分是6个新指标的线性组合，其系数是对应各指标的特征向量（表4），所得的各主成分函数表达式为：

将不同品系高粱标准化后的数据分别代入以上函数表达式，就能得到不同高粱品系主成分分析及按照综合得分进行排序（表5）。由表5 可知，综合主成分排名前5 的品系依次为LE1-20、HU29-3、HW25-6、ZM9-15和KN-29。说明这5个品系的综合表现突出。

表5 不同高粱品系主成分得分及排序Tab. 5 Principal component scores and rank of different Sorghum strains

3 讨论与结论

高粱抗逆性强，用途广泛，不同品系之间具有较大差异。综合分析多个高粱品系的农艺、产量等性状，对优良高粱品种选育及对通辽地区种植结构的调整具有重大意义。从产量来看，13个供试高粱品系产量较对照均有显著提升，提升幅度在5.64%~13.77%之间，提升幅度超过10.00%以上的共有9个品系，产量提升幅度最大的3个品系依次为HU29-3、KN-29、HW25-6，可在后续高粱高产育种方面提供一定支撑。通辽地区昼夜温差大，干燥多大风，风沙对植物的胁迫作用导致该地区高粱品种对植株抗倒伏能力具有很高要求，而株高矮化是提高抗倒伏能力的重要因素[17］。适宜的矮化将提高作物抗倒伏能力，作物矮化利于机械化育种。同时，通辽地区无霜期较短，亦需育成早熟品种。13个供试高粱品系中，HU29-3株高最矮，可以作为矮化育种的潜力品系。所有供试高粱品系的整齐度均利于机械化收获。供试高粱品系生育期均在120 d以下，亦是早熟育种的潜力品系。13个供试品系农艺性状的主成分分析中，LE1-20在产量因子中排名第5，穗长因子中排名第5，千粒重因子中排名第1，综合排名第1；AT优-8在产量因子中排名第13，穗长因子排名第3，千粒重因子排名第11，综合排名第13。

综上分析，综合表现最为优异的品系为LE1-20，产量为10 598.15 kg·hm-2，较内杂5增产12.11%，差异达显著水平，株高适中，抗倒伏能力强，可作为高粱新品系进行推广。